XÂY DỰNG VÀ PHÁT TRIỂN BIOSENSOR TỪ TẾ BÀO NẤM MEN ỨNG DỤNG TRONG PHÁT HIỆN CÁC HỢP CHẤT GÂY ĐỘT BIẾN GEN

Ngày nhận bài: 06-06-2025

Ngày xuất bản: 13-06-2025

Lượt xem

0

Download

0

Chuyên mục:

NÔNG HỌC

Cách trích dẫn:

Ngọc, B., Đức, N., Thắng, N., & Hiếu, N. (2025). XÂY DỰNG VÀ PHÁT TRIỂN BIOSENSOR TỪ TẾ BÀO NẤM MEN ỨNG DỤNG TRONG PHÁT HIỆN CÁC HỢP CHẤT GÂY ĐỘT BIẾN GEN. Tạp Chí Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, 11(6). https://doi.org/10.31817/tckhnnvn.2013.11.6.

XÂY DỰNG VÀ PHÁT TRIỂN BIOSENSOR TỪ TẾ BÀO NẤM MEN ỨNG DỤNG TRONG PHÁT HIỆN CÁC HỢP CHẤT GÂY ĐỘT BIẾN GEN

Bùi Văn Ngọc (*) 1, 2, 3 , Nguyễn Hữu Đức 1, 2, 3 , Nguyễn Đức Thắng 1, 2, 3 , Nguyễn Công Hiếu 1, 2, 3

  • Tác giả liên hệ: [email protected]
  • 1 Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
  • 2 Khoa Công nghệ sinh học, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội
  • 3 Khoa Công nghệ thực phẩm và hóa học, Trường Đại học Sao Đỏ
  • Từ khóa

    Biosensor, độc tính gen, độc tính tế bào, gen thông báo (reporter gene), GFP (green fluorescent protein), methyl methansulfonate, menadione

    Tóm tắt


    Biosensor được phát triển nhờ việc thiết kế và xây dựng một plasmid thông báo mang gen GFP được điều khiển bởi promoter RNR2. Plasmid thông báo được biến nạp vào tế bào nấm men, sau đó được xử lý với các nồng độ MMS và menadione khác nhau. Thông qua cơ chế cảm ứng hoạt động bởi hợp chất gây biến đổi gen MMS, mà promoter RNR2 điều khiển sự phiên mã và biểu hiện của GFP, dẫn đến tín hiệu huỳnh quang phát ra khi đo tại 485nm (sóng kích thích) và 535nm (sóng phát xạ). Cường độ huỳnh quang đo được tỷ lệ thuận với nồng độ MMS có trong môi trường phân tích và đạt cực đại tại 1mM, nhưng giảm dần khi xử lý với nồng độ MMS trên 1mM, hiệu ứng này là do hoạt động hô hấp tế bào và quá trình sinh tổng hợp ATP bị kìm hãm. Ngược lại, menadione không gây kích thích promoter RNR2 hoạt động, nên không có tín hiệu huỳnh quang được ghi nhận. Chính vì vậy, biosensor theo thiết kế này không những có tiềm năng trong việc xác định, phát hiện các hợp chất gây biến đổi gen, độc hại tới con người và môi trường, mà còn phát hiện các hợp chất mới có cùng tính chất hóa học với MMS và có thể ứng dụng trong phát hiện thuốc mới và sàng lọc dược phẩm.

    Tài liệu tham khảo

    Afanassiev V., Sefton M., Anantachaiyong T., Barker G., Walmsley R., Wolfl S. (2000). Application of yeast cells transformed with GFP expression constructs containing the RAD54 or RNR2 promoter as a test for the genotoxic potential of chemical substances. Mutation research 464(2): 297-308.

    Benton M.G., Glasser N.R., Palecek S.P. (2007). The utilization of a Saccharomyces cerevisiae HUG1P-GFP promoter-reporter construct for the selective detection of DNA damage. Mutation research 633(1): 21-34.

    Berg J., Hung Y.P., Yellen G. (2009). A genetically encoded fluorescent reporter of ATP:ADP ratio. Nature methods 6(2): 161-166.

    Bergmans H.E., van Die I.M., Hoekstra W.P. (1981). Transformation in Escherichia coli: stages in the process. Journal of bacteriology 146(2): 564-570.

    Billinton N., Barker M.G., Michel C.E., Knight A.W., Heyer W.D., Goddard N.J., et al. (1998). Development of a green fluorescent protein reporter for a yeast genotoxicity biosensor. Biosensors & bioelectronics 13(7-8): 831-838.

    Bladen C.L., Kozlowski D.J., Dynan W.S. (2012). Effects of low-dose ionizing radiation and menadione, an inducer of oxidative stress, alone and in combination in a vertebrate embryo model. Radiation research 178(5): 499-503.

    Bui V.N. (2006). Development of novel yeast - based biosensor for cytotoxicity, genotoxicity, and environmental monitoring, Master Thesis - University of Stuttgart - Germany.

    Cahill P.A., Knight A.W., Billinton N., Barker M.G., Walsh L., Keenan P.O., et al. (2004). The GreenScreen genotoxicity assay: a screening validation programme. Mutagenesis 19(2): 105-119.

    Castro F.A., Mariani D., Panek A.D., Eleutherio E.C., Pereira M.D. (2008). Cytotoxicity mechanism of two naphthoquinones (menadione and plumbagin) in Saccharomyces cerevisiae. PloS one 3(12): e3999.

    Chaves G.M., da Silva W.P. (2012). Superoxide dismutases and glutaredoxins have a distinct role in the response of Candida albicans to oxidative stress generated by the chemical compounds menadione and diamide. Memorias do Instituto Oswaldo Cruz 107(8): 998-1005.

    Daunert S., Barrett G., Feliciano J.S., Shetty R.S., Shrestha S., Smith-Spencer W. (2000). Genetically engineered whole-cell sensing systems: coupling biological recognition with reporter genes. Chemical reviews 100(7): 2705-2738.

    Dickson M., Gagnon J.P. (2004). Key factors in the rising cost of new drug discovery and development. Nature reviews. Drug discovery 3(5): 417-429.

    Dinckaya E., Kinik O., Sezginturk M.K., Altug C., Akkoca A. (2011). Development of an impedimetric aflatoxin M1 biosensor based on a DNA probe and gold nanoparticles. Biosensors & bioelectronics.

    Đỗ Biên Cương, Đặng Thị Thu (2009). Phương pháp chế tạo kít acetylcholinesterase huyết thanh lợn phát hiện nhanh dư lượng thuốc trừ sâu, 1.6.2009. CShttcn (ed) Vol. Bằng độc quyền Giải pháp hữu ích số 771. Việt Nam.

    Froger A., Hall J.E. (2007). Transformation of plasmid DNA into E. coli using the heat shock method. Journal of Visualized Experiments 6(253): doi: 10.3791/3253.

    Garcia-Alonso J, Fakhrullin R.F., Paunov V.N. (2010). Rapid and direct magnetization of GFP-reporter yeast for micro-screening systems. Biosensors & bioelectronics 25(7): 1816-1819.

    Gu M.B., Mitchell R.J., Kim B.C. (2004). Whole-cell-based biosensors for environmental biomonitoring and application. Advances in biochemical engineering/biotechnology 87: 269-305.

    Gundinc U., Filazi A. (2009). Detection of aflatoxin M1 concentrations in UHT milk consumed in Turkey markets by ELISA. Pakistan journal of biological sciences: PJBS 12(8): 653-656.

    Huang D., Piening B.D., Paulovich A.G. (2013). The Preference for Error-Free or Error-Prone Postreplication Repair in Saccharomyces cerevisiae Exposed to Low-Dose Methyl Methanesulfonate Is Cell Cycle Dependent. Molecular and cellular biology 33(8): 1515-1527.

    Isarankura-Na-Ayudhya C, Tantimongcolwat T, Galla HJ, Prachayasittikul V (2010). Fluorescent protein-based optical biosensor for copper ion quantitation. Biological trace element research 134(3): 352-363.

    Jayaraman M., Radhika V., Bamne M.N., Ramos R., Briggs R., Dhanasekaran D.N. (2005). Engineered Saccharomyces cerevisiae strain BioS-OS1/2, for the detection of oxidative stress. Biotechnology progress 21(5): 1373-1379.

    Kitanovic A., Walther T., Loret M.O., Holzwarth J., Kitanovic I., Bonowski F., et al. (2009). Metabolic response to MMS-mediated DNA damage in Saccharomyces cerevisiae is dependent on the glucose concentration in the medium. FEMS yeast research 9(4): 535-551.

    Kitanovic A., Wolfl S. (2006). Fructose-1,6-bisphosphatase mediates cellular responses to DNA damage and aging in Saccharomyces cerevisiae. Mutation research 594(1-2): 135-147.

    Kolosova A.Y., Shim W.B., Yang Z.Y., Eremin S.A., Chung D.H. (2006). Direct competitive ELISA based on a monoclonal antibody for detection of aflatoxin B1. Stabilization of ELISA kit components and application to grain samples. Analytical and bioanalytical chemistry 384(1): 286-294.

    Lavrinenko I.A., Lavrinenko V.A., Ryabchenko A.V., Beklemishev A.B. (2006). Development of a biosensor test system with GFP reporter protein for detection of DNA damages. Bulletin of experimental biology and medicine 141(1): 33-35.

    Lee N.A., Wang S., Allan R.D., Kennedy I.R. (2004). A rapid aflatoxin B1 ELISA: development and validation with reduced matrix effects for peanuts, corn, pistachio, and Soybeans. Journal of agricultural and food chemistry 52(10): 2746-2755.

    Lumjiaktase P., Aguilar C., Battin T., Riedel K., Eberl L. (2010). Construction of self-transmissible green fluorescent protein-based biosensor plasmids and their use for identification of N-acyl homoserine-producing bacteria in lake sediments. Applied and environmental microbiology 76(18): 6119-6127.

    Lundin C., North M., Erixon K., Walters K., Jenssen D., Goldman A.S., et al. (2005). Methyl methanesulfonate (MMS) produces heat-labile DNA damage but no detectable in vivo DNA double-strand breaks. Nucleic acids research 33(12): 3799-3811.

    Lupo A., Roebuck C., Dutcher M., Kennedy J., Abouzied M. (2010). Validation study of a rapid ELISA for detection of aflatoxin in corn. Performance Tested Method 050901. Journal of AOAC International 93(2): 587-599.

    Martin-Cordero C., Sanchez-Pico A., Leon-Gonzalez A.J., Perez-Pulido A.J., Daga R.R. (2013). Yeast as a Biosensor of Detoxification: A Tool For Identifying New Compounds That Revert Multidrug Resistance. Current drug targets.

    Martineau R.L., Stout V., Towe B.C. (2009). Whole cell biosensing via recA::mCherry and LED-based flow-through fluorometry. Biosensors & bioelectronics 25(4): 759-766.

    McCoy L.F., Scholl P.F., Sutcliffe A.E., Kieszak S.M., Powers C.D., Rogers H.S., et al. (2008). Human aflatoxin albumin adducts quantitatively compared by ELISA, HPLC with fluorescence detection, and HPLC with isotope dilution mass spectrometry. Cancer epidemiology, biomarkers & prevention : a publication of the American Association for Cancer Research, cosponsored by the American Society of Preventive Oncology 17(7): 1653-1657.

    Mitchell R.J., Gu M.B. (2004). An Escherichia coli biosensor capable of detecting both genotoxic and oxidative damage. Applied microbiology and biotechnology 64(1): 46-52.

    Paniel N., Radoi A., Marty J.L. (2010). Development of an electrochemical biosensor for the detection of aflatoxin M1 in milk. Sensors (Basel) 10(10): 9439-9448.

    Pazos E., Vazquez O., Mascarenas J.L., Vazquez M.E. (2009). Peptide-based fluorescent biosensors. Chemical Society reviews 38(12): 3348-3359.

    Petranovic D., Tyo K., Vemuri G.N., Nielsen J. (2010). Prospects of yeast systems biology for human health: integrating lipid, protein and energy metabolism. FEMS yeast research 10(8): 1046-1059.

    Piening B.D., Huang D., Paulovich A.G. (2013). Novel Connections Between DNA Replication, Telomere Homeostasis, and the DNA Damage Response Revealed by a Genome-Wide Screen for TEL1/ATM Interactions in Saccharomyces cerevisiae. Genetics 193(4): 1117-1133.

    Rocheville M., Martin J., Jerman J., Kostenis E. (2013). Mining the potential of label-free biosensors for seven-transmembrane receptor drug discovery. Progress in molecular biology and translational science 115: 123-142.

    Rodriguez Velasco M.L., Calonge Delso M.M., Ordonez Escudero D. (2003). ELISA and HPLC determination of the occurrence of aflatoxin M(1) in raw cow's milk. Food additives and contaminants 20(3): 276-280.

    Rodriguez-Mozaz S., Alda M.J., Marco M.P., Barcelo D. (2005). Biosensors for environmental monitoring A global perspective. Talanta 65(2): 291-297.

    Sapsford K.E., Taitt C.R., Fertig S., Moore M.H., Lassman M.E., Maragos C.M., et al. (2006). Indirect competitive immunoassay for detection of aflatoxin B1 in corn and nut products using the array biosensor. Biosensors & bioelectronics 21(12): 2298-2305.

    Scudamore K.A., Hetmanski M.T., Clarke P.A., Barnes K.A., Startin J.R. (1996). Analytical methods for the determination of sterigmatocystin in cheese, bread and corn products using HPLC with atmospheric pressure ionization mass spectrometric detection. Food additives and contaminants 13(3): 343-358.

    Stocker J., Balluch D., Gsell M., Harms H., Feliciano J., Daunert S., et al. (2003). Development of a set of simple bacterial biosensors for quantitative and rapid measurements of arsenite and arsenate in potable water. Environmental science & technology 37(20): 4743-4750.

    Tak Y.K., Naoghare P.K., Lee K.H., Park S.S., Song J.M. (2008). Green fluorescent protein (GFP) as a direct biosensor for mutation detection: elimination of false-negative errors in target gene expression. Analytical biochemistry 380(1): 91-98.

    Taniguchi A. (2010). Live cell-based sensor cells. Biomaterials 31(23): 5911-5915.

    Vastarella W., Nicastri R. (2005). Enzyme/semiconductor nanoclusters combined systems for novel amperometric biosensors. Talanta 66(3): 627-633.

    Wada K., Taniguchi A., Kobayashi J., Yamato M., Okano T. (2008). Live cells-based cytotoxic sensorchip fabricated in a microfluidic system. Biotechnology and bioengineering 99(6): 1513-1517.

    Walmsley R.M., Gardner D.C., Oliver S.G. (1983). Stability of a cloned gene in yeast grown in chemostat culture. Molecular & general genetics : MGG 192(3): 361-365.

    Walsh L., Schmuckli-Maurer J., Billinton N., Barker M.G., Heyer W.D., Walmsley R.M. (2002). DNA-damage induction of RAD54 can be regulated independently of the RAD9- and DDC1-dependent checkpoints that regulate RNR2. Current genetics 41(4): 232-240.

    Wang H., Nakata E., Hamachi I. (2009). Recent progress in strategies for the creation of protein-based fluorescent biosensors. Chembiochem : a European journal of chemical biology 10(16): 2560-2577.

    Wu C.H., Le D., Mulchandani A., Chen W. (2009). Optimization of a whole-cell cadmium sensor with a toggle gene circuit. Biotechnology progress 25(3): 898-903.

    Yao D.S., Cao H., Wen S., Liu D.L., Bai Y., Zheng W.J. (2006). A novel biosensor for sterigmatocystin constructed by multi-walled carbon nanotubes (MWNT) modified with aflatoxin-detoxifizyme (ADTZ). Bioelectrochemistry 68(2): 126-133