Nanopore yöntemi göl suyundaki siyanobakteri toksinlerinin tespitini geliştiriyor

Cenevre Gölü’nde meydana gelenler gibi siyanobakteriyel çoğalmalar, tatlı sularda ve deniz sularında yüzücülerin ve evcil hayvanlarının sağlığını tehdit edebilecek fotosentetik bakterilerin hızlı, yoğun büyümeleridir.

Blooms, içme suyu kaynaklarını, dinlenme sularını ve su ekosistemlerini tehdit eden bir toksin ailesi olan mikrosistinleri serbest bırakabilir. Türdeşler olarak bilinen 300’den fazla mikrosistin varyantı tanımlanmıştır ve bunlar, farklı biyolojik etkiler üretirken yapı bakımından ince farklılıklar gösterebilir.

En yaygın yöntemlerin her birinin sınırlamaları olduğundan, mikrosistinleri hızlı bir şekilde tespit etmek ve bunları birbirinden ayırmak hala zordur. ELISA immünoanaliz testleri nispeten hızlı ve hassastır ancak genellikle bireysel mikrosistin türdeşlerini tanımlayamazlar ve ilgili bileşiklerle çapraz reaksiyona girebilirler. Tandem kütle spektrometrisi (LC-MS/MS) ile birleştirilmiş sıvı kromatografisi çok daha seçicidir ancak pahalı ekipman, eğitimli uzmanlar ve numune taşıma gerektirir. Analize bağlı olarak sonuçların alınması bir günden birkaç haftaya kadar sürebilir.

Şimdi, EPFL’den Matteo Dal Peraro ve Tamar Kohn’un oluşturduğu gruplardaki bilim insanları, mikrosistinleri her seferinde bir molekül olarak tespit eden bir nano-gözenek sensörü geliştirdiler.

Alissa Agerova ve Juan Francisco Bada Juarez liderliğindeki çalışma şu adreste yayınlandı: ACS Nano.

Yedi molekül ayırt edildi

Sensör, yaklaşık 10 nanometre uzunluğunda ve en dar noktası yaklaşık 1 nanometre çapında olan ince bir zar boyunca kendiliğinden bir “nano-gözenek” kanalı oluşturan bir protein olan aerolizini kullanıyor.

Bir voltaj uygulandığında kanaldan akan iyonlar bir elektrik akımı üretir. Bir mikrosistin molekülü gözenekle etkileşime girdiğinde veya gözenekten geçerken, bu akımın bir kısmını kısa süreliğine bloke eder. Blokajın derinliği ve süresi molekül için karakteristik bir sinyal sağlar.

Bu sonuca dayanarak ekip, kontrollü laboratuvar koşulları altında yedi ayrı mikrosistin türdeşini birbirinden ayırdı. Sinyaller, daha karmaşık veri sınıflandırması olmadan bile yedi popülasyonun tamamının ayrılmasına yetecek kadar farklı kaldı.

İsviçre göllerinde siyanobakterilerin test edilmesi

Araştırmacılar daha sonra sistemi, nanogözeneklere müdahale edebilecek parçacıkları gidermek için filtreledikleri doğal göl suyu örnekleriyle test etti.

Kohn, “Filtreleme, analizden önce daha fazla örnek manipülasyonu gerektirmesi anlamında bir engeldir” diyor. “Gelecekte numuneleri filtrelemeye ihtiyaç duymadan analiz etmenin bir yolunu bulmak veya en azından uzun numune manipülasyonunu önlemek için bu adımı otomatikleştirmek istiyoruz.”

Cenevre Gölü’ndeki suda, güçlü çiçeklenmeyi temsil eden konsantrasyonlarda eklenen, birbiriyle yakından ilişkili iki mikrosistini başarıyla ayırdılar. Göl suyu, gözeneğin iki toksini ayırt etmesine engel olmadı.

Lugano Gölü’ndeki siyanobakteriyel çoğalma sırasında toplanan bir örnekte nanogözenek, en iyi çalışılan mikrosistinlerden biri olan MC-LR’yi tanımladı ve miktarını belirledi. LC-MS/MS ile elde edilen 13,1 nanomolar sonuçla yakından eşleşen 12,7 nanomolarlık bir konsantrasyon ölçtü.

Gözenek boyunca bir tuz konsantrasyonu gradyanı oluşturarak araştırmacılar aynı zamanda duyarlılığı da geliştirdiler ve 25 pikomolar kadar düşük konsantrasyonlarda MC-LR’yi tespit ettiler. Bu, içme suyunda ömür boyu MC-LR’ye maruz kalma için 1 nanomolar tutarındaki geçici DSÖ kılavuzundan 40 kat daha düşüktür.

Saha kullanımı ve devreye alma

Göl numuneleri ölçümden önce filtrelendiğinden ve yüksek tuz konsantrasyonlarına ayarlandığından teknoloji henüz sahada kullanılabilecek kadar olgun değil. Ancak nanogözenekler kompakt olduğundan ve gerçek zamanlı olarak elektrik sinyalleri ürettiğinden, sensör sonunda yerinde, gerçek zamanlı su izleme için taşınabilir sistemlere dahil edilebilir. Daha ileri mühendislik, aynı prensibin diğer siyanotoksinleri veya küçük çevresel kirleticileri tespit etmek için uyarlanmasına yardımcı olabilir.

Teknolojiyi daha da geliştirmek, ölçeklendirmek ve ticarileştirmek, şu anda makalenin ilk yazarı Agerova tarafından planlanan gelecekteki bir girişim olan CYnANO’nun odak noktasıdır.