Определение плесневого гриба Aspergillus niger амперометрическими тирозиназными биосенсорами, модифицированными наноматериалами, в биомедицинских объектах и сельскохозяйственной продукции

Для определения антигена (Аг) плесневого гриба Aspergillus niger разработаны амперометрические биосенсоры на основе печатного графитового электрода, модифицированного многостенными углеродными нанотрубками (МУНТ), восстановленным оксидом графена (ВОГ) и наночастицами золота (НЧ Au). В качестве биочувствительного компонента использовали фермент тирозиназу. Установлено, что Аг Aspergillus niger является активатором тирозиназы в диапазоне содержаний 1 · 10–8 – 1 · 10–5 мкг/мг, нижняя граница определяемых содержаний cн = 7 · 10–9 мкг/мг. Модификация поверхности электрода углеродными наноматериалами и нанокомпозитом МУНТ/НЧ Au позволила улучшить ряд аналитических характеристик: расширить диапазон определения Аг Aspergillus niger до 5 · 10–10 – 1 · 10–3 мкг/мг в случае ВОГ, 1 · 10–10 – 1 · 10–3 мкг/мг в случае МУНТ и МУНТ/НЧ Au, снизить cн до 1 · 10–10 мкг/мг (модификатор ВОГ), 7 · 10–11 мкг/мг (МУНТ) и 5 · 10–11 мкг/мг (МУНТ/НЧ Au). Изучены кинетические параметры реакции ферментативного превращения фенола в присутствии Аг Aspergillus niger: независимо от наличия или отсутствия модификатора наблюдали двухпараметрическую согласованную активацию фермент-субстратной системы тирозиназа – фенол. Разработанные биосенсоры были апробированы для количественной оценки содержания Аг Aspergillus niger в образце репчатого лука и в образце бронхоальвеолярного лаважа (БАЛ). Правильность полученных результатов подтверждена альтернативными методами — микробиологическим (образец лука) и с использованием амперометрического иммуноферментного сенсора (образец БАЛ).

1. Simon-Nobbe B., Denk U., Pöll V., et al. The spectrum of fungal allergy / Int. Arch. Allergy Immunol. 2008. Vol. 145. No. 1. P. 58 – 86. DOI: 10.1159/000107578

2. Sergeev A. Yu., Sergeev Yu. V. Fungal Infections: A Guide for Doctors. — Moscow: Binom, 2008. — 480 p. [in Russian].

3. Miliæeviæ D. R., Škrinjar M., Baltiæ T. Real and perceived risks for mycotoxin contamination in foods and feeds: challenges for food safety control / Toxins. 2010. Vol. 2. P. 572 – 592. DOI: 10.3390/toxins2040572

4. Khaldeeva E. V., Glushko N. I., Lisovskaya S. A. Mycogenic contamination of residential premises as a biological risk factor / Kazan. Med. Zh. 2020. Vol. 101. No. 4. P. 513 – 518 [in Russian]. DOI: 10.17816/kmj2020-513

5. Lee J., Kim S., Chung H. Y., et al. Electrochemical microgap immunosensors for selective detection of pathogenic Aspergillus niger / J. Hazard. Mater. 2021. Vol. 411. 125069. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.125069

6. Sedighi-Khavidak S., Mazloum-Ardakani M., Rabbani Khorasgani M., et. al. Detection of aflD gene in contaminated pistachio with Aspergillus flavus by DNA based electrochemical biosensor / Int. J. Food Prop. 2017. Vol. 20. P. 119 – 130. DOI: 10.1080/10942912.2017.1291675

7. Pal M. Isolation and identification of Aspergillus niger from the onions in Bharuch, Gujarat, India / J. Adv. Microbiol. Res. 2024. Vol. 5. No. 1. P. 178 – 180.

8. Musa B., Zangina B. U., Ado S. A., et al. Isolation and screening of Aspergillus niger and Bacillus coagulans as potential candidates for amylase and glucose isomerase production / UMYU J. Microbiol. Res. (UJMR). 2022. Vol. 7. No. 2. P. 49 – 54. DOI: 10.47430/ujmr.2272.008

9. Diba K., Mirhendi H., Kordbacheh P., et al. Development of RFLP-PCR method for the identification of medically important Aspergillus species using single restriction enzyme MwoI / Braz. J. Microbiol. 2014. Vol. 45. P. 503 – 507. DOI: 10.1590/s1517-83822014000200018

10. Ghafori Shamimeh, Habibipour Reza, Bayat Samiye. Optimization of a real-time PCR assay for identification of Aspergillus fumigatus and Aspergillus niger from flour samples: comparison of phenotypic and genotypic methods / Gene Rep. 2020. Vol. 22. 100993. DOI: 10.1016/j.genrep.2020.100993

11. Donnelly J. P., Chen S. C., Kauffman C. A., et al. Revision and update of the consensus definitions of invasive fungal disease from the European Organization for Research and Treatment of Cancer and the Mycoses Study Group Education and Research Consortium / Clin. Infect. Dis. 2020. Vol. 71. No. 6. P. 1367 – 1376. DOI: 10.1093/cid/ciz1008

12. Seo S.-Y., Sharma V. K., Sharma N. Mushroom tyrosinase: recent prospects / J. Agric. Food Chem. 2003. Vol. 51. No. 10. P. 2837 – 2853. DOI: 10.1021/jf020826f

13. Rawat S., Phogat P., Shreya, Chand B. Advances in nanomaterial-based biosensors: innovations, challenges, and emerging applications / Mater. Today Commun. 2025. Vol. 48. 113334. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2025.113334

14. Beilinson R. M., Lopatko N. Yu., Korol’kova K. A., et al. Analytical capabilities of aristolochic acid I determination by amperometric biosensors and polarization fluorescence immunoassay / Anal. Kontrol’. 2023. Vol. 27. No. 4. P. 230 – 240 [in Russian]. DOI: 10.15826/analitika.2023.27.4.004

15. Medyantseva E. P., Beilinson R. M., Nikolaenko A. I., Budnikov H. C. Horseradish peroxidase: analytical capabilities in the determination of zearalenone / J. Anal. Chem. 2022. Vol. 77. No. 6. P. 671 – 680. DOI: 10.1134/s1061934822060090

16. Beilinson R. M., Yavisheva A. A., Lopatko N. Yu., Medyantseva E. P. Amperometric biosensors for the determination of tetracycline / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2022. Vol. 88. No. 11. P. 5 – 13 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-11-5-13

17. Enache T. A., Oliveira-Brett A. M. Phenol and para-substituted phenols electrochemical oxidation pathways / J. Electroanal. Chem. 2011. Vol. 655. No. 1. P. 9 – 16. DOI: 10.1016/j.jelechem.2011.02.022

18. Sigolaeva L. V., Makower A., Eremenko A. V., et al. Bioelectrochemical analysis of neuropathy target esterase activity in blood / Anal. Biochem. 2001. Vol. 290. No. 1. P. 1 – 9. DOI: 10.1006/abio.2000.4822

19. Zhaoyin Wang, Zhihui Dai. Carbon nanomaterial-based electrochemical biosensors: an overview / Nanoscale. 2015. Vol. 7. No. 15. P. 6420 – 6431. DOI: 10.1039/c5nr00585j

20. Kremleva N. V., Medyantseva E. P. Budnikov G. K., Bormotova Yu. I. Amperometric biosensor for determining lead and cadmium / J. Anal. Chem. 1999. Vol. 54. No. 2. P. 151 – 154.

21. Wani A. H., Taskeen-Un-Nisa. Management of black mold rot of onion / Mycopath. 2011. Vol. 9. No. 1. P. 43 – 49.

22. Khaldeeva E. V., Glushko N. I., Lisovskaya S. A. Detection of Aspergillus antigens using amperometric enzyme immunosorbent sensors / Prakt. Meditsyna. 2007. No. 4(23). P. 47 – 48 [in Russian].