Desarrollo de un genosensor piezoeléctrico

Abstract

Escherichia coli O157:H7 es un patógeno importante en la contaminación de alimentos que causa brotes con una alta morbilidad. Dado que los métodos tradicionales para su detección, a menudo tardan 24 horas en emitir el resultado, existe la necesidad de desarrollar nuevas metodologías que permitan una detección rápida, simple, confiable y específica. Bajo este escenario, el desarrollo de biosensores puede ser una alternativa para dar un resultado rápido cuando exista sospecha de contaminación. Un genosensor piezoeléctrico es un dispositivo capaz de modificar la frecuencia de vibración del cristal de cuarzo, debido a los cambios de masa producidos en la superficie del electrodo de oro, estos son el resultado de la interacción entre el biomarcador de interés y el biorreceptor génico que se encuentra inmovilizado a la superficie del transductor por medio de la interfaz biológica. El adecuado diseño y selección de los elementos específicos de reconocimiento biológico, la apropiada inmovilización sobre el transductor y la selección y desarrollo del sistema de caracterización, se convierten en tareas fundamentales para el éxito en el desarrollo de estos dispositivos de detección. En esta investigación, se seleccionó como biomarcador del patógeno, una región del gen rfbE, que codifica para el antígeno O de la bacteria. Aplicando el método de fisiadsorción basado en la unión entre la proteína estreptavidina y la molécula biotina, se inmovilizó el biorreceptor génico sobre la superficie, para detectar la hibridación de este con su secuencia complementaria. Para la detección del evento biológico de interés, se utilizó un genosensor piezoeléctrico, configurado como microbalanza de cristal de cuarzo de alta frecuencia. Finalmente, se analizó el desempeño del dispositivo por medio de las características de especificidad, repetibilidad y reusabilidad.

Escherichia coli O157: H7 is a major pathogen in food contamination that causes outbreaks with high morbidity. The traditional methods for their detection often take a long time, therefore there is a need to develop new methodologies that allow rapid, simple, reliable and specific detection. Under this scenario, development in biosensors could offer an alternative for fast testing in suspected cases of bacterial contamination. A piezoelectric genosensor is a device that is able to shift its quartz crystal frequency give mass changed on the surface of its gold electrode, which occur due to the interaction between the biomarker and the gene bioreceptor, which is immobilized on the transducer surface through biological interface. The appropriate design and selection of the specific elements for biological recognition, adequate immobilization on the transducer and the selection and development of the characterization system, are essential tasks for successfully develop these devices. In this research, it was selected a sequence of the rfbE gene as a biomarker, which encodes O-antigen in Escherichia coli. Applying the physisorption method based on the union between the streptavidin protein and the biotin molecule, the bioreceptor was immobilized on the surface for the detection of the complementary strand. The piezoelectric genosensor was configured to be a high-frequency quartz crystal microbalance. Finally, the performance of the device was analyzed assessing specificity, repeatability, and reusability characteristics