Biyouyumlu indikatör içeren, hızlı ve hassas kolorimetrik biyosensörlerin geliştirilmesi ve patojenlerin fenotipik tespitinde kullanılması
Development of fast and sensitive colorimetric biosensors containing biocompatible indicators and theiir use in the phenotypic detection of pathogens
Yazar: ÇAĞLA ÇELİK
Danışman: DOÇ. DR. İSMAİL ÖÇSOY
Erciyes Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Analitik Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya = Chemistry ; Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Antosiyaninler = Anthocyanins ; Biyosensörler = Biosensors ; Biyouyumlu materyaller = Biocompatible materials ; Biyouyumluluk = Biocompatibility ; Fenotip = Phenotype ; Karbapenemler = Carbapenems ; Kolistin = Colistin ; Kolorimetri = Colorimetry ; Teşhis testleri = Diagnostic tests ; Üreaz = Urease

Özet:
İdrar yolu enfeksiyonları (İYE) her yaş grubunda görülmekle birlikte, genellikle bebeklerde ve geriatrik popülasyonda daha komplike sistemik enfeksiyonlara, kronik şikayetlere neden olabilen hastalıklardır. Her yıl Amerika Birleşik Devletleri'nde İYE şikayeti ile 8 milyon kişi klinik veya acil bölümlere başvurmakta ve bunlardan 100.000'i hastanede yatarak tedavi görmektedirler. Bu hastaların %15'ine antibiyotik tedavisi verilmekte ve yıllık maliyeti 1.6 milyar doları bulmaktadır. İYE görülme sıklığı yüksek olan diğer bir popülasyon olan yaşlılarda ise idrar kaçırma başta olmak üzere idrar yolu enfeksiyonları ve şikayetleri hayat kalitelerini bozmakta, onları depresyona sokmakta ve toplumdan izolasyonlarına neden olmaktadır. Yapılan çalışmalarda 60 yaş üstü kadın ve erkeklerin yaklaşık üçte birinde üriner şikayetler vardır. Son yıllarda hastane kaynaklı ve toplum kaynaklı edinilen antibiyotik dirençli mikroorganizmaları içeren Gram-negatif bakteri (GNB) ailesi içinde Enterobacteriaceae'lar direnç sorununun önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Özellikle Pseudomonas, Acinetobacter ve Klebsiella türlerinde kolistin ve karbapenem direnciyle oldukça sık karşılaşılmaktadır. WHO 2019 raporuna göre ülkemiz çoklu ilaç direncinde kırmızı işaretli olarak gösterilip ciddi tehlike altındadır. Mevcut tedavideki antibiyotiklerin etkili olmaması, hızlı şekilde gelişen antibiyotik direnci gelişmesi ve direncin tespit edilmesindeki zaman alıcı basamaklar doğru ve etkin tedavinin uygulanmasının önüne geçmektedir. Bu amaçla günümüzde kullanılan yöntemlere kıyasla oldukça ekonomik, milli kaynaklardan hazırlanan, hızlı ve hassas, bitkisel kaynaklı, fenotipik hızlı üreaz testi ve antibiyotik direnç testleri geliştirilmiştir. Yapılan çalışmanın temel amaçları içinde toksik özellikte ve irritasyona sebep olan boya ve indikatörler yerine biyouyumlu moleküllerin kullanımının sağlanması, 24-48 sa süren konvansiyonel test ve yöntemler yerine birkaç saat içinde sonuç verecek kolorimetrik biyosensörlerle patojenlerin fenotipik tespiti amaçlanmıştır. Geliştirilen kolorimetrik biyosensörlerdeki renk değişiminin kantitatif analizi için renkli görüntü işleme teknikleriyle renk değişimi kişiye bağlı olmadan mobil uygulama ile analiz edilmiştir. Ayrıca 3 boyutlu yazıcı ile akıllı telefon platformu basılarak geliştirilen biyosensör test sonucu hassas şekilde analiz edilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçlar doğrultusunda geliştirilen İYE varlığını ve bakteriyel direnci tespit eden yerli ve milli biyosensörler, klinik laboratuvarlarda kullanılabilme potansiyeli taşıması açısından umut vericidir.
Anahtar Kelimeler: Antosiyanin; Karbapenem; Kolistin; Tanı Testi; Üreaz.

Abstract:
Although urinary tract infections (UTIs) are seen in all age groups, they are diseases that can cause more complicated systemic infections and chronic complaints in infants and the geriatric population. In the United States, 8 million people apply to clinical or emergency departments with the complaint of UTI each year, and 100,000 of them are hospitalized. Antibiotic treatment is given to 15% of these patients, and the annual cost is 1.6 billion dollars. In the elderly, another population with a high incidence of UTI, urinary tract infections and complaints, especially urinary incontinence, impair their quality of life, make them depressed and cause isolation from the society. In studies, about one-third of men and women over the age of 60 have urinary complaints. In recent years, Enterobacteriaceae in the Gram-negative bacteria (GNB) family, which includes hospital-acquired and community-acquired antibiotic-resistant microorganisms, constitute an important part of the resistance problem. Colistin and carbapenem resistance are quite common especially in Pseudomonas, Acinetobacter and Klebsiella species. According to the WHO 2019 report, our country is marked in red in multi-drug resistance and is in serious danger. The ineffectiveness of antibiotics in the current treatment, the rapid development of antibiotic resistance, and the time-consuming steps in detecting resistance prevent the application of correct and effective treatment. For this purpose, rapid and sensitive plant-derived, phenotypic rapid urease test and antibiotic resistance tests have been developed, which are quite economical compared to the methods used today, prepared from national sources. Among the main objectives of the study, it was aimed to ensure the use of biocompatible molecules instead of dyes and indicators that are toxic and cause irritation, and the phenotypic detection of pathogens with colorimetric biosensors that will give results in a few hours instead of conventional tests and methods that take 24-48 hours. For the quantitative analysis of the color change in the developed colorimetric biosensors, the color change was analyzed with the mobile application, regardless of the person, with color image processing techniques. In addition, it is aimed to analyze the biosensor test result, which was developed by printing the smartphone platform with a 3D printer, precisely. Domestic and national biosensors developed for these purposes, detecting the presence of UTI and bacterial resistance, are promising in terms of their potential to be used in clinical laboratories.
Keywords: Anthocyanin; Carbapenem; Colistin; Diagnostic Test; Urease.