Synthetic biology approach for point-of-care device applications of biosensors

Sentetik biyoloji, aralarında tam hücreli biyosensörlerin ve hücresiz programlanabilir riboregülatörlerin de bulunduğu basit, geliştirmesi ucuz ve hızlı taramalı bakım noktası cihazlarına kolayca uygulanabilir olduğu tespit aracı alternatiflerinin kapsamını genişletmiştir. Geleneksel algılama ve izleme yöntemlerine göre daha uygun, güvenilir ve düşük maliyetli alternatifler olarak düşünülmelerine rağmen, hücresel biyoalgılama cihazlarının gerçek yaşam uygulamalarına aktarım hızı nispeten yavaş olmuştur. Bu çalışma kapsamında, çevresel ve serum örneklerinden gelen çoklu sinyalleri tam olarak tanımlamak ve entegre etmek amacıyla, Escherichia coli konağında bakır, kurşun, kadmiyum ve arsenik ağır metallerine yanıt veren bir dizi tam hücreli biyosensör geliştirilmiştir. Promotör mühendisliği ve genetik bir amplifikatör ile birleştirme gibi sentetik biyoloji stratejileri kullanılarak tek analit biyosensörlerinin sinyal cevabı arttırılmış, algılama süresi kısaltılmış ve dinamik aralığı geliştirilmiştir. Ağır metal biyoalgılama modülleri, eşzamanlı birden fazla molekülün hızlı taramanabilmesi için çok katlı algılamayı kullanmak üzere farklı analitlerin farklı çıktı molekülleri üretmesi üzere tasarlanmıştır. Ek olarak, bu biyoalgılama sistemlerini bir bakım noktası cihazına dönüştürmek için yeni bir girişim araştırılmıştır. Kapsamlı fonksiyonel biyofilm amiloid proteini ve selüloz etkileşimleri, tüm hücre biyosensörlerinin düşük maliyetli, kolay saklanan ve taşınabilir kağıt tabanlı bir platformda immobilizasyonu, küresel olarak daha yaygın bir uygulama elde etmek için hedeflenmiştir. İkinci olarak, SARS-CoV-2 bir insan patojenidir ve Dünya Sağlık Örgütü tarafından küresel bir salgın olarak ilan edilen COVID-19 hastalığının ana nedenidir. COVID-19, ağır koşullarla karakterizedir ve erken teşhis, hem kişisel hem de halk sağlığı için dramatik değişiklikler yapabilir. Düşük maliyetli, kullanımı kolay teşhis yöntemleri, hastalığın bulaşmasını kontrol etmede çok kritik bir role sahip olabilir. Bu çalışma kapsamında, de novo tasarlanmış riboregülatörler kullanılarak in vitro sentetik biyoloji yaklaşımıyla son teknoloji bir teşhis aracı geliştirilmiştir. Ev yapımı bir bakım noktası cihazıyla birleştirilmiş tasarımımız, SARS-CoV-2'ye özgü genlerin varlığını algılayabilir ve bildirebilir. SARS-CoV-2 ile ilgili genlerin varlığı, sfGFP mRNA'larının translasyonunu tetikleyerek yeşil floresan çıktısına neden olur. Burada önerilen yaklaşım, çalıştırması kolay, düşük maliyetli bir teşhis yöntemi sağlayarak SARS-COV-2 teşhisinde bir oyun değiştirici olma potansiyeline sahiptir. Genel olarak, hem tam hücreli hem de hücresiz biyosensör sistemlerinin bakım noktası cihaz uygulamaları, analitlerinin ve nükleik asitlerin farklı algılama uygulamaları için geliştirilmiştir.