Escherichia coli bakterisinin hızlı tayinine yönelik biyosensör temelli tanı kiti geliştirilmesi
Development of biosensor based diagnostic kit for rapid detection of Escherichia coli bacteria
- Tez No: 929573
- Danışmanlar: PROF. DR. DİLŞAT ARIKSOYSAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Eczacılık ve Farmakoloji, Pharmacy and Pharmacology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Sağlık Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Analitik Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Analitik Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 170
Özet
Sensörler; bir moleküler tanıma sistemi (reseptör), bir fizikokimyasal dönüştürücü ve sinyal işlemcisinden oluşan cihazlardır. Sensörlerin biyolojik etkileşimleri kullanarak bir materyalin tespiti için özel olarak tasarlanmış olan algılama cihazı veya ölçüm sistemi biyosensör olarak tanımlanır. Biyosensörler günümüzde; gıda teknolojisi, biyoteknoloji, genetik mühendisliği, nanoteknoloji, kanser dahil tıbbi teşhisler, enzim, antikor ve DNA analizleri gibi alanlarda alternatif cihazlar olarak kullanıldığı bilinmektedir. Biyosensör tasarım teknolojilerinin yakın gelecekte birçok alanda tercih edileceği ve oldukça önemli olacağı da literatür ve sektör istatistiklerini içeren bazı güncel global biyosensör araştırma raporları doğrultusunda öngörülmektedir. Gıda kaynaklı mikrobiyal hastalıklar tüm dünyada görülen önemli bir halk sağlığı sorunudur. Escherichia coli (E. coli) en önemli patojenlerdendir ve bu bakteriler aside dayanıklı olduğu için asitli ortamlarda uzun süre hayatta kalabilirler. Başta hayvansal gıdalar olmak üzere, kontamine olmuş sulama suyu ve toprak, E. coli açısından risk faktörü olduğu için, taze ve taze kesilmiş meyve ile pastörize olmamış meyve suları da bulaş kaynakları olarak görülmektedir. Bu nedenle, dünya çapında sebep olduğu gıda zehirlenmeleri ve ciddi hastalıklarla bilinen ve en önemli patojenlerden olan E. coli'yi doğru teşhis edebilecek hızlı ve hassas yöntemlerin geliştirilmesi, bu bakteriden kaynaklı enfeksiyonların yayılmasını azaltmanın anahtarını oluşturmaktadır. Bu tez çalışmasında E. coli'nin hızlı tayini için elektrokimyasal DNA biyosensörlerine dayalı mikrobiyolojik tanı kiti sistemi geliştirilmiştir ve kolay, hızlı ve düşük maliyetli analize imkan tanıyan elektrokimyasal E. coli tanı kitlerinin 5 dk. gibi kısa bir sürede, E. coli'nin tespit edilmesine olanak sağlanmıştır. Çalışmamız iki bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde kalem grafit elektrot (KGE) kullanılarak E. coli tespitini sağlayan nanomalzeme modifikasyonsuz bir DNA biyosensörü tasarlanmıştır. Biyosensörün en uygun çalışma koşulları belirlendikten sonra E. coli'ye ait simetrik ve asimetrik polimeraz zincir tepkimesi (Polymerase Chain Reaction-PCR) ürünlerinin tayinleri gerçekleştirildi. Ardından tanı kitine dönüştürülen bu biyosensörün stabilitesi araştırıldı ve 30. güne kadar stabil kaldığı, 180. ve 365. günde ise stabilitesinde doğrusal bir azalma olduğu bulundu. Çalışmamızın ikinci bölümünde ise E. coli tespiti sağlayan biyosensörün stabilitesini arttırmak amacıyla; KGE yüzeyi, karbon nanotüplerle (CNT) ile modifiye edilerek bir nanobiyosensör geliştirildi. Nanobiyosensörün yüzey karakterizasyonu dönüşümlü voltametri (CV) tekniği kullanılarak yapıldı. Elde edilen bulgular doğrultusunda yapılan yüzey modifikasyonu sonucu; yalın elektroda kıyasla sentetik dizilerle elde edilen hibrit sinyalinin, nanobiyosensörle yaklaşık olarak iki kat artış gösterdiği tespit edilmiştir. Nanomalzeme modifikasyonuyla hassas tayin sağlandı ve algılama sınırı 1.25 nM (50 μL reaksiyon hacminde 0.063 pmol) olarak bulundu. Bu çalışmada E. coli'ye ait simetrik ve asimetrik PCR ürünlerinin tayini de yapıldı. Nanomalzeme modifikasyonlu biyosensör ile ayrıca bir de tanı kiti geliştirilerek E. coli teşhisi sağlandı. Geliştirilen nanobiyosensör temelli tanı kitinin, 36. ayda bile stabilitesini koruduğu tespit edildi. Çalışmada ayrıca kullanıma hazır tanı kitiyle E. coli'ye ait simetrik ve asimetrik PCR ürünlerinin tayini de gerçekleştirildi ve tanı kitinin hazırlandıktan 36 ay sonrasında bile 5 dk. gibi kısa bir sürede, hassas ve seçimli olarak E. coli tayini yapabildiği bulundu. Geliştirilen kullanıma hazır nanobiyosensör temelli tanı kiti sistemi, sahada analize uygun altyapı, kolay uygulama ve“aç-kullan-at”özelliklerine sahiptir. Böylelikle gıda güvenliği ve kalite kontrolü amacıyla kullanılması mümkün olabilecektir. Bu kapsamda insan sağlığının korunmasına da önemli katkılar sağlayacağı düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
Sensors are devices consisting of a molecular recognition system (receptor), a physicochemical transducer, and a signal processor. A sensing device or measurement system specifically designed to detect a material using biological interactions is defined as a biosensor. Biosensors are currently known to be used as alternative devices in fields such as food technology, biotechnology, genetic engineering, nanotechnology, medical diagnostics including cancer, and enzyme, antibody, and DNA analyses. It is predicted, based on some recent global biosensor research reports that include literature and industry statistics, that biosensor design technologies will become a preferred choice in many fields in the near future and will be of significant importance. Foodborne microbial diseases are a major public health issue observed worldwide. Escherichia coli (E. coli) is one of the most significant pathogens, and these bacteria can survive for extended periods in acidic environments due to their acid resistance. Contaminated irrigation water and soil, particularly in animal-derived foods, as well as fresh and freshly cut fruits and unpasteurized fruit juices, are considered sources of contamination due to the risk posed by E. coli. Therefore, developing rapid and sensitive methods to accurately diagnose E. coli, which is known globally for causing food poisoning and serious illnesses as one of the most critical pathogens, is key to reducing the spread of infections caused by this bacterium. In this thesis study, a microbiological diagnostic kit system based on electrochemical DNA biosensors was developed for the rapid detection of E. coli. Electrochemical E. coli diagnostic kits enabling easy, fast, and low-cost analysis were established, allowing the detection of E. coli in as little as 5 minutes. The study consists of two parts. In the first part, a nanomaterial-unmodified DNA biosensor was designed using a pencil graphite electrode (PGE) to detect E. coli. After determining the optimal working conditions of the biosensor, the detection of symmetric and asymmetric polymerase chain reaction (PCR) products specific to E. coli was performed. Subsequently, the stability of this biosensor, which was converted into a diagnostic kit, was investigated. It was found to remain stable up to the 30th day, with a linear decrease in stability observed at the 180th and 365th days. In the second part of the study, to enhance the stability of the biosensor designed for E. coli detection, the PGE surface was modified with carbon nanotubes (CNTs), and a nanobiosensor was developed. Surface characterization of the nanobiosensor was conducted using the cyclic voltammetry (CV) technique. Based on the findings, it was determined that the surface modification resulted in an approximately twofold increase in the hybrid signal obtained with synthetic sequences compared to the bare electrode. Sensitive detection was achieved with the nanomaterial modification, and the detection limit was determined to be 1.25 nM (0.063 pmol in a 50 μL reaction volume). The detection of symmetric and asymmetric PCR products specific to E. coli was also performed in this study. Additionally, a diagnostic kit was developed using the nanomaterial-modified biosensor to diagnose E. coli. It was found that the developed nanobiosensor-based diagnostic kit maintained its stability even after 36 months. Furthermore, the detection of symmetric and asymmetric PCR products of E. coli was carried out using the ready-to-use diagnostic kit, and it was determined that the kit could still perform sensitive and selective E. coli detection in as little as 5 minutes, even 36 months after preperation. The developed ready-to-use nanobiosensor-based diagnostic kit system is equipped with infrastructure suitable for field analysis, easy application, and“open-use-throw away”features. Thus, it is considered feasible for use in food safety and quality control. In this context, it is believed that it will make significant contributions to the protection of human health.
Benzer Tezler
- Patojenik mikroorganizmaların tanısına yönelik elektrokimyasal nanogenosensör tasarımı
Electrochemical nanogenosensor design for the detection of pathogenic microorganisms
SEZİN YÜKSEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
BiyoteknolojiEge ÜniversitesiBiyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. PINAR KARA KADAYIFCILAR
- Escherichia coli ve Salmonella enteritidis tayinine yönelik yatay akış analiz sistemi geliştirilmesi
Development of lateral flow analysis system for the determination of Escherichia coli and Salmonella enteritidis
HASAN İLHAN
Doktora
Türkçe
2019
BiyokimyaHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECDET SAĞLAM
- Escherichia coli tayini için yatay akış immünoassay platformlarının geliştirilmesi
Development of lateral flow immunoassay platform for Escherichia coli detection
AYŞEN GÜMÜŞTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
KimyaAnkara ÜniversitesiAnalitik Kimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BENGİ USLU
PROF. DR. UĞUR TAMER
- Polygala major jacq. bitkisinin antioksidan ve antibakteriyel özelliklerinin araştırılması
Investigation of antioxidant and antibacterial properties of Polygala major jacq.
LANA ARIF ALI ALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
BiyokimyaSakarya ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEMRA YILMAZER KESKİN
- Madımak bitkisindeki fenolik asit ve flavonoidlerin HPLC-DAD yöntemiyle tayini, biyolojik aktivitelerinin belirlenmesi
Determination of phenolic acid and flavonoids in madimak plant by HPLC-DAD, determination of biological activity
REYHAN AKPINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Biyoteknolojiİstanbul ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SABRİYE PERÇİN ÖZKORUCUKLU