Inducible whole-cell biosensor for detection of formate ions

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Ten strains of the yeast Yarrowia lipolytica were constructed, the genomes of which contain hrGFP gene under the regulation of the formate dehydrogenase promoters. The resulting strains can act as whole-cell biosensors for the detection of formate ions in various mediums. By visual assessment of biomass fluorescence, we selected the three most promising yeast strains. The main biosensor characteristics (threshold sensitivity, amplitude and response time) of the selected strains were measured. As a result, in terms of characteristics, the B26 strain was recognized as the most suitable for the detection of formate ions. A carbon source for the nutrient medium that does not reduce the activation of the biosensor was selected. Furthermore, we showed that unlike formate and formaldehyde, methanol practically does not induce the biosensor fluorescence response.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. А. Cherenkova

National Research Center “Kurchatov Institute”; Mendeleev University of Chemical Technology

Email: oligamelkina@gmail.com

Complex of NBICS Technologies

Russian Federation, Moscow, 123098; Moscow, 125480

Т. V. Yuzbashev

Rothamsted Research

Email: oligamelkina@gmail.com

Plant Sciences and the Bioeconomy

United Kingdom, West Common, Harpenden, AL5 2JQ, Hertfordshire

О. Е. Melkina

National Research Center “Kurchatov Institute”

Author for correspondence.
Email: oligamelkina@gmail.com

Complex of NBICS Technologies

Russian Federation, Moscow, 123098

References

  1. Robles H. Encyclopedia of Toxicology. 2nd Ed. / Ed. P. Wexler: Elsevier, 2005. P. 378‒380.
  2. Cunha S., Rangaiah G.P., Hidajat K. Computer Aided Chemical Engineering. / Eds. A. Espuña, M. Graells, L. Puigjaner: Elsevier, 2017. V. 40. P. 1093‒1098.
  3. Larsson S., Palmqvist E., Hahn-Hägerdal B., Tengborg C., Stenberg K., Zacchi G., Nilvebrant N.O. // Enzyme Microb. Technol. 1999. V. 24. P. 151‒159.
  4. Zaldivar J., Martinez A., Ingram L.O. // Biotechnol. Bioeng.. 2000. V. 68. № 5. P. 524‒530.
  5. Кочетков А.В. // Строительные материалы. 2011. № 7. С. 44‒46.
  6. Triebig G., Schaller K.H. // Clin Chim Acta. 1980. V. 108. № 3. P. 355‒360.
  7. Ohmori S., Sumii I., Toyonaga Y., Nakata K., Kawase M. //J. Chromatogr. 1988. V. 426. № 1. P. 15‒24.
  8. Kim, J.K., Shiraishi T., Fukusaki E.I., Kobayashi A. // J. Chromatogr. A. 2003. V. 986. № 2. P. 313‒317.
  9. Abolin C., McRae J.D., Tozer T.N., Takki S. // Biochem. Med. 1980. V. 23. № 2. P. 209‒218.
  10. Campos A.F., Cassella R.J. // Food Chem. 2018. V. 269. P. 252‒257.
  11. Cheng Vollmer A., Van Dyk T.K. // Adv. Microb. Physiol. 2004. V. 49. P. 131‒174.
  12. Bazhenov S.V., Novoyatlova U.S., Scheglova E.S., Prazdnova E.V., Mazanko M.S., Kessenikh A.G. et al. // Biosens. Bioelectron. X. 2023. V. 13. https://doi.org/10.1016/j.biosx.2023.100323.
  13. Chistoserdova L., Laukel M., Portais J.C., Vorholt J.A., Lidstrom M.E. // J. Bacteriol. 2004. V. 186. № 1. P. 22‒28.
  14. Godfrey C., Coddington A., Greenwood C., Thomson A.J., Gadsby P.M. // Biochem. J. 1987. V. 243. № 1. P. 225‒233.
  15. Benoit S., Abaibou H., Mandrand-Berthelot M.A. // J. Bacteriol. 1998. V. 180. № 24. P. 6625‒6634.
  16. Sakai Y., Murdanoto A.P., Konishi T., Iwamatsu A., Kato N. // J. Bacteriol. 1997. V. 179. № 14. P. 4480‒4485.
  17. Патент ЕС. 1988. № 0299108A1.
  18. Overkamp K.M., Kötter P., van der Hoek R., Schoondermark-Stolk S., Luttik M.A., van Dijken J.P., Pronk J.T. // Yeast. 2002. V. 19. № 6. P. 509‒520.
  19. Kobayashi A., Taketa M., Sowa K., Kano K., Higuchi Y., Ogata H. // IUCrJ. 2023. V. 10. P. 544‒554.
  20. Патент Великобритания, Германия. 2022. № WO2022008929A1.
  21. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Методы генетической инженерии. Молекулярное клонирование. Москва: Мир, 1984. 480 с.
  22. Yuzbashev T.V., Yuzbasheva E.Y., Melkina O.E., Patel D., Bubnov D., Dietz H., Ledesma-Amaro R. // Commun. Biol. 2023. V. 6. № 1. P. 858.
  23. Yurimoto H., Komeda T., Lim C.R., Nakagawa T., Kondo K., Kato N., Sakai Y. // Biochim. Biophys. Acta. 2000. V. 1493. P. 56–63.
  24. Hartner F.S., Glieder A. // Microb. Cell Fact. 2006. V. 5. P. 39.
  25. Chen N.H., Djoko K.Y., Veyrier F.J., McEwan A.G. // Front Microbiol. 2016. V. 7. P. 257.
  26. Liu A., Feng R., Liang B. // Enzyme Microb. Technol. 2016. V. 91. P. 59–65.
  27. Buttery J.E., Chamberlain B.R. // J. Anal. Toxicol. 1988. V. 12. № 5. P. 292–294.
  28. Ogata M., Iwamoto T. // Int. Arch. Occup. Environ. Health. 1990. V. 62. № 3. P. 227–232.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Fluorescence (hrGFP) of the yeast strain biomass after cultivation for 20 h on YNB agar medium with 1% glucose without formate (a) and with the addition of 10 mM sodium formate (b). The control strain Y-3178 W29 MatA (wild type) is designated as wt.

Download (199KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of the normalized optical density (OD) fluorescence of strains A1 (a), B26 (b) and B29 (c) on the incubation time in a medium with sodium formate: 1 ‒ without sodium formate, 2 ‒ 10 μM, 3 ‒ 100 μM, 4 ‒ 1 mM, 5 ‒ 10 mM, 6 ‒ 90 mM, 7 ‒ 440 mM.

Download (368KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the maximum response (AR) of strains A1, B26 and B29 on different concentrations of sodium formate. 1 ‒ A1, 2 ‒ B26, 3 ‒ B29.

Download (84KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Effect of carbon sources in the nutrient medium on the activation of the B26 biosensor with the addition of 10 mM formate: 1 ‒ glucose (1%), 2 ‒ glucose and formate, 3 ‒ sorbitol (1.5%), 4 ‒ sorbitol and formate, 5 ‒ mannitol (1%), 6 ‒ mannitol and formate, 7 ‒ citrate (1%), 8 ‒ citrate and formate.

Download (131KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of the normalized optical density (OD) fluorescence of the B26 biosensor on the incubation time in a nutrient medium containing mannitol (1%) and sodium formate (a), formaldehyde (b) or methanol (c) at concentrations: 1 ‒ without addition, 2 ‒ 10 μM, 3 ‒ 100 μM, 4 ‒ 1 mM, 5 ‒ 10 mM, 6 ‒ 100 mM.

Download (302KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».