КЛЕТОЧНЫЕ БИОСЕНСОРЫ Одно из достижений биотехнологии и биоинженерии связано с развитием методов включения живых клеток в полимеры и твердые носители различной природы и применением такого рода материалов для решения задач медицины, управляемого биосинтеза, анализа. С использованием живых иммобилизованных клеток создано много различных биосенсоров [7]. Можно отметить несколько удивительных свойств иммобилизованных клеток. 1.Клетки - доступный биологический материал. Используют клетки растений, животных, человека, но наибольшее применение нашли клетки микроорганизмов, которые культивируются, легко воспроизводятся и поддерживаются в чистой культуре. В отличие от ферментов при использовании клеток не требуется дорогостоящих стадий очистки. 2.Имеющиеся методы иммобилизации позволяют получить клетки, сохраняющие около 100% активности ферментов и способные функционировать достаточно длительные промежутки времени. Клетки сохраняют все наиболее важные структуры и проявляют большую стабильность. В некоторых случаях клетки сохраняют жизнеспособность и активность ферментных систем в течение нескольких лет. 3.Клетки сохраняют, как правило, все системы жизнеобеспечения, включая ферментные стадии регенерации кофакторов. Это позволяет проводить сложные последовательные реакции, осуществляя многостадийные процессы. 4.Для многих типов клеток, особенно микробных, разработаны эффективные методы генетических операций, дающие возможность получать мутанты с высоким содержанием того или иного белка или фермента, что дает возможность оперировать с высокоэффективными каталитическими системами. Поскольку клетки сохраняют аппарат биосинтеза белка, потенциально могут быть разработаны высокоэффективные методы генодиагностики. Особенности метаболизма клеток позволяют создавать биосенсоры как на индивидуальные молекулы, так и на очень широкие классы соединений, например на всю совокупность биологически поглошаемых веществ. Для создания клеточных биосенсоров, так же как и для ферментных, используются самые различные физические трансдьюсеры: электрохимические, включая амперометрические (детекторы кислорода, пероксида водорода, медиаторы), потенциометрические (рН-чувствительные и ионселективные электроды, рН-чувствительные полевые транзисторы), кондуктометрические, оптические, акустические, калориметрические. Развитие получили биосенсоры с использованием техники LAPS (светоадресуемых потенциометрических сенсоров). LAPS-система достаточно чувствительна, и на ее основе были созданы системы слежения за физиологическим состоянием отдельных клеток - так называемые микрофизиометры. Принципиальным вопросом при создании клеточных биосенсоров является метод иммобилизации клеток. Первоначально для иммобилизации клеток с сохранением их активности использовали материалы природного происхождения: желатину, агар, альгинат кальция, каррагенан. В последние годы разработаны и развиты методы включения живых клеток в синтетические полимерные гели. Особенно интересные и перспективные результаты получены с использованием так называемого метода криоиммобилизации клеток [8]. Процедура иммобилизации состоит из стадии получения суспензии клеток в растворе полимера, замораживания суспензии с получением криоструктурированных гелей, размораживания с образованием пористого, механически прочного материала, устойчивого до температур 70-80°С. Клетки, включенные в такого рода пористый материал, сохраняют активность и способны функционировать в течение нескольких месяцев. Применения клеточных биосенсоров достаточно многообразны. Созданы биосенсоры для селективного определения фенолов, пролина, глутамина, тирозина, молочной и аскорбиновой кислот, глюкозы. Интересные возможности связаны с анализом сульфат-иона, аммония, монометилсульфата. Уникальные возможности обеспечивают клеточные биосенсоры для экспресс-анализа качества коды и сточных код. Существует метод определения БПК (биологического потребления кислорода) - анализ на определение совокупности органических соединении, которые могут быть использованы микроорганизмами. Традиционный метод требует для получения данных несколько дней. Биосенсор с иммобилизованными клетками позволяет получать эти же результаты в течение нескольких минут. Коммерчески значимые прототипы биосенсоров для определения качестка коды созданы компаниями Японии, Германии и Бельгии. Биосенсоры как новые аналитические устройства, позволяющие получать и перерабатывать экспресс-информацию о химическом составе тех или иных объектов, находятся к начале своего развития. Можно ожидать существенного вклада этих биоэлектронных устройств в повышение качества медицинских анализов, контроля технологических процессов, оценки качества пищевых продуктов и окружающей среды. ЛИТЕРАТУРА 1.Журнал аналитической химии. 1991. Т. 45, № 7.
2.Будников Г.К., Майстренко В.Н., Муринов Ю.И. Вольтамперометрия с модифицированными и ультрамикроэлектродами. М.: Наука, 1994. 239с.
3.Seitz W.R. Fiber Optics Sensors // Anal. Chem. 1984. Vol. 86, № 1. P. 16 A.
4.Clark L.C., Lyons С // Ann N.Y. Acad. Sci. 1962. Vol. 102. P. 29-45.
5.Березин И.В., Богдановская В.А., Варфоломеев С.Д. и др.// Докл. АН СССР. 1978. Т. 240. С. 615-619.
6.Варфоломеев С.Д., Березин И.В. В кн.: Физическая химия: Современные проблемы / Под ред. Я.М. Колотыркина. М.: Химия, 1982. С. 68-94.
7.Корпан Я.И., Ельская А.В. // Биохимия. 1995. Т. 60. С.1988-1998.
8.Lozinsky V.I. er al. // Biotechnol. Lett. 1984. Vol. 2, P. 43-48. www.newchemistry.ru |
