Kuantum nokta entegre biyosensör geliştirilerek çift sarmal ve g-quadrupleks DNA tayininde kullanılabilirliğinin araştırılması

Abstract

Kuantum noktalar eşsiz fotokimyasal özelliklere sahip nano boyutlu yarı iletken kristallerdir. Fotokimyasal özelliklerinden dolayı biyolojik uygulamalarda tercih edilirler. G-quadrupleks DNA yapıları, guanince zengin DNA dizilerinde görülen ikincil katlanmalardır. Bu yapıların in vivo şartlarda varlığı keşfedilmiş ve metobolizmada görevlerinin belirlenmesi için çeşitli biyolojik ortamlarda nicel tayini önem kazanmıştır.Mevcut tez çalışmasında, çift sarmal ve G-quadrupleks DNA tayinine yönelik kuantum nokta entegre biyosensör geliştirilmiştir. Geliştirilen biyosensörün çalışma prensibi kuantum noktanın emisyon sinyalinin ftalosiyanin varlığında sönümlenmesi (kapalı konum) ve DNA varlığında ise floresans sinyalin geri kazanılması temeline (açık konum) dayanmaktadır. Tez kapsamında ftalosiyanin türü ve derişimi gibi biyosensör performansını etkileyen parametreler optimize edilmiştir. Geliştirilen biyosensörün biyolojik numunelerde G-quadrupleks ve çift sarmal DNA'nın belirlenmesi hedeflendiğinden biyolojik numunelerde oldukça yaygın bulunan serum albümin ve iyonların (Na+, Mg2+ gibi) biyosensör performansına etkisi incelenmiştir. Bu çalışmalarda çalışılan iyonların sensör performansına etkisi (Zn2+ dışında ) ihmal edilebilir seviyede bulunmuştur. Bu çalışmaların ardından biyosensörün lineer aralık, gözlenebilme ve tayin sınırı, kalibrasyon duyarlığı gibi analitik özellikleri belirlenmiştir. Gözlenebilme ve tayin sınırları AS1411 için sırası ile 0,055 µM ve 0,18 µM, Tel21 için sırası ile 0,061 µM ve 0,20 µM, Tel45 için sırası ile 0,038 µM ve 0,13 µM ve ctDNA için ise sırası ile sırası ile 0,091 µM ve 0,30 µM'dır. Geliştirilen biyosensörün gerçek örneklere uygulanılabilirliği sentetik örnekler hazırlanarak kontrol edilmiştir. Sonuç olarak çeşitli ortamlarda G-quadrupleks ve çift sarmal DNA derişiminin belirlenebileceği kuantum nokta entegre, açık-kapalı özelliğine sahip bir biyosensör geliştirilmiştir. Geliştirilen biyosensör in vitro ortamlarda bu türlerin belirlenmesine olanak sağlamaktadır. Gerçek örnekleri en iyi şekilde temsil etmesi açısından hazırlanan sentetik numuneler kalabalıklaştırma ajanı (PEG 8000), protein, ve çeşitli iyonları içerecek şekilde hazırlanmıştır ve bu ortamlarda çalışılan G- quadrupleks ve ctDNA derişimleri yüksek doğrulukla tayin edilebilinmiştir. Elde edilen sonuçlar ışığında geliştirilen biyosensörle in vivo şartlarda da G-quadrupleks ve çift sarmal DNA türlerinin belirlenmesi potansiyelinin olduğu düşünülmektedir.

Quantum dots are nano-sized semiconductor crystals with unique photochemical properties. They are preferred in biological applications due to their photochemical properties.G-quadruplex DNA structures are secondary folds found in guanine-rich DNA sequences. The existence of these structures in in vivo conditions has been discovered and their quantitative determination in various biological environments has gained importance in order to determine their roles in metabolism.In the present thesis, a quantum dot integrated biosensor for double helix and G-quadruplex DNA determination has been developed. The working principle of the developed biosensor is based on the quenching of the emission signal of the quantum dot in the presence of phthalocyanine (closed position) and the recovery of the fluorescence signal in the presence of DNA (open position). Within the scope of the thesis, parameters affecting biosensor performance such as phthalocyanine type and concentration were optimized. Since the developed biosensor aimed to determine G-quadruplex and double helix DNA in biological samples, the effect of serum albumin and ions (such as Na+, Mg2+), which are quite common in biological samples, on the biosensor performance was examined. The effect of ions studied (except Zn2+) on biosensor performance in these studies was found to be negligible. After these studies, the analytical properties of the biosensor such as linear range, limit of detection and quantification, calibration sensitivity were determined. The limit of detection and quantification were 0,055 µM and 0,18 µM for AS1411, 0,061 µM and 0,20 µM for Tel21, 0,038 µM and 0,13 µM for Tel45 and 0,091 µM and 0,30 µM for ctDNA. The applicability of the developed biosensor to real samples was checked by preparing synthetic samples.The results of this investigation show that, a quantum dot integrated, on-off biosensor has been developed in which the G-quadruplex and double helix DNA concentration can be determined in various environments. The biosensor developed within the scope of the thesis enables the identification of these species in in vitro environments. Synthetic samples prepared to represent real samples in the best way were prepared to contain molecular crowding agent (PEG 8000), protein, and various ions, and the G-quadruplex and ctDNA concentrations studied in these environments could be determined with high accuracy.Based on the results obtained, it is thought that the developed biosensor has the potential for the determination of G-quadruplex and double helix DNA species in vivo.