Development and application of analytical methodology with the combined use of gold nanoparticles and aptamers for the colorimetric detection of Pseudomonas aeruginosa

Abstract

Pseudomonas aeruginosa é um patógeno responsável por causar doenças em todo o mundo. É uma bactéria Gram-negativa frequentemente encontrada em ambientes terrestres, aquáticos e hospitalar. Devido às grandes contaminações por essa bactéria, objetivou-se estudar a detecção colorimétrica deste patógeno através da utilização de aptâmeros, que são oligonucleotídeos de fita simples de alta afinidade e especificidade, capazes de ligar-se ao alvo, conjugados a nanopartículas de ouro. Devido à especificidade e afinidade destes, as nanopartículas de ouro são liberadas e as mesmas agregam-se, fazendo com que a solução passe da cor vermelha para roxo, indicando a presença do contaminante. Neste trabalho, os aptâmeros para detecção de P. aeruginosa foram conjugados a nanopartículas de ouro e incubados com a bactéria alvo após ensaios para verificar a concentração de NaCl e aptâmero ideal. Já a especificidade do aptâmero foi verificada com as bactérias Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Salmonella Typhimurium, Enterobacteriaceae bacterium. Foi observado que os aptâmeros conjugados às nanopartículas de ouro alteraram entre vermelho e roxo na presença de NaCl em concentrações acima que 150 mM, desestabilizando as nanopartículas de ouro, mas na presença dos aptâmeros adsorvidos, a solução permaneceu estável. Neste estudo, foi observado que a técnica desenvolvida foi capaz de detectar a presença de P. aeruginosa através da mudança de cor de vermelho para roxo nas concentrações de 108 UFC·mL-1 a 105 UFC·mL-1 após 5 horas de incubação. Assim, foi desenvolvido um biossensor capaz de ligar-se ao alvo em estudo de forma rápida, comparado a métodos convencionais. A identificação visível foi possível devido à mudança de coloração da solução, em concentrações de 108 a 105 UFC·mL-1, podendo auxiliar a detecção de P. aeruginosa em setores hospitalares.

Abstract: Pseudomonas aeruginosa is a pathogen responsible for causing disease worldwide. It is a Gram-negative bacterium frequently found in terrestrial, aquatic, and hospital environments. Due to the great contamination by this bacterium, the objective of this work was to study the pathogen colorimetric detection through the use of aptamers, which are single-stranded oligonucleotides of high affinity and specificity, capable of binding to the target, conjugated to gold nanoparticles. Due to their specificity and affinity, the gold nanoparticles are released and they aggregate, changing the dispersion color from red to blue, indicating the presence of the contaminant. In this work, the aptamer for P. aeruginosa detection was conjugated to gold nanoparticles and incubated with the target bacteria after assays to verify the ideal concentration of NaCl and aptamer. The aptamer specificity was verified with the bacteria Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Salmonella Typhimurium, and Enterobacteriaceae bacterium. It was observed that aptamers conjugated to the gold nanoparticles changed between red and blue in the presence of NaCl at concentrations above 150 mM, destabilizing the gold nanoparticles, but in the presence of the adsorbed aptamers, the dispersion remained stable. In this study, it was observed that the technique developed was able to detect P. aeruginosa through the color change from red to blue at concentrations from 108 CFU·mL-1 to 105 CFU·mL-1 after 5 h of incubation. Thus, a biosensor was developed to recognize the target rapidly when compared to conventional methods. A visible identification was possible through the change in color of the dispersion, at concentrations of 108 to 105 CFU/mL, which may help the detection of P. aeruginosa in hospital sectors.