Biosensor asistido por nanopartículas detecta rápidamente E. Coli en el agua

Biosensor asistido por nanopartículas detecta rápidamente E. Coli en el agua


Debido a que los métodos tradicionales de monitoreo de la contaminación bacteriana en el agua son costosos y consumen mucho tiempo, existe una necesidad urgente de un sistema detectable rápido e in situ. Para abordar esta necesidad, los investigadores desarrollaron recientemente un biosensor basado en puntos cuánticos aptámero asistido por nanopartículas magnéticas que pueden identificar rápidamente E. coli en muestras de agua. Este estudio está disponible como evidencia preliminar en la revista Science of the Total Environment.

Biosensor asistido por nanopartículas detecta rápidamente E. Coli en el agua​​​​​​

​​​​​​Estudio: Desarrollo de un biosensor basado en puntos cuánticos de aptámero asistido por nanopartículas magnéticas para la detección de Escherichia coli en muestras de agua. Crédito: Lightspring/Shutterstock.com

Varias enfermedades ocurren debido a la contaminación de alimentos y agua por microorganismos. Uno de los contaminantes más comunes del agua es Escherichia coli (E. coli).

Contaminación microbiana del agua.

Varias enfermedades bacterianas y virales ocurren debido a la contaminación de los cuerpos de agua; Por ejemplo, el 60% de las enfermedades diarreicas se han relacionado con este problema. La contaminación del agua por patógenos microbianos se ha convertido en un problema global, ya que podría actuar como fuente de enfermedades y conducir a su transmisión. Algunas de las principales causas de contaminación de las aguas naturales son la urbanización, la contaminación por aguas residuales, los efluentes industriales no controlados, los efluentes hospitalarios no tratados, etc.

Los científicos determinan la calidad del agua al monitorear la presencia de microorganismos indicadores. Para consumo humano, los valores son de E. coli y otros coliformes (por ejemplo, Enterobacteriaceae) en muestras de agua. Varias cepas patógenas E. coli, como K-12, O157:H7 y CFT073, pueden causar infecciones del tracto urinario (ITU), meningitis neonatal y gastroenteritis. Algunos otros contaminantes dañinos del agua, particularmente la contaminación fecal, pueden causar enfermedades graves como la hepatitis A, la fiebre tifoidea y la gastroenteritis viral.

Los investigadores han desarrollado biosensores sofisticados con selectividad biológica. Estos biosensores contienen un circuito microelectrónico y un sistema de biodetección que puede detectar rápidamente la contaminación en muestras de agua. Desarrollo de nuevos biosensores que pueden detectar rápidamente E. coli en muestras de agua podría resolver varios problemas relacionados con la calidad del agua.

Biosensores para la detección rápida in situ de E. coli: un nuevo estudio

Los científicos han desarrollado un biosensor basado en fluorescencia para la identificación E. coli basado en el principio de que el 4-metilumbeliferil-β-D-glucurónido (MUG) se hidroliza rápidamente por un E. coli Enzima β-D-glucuronidasa (GUD). Esta reacción produce un producto fluorogénico que es indicativo de la presencia de E. coli en muestras de agua.

Los científicos utilizan sensores de salida de ARN activados por inducción de ligandos (ROSALIND), un sistema sin células, para detectar varios contaminantes del agua. Este sistema utiliza un aptámero de ARN que induce la fluorescencia. Por lo tanto, la contaminación provoca que el aptámero se transcriba y genere señales de fluorescencia.

investigadores han desarrollado E. coli Aptámero I y II nanopartículas de óxido de hierro superparamagnético conjugado (SPION) y puntos cuánticos de ácido mercaptopropiónico de telururo de cadmio (CdTe-QD) Biosensor prototipo ATmega328P para la detección cualitativa y cuantitativa de E. coli en muestras de agua.

Los científicos utilizaron el método de dispersión dinámica de la luz (DLS) para medir la distribución de tamaño de los CdTe-MPA-QD hidrofílicos recién sintetizados y los SPION hidrofílicos dispersos en agua ultrapura. Se informó que el tamaño de partícula promedio de los QD de CdTe-MPA hidrofílicos era de 132,9 nm y se encontró que estaba cargado negativamente. Las imágenes TEM mostraron que las nanopartículas de CdTe-MPA-QDs sintetizadas eran esféricas.

En este estudio, los investigadores evaluaron las propiedades magnéticas de los SPION a temperatura ambiente utilizando un magnetómetro con un dispositivo de interferencia cuántica superconductora. Observaron que los SPION eran superparamagnéticos y que la magnetización neta de las partículas era cero en ausencia de un campo externo.

Por el contrario, los autores bioconjugaron los aptámeros selectivos E. coli lo que da como resultado la formación de los nanoconjugados deseados de aptámero I CASPION y aptámero II CdTe-MPA QD. E. coli muestras de agua que contenían se incubaron con E. coli Aptámero I específico CASPION conjugado, donde E. coli se unió fácilmente al aptámero I en la superficie de SPION.

A continuación, se separaron utilizando un imán de laboratorio de alta potencia para formar un lodo del complejo bacteria-SPION. La presencia de E. coli Las células se confirmaron usando QD de CdTe-MPA conjugado con aptámero II examinados bajo microscopía de barrido láser confocal.

El microcontrolador ATmega 328P se utilizó para desarrollar un prototipo de biosensor basado en QD de CdTe-MPA conjugado con aptámero II. En este prototipo de biosensor, las lecturas de intensidad de fluorescencia de CdTe-MPA-QD antes y después de la excitación por luz ultravioleta se obtienen en su pantalla de cristal líquido (LCD). Este biosensor puede detectar incluso recuentos bacterianos bajos (hasta 100 CFU) utilizando un fotodiodo y una lente plano-convexa. Es importante destacar que el microcontrolador ATmega328P tiene detección instantánea de E. coli en muestras de agua con alta especificidad y sensibilidad.

Conclusión

En este estudio, los investigadores informaron sobre el desarrollo exitoso de un prototipo de biosensor ATmega328P basado en fluorescencia que detecta la presencia de E. coli. SPIONs y CdTe-MPA QDs se conjugaron con E. coli aptámero específico I y II.

Tanto la bioconjugación de E. coli pudieron detectar aptámeros I y II específicos con SPION y QD E. coli. Los investigadores también utilizaron QD CdTe-MPA conjugados con aptámero II para la captura y detección. E. coli con el biosensor prototipo ATmega328P que puede detectar E. coli in situ hasta 100 CFU en la muestra de agua.

referencia

Pandita, C. et al. (2022) Desarrollo de biosensores basados ​​en puntos cuánticos aptámeros asistidos por nanopartículas magnéticas para la detección de Escherichia coli en muestras de agua. ciencia de todo el medio ambiente. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969722019507?via%3Dihub

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