Efecto de la Combinación de Péptidos PEPTIR Sobre la Sensibilidad y Especificidad en Biosensores Electroquímicos Para la Detección de Escherichia coli O157:H7 en Matrices Acuosas

Abstract

El diseño de biosensores electroquímico se ha estado empleando como un método alternativo para la detección de microorganismos patógenos debido a su simplicidad y alta sensibilidad. En este proyecto de grado se desarrolló un biosensor electroquímico para la detección analítica rápida de Escherichia coli O157:H7 mediante la modificación de un electrodo serigrafiado (SPE) con nanopartículas de oro y elementos biológicos de reconocimiento. Para dichos elementos biológicos, se utilizaron 2 péptidos diseñados en el grupo de investigación CIBAS. El péptido 1 (PEPTIR 1) y péptido 2 (PEPTIR 2), los cuales difieren en el cambio de un aminoácido, una asparagina por una alanina, esto confiere parámetros de interacción molecular con la proteína intimina superiores en PEPTIR 2.0, además, presenta mejores valores de afinidad de unión y constante de disociación. Los dos péptidos tienen la misma región de unión al interactuar con la proteína intimina, sin embargo, el PEPTIR 1.0 genera un menor número de contactos intermoleculares (52 contactos) que el PEPTIR 2.0 (63 contactos), por esto, es más sensible para detectar microorganismos como S. aureus y P. aeruginosa y el PEPTIR 2,0 es más específico o selectivo para E.coli patógena, por consiguiente, surgió la importancia de combinar estos dos elementos de reconocimiento en un mismo biosensor y así determinar el efecto que tienen sobre la especificidad y la sensibilidad al momento de detectar Escherichia coli O157:H7. La medición de las propiedades electroquímicas del biosensor se realizaron a través de las técnicas de espectroscopia de impedancia electroquímica, voltametría de onda cuadrada y voltametría cíclica. Los resultados obtenidos concluyeron que la combinación que mejor presento resultados fue la combinación I, donde se trabajó con concentraciones de 10,0 nM para el PEPTIR-1 y 5.0 nM de PEPTIR-2, obteniendo límites de detección y cuantificación de 3 UFC/mL y 11 UFC/mL, respectivamente.

Electrochemical biosensor design has been used as an alternative method for the detection of pathogenic microorganisms due to its simplicity and high sensitivity. In this degree project, an electrochemical biosensor was developed for the rapid analytical detection of Escherichia coli O157:H7 by modifying a screen-printed electrode (SPE) with gold nanoparticles and biological recognition elements. For these biological elements, 2 peptides designed in the CIBAS research group were used. Peptide 1 (PEPTIR 1) and peptide 2 (PEPTIR 2), which differ in the change of an amino acid, an asparagine for an alanine, this confers higher molecular interaction parameters with the intimin protein in PEPTIR 2.0, in addition, it presents better binding affinity and dissociation constant values. The two peptides have the same binding region when interacting with the intimin protein, however, PEPTIR 1.0 generates fewer intermolecular contacts (52 contacts) than PEPTIR 2.0 (63 contacts), therefore, it is more sensitive to detect microorganisms such as S. aureus and P. aeruginosa and PEPTIR 2.0 is more specific or selective for pathogenic E.coli, therefore, it was important to combine these two recognition elements in the same biosensor and thus determine the effect they have on the specificity and sensitivity at the time of detecting Escherichia coli O157:H7. The measurement of the electrochemical properties of the biosensor was carried out through the techniques of electrochemical impedance spectroscopy, square wave voltammetry and cyclic voltammetry. The results obtained concluded the results obtained concluded that the combination that presented the best results was combination I, where concentrations of 10.0 nM for PEPTIR-1 and 5.0 nM for PEPTIR-2 were worked, obtaining detection and quantification limits of 3 CFU/mL. and 11 CFU/mL, respectively.