Sistemas de

biomonitorización

(biosensores)

Estrategia que combina:

Un sensor biológico para un analito de interés con un sistema de detección que produce una señal proporcional a la concentración de analito

Biosensor

Transducer

Biosensor components

Sensing element/Biological component

Sensor material

Interface

Transducer

Biosensor components

Sensing element/Biological component

Sensor material

Interface

Componentes

Elemento biológico

OrganismosTejidosCélulasOrgánulosMembranasEnzimasReceptoresAnticuerposÁcidos nucleicosMoléculas orgánicas

Sistema de detección

PotenciométricosAmperiométricosConductimétricosÓpticosCalorimétricosAcústicosMecánicos

Sistema biológico: Células enteras- bacterias

Sistema de detección: Bioluminiscencia- emisión de luz por células vivas resultante de reacciones químicas mediadas biológicamente

Bacterias como componentes biológicos de biosensores

1. Medida de toxicidad ambiental

2. Medida de genotoxicidad

3. Detección de compuestos específicos

Tóxicos fenólicosÁcido fluoroacéticoPesticidas Metales pesados

Muerte celular

Alteración bioluminiscencia

Alteración sistemas transporte electrónico

1. Medida de toxicidad ambiental

MICROTOX - Vibrio fischeri Photobacterium phosphoreum GEMsMetPLATE - E.coli lacZ+ ATP-TOX - Genes luc Cuantificación de ATP bacteriano

Biosíntesis

DrogasAntimicrobianosPesticidasAgentes inorgánicosOndas electromagnéticas

Potencial mutagénico

AMES TEST - Salmonella autótrofo para His MUTATOX - Photobacterium phosphoreum variante dark

VITOTOX - E. coli PrecN:: luxCDABE (SOS)

2. Medida de genotoxicidad

3. Detección de compuestos específicos

R

Antb R

genes de detoxificación

I

A B C

Informador

Respuesta "natural"

Sistema informador

Emisión de luz o fluorescencia

Presentación de un epitopo

Actividad enzimática

Bioindicadores basados en promotores catabólicos

Sites polluted with Lindane (-HCH) near Bilbao

-HCH

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

Engineering a bacterial system for in situ detection of Lindane

-HCH

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

HCl

LinA

-PCCH

Cl

Cl Cl

Cl

Cl

1,4-TCDN

Cl

Cl Cl

ClHCl

spontaneous

1,2,4,-TCB

Cl

Cl

Cl

HCl

LinA

Lindane degradation in Lindane degradation in Sphingomonas Sphingomonas paucimobilis paucimobilis SS86SS86

LinD LinE

CO2 + H2O

LinB

LinC

Cl

Combination of a metabolic step with a regulatory step

g-HCHCl

Cl

ClCl

Cl

Cl

Cl

g-PCCH 1,4-TCDN CO2

Cl

1,2,4-TCB

LinA LinA

HCl HCl

Cl

+

Sphingomonas paucimobilis

no ind- 1,2,4-TCB

XylR

XylR5

XylR5 is inducibleby 1,2,4-TCB

02

4

68

no ind- 1,2,4-TCBAct

ivity

-

Gal

, x

103

161-166

Detection of Lindane with a lacZ fusion

Pu-lacZ

Pr-linAXylR5

0

200

400

600

0 1 2 3 4

-HClH XylR

-HClH XylR5

days

Act

ivity

-

gal

-HCH

XylR

XylR5

Detection of Lindane with MUG in soil

XylR+LinA XylR5+LinA no bacteria

+ HCH

- HCH

NO2

NO2

NO2

CH3

Detection of explosives:

NO2

NO2

CH3

The descrioptor 2,4-DNT

TNT

wt XylR5

No ind 2,4-DNT3-MBA

wt XylR5 wt XylR5

XylR variants responding to 2,4 DNT

wt XylR5No ind 2,4-DNT

XylR5

Visible

UV

Detecting explosives in soil

Area Reduction: THE FEASIBILITY

Lack of methodologyBased on fuzzy and subjective evidences

“Mine Fields” are inaccurately defined.Inaccuracy results in greater expenses for level 3 survey

Area Reduction:THE DISTRIBUTED & SPECIALIZED SENSOR

The MMDS provides a distributed & specialized sensor that detects explosive traces and reacts providing an enhanced EM evidence.

A second sensor (a mobile one) easily detects the new EM evidence, which is the translation and amplification of the original explosive one.

1% additional reduction:

5% additional reduction:

10% additional reduction:

30% additional reduction:

S A V E S

105 M€ and 2 years

525 M€ and 10 years

1050 M€ and 20 years

3150 M€ and 60 years

Junkal Garmendia