Detektering och övervakning av mikroorganismer i komplexa naturliga mikrobiella samhällen är avgörande på många områden, inklusive biomedicin, miljö ekologi och astrobiologi. Cyanobakterier är prokaryota mikroorganismer välkända för sin förmåga att bilda blooms (överskott av tillväxt) av celler i sötvatten. De finns överallt, och många arter kan producera toxiner, leder inte bara till en potentiell risk för människors hälsa, men också till en ekologisk påverkan. I detta avseende är det viktigt att utveckla snabba och känsliga metoder för tidig upptäckt av cyanobakterier och / eller deras toxiner i mark och vatten. För detta ändamål har en multiplex fluorescerande sandwich microarray immun (FSMI) utvecklats som ett verktyg för vatten chefer för att hjälpa dem att fatta beslut och följaktligen att genomföra ordentliga vatten hanteringsprogram.

Ett varierat utbud av metoder har utvecklats för att upptäcka och identifiera cyanobacterial celler och cyanotoxins i mark och vatten, inklusive optisk mikroskopi, molekylärbiologi och immunologiska tekniker. Dessa metoder kan variera kraftigt i den information de tillhandahåller. Mikroskopiska tekniker bygger på cellmorfologi och detektion av in vivo fluorescens från blågröna pigment, såsom phycocyanin eller klorofyll ^1. Även om de är snabba och billiga metoder för realtids och frekvent övervakning som informerar om typ och antal av cyanobakterier förekommer i ett prov, ger de inte information om den potentiella toxiciteten. Dessutom kräver de en viss nivå av kompetens, med tanke på att det ofta är mycket svårt att skilja mellan närbesläktade arter ^2. För att övervinna dessa begränsningar, måste ljusmikroskop åtföljas av både biologiska och biokemiska screeningsanalyser och fysikalisk-kemiska metoder för identifiering och kvantifiering av cyanotoxins.

<pclass = "jove_content"> enzymbundna immunosorbentanalyser (ELISA), proteinfosfatinhibitionsanalyser (PPIA), och neurokemiska tester i möss är exempel på biokemiska screeningsanalyser för påvisande av cyanotoxins. Medan de två första är snabba och känsliga metoder, har falska positiva beskrivits vid användning av ELISA och PPIA tester är begränsade till tre typer av gifter. Musen bioanalys är en kvalitativ teknik med låg känslighet och precision, och särskild licensiering och utbildning krävs. Dessutom ger det inte information om vilken typ av toxiner som förekommer i ett prov. Cyanotoxins kan identifieras och kvantifieras genom andra analytiska metoder, såsom HPLC (HPLC), vätskekromatografi-masspektrometri (LC-MS), gaskromatografi (GC), gaskromatografi-masspektrometri (GC-MS), eller matrisassisterad laserdesorption / jonisering flygtiden (MALDI-TOF). Detta är dock endast möjligt om referensstandarder, som behövered att fastställa individuella toxinkoncentrationer i komplexa prover, finns ^{tre, fyra.} Dessutom är dessa metoder är tidskrävande; kräver dyrbar utrustning, förnödenheter och provberedning; och måste utföras av erfaren och specialiserad personal.

Molekylbaserade metoder har använts i flera årtionden för att upptäcka, identifiera och kvantifiera cyanobakterier och deras motsvarande cyanotoxins tack vare sekvensinformationen publiceras i genomdatabaser (t.ex. National Center for Biotechnology Information, NCBI). Bland dessa metoder är de som är baserade på polymeraskedjereaktionen (PCR), som kräver utformning av uppsättningar av primrar för DNA-amplifiering och beror på tidigare kunskap om DNA-sekvenser av olika blågrön arter. Medan gen upptäckt, liksom fykocyanin operonet leder till korrekt identifikation på släktet nivå, vissa arter eller stammar är oupptäckt meddenna metod. Men toxin-kodande gener, såsom de som tillhör microcystin operonet, underlätta identifieringen av gifter i prover där producenterna är knappa ^fem. Ändå gör detektion av toxinmarkörer av PCR inte nödvändigtvis toxicitet i miljön. Dessutom är den uppsättning primers utvecklats för att analysera hela skalan av arter av cyanobakterier och toxinproducenter som finns i ett prov fortfarande ofullständig, och ytterligare studier måste göras för att identifiera okända arter. Andra molekylära tekniker är icke-PCR-baserade, såsom fluorescens in situ hybridisering (FISH) och DNA microarrays.

Under de senaste två decennierna har microarray teknik blivit allt viktigare i många tillämpningsområden, särskilt i miljöövervakning. Mikromatris medger diskriminering mellan arter och analyter ^{4, 6, 7} </^{sup>, 8, 9, 10,} men de anses mycket mödosam och tidskrävande uppgifter som omfattar flera steg (t.ex. microarray prestanda, DNA-extraktion, PCR-amplifiering och hybridiserings). Av den anledningen mindre tidskrävande analyser baserade på antikroppar, såsom sandwich och konkurrenskraftiga immunologiska mikroarrayer, har blivit en viktig och pålitlig hög genomströmning metod för detektion av flera miljö analyter ^{11, 12, 13.} Förmågan hos antikroppar att specifikt känna igen sina målföreningar och att detektera små mängder av analyter och proteiner, tillsammans med möjligheten att producera antikroppar mot nästan vilken som helst substans, gör microarrays antikropps en kraftfull teknik för miljöändamål. Dessutom förmåga att uppnå flera analyser in somIngle analys med detektionsgräns som sträcker sig från ppb till ppm, är en av de viktigaste fördelarna med denna metod ^14.

Antikroppsbaserade biosensorer har visat sig vara känsliga och snabba verktyg för påvisande av ett brett spektrum av patogener och toxiner i miljöövervakning ^{15, 16, 17, 18, 19, 20, 21.} Även DNA-metoder involverar flera steg, de antikroppsbaserade microarrays kräver endast en liten provberedning som huvudsakligen grundar sig på en kort lys steg i en lämplig buffertlösning. Delehanty och Ligler ¹⁵ rapporterade samtidig detektion av proteiner och bakteriella analyter i komplexa blandningar baserade på en antikropp sandwich-immunanalys med förmåga att detektera en proteinkoncentration av 4 ppb end 10 ⁴ cfu / ml celler. Szkola et al. ²¹ har utvecklat en billig och pålitlig multiplex microarray för samtidig detektion av proteotoxins och små toxiner, föreningar som kan användas i biologisk krigföring. De upptäckta koncentrationerna av ricin toxin, med en detektionsgräns på 3 ppb, i mindre än 20 minuter. Nyligen har CYANOCHIP en antikropp microarray-baserad biosensor för in situ-detektion av giftiga och ogiftiga cyanobakterier, har beskrivits ^22. Detta microarray möjliggör identifiering av potentiella cyanobakterieblomningar, främst i vattenmiljöer, som är svåra att identifiera mikroskopiskt. Gränsen för detektering av microarray är 10 ^{från 02 till 10 mars} celler för de flesta arter, svarvning denna biosensor i ett kostnadseffektivt verktyg för multiplex detektion och identifiering av cyanobakterier, även på artnivå. Alla dessa egenskaper gör den Antibody microarray teknik, och i synnerhet den metod som presenteras i detta arbete, en snabbare och enklare metod jämfört med de tidigare nämnda teknikerna.

Detta arbete presenterar två exempel på experiment som använder en antikropp microarray-baserad biosensor för att detektera närvaron av cyanobakterier i jord och vattenprover. Det är en enkel och tillförlitlig metod som bygger på en sandwich immun format som kräver mycket små provvolymer och mycket grundläggande provberedning. Metoden kräver en kort tid och lätt kan utföras i fält.