Biosensory – nowoczesne narzędzia analityczne do detekcji patogenów roślinnych
Małgorzata Łabańska
m.labanska@ihar.edu.plInstytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin - Państwowy Instytut Badawczy Radzików, Oddział w Boninie (Poland)
http://orcid.org/0000-0002-1659-8129
Włodzimierz Przewodowski
Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin - Państwowy Instytut Badawczy Radzików, Oddział w Boninie (Poland)
http://orcid.org/0000-0002-4456-4727
Abstrakt
Ochrona upraw przed chorobami pełni kluczową rolę w zwiększaniu efektywności produkcji roślinnej. Do tej pory opracowano szereg metod dedykowanych identyfikacji patogenów roślinnych. Najważniejsze z nich to metody molekularne wykorzystujące reakcję łańcuchowej polimerazy DNA – PCR (ang. Polymerase Chain Reaction) oraz metody immunologiczne bazujące na specyficznych oddziaływaniach przeciwciał z odpowiadającymi im antygenami. Jednak wiele z konwencjonalnych metod są czaso- i kosztochłonne, wymagają złożonych urządzeń laboratoryjnych oraz nie są dostosowane do przeprowadzania analiz w warunkach polowych. Z tego względu poszukiwane są, szybsze, tańsze metody detekcji patogenów roślinnych, które pozwoliłby na diagnostykę zarówno w warunkach laboratoryjnych jak i środowiskowych. Od wielu lat biosensory cieszą się niesłabnącym zainteresowaniem jako urządzenia o szerokim potencjale aplikacyjnym. Wysoka czułość i selektywność, możliwość pomiarów w czasie rzeczywistym, a także często niewielkie rozmiary czynią je niezwykle atrakcyjnymi narzędziami analitycznymi. W pracy przedstawiono rutynowe metody identyfikacji patogenów roślinnych, a także budowę, zasadę działania oraz szeroki zakres zastosowań biosensorów. Szczególną uwagę poświęcono elektrochemicznym oraz optycznym biosensorom zawierającym w warstwie receptorowej przeciwciała – immunosensory lub fragmenty kwasów nukleinowych – sensory DNA zaprojektowanym do detekcji patogenów roślinnych.
Instytucje finansujące
Słowa kluczowe:
biosensory, detekcja patogenów roślinnych, DNA-biosensory, immunosensoryBibliografia
Boltovets, P.M., Boyko, V.R., Kostikov, I.Y., Dyachenko, N.S., Snopok, B.A., Shirshov, Y.M. (2002). Simple method for plant virus detection: effect of antibody immobilization technique J. Virol. Methods 105, 141–146.
Google Scholar
Brzózka, Z., Wróblewski, W. (1999) Sensory elektrochemiczne W: Z. Brzózka, W. Wróblewski (red), Sensory chemiczne (21‒74). Warszawa. Oficyna Wyd. Politechniki Warszawskiej,
Google Scholar
Cesarino, I., Moraes, F.C., Lanza, M.R.V., Machado, S.A.S. (2012). Electrochemical detection of carbamate pesticides in fruit and vegetables with a biosensor based on acetylcholinesterase immobilised on a composite of polyaniline–carbon nanotubes. Food Chem. 135, 873–879
Google Scholar
Chambers, J.P., Arulanandam, B.P., Matta, L.L., Weis, A., Valdes, J.J. (2008). Biosensor Recognition Elements. Curr. Issues Mol. Biol. 10, 1–12.
Google Scholar
Charlermroj, R., Himananto, O., Seepiban, C., Kumpoosiri, M., Warin, N., Oplatowska,
Google Scholar
M., Gajanandana, O., Grant, I.R., Karoonuthaisiri, N., Elliott, C.T. (2013). Multiplex Detection of Plant Pathogens Using a Microsphere Immunoassay Technology PloS One 8, e62344.
Google Scholar
Cynk P., Gaweł E. (2012). Zastosowanie biosensorów w diagnostyce choroby nowotworowej. Prz. Med. Uniw. Rzesz. Inst. Leków 3, 373‒378
Google Scholar
Cunningham, J.C., Scida, K., Kogan, M.R., Wang, B., Ellington, A.D., Crooks, R.M. (2015). Paper diagnostic device for quantitative electrochemical detection of ricin at picomolar levels. Lab. Chip 15, 3707–3715
Google Scholar
Damborsky, P., Svitel, J., Katrlik, J. (2016). Optical biosensors, Essays. Biochem. 60, 91–100.
Google Scholar
Drygin, Y.F., Blintsov, A.N., Grigorenko, V.G., Andreeva, I.P., Osipov, A.P., Varitzev, Y.A.,
Google Scholar
Uskov, A.I., Kravchenko, D.V., Atabekov, J.G. (2012). Highly sensitive field test lateral flow immunodiagnostics of PVX infection Appl. Microbiol. Biotech. 93, 179–189.
Google Scholar
Eguilaz, M., Moreno-Guzman, M., Campuzano, S., González-Cortes, A., Yanez-Sedeno, P., Pingarron, J.M. (2010). An electrochemical immunosensor for testosterone using functionalized magnetic beads and screen-printed carbon electrodes. Biosen. Bioelectron. 26, 517–522
Google Scholar
Fang, Y., Ramasamy, R.P. (2015). Current and prospective methods for plant disease detection. Biosensors, 4, 537‒561.
Google Scholar
Farzin, L., Shamsipur, M., Samandari, L., Sheibani, S. (2020). HIV biosensors for early diagnosis of infection: The intertwine of nanotechnology with sensing strategies. Talanta. 206, 120201.
Google Scholar
Felix, F. B., Angnes, L. (2018). Electrochemical immunosensors – a powerful tool for analytical applications. Biosens. Bioelectron., 102, 470‒478
Google Scholar
Grieshaber, D., MacKenzie, R., Voros, J., Reimhult, E. (2008). Electrochemical Biosensors – sensor principles and architectures. Sensors 8, 1400‒1458
Google Scholar
Godfray, H.C.J., Beddington, J.R., Crute, I.R., Haddad, L., Lawrence, D., Muir, J.F., Pretty, J., Robinson, S., Thomas, S.M., Toulmin, C. (2010). Food Security: The challenge of feeding 9 billion people. Science, 327, 812‒818.
Google Scholar
Gumpu, M.B., Sethuraman, S., Krishnan, U.M., Rayappan, J.B.B. (2015). A review on detection of heavy metal ions in water – An electrochemical approach. Sens. Actuators B. Chem. 213, 515‒533
Google Scholar
Hao, R.Z., Wang, D.B., Zhang, X.E., Zuo, G.M., Wei, H.P., Yang, R.F., Zhang, Z.P., Cheng, Z.X., Guo, Y.C., Cui, Z.Q. (2009). Rapid detection of bacillus anthracis using monoclonal antibody functionalized QMC sensor. Biosens. Bioelectron., 24, 1330–1335
Google Scholar
Huang, X., Xu, J., Ji, H.F., Li, G., Chen, H., (2014). Quartz crystal microbalance based biosensor for rapid and sensitive detection of Maize Chlorotic Mottle Virus. Anal. Methods, 6, 4530–4536
Google Scholar
Jarocka, U., Radecka, H., Malinowski, T., Michalczuk, L., Radecki, J. (2013). Detection of Prunus Necrotic Ringspot Virus in plant extracts with impedimetric immunosensor based on glassy carbon electrode. Electroanalysis, 25, 433–438
Google Scholar
Jarocka, U., Wąsowicz, M., Radecka, H., Malinowski, T., Michalczuk, L., Radecki, J. (2011). Impedimetric Immunosensor for Detection of Plum Pox Virus in Plant Extracts. Electroanalysis, 23, 2197‒2204.
Google Scholar
Jiao K., Sun W., Zhang S-S. (2000). Sensitivie detection of plant virus by electrochemical enzyme-linked immunoassay. Fresenius J. Anal. Chem. 367, 667‒671.
Google Scholar
Khater, M., de la Escosura-Muniz, A., Merkoci, A. (2017). Biosensors for plant pathogen detection. Biosens. Bioelectron., 93, 72‒86.
Google Scholar
Kim, J., Campbell, A. S., Esteban-Fernández de Ávila, B., Wang, J. (2019). Wearable biosensors for healthcare monitoring. Nat. Biotechnol. 37, 389‒406
Google Scholar
Kłos – Witkowska, A. (2014). Ewolucja i rozwój biosensorów – problemy i perspektywy. PAK, 60, 1178‒1180.
Google Scholar
Kłos – Witkowska, A. (2015). Biosensory. PAK, 19, 37‒40.
Google Scholar
Kokkinos, C., Economou, A., Prodromidis, M. I. (2016). Electrochemical immunosensors: Critical survey of different architectures and transduction strategies. Trends Anal. Chem. 79, 88‒105
Google Scholar
Kołwzan, B. (2009). Zastosowanie czujników biologicznych (biosensorów) do oceny jakości wody – Ochrona środowiska 4, 3‒14
Google Scholar
Lazcka, O., Del Campo, F. J., Munoz, F.X. (2007). Pathogen detection: A perspective of traditional methods and biosensors. Biosens. Bioelectron., 22, 1205‒1217
Google Scholar
Leonard, P., Hearty, S., Brennan, J., Dunne, L., Quinn, J., Chakraborty, T., O’Kennedy, R. (2003). Advances in biosensors for detection of pathogens in food and water. Enzyme Microb. Tech., 32, 3‒13.
Google Scholar
Lichtfouse, E., Navarrete, M., Debaeke, P., Souchere, V., Alberola, C., Menassieu, J. (2009). Agronomy for sustainable agriculture. A review. Agron. Sustain. Dev., 29, 1‒6.
Google Scholar
Lin, H.Y., Huang, C.H., Lu, S.H., Kuo, I.T., Chau, L.K., (2014). Direct detection of orchid viruses using nanorod-based fiber optic particle plasmon resonance immunosensor. Biosens. Bioelectron. 51, 371–378.
Google Scholar
Luna-Moreno, D., Sanchez-Alvarez, A., Islas-Flores, I., Canto-Canche, B., Carrillo-Pech, M., Villarreal-Chiu, J.F., Rodríguez-Delgado, M. (2019). Early detection of the Fungal Banana Black Sigatoka Pathogen Pseudocercospora fijiensis by an SPR Immunosensor Method. Sensors 19, 465‒477.
Google Scholar
Magner, E. (2013). Biosensory elektrochemiczne – możliwości i ograniczenia komercjalizacji. Chemik. 67, 11‒13.
Google Scholar
Malecka, K., Michalczuk, L., Radecka, H., Radecki, J., (2014). Ion-channel genosensor for the detection of specific DNA sequences derived from Plum Pox Virus in plant extracts. Sensors, 14, 18611–18624.
Google Scholar
Martinelli, F., Scalenghe, R., Davino, S., Panno, S., Scuderi, G., Ruisi, P., Villa, P., Stroppiana, D., Boschetti, M., Goulart, L.R., Davis, C.E., Dandekar, A.M. (2015) Advanced methods of plant disease detection. A review. Agron. Sustain. Dev., 35, 1‒25.
Google Scholar
Mendes, R.K, Laschi, S, Stach-Machado, D.R., Kubota L.T., Marrazza G. (2012) A disposable voltammetric immunosensor based on magnetic beads for early diagnosis of soybean rust. Sens. Actuators B Chem 166–167, 135–140.
Google Scholar
Perumal, V., Hashim, U. (2014). Advances in biosensors: principle, architecture and applications, J. Appl. Bio-med. 12, 1‒15.
Google Scholar
Przewodowski, W., Barnyk, A. (2009). Szybki test do identyfikacji bakterii Clavibacter michi-ganensis ssp. sepedonicus. Post. Ochr. Rośl. 49, 696‒700.
Google Scholar
Pultar, J. (2009). Aptamer–antibody on-chip sandwich immunoassay for detection of CRP in spiked serum – Biosens. Bioelectron., 24, 1456–1461
Google Scholar
Pundira, C.S., Malik, A., Pretty, M. (2019) Bio-sensing of organophosphorus pesticides: A review Biosens. Bioelectron. 140, 11134
Google Scholar
Radecki, J., Radecka, H., Cieśla, J. (2006). Sensory i biosensory w kontroli żywności modyfikowanej genetycznie, Biotechnol. 3, 67‒78
Google Scholar
Salamońska, K., Stochła, W., Przewodowski, W. (2016). Nowoczesne metody diagnostyczne w identyfikacji molekularnej bakterii kwarantannowych ziemniaka. Ziemn. Pol., 4, 41‒45.
Google Scholar
Savary, S., Ficke, A., Aubertot, J-N., Hollier C. (2012). Crop losses due to diseases and their implications for global food production losses and food security. Food Sec., 4, 519‒537
Google Scholar
Sankiewicz, A., Puzan, B., Gorodkiewicz E. (2014). Bioczujniki SPRI – narzędzia diagnostyczne przyszłości. Chemik 68, 528‒535
Google Scholar
Schwenkbier, L., Pollok, S., König, S., Urban, M., Werres, S., Cialla-May, D., Weber, K., Popp, J., (2015). Towards on-site testing of Phytophthora species. Anal. Methods 7, 211–217
Google Scholar
Shi, J.Y., Guo, J.B., Bai, G.X., Chan, C.Y., Liu, X., Ye, W.W., Hao, J.H., Chen, S., Yang, M. A. (2015). Graphene oxide based fluorescence resonance energy transfer (FRET) biosensor for ultrasensitive detection of botulinum neurotoxin a (BoNT/A) enzymatic activity. Biosens. Bioelectron. 65, 238–244
Google Scholar
Skottrup, P., Nicolaisen, M., Justesen, A.F., (2007). Rapid determination of Phytophthora infestans sporangia using a surface plasmon resonance immunosensor. J. Microbiol. Methods 68, 507–515
Google Scholar
Stochła W., Przewodowski, W., Przewodowska, A., Salamońska, K. (2017). Immunodiagnostyczne metody wykrywania i identyfikacji bakteryjnych patogenów ziemniaka – Ziemn. Pol., 1, 14‒21.
Google Scholar
Thevenot, D.R., Toth, K., Durst, R.A., Wilson, G.S. (2001). Electrochemical biosensors: recommended definitions and classification – Biosens. Bioelectron. 16, 121‒131
Google Scholar
Tilman, D., Balzer C., Hill, J., Befort, B.L. (2011). Global food demand and the sustainable intensification of agriculture. Proc Natl Acad Sci USA, 108, 20260‒20264.
Google Scholar
Wang, J. (2008). Electrochemical glucose biosensors. Chem. Rev. 108, 814‒825
Google Scholar
Zezza, F., Pascale, M., Mulè, G., Visconti, A., (2006). Detection of Fusarium culmorum in wheat by a surface plasmon resonance-based DNA sensor. J. Microb. Methods 66 (3), 529–537
Google Scholar
Zhao, Y., Liu, L., Kong, D., Kuang, H., Wang, L., Xu, C. (2014). Dual amplified electrochemical immunosensor for highly sensitive detection of Pantoea stewartii sbusp. stewartii ACS Appl. Mater. Interfaces, 6, 21178–21183.
Google Scholar
Zhao, W., Lu, J., Ma, W., Xu, C., Kuang, H., Zhu, S., (2011). Rapid on-site detection of Acidovorax avenae subsp. citrulli by gold-labeled DNA strip sensor. Biosens. Bioelectron. 26, 4241–4244
Google Scholar
Zhou, J., Qi Q., Wang, C., Qian, Y., Liu, G., Wang, Y., Fu, L. (2019). Surface plasmon resonance (SPR) biosensors for food allergen detection in food matrices – Biosens. Bioelectron. 142, 111449
Google Scholar
Autorzy
Małgorzata Łabańskam.labanska@ihar.edu.pl
Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin - Państwowy Instytut Badawczy Radzików, Oddział w Boninie Poland
http://orcid.org/0000-0002-1659-8129
Autorzy
Włodzimierz PrzewodowskiInstytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin - Państwowy Instytut Badawczy Radzików, Oddział w Boninie Poland
http://orcid.org/0000-0002-4456-4727
Statystyki
Abstract views: 701PDF downloads: 530
Licencja
Prawa autorskie (c) 2020 Małgorzata Łabańska, Włodzimierz Przewodowski
![Creative Commons License](http://i.creativecommons.org/l/by-sa/4.0/88x31.png)
Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Na tych samych warunkach 4.0 Miedzynarodowe.
Z chwilą przekazania artykułu, Autorzy udzielają Wydawcy niewyłącznej i nieodpłatnej licencji na korzystanie z artykułu przez czas nieokreślony na terytorium całego świata na następujących polach eksploatacji:
- Wytwarzanie i zwielokrotnianie określoną techniką egzemplarzy artykułu, w tym techniką drukarską oraz techniką cyfrową.
- Wprowadzanie do obrotu, użyczenie lub najem oryginału albo egzemplarzy artykułu.
- Publiczne wykonanie, wystawienie, wyświetlenie, odtworzenie oraz nadawanie i reemitowanie, a także publiczne udostępnianie artykułu w taki sposób, aby każdy mógł mieć do niego dostęp w miejscu i w czasie przez siebie wybranym.
- Włączenie artykułu w skład utworu zbiorowego.
- Wprowadzanie artykułu w postaci elektronicznej na platformy elektroniczne lub inne wprowadzanie artykułu w postaci elektronicznej do Internetu, lub innej sieci.
- Rozpowszechnianie artykułu w postaci elektronicznej w internecie lub innej sieci, w pracy zbiorowej jak również samodzielnie.
- Udostępnianie artykułu w wersji elektronicznej w taki sposób, by każdy mógł mieć do niego dostęp w miejscu i czasie przez siebie wybranym, w szczególności za pośrednictwem Internetu.
Autorzy poprzez przesłanie wniosku o publikację:
- Wyrażają zgodę na publikację artykułu w czasopiśmie,
- Wyrażają zgodę na nadanie publikacji DOI (Digital Object Identifier),
- Zobowiązują się do przestrzegania kodeksu etycznego wydawnictwa zgodnego z wytycznymi Komitetu do spraw Etyki Publikacyjnej COPE (ang. Committee on Publication Ethics), (http://ihar.edu.pl/biblioteka_i_wydawnictwa.php),
- Wyrażają zgodę na udostępniane artykułu w formie elektronicznej na mocy licencji CC BY-SA 4.0, w otwartym dostępie (open access),
- Wyrażają zgodę na wysyłanie metadanych artykułu do komercyjnych i niekomercyjnych baz danych indeksujących czasopisma.
Inne teksty tego samego autora
- Dorota Michałowska, Agnieszka Przewodowska, Włodzimierz Przewodowski, Oksana Olejnik, Joanna Piskorz, Bank Genów Ziemniaka in vitro w Boninie , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 290 (2020): Wydanie specjalne
- dr hab. inż. Włodzimierz Przewodowski , Katarzyna Salamońska, Dorota Szarek, Dorota Michałowska, Wioleta Stochła, Agnieszka Przewodowska, Grzegorz Gryń, Milena Pietraszko, Katarzyna Franke, Badania nad opracowaniem metod selektywnej izolacji oraz czułej identyfikacji bakterii Clavibacter michiganensis ssp. sepedonicus w trudnych diagnostycznie próbach środowiskowych , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 286 (2019): Wydanie specjalne
- mgr inż. Dorota Michałowska , Agnieszka Przewodowska, Włodzimierz Przewodowski, Paulina Buryło , Eliminacja patogenów niekwarantannowych (bakterie endogenne i wirusy) oraz kontrola zdrowotności roślin ziemniaka w banku in vitro , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 286 (2019): Wydanie specjalne
- Agnieszka Barnyk, Jerzy Lewosz, Krzysztof Treder, Włodzimierz Przewodowski, Tomasz Pilecki, Zastosowanie chromatografii tiofilnej do izolacji przeciwciał poliklonalnych z surowicy krwi królików , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 248 (2008): Wydanie regularne
- Włodzimierz Przewodowski, Jerzy Lewosz, Krzysztof Treder, Agnieszka Barnyk, Tomasz Pilecki, Identyfikacja odmian ziemniaka metodą elektroforetyczną , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 243 (2007): Wydanie regularne
- Milena Pietraszko, Grzegorz Gryń, Teresa Pastuszewska, Włodzimierz Przewodowski, Agnieszka Przewodowska, Podatność wybranych odmian ziemniaka na porażenie bakteriami Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus w zróżnicowanych warunkach glebowych , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 277 (2015): Wydanie regularne
Podobne artykuły
- Krzysztof Klimont, Zofia Bulińska-Radomska, Sukcesja roślin na terenach poeksploatacyjnych kopalni siarki „Jeziórko” , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 257/258 (2010): Wydanie regularne
- Bartosz Tomaszewski, Gabriela Majtkowska, Włodzimierz Majtkowski, Zawartość chlorofilu u wybranych ekotypów i odmian prosa rózgowatego (Panicum virgatum L.) w warunkach zróżnicowanego nawożenia , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 280 (2016): Wydanie regularne
- Włodzimierz Majtkowski, Maciej Balcerek, Gabriela Majtkowska, Porównanie zawartości związków fenolowych i aktywności antyoksydacyjnej u wybranych gatunków traw z kolekcji Ogrodu Botanicznego KCRZG w Bydgoszczy , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 280 (2016): Wydanie regularne
- Włodzimierz Majtkowski, Jan Schmidt, Ocena przydatności wybranych odmian traw gazonowych do obsiewu ścieżek , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 280 (2016): Wydanie regularne
- Grzegorz Gryziak, Znaczenie roślinnych zasobów genowych , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 290 (2020): Wydanie specjalne
- Katarzyna Stelmach, Alicja Macko-Podgórni, Rafał Barański, Dariusz Grzebelus, Zastosowanie technik genotypowania TaqMan® oraz tetra-primer ARMS-PCR do identyfikacji polimorfizmów punktowych zasocjowanych z genetycznymi determinantami kształtu korzenia marchwi , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 282 (2017): Wydanie regularne
- Magdalena Wiśniewska, Danuta Boros, Józef Zych, Wartość pokarmowa wybranych mieszanek zbóż jarych z roślinami bobowatymi grubonasiennymi , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 289 (2020): Wydanie regularne
- Alina Lieesch, Jan Bocianowski, Iwona Bartkowiak-Broda, Poszukiwanie markerów molekularnych związanych z przebiegiem kwitnienia linii rodzicielskich mieszańców F1 CMS ogura rzepaku ozimego (B. napus L.) , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 264 (2012): Wydanie regularne
- Bogusław Łapiński, Jacek Matusiak, Ocena nowych materiałów do hodowli heterozyjnej heksaploidalnego pszenżyta ozimego z żytnią cytoplazmą typu Pampa , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 260/261 (2011): Wydanie regularne
- Kinga Myszka, Danuta Boros, Poszukiwanie genotypów owsa o poprawionej wartości odżywczej oraz wysokich właściwościach bioaktywnych , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 268 (2013): Wydanie regularne
<< < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 > >>
Możesz również Rozpocznij zaawansowane wyszukiwanie podobieństw dla tego artykułu.