Açil homoserin lakton moleküllerinin elektrokimyasal metod ile algılanması


Thesis Type: Postgraduate

Institution Of The Thesis: Marmara University, Faculty of Engineering, Chemical Engineering, Turkey

Approval Date: 2017

Thesis Language: Turkish

Student: ŞEVVAL MARAL ÖZCAN

Principal Supervisor (For Co-Supervisor Theses): NÜZHET CENK SESAL

Supervisor: ATIF KOCA

Abstract:

AÇİL HOMOSERİN LAKTON MOLEKÜLLERİNİN ELEKTROKİMYASAL METOD İLE ALGILANMASI Son yıllarda bakteriler tarafından kazanılan antibiyotik direnci, çeşitli hastalıkların tedavisinde etkinliği azaltmakta, tedavi süresini uzatarak maddi ve manevi kayıplara sebep olmaktadır. Araştırmalar antibiyotik direncinin oluşmasında en önemli faktörlerden birinin biyofilm tabakası olduğunu göstermiştir. Bakterilerde antibiyotiğe dirençli biyofilm formunun oluşumunda salt çoğunluğu algılama (Quorum Sensing-QS) sistemi rol oynamaktadır. QS, mikroorganizmalar arasında hücreler arası iletişimi sağlayan haberleşme sistemidir. Gram negatif bakterilerin kullandığı QS sinyal molekülleri Açil Homoserin Laktonlar (AHL)’dır. Bakterilerin sebep olduğu biyofilmin, virülans faktör üretiminin ve sporulasyonun önceden tespit edilebilmesi için AHL moleküllerinin algılanmasına yönelik hızlı, pratik, ekonomik teknikler geliştirme ihtiyacı doğmuştur. Bu çalışmada AHL’lerin tespitini sağlayacak elektrokimyasal biyosensör yapımı amaçlanmıştır. Belirtilen amaç doğrultusunda algılayıcı olarak elektrokatalitik özelliğe sahip olan metaloftalosiyaninlerden TEMPO-ZnPc, non periferal MnPc, TiPc ve PANİ-N3-MnPc kullanılmıştır. Kurulan elektrokimyasal sistemde, elektrotların metaloftalosiyaninlerle modifikasyonunda klik elektrokimya, elektropolimerizasyon ve damlatıp kaplama teknikleri kullanılmıştır. Modifiye edilen elektrotlarla çeşitli AHL moleküllerinin titrasyonu sonucu elektrokimyasal sistemdeki değişimler incelenmiştir. Elektrokimyasal analizler sonucunda TiPc ve n-MnPc modifiye elektrotlarla AHL moleküllerinin titrasyonu sonucunda elektrokimyasal sistemde önemli bir değişim gözlenmemiştir. TEMPO-ZnPc modifiye elektrotunun 3 oxo C12 HSL’yi 2.32x10-6 - 39.90x10-6 mol dm-3 konsantrasyon aralığında, PANİ-N3-MnPc modifiye elektrotunun ise 12.50x10-6 –300.00x10-6 mol dm-3 konsantrasyon aralığında tespit ettiği belirlenmiştir. PANİ-N3-MnPc modifiye elektrotla C8 HSL ve C10 HSL molekülleri için de elektrokimyasal sistemde değişimler gözlenmiştir. Elde edilen veriler AHL’lerin metaloftalosiyaninler kullanılarak elektrokimyasal sistemde hızlı bir şekilde saptanabileceğini göstermiştir. Çalışmadan elde edilen sonuçların, QS kaynaklı biyofilm, virülans, sporulasyon gibi biyolojik aktivitelerin saptanma çalışmalarına yardımcı olacağı düşünülmektedir. ABSTRACT DETECTION OF ACYL HOMOSERINE LACTONE MOLECULES VIA ELECTROCHEMICAL METHOD In recent years, antibiotic resistance acquired by bacteria, reduces effectiveness in the treatment of various diseases and prolongs the duration of treatment, causing material and spiritual loss. Research has shown that one of the most important factors in the formation of antibiotic resistance is biofilm forms. Quorum sensing (QS) system plays a role in the formation of the antibiotic-resistant biofilm form in bacteria. QS is a communication system that provides intercellular communication among microorganisms. The QS signaling molecules used by Gram negative bacteria are Acyl Homoserine Lactones (AHL). The need for rapid, practical, economical techniques for the detection of AHL molecules has led to the pre-detection of harmful activities such as biofilm, virulence factor production and sporulation caused by bacteria. In this study, it is aimed to make an electrochemical biosensor to detect AHLs. From metallophthalocyanines which have electrocatalytic properties, TEMPO-ZnPc, nonperipheral MnPc, TiPc and PANI-N3-MnPc were used as as a sensor for the purpose stated. In the established electrochemical system, click electrochemistry, electropolymerization and dip coating techniques have been used in the modification of electrodes with metalophthalocyanines. The changes in the electrochemical system were investigated resulting from the titration of various AHL molecules with modified electrodes. As a result of electrochemical analysis, no significant change was observed in the electrochemical system as a result of titration of AHL molecules with TiPc and n-MnPc modified electrodes. In the TEMPO-ZnPc modification electrode, the concentration of 3-oxo-C12-HSL was in the range of 2.32x10-6 to 39.90x10-6 mol dm-3 and in the PANI-N3-MnPc modification electrode in the concentration range of 12.50x10-6 -300.00x10-6 moles dm-3. Changes were also observed in the electrochemical system for the C8-HSL and C10-HSL molecules with the PANI-N3-MnPc modified electrode. The obtained data show that AHLs can be detected rapidly in the electrochemical system using metalophthalocyanines. It is expected that the results obtained from the study can be helpful for the detection of QS related biological activities such as biofilms, virulence and sporulation.