Sistemas de biomonitorización (biosensores)
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Sistemas de
biomonitorización
(biosensores)
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
Transducer
Biosensor components
Sensing element/Biological component
Sensor material
Interface
Transducer
Biosensor components
Sensing element/Biological component
Sensor material
Interface
Componentes
Elemento biológico
OrganismosTejidosCélulasOrgánulosMembranasEnzimasReceptoresAnticuerposÁcidos nucleicosMoléculas orgánicas
Sistema de detección
PotenciométricosAmperiométricosConductimétricosÓpticosCalorimétricosAcústicosMecánicos
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
Tóxicos fenólicosÁcido fluoroacéticoPesticidas Metales pesados
Muerte celular
Alteración bioluminiscencia
Alteración sistemas transporte electrónico
1. Medida de toxicidad ambiental
MICROTOX - Vibrio fischeri Photobacterium phosphoreum GEMsMetPLATE - E.coli lacZ+ ATP-TOX - Genes luc Cuantificación de ATP bacteriano
Biosíntesis
DrogasAntimicrobianosPesticidasAgentes inorgánicosOndas electromagnéticas
Potencial mutagénico
AMES TEST - Salmonella autótrofo para His MUTATOX - Photobacterium phosphoreum variante dark
VITOTOX - E. coli PrecN:: luxCDABE (SOS)
2. Medida de genotoxicidad
3. Detección de compuestos específicos
R
Antb R
genes de detoxificación
I
A B C
Informador
Respuesta "natural"
Sistema informador
Emisión de luz o fluorescencia
Presentación de un epitopo
Actividad enzimática
Bioindicadores basados en promotores catabólicos
Sites polluted with Lindane (-HCH) near Bilbao
-HCH
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Engineering a bacterial system for in situ detection of Lindane
-HCH
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
HCl
LinA
-PCCH
Cl
Cl Cl
Cl
Cl
1,4-TCDN
Cl
Cl Cl
ClHCl
spontaneous
1,2,4,-TCB
Cl
Cl
Cl
HCl
LinA
Lindane degradation in Lindane degradation in Sphingomonas Sphingomonas paucimobilis paucimobilis SS86SS86
LinD LinE
CO2 + H2O
LinB
LinC
Cl
Combination of a metabolic step with a regulatory step
g-HCHCl
Cl
ClCl
Cl
Cl
Cl
g-PCCH 1,4-TCDN CO2
Cl
1,2,4-TCB
LinA LinA
HCl HCl
Cl
+
Sphingomonas paucimobilis
no ind- 1,2,4-TCB
XylR
XylR5
XylR5 is inducibleby 1,2,4-TCB
02
4
68
no ind- 1,2,4-TCBAct
ivity
-
Gal
, x
103
161-166
Detection of Lindane with a lacZ fusion
Pu-lacZ
Pr-linAXylR5
0
200
400
600
0 1 2 3 4
-HClH XylR
-HClH XylR5
days
Act
ivity
-
gal
-HCH
XylR
XylR5
Detection of Lindane with MUG in soil
XylR+LinA XylR5+LinA no bacteria
+ HCH
- HCH
NO2
NO2
NO2
CH3
Detection of explosives:
NO2
NO2
CH3
The descrioptor 2,4-DNT
TNT
wt XylR5
No ind 2,4-DNT3-MBA
wt XylR5 wt XylR5
XylR variants responding to 2,4 DNT
wt XylR5No ind 2,4-DNT
XylR5
Visible
UV
Detecting explosives in soil
Area Reduction: THE FEASIBILITY
Lack of methodologyBased 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.
1% additional reduction:
5% additional reduction:
10% additional reduction:
30% additional reduction:
S A V E S
105 M€ and 2 years
525 M€ and 10 years
1050 M€ and 20 years
3150 M€ and 60 years
Junkal Garmendia