Development of amperometric reagentless biosensors based on hinge-motion binding proteins

 
This item is provided by the institution :
University of Crete
Repository :
E-Locus Institutional Repository
see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*
share



2014 (EN)
Ανάπτυξη άμεσων αμπερομετρικών βιοαισθητήρων βασισμένων σε αναδιπλούμενες πρωτεΐνες δέσμευσης
Development of amperometric reagentless biosensors based on hinge-motion binding proteins

Τσεμπερούλη, Μαρία Δημήτριος

Χανιωτάκης, Νικόλαος
Σπύρος, Απόστολος
Γανωτάκης, Δημήτριος

Οι ηλεκτροχημικοί βιοαισθητήρες αποτελούν αναλυτικά όργανα που χρησιμοποιούνται για την ποιοτική και ποσοτική ανίχνευση μεγάλης ποικιλίας αναλυτών. Η ραγδαία εξέλιξη των ηλεκτροχημικών βιοαισθητήρων τα τελευταία 50 χρόνια, εντοπίζεται στις προσπάθειες των ερευνητών για τη βελτιστοποίηση της αναλυτικής απόδοσής τους και στην αντιμετώπιση των λειτουργικών προβλημάτων που εμφανίζουν. Σε αυτά συμπεριλαμβάνονται κυρίως η χαμηλή ευαισθησία τους και αναπαραγωγισιμότητα κατασκευής τους. Για το σκοπό αυτό το ερευνητικό ενδιαφέρον έχει πλέον στραφεί στην απλοποίηση των πολύπλοκων διαδικασιών που απαιτούνται για την ανάπτυξη των συστημάτων βιοαισθητήρων, αξιοποιώντας τις εγγενείς φυσικοχημικές αλλά και βιοχημικές ιδιότητες των βιολογικών μακρομορίων και χρησιμοποιώντας μεταλλάκτες σήματος με βελτιστοποιημένα και μοναδικά ηλεκτροχημικά χαρακτηριστικά. Σε αυτή την εργασία μελετάται η ανάπτυξη άμεσων αμπερομετρικών βιοαισθητήρων για την παρακολούθηση φαινομένων δέσμευσης υποκαταστατών σε αναδιπλούμενες πρωτεΐνες δέσμευσης. Η μέθοδος στηρίζεται στην αξιοποίηση των χαρακτηριστικών στερεοδομικών αλλαγών που παρατηρούνται στην συγκεκριμένη οικογένεια πρωτεϊνών κατόπιν επιλεκτικής δέσμευσης με τον υποκαταστάτη τους και στην μεταγωγή της συγκεκριμένης αλληλεπίδρασης σε αναλυτική πληροφορία μέσω ενός ηλεκτροχημικού μεταλλάκτη σήματος. Για την ανάπτυξη της μεθόδου μελετήθηκε η ασβεστιοτροποποιητίνη (Calmodulin, CaM), μια πρωτεΐνη που λειτουργεί ως ανιχνευτής ασβεστίου σε όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα και η οποία υφίσταται έντονη αλλαγή στη στερεοδιάταξή της ύστερα από την δέσμευση τεσσάρων ιόντων ασβεστίου. Οι ηλεκτροχημικές ιδιότητες του CaM-βιοαισθητήρα, που αναπτύσσεται με ακινητοποίηση της πρωτεΐνης μέσω φυσικής προσρόφησης στην επιφάνεια ενός ηλεκτροδίου επίστρωσης, αξιολογείται κυρίως με χρήση ηλεκτροχημικών τεχνικών όπως χρονοαμπερομετρία και την φασματοσκοπία ηλεκτροχημικής εμπέδησης. Με τα αποτελέσματα που προκύπτουν από τη μελέτη της απόκρισης του CaM-βιοαισθητήρα παρουσία Ca2+, τίθενται οι βάσεις για την ανάπτυξη απλών και άμεσων βιοαναλυτικών συστημάτων με υποσχόμενες αναλυτικές εφαρμογές σε ένα ευρύ φάσμα επιστημονικών πεδίων. (EL)
Electrochemical biosensors provide an attractive means for the qualitative characterization and quantification for a diverse set of analytes. The extensive research in this field the last 50 years is focused on the optimization of their analytical performance and overcoming their operational problems. Some of the major obstacles in the biosensor systems include their low sensitivity and the poor sensor to sensor reproducibility. For this reason, the scientific interest in this field has focused on the simplification of the elaborate techniques required for the electrochemical biosensor development. This can be realized by exploiting the intrinsic physicochemical and biochemical properties of biological macromolecules, and by using signal transducers with optimized or unique electrochemical characteristics. The aim of this work is the development of reagentless amperometric biosensors for transducing ligand binding events of ligand binding proteins. The basic characteristic of this superfamily of proteins is their hinge motion upon ligand binding. The method, is based on exploiting the induced large conformational changes of protein structure upon their ligand binding, and transducing this change into electrochemical response by using an electrochemical signal transducer. For the development of method presented here, Calmodulin was used as ligand binding protein. Calmodulin (CaM), a small calcium modulated protein, is an ubiquitous Ca2+- sensor in all eukaryotic cells and undergoes a large conformational change upon the binding of four calcium ions. Calomodulin based biosensor was developed by adsorption of protein on a screen printed electrode surface and its electrochemical performance was evaluated by electrochemical methods: chronoamperometry and electrochemical impedance spectroscopy. The results obtained by testing the response of Calmodulin based biosensor in the presence of Ca2+, set the basis for the development of new bioelectronic interfaces for the reagentless and selective detection of analytes for defense applications. (EN)

text

Πανεπιστήμιο Κρήτης (EL)
University of Crete (EN)

2014-11-21




*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)