Development of an Efficient FRET-Based Ratiometric Uranium Biosensor
Résumé
The dispersion of uranium in the environment can pose a problem for the health of humans and other living organisms. It is therefore important to monitor the bioavailable and hence toxic fraction of uranium in the environment, but no efficient measurement methods exist for this. Our study aims to fill this gap by developing a genetically encoded FRET-based ratiometric uranium biosensor. This biosensor was constructed by grafting two fluorescent proteins to both ends of calmodulin, a protein that binds four calcium ions. By modifying the metal-binding sites and the fluorescent proteins, several versions of the biosensor were generated and characterized in vitro. The best combination results in a biosensor that is affine and selective for uranium compared to metals such as calcium or other environmental compounds (sodium, magnesium, chlorine). It has a good dynamic range and should be robust to environmental conditions. In addition, its detection limit is below the uranium limit concentration in drinking water defined by the World Health Organization. This genetically encoded biosensor is a promising tool to develop a uranium whole-cell biosensor. This would make it possible to monitor the bioavailable fraction of uranium in the environment, even in calcium-rich waters.
La dispersion de l'uranium dans l'environnement peut poser un problème pour la santé de l'homme et des autres organismes vivants. Il est donc important de surveiller la fraction biodisponible, et donc toxique, de l'uranium dans l'environnement, mais il n'existe pas de méthodes de mesure efficaces pour cela. Notre étude vise à combler cette lacune en développant un biosenseur ratiométrique d'uranium basé sur le FRET et codé génétiquement. Ce biosenseur a été construit en greffant deux protéines fluorescentes aux deux extrémités de la calmoduline, une protéine qui lie quatre ions calcium. En modifiant les sites de fixation des métaux et les protéines fluorescentes, plusieurs versions du biosenseur ont été générées et caractérisées in vitro. La meilleure combinaison permet d'obtenir un biosenseur affin et sélectif pour l'uranium par rapport à des métaux tels que le calcium ou d'autres composés environnementaux (sodium, magnésium, chlore). Il possède une bonne plage dynamique et devrait être robuste aux conditions environnementales. En outre, sa limite de détection est inférieure à la concentration limite d'uranium dans l'eau potable définie par l'Organisation Mondiale de la Santé. Ce biosenseur codé génétiquement est un outil prometteur pour développer un biosenseur à cellules entières d'uranium. Cela permettrait de surveiller la fraction biodisponible de l'uranium dans l'environnement, même dans les eaux riches en calcium.
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