Studium interakce protilátek s mikrobiálními buňkami pomocí biosensorů

Bc. Zdeněk Farka, Ph.D.

Diplomová práce

Interaction of antibodies with microbial cells studied using biosensors

Anotace:

V řadě oborů je nezbytné monitorovat přítomnost mikroorganismů. Tradiční mikrobiologické metody jsou spolehlivé, ale pomalé. Klíčovým požadavkem často bývá rychlá detekce, kterou umožňují biosensory. V této práci byly pomocí přímých afinitních biosensorů studovány interakce mezi protilátkami a třemi kmeny E. coli (BL21, DH5 alfa a K-12). Byl použit piezoelektrický biosensor, ze tří testovaných způsobů imobilizace poskytovala nejlepší výsledky metoda založená na vazbě redukovaných protilátek s využitím Sulfo-SMCC. Bylo dosaženo limitu detekce 10^5 CFU ml−1. Po optimalizaci metody byl piezoelektrický biosensor spojen s cyklónem pro detekci mikroorganismů ve formě aerosolu. V bioaerosolové komoře byly rozprašovány buňky E. coli a následně detekovány s LOD 1,45×10^4 CFU l−1 vzduchu. Doba od zapnutí cyklónu po detekci byla 16 min, celý experiment včetně rozprašování mikroorganismu a regenerace sensoru trval 40 min. Interakce protilátek s mikroorganismy byly studovány také pasivní metodou sledování impedance krystalu. Byl ukázán její potenciál pro off-line měření, při on-line experimentech však nebylo dosaženo zlepšení. Pro potvrzení výsledků byla použita rezonance povrchových plazmonů a mikroskopie atomárních sil.

Abstract:

Monitoring of microorganisms has a crucial role in many fields. The traditional microbiological methods are reliable, but time consuming. In some cases, the key requirement is fast detection which can be provided by biosensors. In this work, interactions of antibodies with three strains of E. coli (BL21, DH5 alpha and K-12) were studied using direct affinity biosensors. The piezoelectric biosensor was used, from the three tested immobilisation procedures, the best one was based on binding of reduced antibodies using Sulfo-SMCC. Limit of detection 10^5 CFU mL−1 was achieved. After optimisation of the method, the piezoelectric biosensor was coupled to cyclone air sampler for detection of microorganisms in the form of aerosol. E. coli cells were disseminated in a bioaerosol chamber and detected with LOD 1.45×10^4 CFU L−1 of air. The total time from sample collection to detection was 16 min, whole experiment including dissemination and sensor regeneration took 40 min. Interactions of antibodies with microorganisms were studied also using the passive method based on impedance analysis. Potential for off-line measurements has been shown, but no improvements were achieved in the on-line mode. Surface plasmon resonance and atomic force microscopy were used for verification of the results.

Klíčová slova

AFM, bioaerosol, biosensor, Escherichia coli, impedanční analýza, imunosensor, protilátka, QCM, SPR, Antibody, Impedance analysis, Immunosensor

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 24. 4. 2014

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 3. 6. 2014
• Vedoucí: doc. RNDr. Petr Skládal, CSc.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Magisterský studijní program / obor:
Biochemie / Analytická biochemie