Published August 1, 2022 | Version v1
Publication Metadata-only

Identification and structural analysis of novel malathion-specific DNA aptameric sensors designed for food testing

Creators

  • 1. Gyeongsang National University
  • 2. Vietnam National University of Agriculture
  • 3. University of Missouri

Description

Malathion is an organophosphate chemical (OPC) and a toxic contaminant that adversely impacts food quality, human health, biodiversity, and the environment. Due to its small size and unavailability of sensitive sensors, detection of malathion remains a challenging task. Often chromatographic methods employed to analyze OPCs suffer from several shortcomings, including cost, immobility, laboriousness, and unsuitability for point-of-care settings. Hence, developing a specific and sensitive diagnostic sensor for quick and inexpensive food testing is essential. We discovered four unique malathion-specific ssDNA aptamers; designed two independent sensing strategies using fluorescence labeling and Thioflavin T (ThT) displacement. Selected aptamers formed the G4-quadruplex-like (G4Q) structure, which helped develop a label-free detection approach with a 2.01 ppb limit of detection. Additionally, 3D structures of aptamers were generated and validated using a series of computational modeling programs. Furthermore, we explored structural features using CD spectroscopy and molecular docking, probing ligands' binding mode, and revealed vital intermolecular interactions with aptamers. Subsequently, the novel sensors were optimized to detect malathion from food samples. The novel sensors could be further developed to meet the demands of sensing and quantifying toxic contaminants from real food samples in field conditions.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الملاثيون هو مادة كيميائية فوسفاتية عضوية وملوث سام يؤثر سلبًا على جودة الغذاء وصحة الإنسان والتنوع البيولوجي والبيئة. نظرًا لصغر حجمها وعدم توفر أجهزة الاستشعار الحساسة، لا يزال اكتشاف الملاثيون مهمة صعبة. غالبًا ما تعاني الطرق الكروماتوغرافية المستخدمة لتحليل OPCs من العديد من أوجه القصور، بما في ذلك التكلفة، وعدم الحركة، والشدة، وعدم الملاءمة لإعدادات نقطة الرعاية. وبالتالي، فإن تطوير مستشعر تشخيصي محدد وحساس لاختبار الطعام السريع وغير المكلف أمر ضروري. اكتشفنا أربعة أبتامرات ssDNA فريدة خاصة بالملاثيون ؛ صممنا استراتيجيتين مستقلتين للاستشعار باستخدام وضع العلامات الفلورية وإزاحة الثيوفلافين T (ThT). شكلت aptamers المختارة هيكل G4 - quadruplex - like (G4Q)، مما ساعد على تطوير نهج كشف خالٍ من الملصقات بحد اكتشاف 2.01 جزء في البليون. بالإضافة إلى ذلك، تم إنشاء الهياكل ثلاثية الأبعاد لـ aptamers والتحقق من صحتها باستخدام سلسلة من برامج النمذجة الحسابية. علاوة على ذلك، استكشفنا الميزات الهيكلية باستخدام التحليل الطيفي للقرص المضغوط والالتحام الجزيئي، واستكشفنا وضع ربط الروابط، وكشفنا عن تفاعلات حيوية بين الجزيئات مع aptamers. في وقت لاحق، تم تحسين أجهزة الاستشعار الجديدة للكشف عن الملاثيون من عينات الطعام. يمكن تطوير أجهزة الاستشعار الجديدة لتلبية متطلبات الاستشعار والقياس الكمي للملوثات السامة من عينات الطعام الحقيقية في الظروف الميدانية.

Translated Description (French)

Le malathion est un produit chimique organophosphoré (OPC) et un contaminant toxique qui a un impact négatif sur la qualité des aliments, la santé humaine, la biodiversité et l'environnement. En raison de sa petite taille et de l'indisponibilité de capteurs sensibles, la détection du malathion reste une tâche difficile. Souvent, les méthodes chromatographiques utilisées pour analyser les OPC présentent plusieurs lacunes, notamment le coût, l'immobilité, la pénibilité et l'inadéquation aux lieux de soins. Par conséquent, il est essentiel de développer un capteur de diagnostic spécifique et sensible pour des tests alimentaires rapides et peu coûteux. Nous avons découvert quatre aptamères d'ADNss spécifiques du malathion ; conçu deux stratégies de détection indépendantes utilisant le marquage par fluorescence et le déplacement de la thioflavine T (ThT). Des aptamères sélectionnés ont formé la structure de type G4-quadruplex (G4Q), qui a aidé à développer une approche de détection sans étiquette avec une limite de détection de 2,01 ppb. De plus, des structures 3D d'aptamères ont été générées et validées à l'aide d'une série de programmes de modélisation computationnelle. De plus, nous avons exploré les caractéristiques structurelles en utilisant la spectroscopie CD et l'amarrage moléculaire, en sondant le mode de liaison des ligands et en révélant des interactions intermoléculaires vitales avec les aptamères. Par la suite, les nouveaux capteurs ont été optimisés pour détecter le malathion à partir d'échantillons d'aliments. Les nouveaux capteurs pourraient être développés davantage pour répondre aux exigences de détection et de quantification des contaminants toxiques à partir d'échantillons d'aliments réels dans des conditions de terrain.

Translated Description (Spanish)

El malatión es un químico organofosforado (OPC) y un contaminante tóxico que afecta negativamente la calidad de los alimentos, la salud humana, la biodiversidad y el medio ambiente. Debido a su pequeño tamaño y a la falta de disponibilidad de sensores sensibles, la detección de malatión sigue siendo una tarea difícil. A menudo, los métodos cromatográficos empleados para analizar las OPC adolecen de varias deficiencias, incluidos el costo, la inmovilidad, la laboriosidad y la inadecuación para los entornos de punto de atención. Por lo tanto, es esencial desarrollar un sensor de diagnóstico específico y sensible para realizar pruebas de alimentos rápidas y económicas. Descubrimos cuatro aptámeros únicos de ADNmc específicos de malatión; diseñamos dos estrategias de detección independientes utilizando etiquetado de fluorescencia y desplazamiento de tioflavina T (ThT). Los aptámeros seleccionados formaron la estructura tipo G4-cuádruplex (G4Q), que ayudó a desarrollar un enfoque de detección sin etiqueta con un límite de detección de 2.01 ppb. Además, se generaron y validaron estructuras 3D de aptámeros utilizando una serie de programas de modelado computacional. Además, exploramos las características estructurales utilizando espectroscopia de CD y acoplamiento molecular, sondeando el modo de unión de los ligandos y revelando interacciones intermoleculares vitales con los aptámeros. Posteriormente, los nuevos sensores se optimizaron para detectar malatión a partir de muestras de alimentos. Los nuevos sensores podrían desarrollarse aún más para satisfacer las demandas de detección y cuantificación de contaminantes tóxicos de muestras de alimentos reales en condiciones de campo.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحديد والتحليل الهيكلي لأجهزة استشعار الحمض النووي الخاصة بالملاثيون المصممة لاختبار الطعام
Translated title (French)
Identification et analyse structurelle de nouveaux capteurs aptamériques d'ADN spécifiques du malathion conçus pour les tests alimentaires
Translated title (Spanish)
Identificación y análisis estructural de nuevos sensores aptaméricos de ADN específicos de malatión diseñados para pruebas alimentarias

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4281695149
DOI
10.1016/j.biomaterials.2022.121617

Is supplement to
https://openalex.org/W4237235066 (Other)
https://openalex.org/W3146085540 (Other)
https://openalex.org/W3127016596 (Other)
https://openalex.org/W2967136651 (Other)
https://openalex.org/W2913646003 (Other)
https://openalex.org/W2365973415 (Other)
https://openalex.org/W207884067 (Other)
https://openalex.org/W2033684641 (Other)
https://openalex.org/W2026539069 (Other)
https://openalex.org/W1482423459 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1568084954
  • https://openalex.org/W174644880
  • https://openalex.org/W1887624773
  • https://openalex.org/W1991199510
  • https://openalex.org/W2024981553
  • https://openalex.org/W2029350316
  • https://openalex.org/W2054195685
  • https://openalex.org/W2056789539
  • https://openalex.org/W2063831812
  • https://openalex.org/W2066074720
  • https://openalex.org/W2068715081
  • https://openalex.org/W2079321730
  • https://openalex.org/W2104525153
  • https://openalex.org/W2108508060
  • https://openalex.org/W2116609429
  • https://openalex.org/W2127177111
  • https://openalex.org/W2134967712
  • https://openalex.org/W2141157874
  • https://openalex.org/W2151460035
  • https://openalex.org/W2161605421
  • https://openalex.org/W2171268876
  • https://openalex.org/W2338236108
  • https://openalex.org/W2347032452
  • https://openalex.org/W2490041812
  • https://openalex.org/W2596793777
  • https://openalex.org/W2768252242
  • https://openalex.org/W2774100421
  • https://openalex.org/W2801131481
  • https://openalex.org/W2891599654
  • https://openalex.org/W2899070097
  • https://openalex.org/W2911197460
  • https://openalex.org/W2913145970
  • https://openalex.org/W2954292398
  • https://openalex.org/W3002203507
  • https://openalex.org/W3091169948
  • https://openalex.org/W3093005337
  • https://openalex.org/W3109303871
  • https://openalex.org/W3115357180
  • https://openalex.org/W3135619403
  • https://openalex.org/W3137962164
  • https://openalex.org/W3165019384
  • https://openalex.org/W3185694756
  • https://openalex.org/W3205999254
  • https://openalex.org/W3215782584
  • https://openalex.org/W4220855547
  • https://openalex.org/W4229933839
  • https://openalex.org/W4232355260