Performance comparison of aptamer and antibody based fluorescent biosensors for bacteria on glass surface

Abstract

Antibodies are the most commonly used ligands in commercial and research analysis systems to detect pathogenic cells. However, aptamers are superior ligands compared to antibodies and other preferred research molecules for developing sensitive and robust tests due to their small size, low cost, and easy chemical modification. Although aptamers offer many opportunities for developing molecular tools, comprehensive comparisons between aptamer-based biosensors and immunoassays are unfortunately limited to protein analytes. In this study, we present a comparison of the performance of antibody and aptamer ligands with the highest biosensor development potential on glass surfaces through systematic experiments for the pathogens (Escherichia coli, Staphylococcus aureus, and Acinetobacter baumannii) most commonly associated with sepsis in our country Turkey. The comparative study, conducted with a total of 12 ligands, reported superior success for anti-E. coli antibody (HRP) for E. coli, mouse monoclonal to S. aureus for S. aureus, and Elongation factor Tu polyclonal Antibody (tuf1) rabbit anti-A. baumannii for A. baumannii. The performance of the top-performing ligands was further validated through additional studies on the linearity, analytical sensitivity, and repeatability of the results. The results demonstrated that antibody ligands still outperform aptamer ligands in terms of efficiency, but aptamers continue to possess strong potential as an analytical tool. Antikorlar, günümüzde patojen hücrelerini saptamak için ticari ve araştırma analiz sistemlerinde en yaygın olarak kullanılan ligandlardır. Buna karşın, aptamerler, küçük boyut, düşük maliyet ve kolay kimyasal modifikasyon gibi özellikleri nedeni ile hassas ve sağlam test geliştirmek için antikorlara ve diğer tercih edilen araştırma moleküllerine kıyasla avantajlı olan üstün ligandlardır. Aptamerler birçok moleküler araç geliştirme fırsatı sunmasına karşın, aptamer bazlı biyosensörler ve immünosensörler arasındaki kapsamlı karşılaştırmalar ne yazık ki sadece protein analitleriyle sınırlıdır. Bu çalışmada, ülkemizde sepsis hastalığına en çok neden olan patojenler (Escherichia coli, Staphylococcus aureus ve Acinetobacter baumannii) için sistematik deneylerle, cam yüzeylerde, biyosensör geliştirme potansiyeli en yüksek olan antikor ve aptamer ligandların performanslarının karşılaştırması sunulmuştur. Toplam 12 Ligand ile yapılan karşılaştırmalı çalışmanın sonucunda, E. coli için anti-E. coli antibody (HRP), S. aureus için mouse monoclonal S. aureus ve A. baumannii için Elongation factor Tu polyclonal Antibody (tuf1) rabbit anti-A. baumannii ligandlarının üstün başarı gösterdiği rapor edildi. En iyi performansa sahip ligandlar ile, sonuçların doğrusal aralığı, analitik duyarlılığı ve tekrarlanabilirliği için ayrıca çalışmalar yapılarak performansları doğrulandı. Sonuçlar, antikor ligandlarının aptamer ligandlarından daha yüksek bir verimlilikle işlev gördüğünü, ancak aptamerlerin analitik bir araç olarak güçlü bir potansiyele sahip olduğunu göstermiştir.