Patojenlerin tayini için nanomalzeme modifiye elektrokimyasal biyosensörlerin geliştirilmesi ve uygulaması
Küçük Resim Yok
Tarih
2024
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Ege Üniversitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Stenotrophomonas maltophilia; Gram negatif aerob bir bakteridir. En sıklıkla sebep olduğu hastane enfeksiyonları arasında cerrahi yara enfeksiyonları, kan enfeksiyonları ve akciğer enfeksiyonları bulunmaktadır. Shigella sonnei; Gram negatif fakültatif bir bakteridir. Şigelloz başta olmak üzere Shigella enfeksiyonları düşük bulaşıcı dozları ve yüksek insidanslarıyla dünyada önemli bir halk sağlığı sorunudur. Son yıllarda iki bakterinin insidanslarının ve antibiyotik dirençlerinin artması, hızlı, duyarlı ve ekonomik analiz yöntemleriyle bu bakterilerin tayinini ve antibiyotik duyarlılıklarının belirlenmesini önemli hale getirmiştir. Mevcut immünolojik, genetik ve kültür bazlı yöntemler yavaş, pahalı, seçiciliği düşük ve çok aşamalıdır. Mevcut antibiyotik duyarlılık testleri de uzun, pahalı ve zaman alıcıdır. Elektrokimyasal sensörler, kimyasallara özgül ve geri dönüşümlü olarak elektriksel sinyaller üreten küçültülmüş cihazlardır. Bu sensörlere enzim, antikor ve nükleik asit gibi biyolojik maddelerin ilavesiyle biyosensörler oluşturulur. Elektrokimyasal biyosensörler, daha hızlı, duyarlı, ucuz ve az basamaklı protokoller ile analiz imkanı sağlar. Nanomalzemelerin biyosensörlere entegrasyonu ile yüksek hassasiyet, seçicilik ve tekrarlanabilirlik elde edilir. Tek duvarlı karbon nanotüpler, bu amaçla sıklıkla kullanılarak yüksek dayanıklılık ve stabilite sağlar. Tez çalışmasının ilk aşamasında; S. maltophilia ve S. sonnei bakterilerinin hızlı, yüksek duyarlılık, seçicilikte ve ucuz bir şekilde tespiti için ilk defa nanomalzeme modifiye elektrokimyasal DNA biyosensörleri geliştirilmiştir. İlk olarak tek duvarlı karbon nanotüpler elektrot yüzeyine pasif adsorpsiyon ile kaplanmıştır. Bu nanomalzemenin elektrot yüzeyine modifikasyonu daha stabil bir yüzey sağlamıştır. Ardından her iki bakteriye prob dizileri ayrı ayrı elektrot yüzeyine kovalent bağlanma ile tutturulmuştur. Daha sonra her iki bakteriye ait hedef diziler ile hibridizasyona geçilmiştir. Hibridizasyon nanomalzeme ve prob DNA kaplı elektrot yüzeyinde gerçekleştirilmiştir. Bakterilerin hedef DNA tayini diferansiyel puls voltametrisi ile guanin bazının oksidasyon akımı üzerinden gerçekleştirilmiştir. S. maltophilia'nın hedef DNA bölgesinin tespitinde tayin sınırı 2,21 µM ve S. sonnei'nin hedef DNA bölgesinin tespitinde tayin sınırı 1,26 µM bulunmuştur. DNA biyosensörlerinin S. maltophilia ve S. sonnei'ye seçicilikleri hedef dizilerden tamamen farklı olan dizi ve hedef dizilerden 3 baz farklı diziler kullanılarak değerlendirilmiştir. Geliştirilen biyosensörlerin hedef diziye verdiği yanıta göre bu dizilere verdiği yanıtlar anlamsız bulunmuştur. Mevcut yöntemlerle pahalı, zaman alıcı ve yoğun uğraş gerektiren bakteri tespiti, geliştirilen biyosensörler ile daha kısa bir prosedür ile hızlı, ucuz, duyarlı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmasının devamında; ilk defa S. maltophilia ve S. sonnei'nin trimetoprim-sülfametoksazol, levofloksasin ve ampisilin antibiyotiklerine duyarlılıklarının tespiti amacıyla kısa sürede analiz sağlayan, hassas, düşük maliyetli elektrokimyasal bir sensör sistemi geliştirilmiştir. İlk olarak bakteri canlılığının gösterilmesinde kullanılan indikatör Resazurinin elektrokimyasal özellikleri dönüşümlü voltametri ve diferansiyel puls voltametrisi ile karakterize edilmiştir. Elektrokimyasal sensör ile Resazurinin tayin sınırı 19,6 µM bulunmuştur. Antibiyotik duyarlılığının elektrokimyasal tespitine geçilmeden önce her iki bakterinin antibiyotiklere duyarlılıkları disk difüzyon, sıvı mikrodilüsyon ve zamana bağlı öldürme etkinliği çalışmaları ile belirlenmiştir. Zamana bağlı öldürme etkinliği çalışmaları ile ayrıca antibiyotiklerin bakterilerin üremesini etkilediği minimum süre bulunmuştur. Elektrokimyasal çalışmalar sonucunda; S. maltophilia suşu trimetoprim-sülfametoksazol ve levofloksasine duyarlı, ampisiline dirençli bulunmuştur. S. sonnei suşu levofloksasine duyarlı, trimetoprim-sülfametoksazol ve ampisiline dirençli bulunmuştur. Elektrokimyasal yöntemle elde edilen sonuçlar klasik yöntemler ile elde edilen sonuçlarla uyumludur. Klasik yöntemlerde 18-24 saat aralığında belirlenen antibiyotik dirençlilik/duyarlılık durumu, geliştirilen elektrokimyasal sensör ile 3,5-4 saat içinde, daha az basamaklı bir prosedür ile ucuz bir şekilde başarıyla belirlenmiştir.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Elektrokimyasal biyosensörler, bakteri tespiti, antibiyotik duyarlılığı, Resazurin, nanomalzeme, DNA., Electrochemical biosensors, bacteria detection, antibiotic susceptibility, nanomaterial
