Multiplexed cell-based diagnostic devices for the detection of kidney disease pathological markers

Kesin sonuç veren, ucuz ve hızlı tarama yapabilen sensör cihazlarının geliştirilememesi, tıbbi teşhis alanında büyük bir problem oluşturmaktadır. Çeşitli hastalıkların yakından izlenmesi ve teşhisi genellikle yoğun çaba ve kalifiye personel gerektiren tipik analitik tekniklerle yapılır. Bu nedenle, son derece spesifik, düşük maliyetli ve hızlı olan daha uygun ve güvenilir alternatiflere acil bir ihtiyaç vardır. Birçok organizma, doğal metabolitlere yanıt verebilen çeşitli proteinler ve nükleik asit molekülleri bulunmaktadır. Sentetik biyoloji, bu bileşenleri kullanarak belirlenen fonksiyonları yerine getiren özgün biyolojik sistemler geliştirebilir. Bu bağlamda, biyosensörler son derece spesifik, uygun maliyetli ve etkin biyoanalitik araçlar olarak sağlık takibi prosedürlerinde rutin olarak uygulanabilecek potansiyele sahiptir. Bu çalışmada, medikal testlerde sıklıkla takip edilen biyolojik belirteçlerden olan üreye ve ürik asite yanıt veren biyosensörler geliştirdik. Ayrıca, bu biyobelirteçleri eşzamanlı olarak algılayabilen ve bunlara yanıt verebilen bir biyosensör versiyonu ve VE-mantığını mimik edebilen bir hücresel biyosensör de geliştirildi. Biyosensörler, ilgili hedef analit varlığına floresan yoğunluğundaki bir artış yoluyla yanıt verecek şekilde tasarlanmıştır. Böylece analitler spektrofotometrik cihazlarla ölçülebilmektedir. Bu amaç ile, farklı organizmalardan gelen doğal promoter ve transkripsiyon faktörleri, sentetik gen devrelerinde biyobelirteçlerin varlığına floresan protein üretecek şekilde birleştirildi. Üre biyosensörü için Proteus mirabilis organizmasının UreR transkripsiyonel aktivatörü ve promotör olarak da üreaz operonu içindeki tam intergenik bölge kullanıldı. Sistem, post-transkripsiyonel modifikasyon elementleri ve protein mühendisliği kullanılarak istenen doz-yanıt eğrisine sahip olacak şekilde optimize edildi. Ürik asit biyosensörü için, Deinococcus radiodurans organizmasından transkripsiyonel baskılayıcı HucR ve ürikaz operon içindeki transkripsiyon faktörü bağlanma bölgesi, bir gen devresinin yanı sıra bir Ürik Asit Taşıyıcı (UACT) içinde birleştirildi. Promotör mühendisliği ve kopya sayısı modifikasyonları kullanılarak sistemin doz-yanıt eğrisi optimize edildi. Daha sonra, biyobelirteçlerin biyolojik bileşenleri, her iki moleküle aynı anda yanıt verebilen için çoklu bir sistemde bir araya getirildi. Ek olarak, medikal algoritmalarda uygulanabilir VE-mantık kapısı işletimini gerçekleştiren bir sistem promotör mühendisliği kullanılarak geliştirildi. Patolojik biyobelirteçlerin uzaktan tespiti için biyofilm-selüloz etkileşimleri yoluyla, biyosensörlerin düşük maliyetli ve taşınabilir kâğıt diskler üzerinde stabilizasyonu ve tam hücre biyosensörlerinin biyo-uyumlu, biyolojik olarak parçalanabilir ve mekanik güce sahip jelatin boncuklar içinde tutulması için deney düzenekleri oluşturulmuştur. Son olarak, geliştirilen tam hücre biyosensörlerinin sağlamlığı klinik insan numuneleri ile test edilmiştir.