ความก้าวหน้าทางชีววิทยาสังเคราะห์สำหรับเซ็นเซอร์ชีวภาพ เพื่อการตรวจจับแบคทีเรียที่มีประสิทธิภาพ: การทบทวนเชิงระบบ
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
ไบโอเซนเซอร์ (Biosensor) เป็นเครื่องมือวิเคราะห์ที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในด้านการวินิจฉัยทางการแพทย์ การตรวจสอบสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัยทางอาหาร เนื่องจากมีความไวสูงและสามารถตรวจวัดได้อย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตามไบโอเซนเซอร์แบบดั้งเดิมยังมีข้อจำกัดด้านความเสถียร ความสามารถในการทำซ้ำ และระยะเวลาการตรวจวัดที่ยาวนาน การเกิดขึ้นของชีววิทยาสังเคราะห์ (Synthetic Biology) ได้ปฏิวัติการพัฒนาไบโอเซนเซอร์ โดยทำให้สามารถออกแบบวงจรพันธุกรรมและระบบชีวภาพเชิงโปรแกรมได้อย่างแม่นยำ และคาดการณ์ได้งานทบทวนอย่างเป็นระบบนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อสังเคราะห์และประเมินความก้าวหน้าของไบโอเซนเซอร์ที่พัฒนาจากชีววิทยาสังเคราะห์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการตรวจหาการปนเปื้อนของเชื้อแบคทีเรีย พร้อมเปรียบเทียบกับวิธีการวินิจฉัยแบบดั้งเดิม การสืบค้นข้อมูลครอบคลุมงานวิจัยระหว่างปี ค.ศ. 2010-2024 ตามแนวทาง PRISMA โดยมุ่งเน้นไบโอเซนเซอร์ชนิดเซลล์ทั้งหมด (Whole-cell) ชนิดไร้เซลล์ (Cell-free) ระบบ CRISPR/Cas และระบบ
ที่ผสานวัสดุนาโนผลการทบทวนพบว่า ชีววิทยาสังเคราะห์ช่วยเพิ่มความไว ความจำเพาะ และความสะดวกในการใช้งานของไบโอเซนเซอร์ โดยระบบที่ผสานเทคโนโลยี CRISPR และวัสดุนาโนสามารถตรวจเชื้อได้ในระดับ 10 CFU/mL ภายในเวลาไม่เกิน 60 นาที อย่างไรก็ตามยังมีความท้าทายด้านการกำหนดมาตรฐานการทดสอบภาคสนาม ความปลอดภัยทางชีวภาพ และการบูรณาการกับเทคโนโลยีดิจิทัล เช่น ปัญญาประดิษฐ์ (AI) และอินเทอร์เน็ตในทุกสิ่ง (IoT) โดยสรุปชีววิทยาสังเคราะห์ได้พลิกโฉมเทคโนโลยีไบโอเซนเซอร์ให้ก้าวสู่ยุคใหม่ของระบบการตรวจวินิจฉัยที่รวดเร็ว แม่นยำ และชาญฉลาด ซึ่งสามารถประยุกต์ใช้ได้ทั้งในด้านการแพทย์ สิ่งแวดล้อมและความปลอดภัยทางอาหาร
Downloads
Article Details
อนุญาตภายใต้เงื่อนไข Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
ประกาศเกี่ยวกับลิขสิทธิ์
บทความที่ลงพิมพ์ในวารสารสถาบันราชประชาสมาสัย ถือว่าเป็นผลงานทางวิชาการหรือการวิจัย และวิเคราะห์ตลอดจนเป็นความเห็นส่วนตัวของผู้นิพนธ์ ไม่ใช่ความเห็นกองบรรณาธิการแต่ประการใด ผู้นิพนธ์จำต้องรับผิดชอบต่อบทความของตน
นโยบายส่วนบุคคล
ชื่อและที่อยู่อีเมลที่ระบุในวารสารสถาบันราชประชาสมาสัย จะถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ตามที่ระบุไว้ ในวารสารเท่านั้น และจะไม่ถูกนำไปใช้สำหรับวัตถุประสงค์อื่น หรือต่อบุคคลอื่นใด
เอกสารอ้างอิง
Castillo-Henríquez L, Brenes-Acuña M, Castro-Rojas A, Cordero-Salmerón R, Lopretti-Correa M, Vega-Baudrit JR. Biosensors for the Detection of Bacterial and Viral Clinical Pathogens. Sensors [Internet]. 2020 [cited 2025 Mar 25];20(23):6926. Available from: https://www.mdpi.com/1424-8220/20/23/6926/pdf
Barron M. Bacterial Biosensors: The Future of Analyte Detection [Internet]. Washington, D.C. The American Society for Microbiology; 2023 [cited 2025 May 26]. 1 p. Available from: https://asm.org/Articles/2023/September/Bacterial-Biosensors-The-Future-of-Analyte-Detecti
Mehrotra P. Biosensors and their applications - A review. Journal of Oral Biology and Craniofacial Research [Internet]. 2016 [cited 2025 July 3];6(2):153-9. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2212426815001323?via%3Dihub
Ahmed A, Rushworth JV, Hirst NA, Millner PA. Biosensors for Whole-Cell Bacterial Detection. Clinical Microbiology Reviews [Internet]. 2014 [cited 2025 July 9]30;27(3):631-46. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4135896/
Rakesh P, Pramod P, Sujit P. Biosensors: Current tool for Medication and Diagnosis. Asian Journal of Pharmaceutical Research [Internet]. 2019 [cited 2025 June 17];9(1):27-34. Available from: https://doi.org/10.5958/2231-5691.2019.00006.6
Carpenter AC, Paulsen IT, Williams TC. Blueprints for Biosensors: Design, Limitations, and Applications. Genes [Internet]. 2018 [cited 2025 May 6];9(8):375. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6115959/
Hellweg L, Edenhofer A, Barck L, Huppertz MC, Frei MS, Tarnawski M, et al. A general method for the development of multicolor biosensors with large dynamic ranges. Nature Chemical Biology [Internet]. 2023 [cited 2024 Nov 15];19:1147–57. Available from: https://www.nature.com/articles/s41589-023-01350-1
Vicente Jde, Lavín Á, Holgado M, Laguna MF, Casquel R, Santamaría B, et al. The uncertainty and limit of detection in biosensors from immunoassays. Measurement Science and Technology [Internet]. 2019 [cited 2025 June 17];31(4):044004-4. Available from: https://doi.org/10.1088/1361-6501/ab49ec
Sin ML, Mach KE, Wong PK, Liao JC. Advances and challenges in biosensor-based diagnosis of infectious diseases. Expert Review of Molecular Diagnostics. [Internet]. 2014 [cited 2025 July 9];14(2):225-44. Available from: https://doi.org/10.1586/14737159.2014.888313
Saha K, Agasti SS, Kim C, Li X, Rotello VM. Gold Nanoparticles in Chemical and BiologicalSensing. Chemical reviews [Internet]. 2012 [cited 2025 June 17];112(5):2739–79. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4102386/
Yang W, Ratinac KR, Ringer SP, Thordarson P, J. Justin Gooding, Braet F. Carbon Nanomaterials in Biosensors: Should You Use Nanotubes or Graphene?. Angewandte Chemie (International Ed. in English) [Internet]. 2010 [cited 2025 June 17];49(12):2114-38. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20187048/
Hegde M, Pai P, Shetty MG, Babitha KS. Gold nanoparticle-based biosensors for rapid pathogen detection: A review. Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management [Internet]. 2022 [cited 2025 July 9];18:100756. Available from: https://doi.org/10.1016/j.enmm.2022.100756
Masson JF. Consideration of Sample Matrix Effects and “Biological” Noise in Optimizing the Limit of Detection of Biosensors. ACS Sensors. [Internet]. 2020 [cited 2025 Mar 25];5(11):3290-2 Available from: https://doi.org/10.1021/acssensors.0c02254
Peña-Bahamonde J, Nguyen HN, Fanourakis SK, Rodrigues DF. Recent advances in graphene-based biosensor technology with applications in life sciences. Journal of Nanobiotechnology. [Internet]. 2018 [cited 2025 Mar 25];16(75):1-17. Available from: https://doi.org/10.1186/s12951-018-0400-z
Sande MG, Rodrigues JL, Ferreira D, Silva CJ, Rodrigues LR. Novel Biorecognition Elements against Pathogens in the Design of State-of-the-Art Diagnostics. Biosensors [Internet]. 2021 [cited 2025 Apr 2];11(11):418. Available from: https://www.mdpi.com/2079-6374/11/11/418
Dincer C, Bruch R, Costa Rama E, Fernández-Abedul MT, Merkoçi A, Manz A, et al. Disposable Sensors in Diagnostics, Food, and Environmental Monitoring. Advanced Materials. [Internet]. 2019 [cited 2025 Mar 25];31(30):1806739. Available from: https://doi.org/10.1002/adma.201806739
Gao W, Emaminejad S, Nyein HYY, Challa S, Chen K, Peck A, et al. Fully integrated wearable sensor arrays for multiplexed in situ perspiration analysis. Nature [Internet]. 2016 [cited 2025 May 6]; 529(7587):509–14. Available from: https://www.nature.com/articles/nature16521
Kim J, Campbell AS, Wang J. Wearable non-invasive epidermal glucose sensors: A review. Talanta [Internet]. 2018 [cited 2025 May 20];177:163-70. Available from: https://www. sciencedirect.com/science/article/pii/S0039914017309098
Szunerits S, Zhang X. The successes and challenges in the development of sensors for medical diagnostics. Sensors & Diagnostics. [Internet]. 2023 [cited 2025 Mar 25];2(1):10–1. Available from: https://doi.org/10.1039/d2sd90027k
Katey B, Voiculescu I, Penkova AN, Untaroiu A. A review of biosensors and their applications. ASME Open Journal of Engineering [Internet]. 2023 [cited 2025 May 20];2(020201)1-16. Available from: https://asmedigitalcollection.asme.org/openengineering/article/ doi/10.1115/1.4063500/1169945/A-Review-of-Biosensors-and-Their-Applications
Enzo. What are the Differences Between DNA and RNA Probes?. [Internet]. Farmingdale. Enzo; 2024. [cited 2025 May 22] 1 p. Available from: https://www.enzo.com/note/what-are-the-differences-between-dna-and-rna-probes/
Wang Q, Chen L, Long Y, Tian H, Wu J. Molecular Beacons of Xeno-Nucleic Acid for Detecting Nucleic Acid. Theranostics [Internet]. 2013 [cited 2025 Mar 26];3(6):395-408. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3677410/
Panuwet P, Hunter RE, D’Souza PE, Chen X, Radford SA, Cohen JR, et al. Biological Matrix Effects in Quantitative Tandem Mass Spectrometry-Based Analytical Methods: Advancing Biomonitoring. Critical reviews in analytical chemistry [Internet]. 2016 [cited 2025 May 22] 6;46(2):93–105. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4695332/
Jiang R, Xu J, Zhu F, Luan T, Zeng F, Shen Y, et al. Study of complex matrix effect on solid phase microextraction for biological sample analysis. Journal of chromatography A [Internet]. 2015 [cited 2025 May 24];1411:34–40. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26277030/
Li Q, Li J, Wei X, Li Y, Sun M. An exploratory study on online quantification of isoprene in human breath using cavity ringdown spectroscopy in the ultraviolet. Analytica Chimica Acta. 2020 [cited 2025 May 19];1131:18-24. Available from: https://doi.org/10.1016/j.aca.2020.07.056
Dykman L, Khlebtsov N. Gold nanoparticles in biomedical applications: recent advances and perspectives. Chem Soc Rev [Internet]. 2012 [cited 2025 May 6];41(6):2256–82. Available from: https://doi.org/10.1039/c1cs15166e
Wu X, Wu D, Mu Y, Zhao Y, Ma Z. Serum-Free Medium Enhances the Therapeutic Effects of Umbilical Cord Mesenchymal Stromal Cells on a Murine Model for Acute Colitis. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology [Internet]. 2020 [cited 2025 July 9];8(586)1-13 Available from: https://doi.org/10.3389/fbioe.2020.00586
Hu J, Xu L, Li J, Fang C, Cheng S, Ouyang M, et al. Corrigendum to “Model-based estimation of liquid saturation in cathode gas diffusion layer and current density difference under proton exchange membrane fuel cell flooding” [Int J Hydrogen Energy 40 (2015) 14187–14201]. International Journal of Hydrogen Energy. [Internet]. 2016 [cited 2025 May 6];41(4):3314–4. Available from: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.12.118
Elmesery M. What Are the Three Basic Steps of Conventional PCR? [Internet]. Cairo. PraxiLabs; 2021 [cited 2025 July 9]; 1 p. Available from: https://praxilabs.com/en/blog/2021/04/28/what-are-the-three-basic-steps-of-conventional-pcr/
