Microbial biosensors for environmental monitoring | Mikrobni biosenzorji za monitoring okolja

English. Microbial biosensors are analytical devices capable of sensing substances in the environment due to the specific biological reaction of the microorganism or its parts. Construction of a microbial biosensor requires knowledge of microbial response to the specific analyte. Linking this response with the quantitative data, using a transducer, is the crucial step in the construction of a biosensor. Regarding the transducer type, biosensors are divided into electrochemical, optical biosensors and microbial fuel cells. The use of the proper configuration depends on the selection of the biosensing element. With the use of transgenic E. coli strains, bioluminescence or fluorescence based biosensors were developed. Microbial fuel cells enable the use of the heterogeneous microbial populations, isolated from wastewater. Different microorganisms are used for different pollutants – pesticides, heavy metals, phenolic compounds, organic waste, etc. Biosensing enables measurement of their concentration and their toxic or genotoxic effects on the microbes. Increasing environmental awareness has contributed to the increase of interest for biomonitoring. Although technologies, such as bioinformatics and genetic engineering, allow us to design complex and efficient microbial biosensors for environmental pollutants, the transfer of the laboratory work to the field still remains a problem to solve.

Slovenian. Mikrobni biosenzorji so analitske naprave, ki nam omogočajo zaznavanje snovi v okolju zaradi specifične biološke reakcije, ki poteka v mikroorganizmu ali njegovem delu. Če želimo takšno napravo uporabiti za monitoring onesnažil v okolju, moramo dobro poznati odziv mikroorganizma na specifičen analit in ga preko pretvornika signala spremeniti v kvantitativno obliko. Poznamo različne konfiguracije mikrobnih biosenzorjev glede na pretvornik signala – elektrokemijske in optične biosenzorje ter mikrobne gorivne celice. Vsaka ima svoje prednosti in slabosti, katero uporabimo, je v veliki meri odvisno od izbora biosenzorskega organizma. Transgene celice E. coli nam omogočajo bioluminescenčno ali fluorescenčno zaznavo, v mikrobne gorivne celice pa lahko vključimo mešane mikrobne združbe. Z izborom organizma se prilagajamo tudi onesnažilu. Med najpogostejšimi onesnažili so pesticidi, težke kovine, fenoli, organski odpadki. Z biosenzorji ne spremljamo le njihovih koncentracij v okolju, pač pa beležimo tudi toksične in genotoksične vplive analitov na mikroorganizme. S povečevanjem skrbi za okolje narašča tudi pomen mikrobnih biosenzorjev. Razvoj tehnologij, kot sta bioinformatika in genetski inženiring, nam omogoča temeljitejše in uspešnejše načrtovanje uporabe mikrobnih biosenzorjev v okoljskih aplikacijah. Izziv za prihodnje pa ostaja prenos mikrobne biosenzorske tehnologije na teren.