Biyomoleküler etkileşime yönelik elektrokimyasal nükleik asit biyosensörlerin geliştirilmesi
Development of electrochemical nucleic acidbiosensors for biomolecular interactions
Yazar: ECE KESİCİ
Danışman: PROF. DR. KADRİYE ARZUM ERDEM GÜRSAN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Tez çalışmamızın ilk kısmında, nükleik asit hibridizasyonuna dayalı biyomoleküler etkileşimden yola çıkılarak mikroRNA tayininin daha hassas ve duyarlı bir şekilde, daha hızlı, pratik ve düşük maliyetle yapılabileceği elektrokimyasal biyosensörlerin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu doğrultuda tek kullanımlık kalem grafit elektrot (PGE) yüzeyi, kovalent bağlacıyı ajan (CA) ve iyonik sıvı (IL) ile modifiye edilerek kanser ve birçok hastalığın teşhisinde önemli bir biyobelirteç olarak tanımlı mikroRNA-34a tayinine yönelik bir biyosensör (IL-CA-PGE) geliştirilmiştir. Sensörün mikroskobik yüzey karakterizasyonu taramalı elektron mikroskobu (SEM), elekrokimyasal karakterizasyonu ise elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve dönüşümlü voltametri (CV) yöntemleri ile yapılmıştır. IL-CA-PGE yüzeyine immobilize edilecek DNA prob konsantrasyonu, miRNA-34a hedef konsantrasyonu, hibridizasyon süresi ve oluşan hibritin elektrot yüzeyine immobilizasyon süresi EIS tekniği ile optimize edilmiştir. DNA probu ve mikroRNA-34a hedef arasında hibrit oluşumuyla biyomoleküler etkileşime dayalı mikroRNA-34a tayini EIS tekniği ile yüzeydeki direnç farklanması izlenerek gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, geliştirilen biyosensörün uygulanabilirliğinin incelenmesi amacıyla yapay serum ortamında (FBS) miRNA tayini yapılmıştır. Farklı mikroRNA dizileri varlığında ise biyosensörün seçimliliği tampon çözeltisi ve FBS ortamında test edilmiştir.

Tez çalışmamızın ikinci bölümünde, bir mikotoksin olan Fumonisin B1 (FB1) ile çift sarmal DNA'nın etkileşimini incelemek amacıyla PGE kullanılmıştır. Literatürde ilk kez FB1'in DNA ile etkileşimi elektrot yüzeyinde EIS tekniği kullanılarak incelenmiştir. DNA konsantrayonu, FB1 konsantrasyonu ve etkileşim süresi empedimetrik yöntemle optimize edilmiştir DNA biyosensörünün FB1'e seçimliliği farklı mikotoksinlerin; Zearalenon (ZEN), Deoksivinalenol (DON), Okratoksin A (OTA)'nın oranındaki karışım ortamlarında test edilmiştir.
Biyomoleküler etkileşimlerin tek kullanımlık elektrokimyasal biyosensörlerle algılanmasına yönelik tez çalışmasında daha duyarlı ve seçimli bir şekilde tekrarlanabilir sonuçlar elde edilmesi gelecekte farklı miRNA ve toksin analizlerinin güvenle yapılabileceğini göstermektedir.

Abstract:
In the first part of this study, in order to develop electrochemical biosensors in which the determination of microRNA can be performed more quickly, practically and with low cost by means of biomolecular interaction based on nucleic acid hybridization. A novel biosensor was devloped for the determination of microRNA-34a as a major biomarker in the diagnosis of cancer and many diseases by modifying the surface of disposable pencil graphite electrode (PGE) via covalent agent (CA) and ionic liquid (IL). Microscopic characterization of sensor surface was done by scanning electron microscopy (SEM) and electrochemical characterization by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV) methods. DNA probe concentration, probe immobilization time on to electrode surface, miRNA-34a target concentration, hybridization time and immobilization time for hybrid onto the electrode surface were optimized by using EIS technique. Detection of miRNA-34a based on biomolecular interaction after hybrid formation between the DNA probe and miRNA-34a target was performed by monitoring the charge transfer resistance (Rct) by EIS technique. In order to investigate the applicability of the developed biosensor, miRNA detection was also performed in artificial serum medium (FBS). The selectivity of impedimetric biosensor to miRNA-34a was also tested in the presence of other non-complementary miRNA sequences both in buffer media, or diluted FBS.
In the second part of this study, PGE was used to investigate the biointeraction of mycotoxin, Fumonisin B1 (FB1) with double helix DNA for the first time in the literature by using EIS technique. DNA concentration, FB1 concentration and interaction time etc. were optimized. The interaction of FB1 with dsDNA was also tested in the mixture (1:1) of other mycotoxins, such as Zearalenone (ZEN), Deoxyvinalenol (DON), Ochratoxin A (OTA)  for testing the selectivity of impedimetric biosensor to FB1.
Biomolecular interactions based on single-use electrochemical biosensors in this study conducted with a more sensitive, rapid and selectively reproducible results can be obtained by analyzing the determination of different types of miRNAs and toxins in the future.