Sistemas de biomonitorización (biosensores)

Biosensor Estrategia que combina: Un sensor biológico para un analito de interés con un sistema de detección que produce una señal proporcional a la concentración de analito

Biosensor components Sensing element/ Biological component Interface Sensor material Transducer

Biosensor components Sensing element/ Biological component Interface Transducer Biosensor components Sensing element/ Biological component Sensor material Interface

Componentes Elemento biológico Organismos Tejidos Células Orgánulos Membranas Enzimas Receptores Anticuerpos Ácidos nucleicos Moléculas orgánicas Sistema de detección Potenciométricos Amperiométricos Conductimétricos Ópticos Calorimétricos Acústicos Mecánicos

Sistema biológico: Células enteras- bacterias Sistema de detección: Bioluminiscencia- emisión de luz por células vivas resultante de reacciones químicas mediadas biológicamente

Bacterias como componentes biológicos de biosensores 1. Medida de toxicidad ambiental 2. Medida de genotoxicidad 3. Detección de compuestos específicos

1. Medida de toxicidad ambiental Alteración sistemas transporte electrónico Tóxicos fenólicos Ácido fluoroacético Pesticidas Metales pesados Muerte celular Alteración bioluminiscencia MICROTOX - Vibrio fischeri Photobacterium phosphoreum GEMs MetPLATE - E.coli lacZ+ ATP-TOX - Genes luc Cuantificación de ATP bacteriano Biosíntesis

2. Medida de genotoxicidad Drogas Antimicrobianos Pesticidas Agentes inorgánicos Ondas electromagnéticas Potencial mutagénico AMES TEST - Salmonella autótrofo para His MUTATOX - Photobacterium phosphoreum variante dark VITOTOX - E. coli PrecN:: luxCDABE (SOS)

compuestos específicos 3. Detección de compuestos específicos

I R A B C R Bioindicadores basados en promotores catabólicos genes de detoxificación Respuesta R A B C "natural" Antb R Informador Sistema informador Presentación de Emisión de luz o un epitopo fluorescencia Actividad enzimática

Sites polluted with Lindane (g-HCH) near Bilbao

Engineering a bacterial system for in situ detection of Lindane Cl Cl Cl Dado que hemos visto que el 3-nt no es un inductor natural de XylR quisimos ver si esta molecula aromatica no es capaz de unirse a la proteina wt (y por tanto los mutantes habrian adquirido esta abilidad) o si por el contrario esta molecula es capaz de unirse a la proteina wt pero la union es no productiva. Para ello analizamos el efecto del 3-nt en la activacion dependiente de 3-mba en XylRwt en Pp con la fusion Pu::lacZ en el cromosoma. A. 3mba concentracion fija de 1 mM y concentraciones crecientes de 3nt y vemos que la actividad b-gal cae hasta niveles casi indetectables. En B hemos analizado el tipo de inhibicion que tenemos y vemos que parece ser una inhibicion competitiva por la forma de las curvas, concluyendo por tanto que el 3nt es capaz de unirse a XylRwt en el mismo sitio que su inductor natural 3mba pero que esta union es no productiva incapaz de liberar la represion intramolecular del dominio A sobre el dominio central necesario para que el sistema sea competente para activar la transcripcion en el promotor Pu. g-HCH Cl Cl Cl

Lindane degradation in Sphingomonas paucimobilis SS86 1,2,4,-TCB Cl HCl spontaneous g-HCH Cl HCl LinA g-PCCH Cl HCl LinA 1,4-TCDN Cl LinD LinE CO2 + H2O LinB LinC

Combination of a metabolic step with a Cl Combination of a metabolic step with a regulatory step g-HCH g-PCCH 1,4-TCDN CO2 1,2,4-TCB LinA HCl Sphingomonas paucimobilis +

XylR5 is inducible by 1,2,4-TCB 161-166 8 no ind- 1,2,4-TCB 6 XylR Activity b-Gal, x 103 4 XylR5 2 no ind- 1,2,4-TCB

Detection of Lindane with a lacZ fusion g-HCH XylR XylR5 Pu-lacZ XylR5 Pr-linA 600 400 g -HClH XylR Activity b-gal g -HClH XylR5 200 1 2 3 4 days

Detection of Lindane with MUG in soil - g HCH + g HCH no bacteria XylR+LinA XylR5+LinA

TNT Detection of explosives: CH3 NO2 NO2 NO2 The descrioptor 2,4-DNT

XylR variants responding to 2,4 DNT No ind 3-MBA 2,4-DNT wt XylR5 wt Dado que hemos visto que el 3-nt no es un inductor natural de XylR quisimos ver si esta molecula aromatica no es capaz de unirse a la proteina wt (y por tanto los mutantes habrian adquirido esta abilidad) o si por el contrario esta molecula es capaz de unirse a la proteina wt pero la union es no productiva. Para ello analizamos el efecto del 3-nt en la activacion dependiente de 3-mba en XylRwt en Pp con la fusion Pu::lacZ en el cromosoma. A. 3mba concentracion fija de 1 mM y concentraciones crecientes de 3nt y vemos que la actividad b-gal cae hasta niveles casi indetectables. En B hemos analizado el tipo de inhibicion que tenemos y vemos que parece ser una inhibicion competitiva por la forma de las curvas, concluyendo por tanto que el 3nt es capaz de unirse a XylRwt en el mismo sitio que su inductor natural 3mba pero que esta union es no productiva incapaz de liberar la represion intramolecular del dominio A sobre el dominio central necesario para que el sistema sea competente para activar la transcripcion en el promotor Pu.

Detecting explosives in soil 2,4-DNT No ind wt XylR5 XylR5 Visible Dado que hemos visto que el 3-nt no es un inductor natural de XylR quisimos ver si esta molecula aromatica no es capaz de unirse a la proteina wt (y por tanto los mutantes habrian adquirido esta abilidad) o si por el contrario esta molecula es capaz de unirse a la proteina wt pero la union es no productiva. Para ello analizamos el efecto del 3-nt en la activacion dependiente de 3-mba en XylRwt en Pp con la fusion Pu::lacZ en el cromosoma. A. 3mba concentracion fija de 1 mM y concentraciones crecientes de 3nt y vemos que la actividad b-gal cae hasta niveles casi indetectables. En B hemos analizado el tipo de inhibicion que tenemos y vemos que parece ser una inhibicion competitiva por la forma de las curvas, concluyendo por tanto que el 3nt es capaz de unirse a XylRwt en el mismo sitio que su inductor natural 3mba pero que esta union es no productiva incapaz de liberar la represion intramolecular del dominio A sobre el dominio central necesario para que el sistema sea competente para activar la transcripcion en el promotor Pu. UV

Area Reduction: THE FEASIBILITY Lack of methodology Based on fuzzy and subjective evidences “Mine Fields” are inaccurately defined. Inaccuracy results in greater expenses for level 3 survey

Area Reduction: THE DISTRIBUTED & SPECIALIZED SENSOR The MMDS provides a distributed & specialized sensor that detects explosive traces and reacts providing an enhanced EM evidence. A second sensor (a mobile one) easily detects the new EM evidence, which is the translation and amplification of the original explosive one.

S A V E S 1% additional reduction: 5% additional reduction: 10% additional reduction: 30% additional reduction: 105 M€ and 2 years 525 M€ and 10 years 1050 M€ and 20 years 3150 M€ and 60 years

Junkal Garmendia