Sistemas de biomonitorización

Presentación del tema: "Sistemas de biomonitorización"— Transcripción de la presentación:

1 Sistemas de biomonitorización
(biosensores)

2 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

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

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

5 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

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

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

8 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

9 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)

10 compuestos específicos
3. Detección de compuestos específicos

11 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

12 Sites polluted with Lindane (g-HCH) near Bilbao

13 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

14 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

15 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 +

16 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

17 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

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

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

20 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.

21 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

22

23 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

24 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.

25 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

26 Junkal Garmendia