طراحي و بررسي زيست حسگر تشخيص‌دهنده فلز سرب مبتني بر ميزان بيان ژن گزارشگر لوسيفراز تحت پروموتر «pbr»

Design and Evaluation of Biosensor Expressing Luciferase Reporting Gene under pbr Promoter for the Detection of Lead

مقدمه: سرب يكي از چهار فلزي است كه بيشترين عوارض را بر سلامت انسان دارد. با آنكه هيچ نقش حياتي براي آن شناخته نشده، مي‌تواند در سيستم‌هاي زيستي آن‌قدر تجمع يابد تا به حد سمي برسد. سرب از طرق مختلف وارد محيط زيست مي‌شود. يكي از روش‌هاي سنجش آلودگي فلزات سنگين در محيط، زيست حسگر سلولي است كه سلول حاوي يك ژن گزارشگر تحت كنترل پروموتر حساس به يك عامل (نظير فلزات سنگين) مي‌باشد. يكي از اپرون‎هاي مهم در مقاومت باكتري رالستونيا به فلزات سنگين، اپرون pbr است و هدف از اين مطالعه طراحي زيست حسگر حاوي ناحيه پروموتري pbr به همراه ژن گزارشگر لوسيفراز مي‌باشد و از باكتري E.coli سويه DH5? به‌عنوان ميزبان استفاده گرديد. مواد و روش‌ها: توالي پروموتريpbr به همراه ژن تنظيمي pbrR با سايز 634 نوكليوتيد سنتز شد و ژن گزارشگر لوسيفراز در پلاسميد pGL3، تحت اين ناحيه پروموتري قرار گرفت سپس پلاسميد نوتركيب به باكتري E.coli سويه DH5? منتقل شد. باكتري حاوي پلاسميد نوتركيب قادر به تشخيص سرب در محيط مي‌باشد و از زيست حسگر ساخته‌شده به‌منظور سنجش غلظت‌هاي مختلف سرب در محيط كشت استفاده گرديد. يافته‌ها: كمترين غلظت سرب كه قادر است باعث بيان معني‌دار ژن گزارشگر لوسيفراز شود، يك ميكرومولار بود و حداكثر بيان ژن گزارشگر در غلظت 100 ميكرومولار مشاهده گرديد. به نظر مي‌رسد غلظت بالاتر از 100 ميكرومولار، به‌واسطه اثرات سمي بر بقاي حسگر باعث كم شدن بيان ژن گزارشگر گرديده است. نتيجه‌گيري: نتايج حاصل از اين پژوهش نشان داد كه اين حسگر قابليت سنجش غلظت‌هاي يك تا 100 ميكرومولار فلز سنگين سرب در محيط‌هاي آبي را دارد.

Background: Lead is one of the four metals that has most complication on human health. Although there has been no known vital effect for it, lead can be collected in living systems to be toxic. Lead enters the environment by different approaches. One of the methods for heavy metals impurity detection in environment is cellular biosensor. Cellular biosensor is cell containing one reporting gene under the control of promoter that is sensitive to an element (such as heavy metals). One of the important operons in Ralstonia bacterium resistance to heavy metals is pbr. This research was done to design biosensor containing pbr promoter with Luciferase reporting gene in E.coli (DH5?) as host. Materials and Methods: The pbr promoter sequence with pbrR as regulator gene in 634 nucleotide size was synthesized and Luciferase reporting gene in pGL3 plasmid was located under this promoter. Then the recombinant plasmid was transferred to E.coli (DH5?). These bacteria were able to detect the lead in the environment and were used to detect different concentrations of lead in medium. Results: The least concentration of lead that can significantly express Luciferase reporting gene was 1µM and the most concentration of it was 100µM. It seemed that the concentration above 100µM caused decrease in reporting gene expression through toxic effects on biosensor survival. Conclusion: The results indicated that this biosensor can detect 1-100 µMol concentration of the heavy metal "Lead" in aqueous solutions.