총 탄 잔류물의 추정 검출을 위한 새로운 세균 바이오 센서의 제조 및 적용

바이오 센서는 화학 물질 또는 분석 물의 검출에 사용 될 수 있는 반응을 생성 하는 생물학적 성분 (예컨대 단백질, 핵 산 또는 전체 유기 체)을 사용 하는 임의의 분석 장치 이다. 예를 들어 석탄 광산 산업은 20 세기의 대부분을 위해 석탄 광산¹의 카나리아 인 독성 광산 가스의 존재를 감지 하는 바이오 센서를 사용 했습니다. 작업자를 보호 하기 위해 화학 물질 분석 물 (일산화 탄소)에 대 한 생물학적 유기 체의 반응 (카나리아의 사망 또는 고통)이 광부에 의해 관찰 되었습니다. 보다 현대적이 고 정교한 예에서, 박테리아는 형광 단백질의 발현과 같은 특이 적 반응을 나타내는 것에 의해 특정 화학적 분석 물질의 존재에 반응 하는 합성 생물학 기술을 사용 하 여 변경 될 수 있다.

합성 생물학은 자연적으로 존재 하지 않는 생물학적 장치 및 시스템의 건설을 지칭 하는 광범위 한 용어이 고, 또는 특정 목적을 위한 기존의 생물학적 시스템의 재설계²이다. 합성 생물학은 장치 및 시스템을 합성 하는 데 사용할 수 있는 표준 방법론 및 표준화 된 부품 (표준 합성 생물학 유전 요소)의 존재에 의해 유전 공학과 구별 된다. 일부 는 장치의게놈에 도입 되 고, 박테리아와 같은 생물체는 기능의 표시 역할을 할 특정 특성을 표현 합니다. 예를 들어, 많은 합성 장치에서, 형광 단백질의 발현은 리포터 단백질로 서 단일 세포 유기 체로 도입 된다. 여러 장치를 하나의 시스템으로 결합할 수 있습니다. 박테리아와 같은 미생물의 게놈은 이러한 방식으로 조작 하기 쉽습니다. 광범위 한 화학 분석 물에 특정 한 바이오 센서의 수많은 예가 지난 10^년동안 문헌에서 보고 되었습니다.

이 작업에서, MicRoboCop 시스템은 법의학 및 환경 화학에 새로운 응용 프로그램과 합성 생물학 기술을 사용 하 여 설계 된 바이오 센서의 예로서 제시 된다. MicRoboCop은 결합 될 때, 대장균 이 사람의 손 또는 표면에서 수집 된 총 탄 잔류물 (gsr)의 존재 하에서 적색 형광 단백질 (rfp)을 발현 할 수 있게 하는 3 개의 분리 된 장치 시스템입니다. 3 개의 장치 각각은 GSR⁵의 구성 요소로 알려져 있는 특정 화학 물질 분석 물에 반응 합니다. 시스템이 응답 하는 3 개의 분석 물은 i. 2, 4, 6-트리니타로 톨루엔 (TNT) 및 관련 화합물 II. (납 이온의 형태로), III. 안티 몬 (이온의 형태로도).

GSR은 많은 다른 화학 물질로 구성 되어 있지만, 세 가지는 일반적으로 GSR은 바 륨, 납 및 안티 몬의⁵와 같은 잔류물을 식별 하는 데 사용 됩니다. GSR의 식별을 위한 표준 비 치열 시험은 에너지 분산형 X 선 형광을 가진 주사 전자 현미경 (SEM)을 사용 하는 것입니다. 분석가는 SEM을 통해 GSR의 고유한 형태와 원소 성분을 확인할 수 있습니다. 현재, 사용할 수 있는 몇 가지 널리 사용 되는 바이너리 추정 테스트. 최근에 출판 된 추정 테스트는 많은 실험실에서 사용 하지 못할 수 있는 특수 장비 인 이온 이동성 분광학 (IMS)을 사용 합니다. 그들은 일반적으로 거리 결정 또는 총알 구멍과 상처에 GSR 식별을 위해 사용 되지만, 사용할 수 있는 몇 가지 색상 “스팟” 테스트도 있습니다⁵. 또한, 잠재적으로 현장 휴대용, 또는 양극 스트리핑 voltammetric의 장점을가지고 있는 voltammetric 분석을 사용 하는 GSR에 대 한 전기 화학 시험 문헌에 몇 가지 제한 된 주의가 있었다,이는 매우 금속 원소에 대 한 민감한 방법⁷. GSR을 검출 하기 위한 목적으로 특별히 설계 된 바이오 센서 문헌에는 거의 언급 되어 있지 않지만, 다른 포렌식 어플리케이션을 위한 바이오 센서는^{8 개}출판 되었습니다.

마이크로 보 캅 시스템에서 각 장치에 대 한 생물학적 원소 및 플라스 미드 시공이 도 1에 도시 되어 있다. 도 1b 의 곡선 화살표는 분석 물의 존재 하에서 활성화 되는 프로모터 영역을 나타내며, 상기 타원형은 리포터 단백질의 번역을 허용 하는 리보솜 결합 부위 이며, 회색 상자는 rfp 라는 표지는 적색을 표현 하는 유전자 형광 단백질, 및 적색 팔각형은 전사 종결 부위 이다. 세 장치 모두 GSR을 감지 하는 시스템으로 함께 사용 됩니다. 특정 프로모터 (SbRFP, PbRFP 및 TNT RFP)를 가진 각 장치는 시험 되는 샘플과 함께 인큐베이션 되 고 RFP의 형광이 측정 될 것 이다. RFP는 적절 한 화학적 분석 물질이 존재 하 고 프로모터 영역을 활성화 하는 경우에만 발현 될 것 이다. GSR에 존재 하는 일부 화학 물질에 반응 하는 세 가지 장치가 설계 되어이 작품에 제시 된다.

3 개의 microbocop 장치에서 사용 되는 프로모터는 비소 및 안티 몬 계 민감한 프로모터, sbrfp⁹,¹⁰, 리드 민감성 프로모터, pbrfp^11,12 및 TNT 민감성 프로모터, TNT-RFP ¹³. 문헌에서의 검색은 바 륨에 반응 하도록 설계 된 프로모터를 밝혀 내지 않았기 때문에,이 프로모터는 다 수의 구조적으로 관련 된 화합물 (특히, 2, 4-딘 트로 톨루엔 및 dinitrobenzene)는 GSR에 남겨진 유기 화합물의 일부가 되는 것으로 알려져 있다. 이 프로모터는 매 립 지 지뢰¹³에서 TNT와 2, 4 딘 트로 톨루엔 (2, 4 DNT)의 분 량을 구체적으로 감지 하는 데 성공적으로 사용 되었습니다. 세 가지 장치를 시스템으로 함께 사용 하 여 GSR에 대 한 긍정적 인 테스트는 세 장치 모두에서 형광을 생성 합니다. 1 개 또는 2 개의 장치 에서만 형광 신호는 GSR에 남아 있는 유기 화합물이 아닌 화합물에 의해 활성화 된 분석 물 (들) 또는 TNT 프로모터의 경우에 다른 환경적 공급원을 나타낼 것 이다. 세 대의 장치를 모두 사용 함으로써, 환경 오염 원으로 인 한 거짓 양성 결과의 가능성을 최소화할 수 있습니다. 인기를 얻고 있는 무연 탄약은 여전히 미국에서 탄약 판매의 약 5%만을 나타냅니다. 따라서 납의 부재로 인 한 거짓 부정 결과는 가능성이 있지만 GSR¹⁴의 마커로 납을 사용 하는 센서에는 여전히 유틸리티가 있습니다. 이 특정 법의학 응용 프로그램 외에도 각 장치는 환경 오염 물질을 감지 하기 위해 개별적으로 사용할 수 있습니다.

제시 된 프로토콜은 장치의 기능을 확인 하 고 얻어진 형광 신호를 분석 하기 위해 장치 (센서 박테리아) 및 분석 기법을 만드는 데 사용 되는 합성 생물학 기술을 포함 한다. 프로토콜은 또한 표면에서 GSR을 수집 하는 용의자 또는 swabbing의 손에서 GSR을 수집 하는 손 닦는 형태의 법의학 증거의 수집을 포함 한다. 리드 센서 장치의 결과는 사용 된 카트리지 케이스를 사용한 GSR에 대 한 포지티브 테스트의 데모와 함께 예제 결과로 제시 됩니다.