Synthetic biology approach for point-of-care device applications of biosensors
Biyosensörlerin bakım noktası cihaz uygulamaları ı̇çin sentetik biyoloji yaklaşımı
- Tez No: 694945
- Danışmanlar: DOÇ. DR. URARTU ÖZGÜR ŞAFAK ŞEKER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Mikrobiyoloji, Bioengineering, Biotechnology, Microbiology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
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.
Özet (Çeviri)
Synthetic biology has broadened the scope of detection tool alternatives, among which whole-cell biosensors and cell-free programmable riboregulators are straightforward, inexpensive to develop and easily implementable to fast-screening point-of-care devices. While considered as more convenient, reliable and low-cost alternatives to traditional detection and monitoring methods, the transfer rate of cellular bio-sensing devices to real life applications has been relatively slow. With the aim of precisely identifying and integrating multiple signals from environmental and serum samples, a series of whole-cell biosensors that respond to heavy metals including copper, lead, cadmium and arsenic were developed in Escherichia coli host. After characterization of single analyte biosensors, synthetic biology strategies such as promoter engineering and coupling with a genetic amplifier are used to enhance detection time and dynamic range for the signal output. Heavy metal bio-recognition modules were designed to produce different output molecules to employ multiplexed sensing where simultaneous detection of multiple molecules is needed for fast-screening. In addition, a novel attempt for transforming these bio-sensing systems to a point-of-care device has been investigated. Thorough functional biofilm amyloid protein and cellulose interactions, immobilization of whole-cell biosensors on a low-cost, easy-storage and portable paper-based platform has been aspired to attain more widespread application globally. Secondly, SARS-CoV-2 is a human pathogen and the main cause of COVID-19 disease, announced as a global pandemic by the World Health Organization. COVID-19 is characterized by severe conditions and early diagnosis can make dramatic changes for both personal and public health. Low cost, easy-to-use diagnostic capabilities can have a very critical role to control the transmission of the disease. Here, a state-of-the-art diagnostic tool was developed with in vitro synthetic biology approach by employing engineered de novo riboregulators. Our design coupled with a home-made point-of-care device can detect and report the presence of SARS-CoV-2 specific genes. The presence of SARS-CoV-2 related genes triggers translation of sfGFP mRNAs, resulting in green fluorescence output. The approach proposed here has the potential of being a game changer in SARS-COV-2 diagnostics by providing an easy-to-run, low-cost-demanding diagnostic capability. Overall, point-of-care device applications of both whole-cell and cell-free biosensor systems have been developed for distinct applications of sensing analytes and nucleic acids.
Benzer Tezler
- İmalat sistemlerinin tasarlanması ve öncelik kurallarının belirlenmesinde yapay sinir ağlarının kullanılması
<the use of neural networks in determination of the manufacturing systems design and dispatching rules
TARIK ÇAKAR
Doktora
Türkçe
1997
İşletmeİstanbul Teknik Üniversitesiİşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYHAN TORAMAN
- Şehirsel yerleşmelerde fraktal ve hücresel otomata yöntemi ile gelişme alanlarının belirlenmesi
Determination of urban development area by fractal and cellular automata method
MEHMET ALİ YÜZER
Doktora
Türkçe
2001
Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. CENGİZ GİRİTLİOĞLU
- Senkronize kaotik devrelerle haberleşme
Chaotic communication using by synchronized chaotic circuits
MÜŞTAK YALÇIN
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CÜNEYT GÜZELİŞ
- The Molecular basis of beta-thalassemia in Turkey and prenatal diagnosis by DNA analysis
Başlık çevirisi yok
S.AYŞE ÖZER
- Mitokondriyal sitopati öntanılı hastalarda MT-TL1 gen mutasyonlarının incelenmesi
Investigating MT-TL1 gene mutations in patients with suspected mitochondrial cytopathy
BENGİSU KEVSER BULDUK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Tıbbi BiyolojiHacettepe ÜniversitesiTıbbi Biyoloji Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF ÇETİN KOCAEFE
