Optimization of an Escherichia coli biosensor for a rapid and in situ detection in water

Abstract

Escherichia coli is an indicator bacterium of fecal matter in water and some serotypes can be pathogenic for humans. Quantifying the presence of this type of coliform in water is vital in order to provide safety and quality to the integrated water cycle. Although monitoring this type of microorganism is very important, in recent years there has not been much progress in this area, since analytical techniques are expensive, slow and require qualified personnel. The recent progress in biosensors has opened up a range of possibilities that can improve bacterial detection. This project presents a retention system integrated with an immuno-based biosensor that can detect a higher than 102 concentration of this bacterium, but it is still in development stages. Some aspects to improve the system have been studied, such as the integration of the process inside the retention system or the reduction of time. In addition, aptamers have been considered as an alternative to antibodies, as they are more stable. After the tests, the time of the protocol was reduced and certain stages were successfully integrated within the system. Some other stages though, could not be satisfactorily integrated, so further work is needed to know more about interactions. Although there's more work ahead to make the process adequate, we have made a step towards obtaining a fast, in situ, sensitive biosensor that can be able to monitor the water quality in the industrial sector.

Escherichia coli és un bacteri indicador de contaminació fecal i a més, alguns dels seus serotips poden ser patògens per l'ésser humà. És per això, que determinar la presència d'aquest tipus de coliform resulta vital per oferir seguretat i qualitat en el cicle integrat de l'aigua. En els últims anys no s'ha avançat gaire en les tècniques de monitorització d'aquest bacteri, ja que encara resulten cares, lentes i necessiten personal qualificat per poder utilitzar-les. El progrés dels últims anys en matèria de biosensors, ens obren un ventall de possibilitats per poder millorar el sistemes de detecció bacteriana. En aquest treball es presenta un sistema de retenció microbià integrat amb un biosensor que és capaç de detectar concentracions de fins 102 d'Escherichia coli en aigua, però que encara està en fase de desenvolupament. S'han estudiat els aspectes a millorar del sistema, com la integració del procés dins del sistema de retenció o la reducció de temps del protocol. A més, s'han considerat els aptàmers com a alternativa dels anticossos, al ser més estables. Després de les proves, s'ha pogut reduir el temps del protocol i s'han integrat certes fases dins del sistema. Algunes altres fases, no s'han pogut integrar favorablement, i es necessitaran més estudis per poder conèixer la interacció entre aquestes i el sistema. Tot i que es necessiten més assajos per que el procés sigui perfecte, s'ha avançat un pas per a que a la llarga s'obtingui un biosensor que es pugui utilitzar in situ, sigui sensible, ràpid i faci possible la monitorització de la qualitat de l'aigua en el sector industrial.

Escherichia coli es una bacteria indicadora de contaminación fecal y además, algunos de sus serotipos pueden ser patógenos para el ser humano. Es por eso, que medir la presencia de este tipo de coliforme, resulta vital para ofrecer seguridad y calidad en el ciclo integrado del agua. La monitorización de este tipo de organismo es muy importante, pero en los últimos años no se ha avanzado mucho en esta materia ya que las técnicas resultan caras, lentas y se necesita personal cualificado para su desarrollo. Los progresos de los últimos años en materia de biosensores abren un abanico de posibilidades para poder mejorar los sistemas detección bacteriana. En este trabajo, se presenta un sistema de retención microbiana acoplado con un biosensor, capaz de detectar concentraciones de hasta 102 de E.coli, aunque todavía está en fases de desarrollo. Se han estudiado los aspectos a mejorar del sistema, como la integración del proceso dentro del sistema de retención o la reducción del tiempo del protocolo. Además, se han considerado los aptámeros como alternativa a los anticuerpos usados, ya que resultan ser más estables. Después de las pruebas realizadas, se ha reducido el tiempo del protocolo y se han integrado ciertas fases. Algunas fases del protocolo, no han se han podido integrar favorablemente dentro del sistema, y se necesitan más estudios para poder conocer la interacción entre éstas y el sistema. Aunque se necesita más trabajo para que el proceso sea perfecto, se ha avanzado un paso para que a la larga se obtenga un biosensor que se pueda usar in situ, sea sensible, rápido y haga posible la monitorización de la calidad del agua en el sector industrial.