水試料中のエストロゲン活性の定量化を目的とした三機能性低分子-タンパク質複合体媒介型光バイオセンサー

Triple functional small-molecule-protein conjugate mediated optical biosensor for quantification of estrogenic activities in water samples.

• Lanhua Liu
• Xiaohong Zhou
• Yun Lu
• Hanchang Shi
• Mei Ma
• Tong Yu

抄録

エストロゲン活性を有する可能性のある化学物質を網羅的に把握するためのバイオセンサーを確立することは、依然として困難であり、対処しなければならない。ここでは、水中のエストロゲン活性を測定するためのシグナルプローブとして、三官能性低分子-タンパク質複合体を用いたエストロゲン受容体（ER）ベースのエバネッセント波蛍光バイオセンサーについて述べる。このシグナルプローブは、Cy5.5標識ストレプトアビジン（STV）部位と17β-エストラジオール（E）部位から構成され、シグナル変換、シグナル認識、シグナル報告要素として同時に作用します。キセノエストロゲンがコンジュゲートのE部位と競合してERに結合すると、結合していないコンジュゲートが放出され、そのSTV部位はSTV-DTB親和性相互作用を介して光ファイバー上で修飾されたデスチオビオチン（DTB）と結合します。シグナルプローブの検出は、エバネッセント場によって誘起される蛍光発光によって達成され、サンプル中のエストロゲン活性との関連性を実証しています。平均ブランク値の標準偏差を3倍にした場合の検出限界は1.05μg/L EEQであり、20.8～476.7μg/L EEQの範囲で直線的な校正が可能です。光ファイバーシステムは、数百回のセンシングサイクルにも耐えうる堅牢性を備えています。フルスケールの廃水処理場から得られた廃水サンプル中のエストロゲン活性のバイオセンサーベースの決定は、2ハイブリッド組換え酵母バイオアッセイで測定されたものと一致しています。

Establishing biosensors to map a comprehensive picture of potential estrogen-active chemicals remains challenging and must be addressed. Herein, we describe an estrogen receptor (ER)-based evanescent wave fluorescent biosensor by using a triple functional small-molecule-protein conjugate as a signal probe for the determination of estrogenic activities in water samples. The signal probe, consisting of a Cy5.5-labelled streptavidin (STV) moiety and a 17β-estradiol (E) moiety, acts simultaneously as signal conversion, signal recognition and signal report elements. When xenoestrogens compete with the E moiety of conjugate in binding to the ER, the unbound conjugates are released, and their STV moiety binds with desthiobiotin (DTB) modified on the optical fiber via the STV-DTB affinity interactions. Signal probe detection is accomplished by fluorescence emission induced by an evanescent field, which positively relates with the estrogenic activities in samples. Quantification of estrogenic activity expressed as E equivalent concentration (EEQ) can be achieved with a detection limit of 1.05 μg/L EEQ by using three times standard deviation of the mean blank values and a linear calibration range from 20.8 to 476.7 μg/L EEQ. The optical fiber system is robust enough for hundreds of sensing cycles. The biosensor-based determination of estrogenic activities in wastewater samples obtained from a full-scale wastewater treatment plant is consistent with that measured by the two-hybrid recombinant yeast bioassay.

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