Patojen mikroorganizmanın hassas ve erken tanısına yönelik bakteriofaj modifiye biyosensör tasarımı ve uygulaması
Design and application of a sensitive bacteriophage-modified biosensor for early diagnosis of pathogenic microorganisms
- Tez No: 929067
- Danışmanlar: PROF. DR. MUHAMMED BAHATTİN TANYOLAÇ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Bakteriofaj, Hasta başı testi (POC), Pseudomonas aeruginosa, Elektrokimiluminescent biosensor (ECL), Elektrokimyasal impedance (EIS), Bacteriophage, Point-of-care testing (POC), Pseudomonas aeruginosa, Electrochemiluminescent Biosensor (ECL), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS)
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 119
Özet
Antibiyotik dirençli bakteriyel enfeksiyonların giderek artan yaygınlığı, hızlı, güvenilir ve düşük maliyetli teşhis yöntemlerine duyulan acil ihtiyacı açıkça ortaya koymaktadır. Bakterileri spesifik olarak enfekte eden virüsler olan bakteriyofajlar (fajlar), yeni biyosensör teknolojilerinin geliştirilmesi için umut verici bir alternatif sunmaktadır. Bu çalışma, patojenik bakterilerin hızlı ve etkili bir şekilde tespiti amacıyla bakteriyofaj tabanlı bir biyosensörün bakteriyofajların konakçısına özgüllüğünden faydalanılarak tasarımını ve geliştirilmesini kapsamaktadır. Önerilen biyosensör, sinyal iletimini geliştirmek ve tespit sınırlarını iyileştirmek için nanomalzemeleri kullanımını ve yüksek doğrulukla gerçek zamanlı örnek izleme ve tanıma özelliklerini içermektedir. Bu yaklaşım, klinik, çevresel ve endüstriyel ortamlarda uygulanabilen taşınabilir, düşük maliyetli teşhis cihazlarının geliştirilmesinin önünü açmaktadır. Bakteriyofaj biyosensörünün bakteriyel enfeksiyonların erken tespiti için önemli bir potansiyele sahip olduğunu ve böylece daha hızlı teşhis ve daha etkili tedavi stratejilerine katkıda bulunduğunu göstermektedir. Karbon nanotup (MWCNT) bakteriyofaj tabanlı elektrokemilüminesans (ECL) biyosensörünün geliştirilmesi sırasında, bakteriyofajlar çapraz bağlayıcı ajanlar olarak EDC/NHS [1-etil-3-(3-dimetilaminopropil)] karbodiimid hidroklorür (EDC) ve N-hidroksisüksinimid (NHS) kullanılarak serigrafi baskılı elektrotların (SPE) yüzeyine kovalent olarak bağlanmıştır. Bunu takiben, bakteriyofajlar elektrot yüzeyinde hareketsiz hale getirilerek modifikasyon süreci tamamlanmıştır. Biyosensör, yapay idrar ve tampon çözelti örnekleri içerisindeki hedef bakterilerin tespit yoluyla test edilmiştir. Elektrot yüzeyini optimize etmek ve karakterize etmek için ECL, elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve döngüsel voltametri (CV) ölçümleri yapıldı. Tespit sınırı (LOD) belirlendi ve doğrusal çalışma aralığı için yüksek bir korelasyon katsayısı (R² = 0,9981) belirlendi. ECL ve EIS sonuçları karşılaştırılarak ayrıntılı doğrulama ve optimizasyon başarıyla gerçekleştirildi. İncelendiğinde modifiye elektrot sisteminin LoD değeri 0.755 CFU /mL(3.3 x sdv), LoQ değeri 2.28 CFU/mL (10 x sdv) ve lineer çalışma aralığı 2.28 ve 10 CFU/ml olduğu hesaplanmiştir. Elde edilen bu analitik veriler MWCNT/M-PAP1/SPE sisteminin oldukça düşük bir LoD değerine sahip olduğu ve geniş bir doğrusal çalışma aralığına sahip olduğunu göstermektedir. Bakteriyofaj tabanlı biyosensörler bakteriyel enfeksiyonların erken ve doğru tespitinde umut vaadeden bir çözüm sunmaktadır. Gelişmiş nanomalzemelerle entegre edilen bakteriyofaj tabanlı yenilikçi ve çok yönlü bir yaklaşım, klinik teşhis, çevresel izleme ve gıda güvenliği gibi alanlarda geniş bir uygulama potansiyeline sahiptir.
Özet (Çeviri)
The increasing prevalence of antibiotic-resistant bacterial infections highlights the urgent need for rapid, reliable, and cost-effective diagnostic methods. Bacteriophages (phages), viruses that specifically infect bacteria, offer a promising alternative for the development of novel biosensor technologies. As part of this study, a bacteriophage-based biosensor is being designed and built. This biosensor will use the host specificity of bacteriophages to quickly and accurately find pathogenic bacteria. The proposed biosensor employs nanomaterials to enhance signal transduction and improve detection limits, enabling real-time monitoring with high accuracy. This approach paves the way for the development of portable, low-cost diagnostic devices applicable in clinical, environmental, and industrial settings. The bacteriophage biosensor demonstrates significant potential for the early detection of bacterial infections, thereby contributing to faster diagnosis and more effective treatment strategies. During the development of the carbon nanotube (MWCNT)-based bacteriophage electrochemiluminescence (ECL) biosensor, bacteriophages were covalently immobilized onto the surface of screen-printed electrodes (SPEs) using EDC/NHS [1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)] carbodiimide hydrochloride (EDC) and N-hydroxysuccinimide (NHS) as cross-linking agents. Subsequently, the bacteriophages were immobilized on the electrode surface to complete the modification process. The biosensor was tested by detecting target bacteria in artificial urine and buffer solution samples. ECL, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and cyclic voltammetry (CV) measurements were performed to optimize and characterize the electrode surface. The limit of detection (LoD) was determined, and a high correlation coefficient (R² = 0.9981) was obtained for the linear working range. Detailed validation and optimization were successfully achieved by comparing ECL and EIS results. Upon evaluation, the modified electrode system exhibited an LoD of 0.755 CFU/mL (3.3 × SD), a limit of quantification (LoQ) of 2.28 CFU/mL (10 × SD), and a linear working range between 2.28 and 10 CFU/mL. These analytical findings demonstrate that the MWCNT/M-PAP1/SPE system has a remarkably low LoD and a broad linear working range. Bacteriophage-based biosensors provide a promising solution for the early and accurate detection of bacterial infections, facilitating timely intervention. The integration of bacteriophage-based innovative and versatile approaches with advanced nanomaterials holds great potential for diverse applications in clinical diagnostics, environmental monitoring, and food safety.
Benzer Tezler
- Gıda patojenleri için dijital PCR ile hızlı tespit yöntemlerinin geliştirilmesi
Development of rapid detection methods for food pathogens using digital PCR
YELİZ YÜCEL ÖZ
Doktora
Türkçe
2023
Biyolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYTEN KARATAŞ
- Mersin meyve ve yaprak ekstraktları ile yağlarının in vitro koşullarda ve model gıdalarda bazı patojen mikroorganizmalar üzerindeki inhibisyon etkisinin araştırılması
Investigation of the inhibition effect of myrtle fruit and leaf extracts and its oils on some pathogenic microorganisms in vitro and in model foods
ÖZGE AKGÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEN GÜNDÜZ
- Mercanköşk ve tarçın ekstratları ilave edilmiş beyaz peynirlerde bazı gıda patojenlerinin üreme ve canlı kalma yeteneklerinin incelenmesi
Investigation of the reproduction and viability ability of some food pathogens in feta cheese added with marjoram and cinnamon extracts
AYŞİN KAHRAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Gıda MühendisliğiAfyon Kocatepe ÜniversitesiGıda Bilimi ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. GÖKHAN AKARCA
- Değişik konsantrasyonlarda ilave edilen tarhun ve mercanköşk ekstraktlarının, hamburger köftelerinde bulunması muhtemel bazı gıda patojenleri üzerine etkileri
Tarragon and oregano extracts of which were added in various concentrations, likely to be found some food hamburger patties effects on those pathojin
NURŞAH CERAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Gıda MühendisliğiAfyon Kocatepe ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN AKARCA
- Bazı baharatlarda antimikrobiyal madde üreten bakterilerin belirlenmesi
Identifying indigenous bacteria producing antimicrobial agents in some spices
FATMA BOZANOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Gıda MühendisliğiErciyes ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN YETİM