Elektrochemiczny biosensor DNA do wykrywania bakterii chorobotwórczych w żywności

• Autorzy: Mariusz Tichoniuk

Warianty tytułu

Electrochemical DNA Biosensor for the Detection of Pathogenic Microorganisms in Food

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

Ze względu na ogromne znaczenie bezpieczeństwa mikrobiologicznego żywności istnieje nieustająca potrzeba opracowania alternatywnych metod szybkiej i skutecznej detekcji mikroflory patogennej w surowcach i produktach spożywczych. Jednym z możliwych sposobów usprawnienia wykrywania niepożądanych mikroorganizmów jest ich identyfikacja poprzez oznaczanie fragmentów kwasów nukleinowych specyficznych dla danego patogenu. W artykule przedstawiono elektrochemiczny biosensor DNA umożliwiający przeprowadzenie takiej detekcji. Jako docelowe DNA wybrano fragment genu aerolizyny - toksyny wytwarzanej przez bakterie Aeromonas hydrophila. Warstwa detekcyjna biosensora oparta została na samoorganizującej się strukturze składającej się z tiolowanych sond DNA oraz cząsteczek merkaptoalkoholu - unieruchomionych na powierzchni elektrod złotych. Stosując techniki woltamperometrii cyklicznej i chronokulometrii, zbadano zarówno organizację tej monowarstwy, jak i dostępność sond DNA. System detekcji hybrydyzacji oparto na wykorzystaniu elektrochemicznych wskaźników - błękitu metylenowego oraz Hoechst 33258. Zbadano wpływ stężenia docelowych fragmentów DNA oraz obecność niekomplementarnych odcinków kwasów nukleinowych na sygnał biosensora. Opracowane urządzenie zostało wykorzystane do wykrycia A. hydrophila w wodzie pitnej. Biosensor był zdolny do zidentyfikowania fragmentów DNA specyficznych dla oznaczanego patogenu przy stężeniu 2,5 ug kwasów nukleinowych w 1 cm³ próbki. (abstrakt oryginalny)

EN

Regarding the importance of microbial food safety, there is a permanent need to develop alternative tools that enable fast and reliable identification of foodborne microbial pathogens. One of the promising solutions is the detection of pathogenic microbes by recognising nucleic acid fragments that are specific for the target microorganism. In this paper an electrochemical DNA biosensor capable to perform such determination was developed. Fragment of aerolysin gene - toxin secreted by Aeromonas hydrophila bacterium as a target was chosen. The biosensor detection layer based on self-assembling monolayer consisted of thiolated DNA probes and mercaptoalcoholic compounds - both immobilized on the gold electrode surface. The monolayer organization and accessibility of DNA probes were investigated using electrochemical techniques (cyclic voltammetry and chronocoulometry). The system of hybridization detection relied on application of electroactive indicators - methylene blue and bis-benzimide dye Hoechst 33258. The influence of target DNA fragments concentration and non-complementary nucleic acid presence in hybridization solution on biosensor signal were also investigated. The constructed biosensing device was applied in detection of A. hydrophila in microbiologically contaminated drinking water samples. The biosensor was able to identify nucleic acid fragments specific for the pathogen in the concentration of 2,5 ug per 1 cm³. (original abstract)

Słowa kluczowe

PL

Bezpieczeństwo żywnościowe; Badanie żywności; Żywność; Towaroznawstwo żywności; Mikrobiologia; Bezpieczeństwo mikrobiologiczne

EN

Food security; Food research; Food; Food commodities; Microbiology; Microbiological safety

• Czasopismo: Zeszyty Naukowe / Uniwersytet Ekonomiczny w Poznaniu
• Rocznik: 2011
• Numer: nr 183
• Strony: 27--41

Twórcy

autor

Mariusz Tichoniuk

• Uniwersytet Ekonomiczny w Poznaniu

Bibliografia

• Barken, K.B., Haagensen, J.A.J., Tolker-Nielsen, T., 2007, Advances in Nucleic Acid-Based Diagnostics of Bacterial Infections, Clinica Chimica Acta, vol. 384, s. 1-11.
• Finklea, H.O., 1996, Electrochemistry of Organized Monolayers of Thiols and Related Molecules on Electrodes, w: Bard, A.J., Rubinstein, I. (eds.), Electroanalytical Chemistry, vol. 19, Marcel Dekker, New York, USA, s. 109-335.
• Kobayashi, M., Saito, T., Kaji, M., Oomura, S., Iwabuchi, M., Morita, Sh., Hasan, Y., Tamiya, Q., E., 2004, Electrochemical DNA Quantification Based on Aggregation Induced by Hoechst 33258, Electrochemical Communications, vol. 6, s. 337-343.
• Labuda, J., Oliveira Brett, A.M., Evtugyn, G., Fojta, M., Mascini, M., Ozsoz, M., Palchetti, I., Palecek, E., Wang, J., 2010, Electrochemical Nucleic Acid-based Biosensors: Concepts, Terms, and Methodology (IUPAC Technical Report), Pure and Applied Chemistry, vol. 82, s. 1161-1187.
• Lucarelli, F., Tombelli, S., Minunni, M., Marrazza, G., Mascini, M., 2008, Electrochemical and Piezoelectric DNA Biosensors for Hybridisation Detection, Analytica Chimica Acta, vol. 609, s. 139-159
• Newell, D.G., Koopmans, M., Verhoef, L., Duizer, E., Aidara-Kane, A., Sprong, H., Opsteegh, M., Langelaar, M., Threfall, J., Scheutz, F., van der Giessen, J., Kruse, H., 2010, Food-borne Diseases - The Challenges of 20 Years Ago Still Persist While New Ones Continue to Emerge, International Journal of Food Microbiology, vol. 139, s. S3-S15.
• Quested, T.E., Cook, P.E., Gorris, L.G.M., Cole, M.B., 2010, Trends in Technology, Trade and Consumption Likely to Impact on Microbial Food Safety, International Journal of Food Microbiology, vol. 139, s. S29-S49.
• Radecki, J., Radecka, H., Cieśla, J., Tudek, B., 2006, Sensory chemiczne i biosensory w kontroli żywności zmodyfikowanej genetycznie, Biotechnologia, nr 74, s. 67-78.
• Sayers, E.W., Barrett, T., Benson, D.A., Bolton, E., Bryant, S.H., Canese, K., Chetvernin, V., Church, D.M., DiCuccio, M. i in., 2009, Database Resources of the National Center for Biotechnology Information, Nucleic Acids Research, vol. 38, s. D5-D16.
• Tichoniuk, M., Filipiak, M., 2008, Wykorzystanie samoorganizujących się monowarstw organo-tiolowych w badaniach struktur biologicznych i biodetekcji, w: Koroniak, H., Barciszewski, J. (red.), Na pograniczu chemii i biologii, t. XX, Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Poznań, s. 561-579.
• Tichoniuk, M., Ligaj, M., Filipiak, M., 2008, Application of DNA Hybridization Biosensor as a Screening Method for the Detection of Genetically Modified Food Components, Sensors, vol. 8, s. 2118-2135.
• Tichoniuk, M., Gwiazdowska, D., Ligaj, M., Filipiak, M., 2010, Electrochemical Detection of Foodborne Pathogen Aeromonas hydrophila by DNA Hybridization Biosensor, Biosensors and Bioelectronics, vol. 26, s. 1618-1623.
• USEPA, United States Environmental Protection Agency, 2006, Aeromonas: Human Health Criteria Document, Waszyngton, USA.
• Velusamy, V., Arshak, K., Korostynska, O., Oliwa, K., Adley, C., An Overview of Foodborne Pathogen Detection: in the Perspective of Biosensors, Biotechnology Advances, vol. 28, s. 232-254.
• WHO, 2008, Foodborne Disease Outbreaks. Guidelines for Investigation and Control. Genewa, Szwajcaria.
• Wong, E.L.S., Chow, E., Gooding, J.J., 2005, DNA Recognition Interfaces: the Influence of Interfacial Design on the Efficiency and Kinetics of Hybridization, Langmuir, vol. 21, s. 6957-6965.