Biosensor approach to probe bioaffinity and biocatalytic interactions of small xenobiotice

• Auteur / Autrice : Iryna Benilova
• Direction : Claude Martelet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences. Biotechnologie
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire AMPERE (Ecully, Rhône)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cholinestérases

Impédance bioélectrique

Transistors à effet de champ

Biocapteurs

Mots clés libres

Petite molélcule

Résonance plasmonique de surface

Odorant

Récepteur olfactif

Résumé

De nos jours, la bioélectronique devient une discipline à haut potential biomédical et pharmacologique. Les résultats de recherches présentés dans ce manuscrit sont ciblés sur l'application de biocapteurs électrochimiques et optiques sans marquage pour suivi des interactions bioafines et biocatalytiques de certains petits xénobiotiques (odorants et glycoalcaoïdes) avec des biomacromolécules immobilisées telles que le récepteur olfactif humain RO 17-40 couplé à la protéine G et les cholinestérases de sérum humain et équin. Les butyryl cholinestérases immobilisées sur la surface de transistors à l'effet de champ sensibles au pH suivent une cinétique de Michaelis pour l'hydrolyse de leurs substrats. Les glycoalcaloïdes l'α-solanine, l'α-chaconine et la tomatine inhibent l'enzyme équine de manière réversible et compétitive tandis que pour cholinestérase humaine, l'inhibition réversible mixte a été démontrée. L'α-chaconine est l'inhibiteur le plus fort de deux enzymes. Les interactions affines des glycoalcaloïdes avec la butyryl cholinestérase équine ont été étudiées en utilisant la spectroscopie d'impédance électrochimique. La détection directe des inhibiteurs faibles et compétitifs (l'α-solanine) peut être beaucoup plus sensible en absence des substrats enzymatiques. Le récepteur olfactif RO 17-40 a été employé avec succès dans deux plateformes de biocapteurs : impédimétrique et à base de résonance plasmonique de surface en tant qu'unité complexe capable de la bioreconnaissance des odorants. La possibilité du suivi direct des évènements moléculaires déclenchés par un récepteur stimulé par son agoniste est un premier pas vers le "nez bioélectronique".

Nowadays, bioelectronics becomes a discipline with prominent biomedical and pharmacological potential. Investigations reported in this manuscript are focused on the use of label-free electrochemical and optical biosensors for the study of bioaffinity and biocatalytic interactions of some small xenobiotics (odorants and steroid glycoalkaloids) with immobilized macromolecules, namely, G protein-coupled human olfactory receptor OR 17-40 and cholinesterases from human and equine serum. The butyryl cholinesterases immobilized on pH-sensitive field-effect transistors follow Michaelis kinetics of hydrolysis of their substrates. Glycoalkaloids α-solanine, α-chaconine and tomatine inhibit the equine enzyme reversibly and competitively while for the human cholinesterase a mixed mode of reversible inhibition is suggested. α-Chaconine is the most potent inhibitor of both enzymes. The affinity interactions of glycoalkaloids and equine butyryl cholinesterase have been probed with electrochemical impedance spectroscopy. The absence of enzymatic substrate can significantly improve label-free detection of weak and competitive inhibitors (α-solanine). Olfactory receptor OR 17-40 has been successfully employed as odorant-recognition part of impedimetric and surface plasmon resonance-based platforms. Possibility of direct monitoring molecular events trigeered by agonist-stimulated receptor is the first step towards the "biolectronic nose".