JPH06510199A - Detection of toxicity - Google Patents

Detection of toxicity

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JPH06510199A
JPH06510199A JP5505052A JP50505292A JPH06510199A JP H06510199 A JPH06510199 A JP H06510199A JP 5505052 A JP5505052 A JP 5505052A JP 50505292 A JP50505292 A JP 50505292A JP H06510199 A JPH06510199 A JP H06510199A
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ベインズ,ウィリアム・アーサー
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ピィ・エイ・コンサルティング・サービシィズ・リミテッド
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/5005Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は毒性の検出に関し、より特定的には毒性を検出するための方法および装 置に関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to the detection of toxicity, and more particularly to methods and apparatus for detecting toxicity. Regarding the location.

発明の背景 一般に、毒性化合物を検出することは困難である。特定の化学物質を検出するだ めの方法は多数ある。たとえば、金属イオンを検出するための原子吸光分析法、 X線蛍光法、および電気化学的方法、異なる種類の有機物質を検出するための質 量分析法、ガスクロマトグラフィー、および紫外吸収、ある範囲の化合物を検出 するための特定の酵素検定がある(この他の数多くの方法についてはガルバリー ノ(Garbar 1no)他1985を参照されたい)。しかしながらこれら の方法は単に1つの化合物または1つの型の化合物が存在するかどうかを検出す るだけである。これらの特定的なテストの目標ではない、毒性の危険をもたらす 他の化合物が存在している場合は、それらの化合物は検出されずに残る。Background of the invention Generally, toxic compounds are difficult to detect. to detect specific chemicals There are many ways to do this. For example, atomic absorption spectrometry to detect metal ions; X-ray fluorescence, and electrochemical methods, quality for detecting different types of organic substances Quantitative methods, gas chromatography, and ultraviolet absorption to detect a range of compounds There are specific enzyme assays for (see Garbar et al. 1985). However, these The method simply detects whether one compound or one type of compound is present. It's just that. pose a toxicity risk, which is not the goal of these specific tests. If other compounds are present, they remain undetected.

このための手段は、毒性を検出するためのセンサとして生体系を用いることであ る。これにより系を汚染する化合物はすへてセンサに影響を及はし検出される。A means to this end is to use biological systems as sensors to detect toxicity. Ru. This allows compounds that contaminate the system to be detected by the sensor.

ある範囲の生体系を用いることができ、系が毒物に影響されているかどうかを決 定するためのある範囲の方法が用いられる。初期のシステムでは生きた魚を用い 、魚の泳ぎ、鯰の動きまたは電気的活動がモニタされた。水中のミジンコの生存 はバイオアッセイとして用いられてきた(例 デュトカおよびゴーリ(Dutk a and Gorrie) 1989) a しかしながら、これらの検出器 は複雑な多細胞の生物に依存しており、それらの生物は分析か難しく、かつ使用 まで不活性状態で保存しておくことかほとんど不可能である。A range of biological systems can be used to determine whether a system is affected by a toxic agent. A range of methods are used to determine the Early systems used live fish. , fish swimming, catfish movement or electrical activity were monitored. Daphnia survival in water have been used as bioassays (e.g. Dutka and Gowri). a and Gorrie) 1989) a However, these detectors rely on complex, multicellular organisms that are difficult to analyze and difficult to use. It is almost impossible to preserve it in an inactive state for a long time.

最近の開発ては、藻類、菌類または細菌などの単細胞生物が一般的な毒性センサ 中で検出要素として用いられてきている(ウォーカ(Walker) 1988 )。その利点は、細胞の増殖が容易で、凍結または凍結乾燥によって不活性状態 で保存可能てあり、かつ様々な毒性をモニターする用途のために小さく簡素な試 験系に容易に組入れることかできるということである。Recent developments have shown that single-celled organisms such as algae, fungi or bacteria are common toxicity sensors. (Walker 1988). ). Its advantage is that cells can be easily grown and kept inactive by freezing or lyophilization. It is a small and simple sample that can be stored in This means that it can be easily incorporated into a test system.

最初の細菌ヘースの毒性検定システムは細菌の突然変異誘発試験(マロンおよび エイムズ(Maron and Ames) 1983)てあり、ここでは突然 変異の誘発が可能な化合物、および悪性形質転換を開始させることが可能な化合 物を検出するために細菌か用いられる。これらの検定は細菌をさらに成長させて 肉眼で見える細菌のコロニーを作ることに依存しており、つまり、細菌のコロニ ーの数が発生した突然変異の数を示すのである。The first bacterial haese toxicity assay system was a bacterial mutagenesis test (Maron and Ames (Maron and Ames) 1983), and here suddenly Compounds capable of inducing mutations and initiating malignant transformation It is used to detect bacteria. These assays allow the bacteria to grow further. It relies on creating bacterial colonies that are visible to the naked eye; The number of mutations that occur indicates the number of mutations that have occurred.

より迅速な細菌毒性センサは、細菌、菌類または藻類の代謝に対するある範囲の 毒素の影響に依存している。これらの影響はいろいろな方法で測定される。たと えば、マイタロトソクス(Micro Tox)システムでは発光細菌(ブリ、 ツク(Bulich)他1990)を用いた。これらの細菌による発光は代謝エ ネルギーの内部供給源の減少に敏感である。細菌中のエネルギー生産に少しても 干渉することは発光を干渉することになる。つまり、出力される光か減少するこ とは潜在的な毒性物質か中間代謝に干渉していることを示す。More rapid bacterial toxicity sensors detect a range of bacterial, fungal or algal metabolic Depends on the effects of toxins. These effects are measured in a variety of ways. and For example, the MicroTox system uses luminescent bacteria Bulich et al. 1990) was used. Luminescence by these bacteria is due to metabolic Sensitive to reductions in internal sources of energy. Even a small amount of energy production in bacteria Interference will interfere with light emission. This means that the light output will decrease. indicates a potentially toxic substance or interference with intermediate metabolism.

単細胞生物を用いる他の検定には、微生物が代謝を行なうときの酸素の取込みま たは生成、二酸化炭素の生成またはp Hの減少の速度を測定することかある( 例 カルへ(Karube) 1986、リーデル(Riedel)他+989 ) 、これらのパラメータのいかなる変化も毒性化合物か存在していることを示 す。これに関連して単離した哺乳類の細胞も用いられている。また、ある研究者 は細菌細胞を直接電極に結合させて、一般的な代謝「適しチ度」の大きさとして 電子の輸送の速度を測定している。電極の電位の変化は細菌細胞膜の酸化還元状 態を反映しており、したかつて生物の代謝状態の変化を反映している(ターナ( Turner) 1989による考察)。Other assays using single-celled organisms include the uptake of oxygen by microorganisms during their metabolism. or to measure the rate of carbon dioxide production or decrease in pH ( Examples: Karube 1986, Riedel et al. +989 ), any changes in these parameters indicate the presence of toxic compounds. vinegar. Isolated mammalian cells have also been used in this connection. Also, a researcher connects bacterial cells directly to the electrode and determines the size of the general metabolic "suitable temperature". It measures the speed of electron transport. Changes in the electrode potential change the redox state of the bacterial cell membrane. It reflects changes in the metabolic state of living organisms (Turna). Turner) 1989).

これらの検定の大半のものは特定の細菌について最適化されなけれはならない。Most of these assays must be optimized for specific bacteria.

特定の細菌の感受性は毒性物質ごとに異なっており、これは検定の感受性の範囲 か幾つかの物質について限定され得ることを意味する。あるものは、技術的に困 難を伴なう。The susceptibility of specific bacteria varies from toxicant to toxicant, and this determines the sensitivity range of the assay. This means that it can be limited to some substances. Some are technically difficult. accompanied by difficulties.

本発明の目的は毒性検出のための池のアプローチを提供することである。The purpose of the present invention is to provide a pond approach for toxicity detection.

本発明の一局面において、試料の毒性を決定する方法が提供され、この方法は試 料を生きた細胞と接触させるステップと、190nmから250nmの範囲の波 長における細胞による電磁放射の吸収をモニタするステップとを含む。In one aspect of the invention, a method is provided for determining the toxicity of a sample, the method comprising: contacting the material with living cells and applying waves in the range of 190 nm to 250 nm. and monitoring the absorption of electromagnetic radiation by the cells in the cell.

細胞中に存在する色素を除いて、単細胞は一般に可視光を透過する。細胞中にタ ンパク質および核酸か存在するため、すへての細胞は250nm−300nmの 範囲の紫外光を吸収する。したかって、可視領域および250−300nm領域 の電磁放射の吸収は細胞の代謝状態を即座に分析するのには役立たない。Single cells are generally transparent to visible light, except for pigments present within the cell. in the cell Due to the presence of proteins and nucleic acids, all cells have a wavelength of 250nm-300nm. Absorbs UV light in the range. Therefore, visible region and 250-300 nm region The absorption of electromagnetic radiation is not useful for immediately analyzing the metabolic status of cells.

しかしなから、細胞はまた190nm−250nm領域(スペクトルの中間紫外 領域)で吸収のピークを示し、このピークは細胞の代謝状態によって強く影響さ れる。一般にこのピークは約195nmで発生するが、ピークの正確な波長は、 広範囲の環境および代謝の影響、ならびに以下に示すように毒素によって影響さ れ得る。簡便さのために、ピークはここてはN95nmてのピーク」または「分 析用ピーク」と称するか、これらの表現は実際の波長に関係なく190nmから 250nmの範囲中のピークをカバーすると意図することを理解されたい。細胞 代謝の阻害または細胞の環境からすへての代謝基質および補因子を厳密に取り除 くことにより、1l90−250n領域中の紫外光の吸収に実質的な減少が生し 、これは2つの効果に起因する。第1に、これらの細胞について観察された19 5nmでの吸収ピークはより長い波長にシフl−L、そのため1l90−200 n間のとの波長の吸収も減少する。第2に、このピークの最大吸収か減少する。However, cells also grow in the 190nm-250nm region (mid-UV of the spectrum). This peak shows an absorption peak in the It will be done. Generally, this peak occurs at approximately 195 nm, but the exact wavelength of the peak is influenced by a wide range of environmental and metabolic influences, as well as toxins, as shown below. It can be done. For convenience, peaks are referred to here as ``peak at N95nm'' or ``peak at min. These expressions are referred to as ``analytical peaks'', and these expressions range from 190 nm to 190 nm, regardless of the actual wavelength. It should be understood that it is intended to cover peaks in the 250 nm range. cell Inhibition of metabolism or rigorous removal of all metabolic substrates and cofactors from the cellular environment This results in a substantial reduction in the absorption of ultraviolet light in the 1l90-250n region. , this is due to two effects. First, the 19 observed for these cells The absorption peak at 5 nm shifts to longer wavelengths, so 1l90-200 The absorption of wavelengths between n and n also decreases. Second, the maximum absorption of this peak is reduced.

本発明は、毒素は細胞の代謝に影響し、ひいては195nmでのピークに影響し 、最大吸収を減少させ、かつまたピークの波長を増大させるという事実に基つく 。The present invention shows that toxins affect cellular metabolism and thus the peak at 195 nm. , based on the fact that it reduces the absorption maximum and also increases the wavelength of the peak. .

+95nmでのピークは、実際は多数の重なり合っている吸収ピークによるもの である。このピークの成分のすへてに影響する毒素もあれば、それらの成分のあ るものたけに影響する毒素もある。試料がある場合および試料がなし1場合の細 胞の吸収ピークの変化、特にピークにおける吸収量の変化をモニタすることによ り、試料の毒性の指標力く得られる。The peak at +95 nm is actually due to multiple overlapping absorption peaks. It is. Some toxins affect all of the components in this peak; There are also toxins that affect mushrooms. Details when there is a sample and when there is no sample By monitoring the changes in the absorption peak of the cells, especially the change in the absorption amount at the peak. This provides a powerful indicator of the toxicity of the sample.

この効果は、酸化的リン酸化経路における正味の酸化をもたらす細胞内でのエネ ルギー代謝を干渉することによるものであると考えられる。還元されたヘムは、 20Onm付近に実質的な吸光ピークを有し、このヘムは酸化シトクロムヘムか 欠けており、このことは分析用ピークにおし1て吸光度の変化か観察されること を説明する。表1および2ならひに以下のさらなる議論を参照されたい。This effect is due to the increase in energy within the cell that results in net oxidation in the oxidative phosphorylation pathway. This is thought to be due to interference with lugi metabolism. The reduced heme is It has a substantial absorption peak around 20 Onm, and this heme is oxidized cytochrome heme. This can be seen as a change in absorbance at the analytical peak. Explain. See further discussion below for Tables 1 and 2.

この方法は定性的または定量的に用いられることかできる。This method can be used qualitatively or quantitatively.

本発明はたとえばバッチアッセイ、連続フロー注入分析、またはバイオセンサア ッセイとしてなどの多様な方法で実行可能である。The invention can be used, for example, in batch assays, continuous flow injection analysis, or biosensor applications. It can be carried out in various ways, such as as an essay.

細胞は真核細胞(たとえば原生生物、藻類、菌類、酵母、単離された植物細胞、 もしくは培養された哺乳類細胞等の単離された動物細胞)、または原核細胞(た とえば細菌、ミコバクテリア、古細菌なと)てあり得る。Cells are eukaryotic cells (e.g. protists, algae, fungi, yeast, isolated plant cells, or isolated animal cells, such as cultured mammalian cells), or prokaryotic cells (such as For example, bacteria, mycobacteria, and archaea).

細胞が典型的にアッセイにおいて用いられ、アツセイては、たとえは毒性の疑い のある物質なとのテストされるべき試料を含む希釈水溶液に、単離された細胞が 加えられ、1l90−250nの範囲にわたる特定の波長または多数の波長での 電磁放射吸収が測定される。試料に晒される細胞のこの波長での吸収の変化、ま たは多数の波長での吸収パターンの変化は、試料に晒されていない細胞と比較す ると、試料の毒性の影響の大きさがわかる。Cells are typically used in assays, even if they are suspected of being toxic. The isolated cells are placed in a dilute aqueous solution containing the sample to be tested for a certain substance. added, at a specific wavelength or multiple wavelengths over the range 1l90-250n. Electromagnetic radiation absorption is measured. Changes in absorption at this wavelength of cells exposed to the sample, or or changes in the absorption pattern at multiple wavelengths compared to cells not exposed to the sample. The magnitude of the toxic effect of the sample can then be determined.

他の情報を与えるために他の波長も測定されてもよい。Other wavelengths may also be measured to provide other information.

たとえば、存在するタンパク質または核酸の量を推定するために260nmまた は280nmにおける吸収が測定されてもよく、または存在する細胞粒子の数を 推定するためにより長い波長(たとえば600nm)における光の散乱が測定さ れてもよい。For example, to estimate the amount of protein or nucleic acid present, The absorption at 280 nm may be measured or the number of cell particles present may be measured. The scattering of light at longer wavelengths (e.g. 600 nm) is measured to estimate You may be

細胞は、たとえば単純に混合することによって毒性の可能性のある試料に直接晒 されてもよく、または試料はたとえは別のコンパートメントに入れられて初めは 細胞から離され、毒性の可能性のある物質は拡散または浸透工程を介して細胞に 到達してもよい。Cells can be directly exposed to potentially toxic samples, e.g. by simple mixing. or the sample may be initially placed in a separate compartment. away from the cells, potentially toxic substances enter the cells via diffusion or osmosis processes. may be reached.

一般に、検出可能な反応は細胞を試料と混合した後1分未満、典型的には15秒 以内で発生する。反応時間は毒性の濃度によってはあまり変化しないようである 。Generally, a detectable response occurs in less than 1 minute after mixing the cells with the sample, typically 15 seconds. Occurs within Reaction time does not seem to vary significantly with toxic concentration .

本発明の方法は毒素に対する感受性が非常に高いことがわかっており、一般的に は、従来の検定において細胞の増殖を阻害するのと同じかまたはそれより低い濃 度の毒素を検出可能である。The method of the invention has been found to be highly sensitive to toxins and is generally is the same or lower concentration that inhibits cell proliferation in conventional assays. It is possible to detect various toxins.

本発明の他の局面において、試料の毒性を決定するだめの装置がまた提供され、 この装置はテストされるべき試料および生きた細胞を入れる容器と、190nm 〜250nmの範囲の波長における細胞による電磁放射の吸収をモニタするため の手段とを含む。In another aspect of the invention, an apparatus for determining toxicity of a sample is also provided, The device consists of a container containing the sample to be tested and live cells, and a 190nm To monitor the absorption of electromagnetic radiation by cells at wavelengths in the range ~250 nm including the means of

細胞はとのような都合の良い形態で存在してもよい。たとえば細胞は細胞の懸濁 液として存在してもよく、または細胞は、固体支持体上またはその中に固定され てもよく、たとえば細胞は、ポリマーマトリックス内にトラップされるか、また は、細胞の吸収スペクトルの変化がなお検出可能なように、抗体もしくは他の非 共有結合剤を用いて、または共有架橋結合により、支持体の表面へ層状に結合さ れてもよい。1つの好都合な実施例は、試料を通過させかつアガロース膜に固定 された細菌細胞を都合よく用いるための手段を有するフローセルを含む。試料が 膜を通って流れるときにUV吸収が連続してモニタされる。他に可能性のある型 はrディツプスティック(dipstick) J型である。The cells may be present in any convenient form such as. For example, a cell is a suspension of cells. The cells may be present as a liquid, or the cells may be fixed on or in a solid support. For example, cells may be trapped within a polymer matrix or the antibody or other non-antibody so that changes in the cell's absorption spectrum are still detectable. bonded to the surface of the support in a layered manner using a covalent bonding agent or by covalent cross-linking. You may be One convenient embodiment is to pass the sample through and fix it on an agarose membrane. The method includes a flow cell having means for conveniently using the bacterial cells. The sample UV absorption is continuously monitored as it flows through the membrane. Other possible types is a J-type R dipstick.

この装置は、たとえば分光光度計キュベツトなどの2つの同じ容器を好ましく含 み、その一方は試料および細胞を受け取るためであり、かつ他方はコントロール 溶液を受け取るためである。The apparatus preferably contains two identical containers, such as spectrophotometer cuvettes. one for receiving samples and cells, and the other for control. This is to receive the solution.

モニタ手段は分光光度計を好ましくは含み、適切な装置は商業的に入手可能であ る。The monitoring means preferably includes a spectrophotometer, suitable equipment is commercially available. Ru.

放射を与える(光を照射する)ソースが必要に応じて設けられてもよい。A source for providing radiation (illuminating light) may be provided as required.

細胞の代謝に影響を及ぼす広範囲の毒素が分析用ピークに影響するということが 見出されている。したがって本発明は、広範囲の殺生物剤、抗生物質、代謝拮抗 物質および他の物質を検出可能な幅広いスペクトルのアッセイを提供する。A wide range of toxins that affect cellular metabolism can affect analytical peaks. It has been discovered. The present invention therefore provides a broad range of biocides, antibiotics, anti-metabolites. Provides a broad spectrum assay capable of detecting substances and other substances.

本発明が応用可能な用途は多岐にわたる。本発明は、細胞に対して毒性である物 質を検出することにより、水の試料をモニタして何らかの毒性の可能性のある物 質の存在を検出するために用いられてもよく、水の試料の例としては、河川、土 、飲料水供給源、鉱山、大規模な金属処理および製紙などの産業廃水、農業また は家庭廃水などがある。本発明は、たとえば空気(空気を水に通して通気するな どの多数の収集方法によって)、乾燥表面または固体からなどの他の環境から毒 性物質を集めるために用いられた水において毒性物質の存在を検出するため、同 じように用いられてもよい。本発明はまた、ホテル、病院、レストラン等の産業 または消費の側などにおいて使用している水の品質管理にも応用可能である。The applications to which the present invention can be applied are wide-ranging. The present invention deals with substances that are toxic to cells. Monitor water samples to detect any potentially toxic substances by detecting Examples of water samples include rivers, soil , drinking water supplies, mines, industrial wastewater such as large-scale metal processing and paper manufacturing, agricultural or This includes household wastewater. The present invention can be used, for example, with air (not vented by passing air through water). Toxins from other environments such as from dry surfaces or solids (by any number of collection methods) to detect the presence of toxic substances in the water used to collect them. It may be used in the same way. The invention also applies to industries such as hotels, hospitals, restaurants, etc. It can also be applied to quality control of water used on the consumption side.

本発明はまた、細胞を物質に晒してその結果をモニタすることにより、公知の物 質の毒性を測定して殺生物作用などをスクリーニングために用いられてもよい。The present invention also utilizes known techniques by exposing cells to substances and monitoring the results. It may also be used to screen for biocidal activity, etc. by measuring the toxicity of the substance.

本発明はまた、生きた細胞中の酸化的リン酸化工程をモニタするために用いるこ とができる。The invention also provides for use in monitoring oxidative phosphorylation processes in living cells. I can do it.

本発明は、添付の図面を参照して以下の実施例において例としてさらに説明され 、 図IAは枯草菌(Bacillus 5ubtilis)細胞に対する異なる濃 度の毒素2−メルカプトエタノールの影響を示す、吸光度対波長のグラフであり 、 図IBは枯草菌から微量栄養成分を洗い出す効果を示す、吸光度対波長のグラフ であり、 図2Aは、アジ化ナトリウムの濃度を変えて枯草菌細胞をインキュベートするこ とに対する吸光度の変化を示し、○はビークでのODを示し、・は200nmで のODを示す、光学密度(吸光度)対アジ化ナトリウムの濃度(ppm)のグラ フであり、 図2Bはアジ化ナトリウムの濃度を変えて枯草菌細胞をインキュベートする際の 、190nmから250nmの間の光学密度(OD)ピークの波長に対する影響 を示す、分析用ピークの波長(nm)対アジ化ナトリウム濃度(ppm)のグラ フであり、 図2Cは枯草菌細胞の増殖に対するアジ化ナトリウムの異なる濃度の影響を示す 、逆数倍時間(時間)対アジ化ナトリウムの濃度(ppm)のグラフであり、図 3Aは様々な濃度の異なる化学物質に晒された枯草菌のOD200nmでの変化 を示す、正規化されたOD (OD200nm10D260nm)対濃度(uM )のグラフであり、Oはヨード酢酸についての結果を示し、・はオキサミン酸に ついての結果を示し、かつ△はトリメトプリムについての結果を示し、 図3Bは図3Aと同様のグラフてあり、・は硝酸銀についての結果を示し、かつ Oはスルファメタシン(sulphamethazine)についての結果を示 し、図3Cは図3Aと同様のグラフであり、・はグルコースについての結果を示 し、かつ△は塩化ナトリウムについての結果を示し、 図4は図1と同様のグラフであり、サツカロミセス・セレビシェ(S、 cer evisiae)に対するアジ化ナトリウムの5つの異なる濃度の影響を示し、 図5は様々な濃度の異なる毒素に晒されたサツカロミセス・セレビシェのODの 変化を示す、光学密度対濃度(ppm)のグラフてあり、・は酢酸すトリウムに ついての結果を示し、ムはグルコースについての結果を示し、口はアノ化ナトリ ウムについての結果を示し、図6は本発明を実行するための装置の一例のセルを 示し、図7は図6に示されるセルを組入れた装置を示し、さらに 図8はトウィーン−20(Tween−20) (図8a)およびアジ化ナトリ ウム(図8b)を用いて得られた結果を示す、200nmでのOD対時間のグラ フである。The invention will be further explained by way of example in the following examples with reference to the accompanying drawings. , Figure IA shows different concentrations for Bacillus subtilis cells. 2 is a graph of absorbance versus wavelength showing the effect of the toxin 2-mercaptoethanol on , Figure IB is a graph of absorbance versus wavelength showing the effect of washing out micronutrients from Bacillus subtilis. and Figure 2A shows the effects of incubating B. subtilis cells with varying concentrations of sodium azide. ○ indicates the OD at the peak, and ・ indicates the change in absorbance at 200 nm. A graph of optical density (absorbance) versus concentration of sodium azide (ppm) showing the OD of It is f, Figure 2B shows the effects of incubating Bacillus subtilis cells with varying concentrations of sodium azide. , the effect on the wavelength of the optical density (OD) peak between 190 nm and 250 nm. A graph of analytical peak wavelength (nm) versus sodium azide concentration (ppm) showing It is f, Figure 2C shows the effect of different concentrations of sodium azide on the growth of Bacillus subtilis cells. , is a graph of reciprocal time (hours) versus concentration of sodium azide (ppm), and FIG. 3A is the change in OD200nm of Bacillus subtilis exposed to different chemicals at various concentrations Normalized OD (OD200nm 10D260nm) vs. concentration (uM ), O indicates the results for iodoacetic acid, and . indicates the results for oxamic acid. △ indicates the results for trimethoprim, FIG. 3B is a graph similar to FIG. 3A, where . indicates results for silver nitrate, and O indicates the results for sulfamethazine. However, FIG. 3C is a graph similar to FIG. 3A, and * indicates the results for glucose. and △ indicates the result for sodium chloride, FIG. 4 is a graph similar to FIG. evisiae) and show the effect of five different concentrations of sodium azide on Figure 5 shows the OD of Satucharomyces cerevisiae exposed to different toxins at various concentrations. There is a graph of optical density versus concentration (ppm) showing the change in sodium acetate. shows the results for glucose, mouth shows the results for glucose, and mouth shows the results for anodized sodium. FIG. 6 shows a cell of an example of an apparatus for carrying out the present invention. and FIG. 7 shows an apparatus incorporating the cell shown in FIG. Figure 8 shows Tween-20 (Figure 8a) and sodium azide. A graph of OD vs. time at 200 nm showing the results obtained using It is f.

実施例 細菌細胞は、NCIMB (1−−リ・リサーチ、アバディーン、スコツトラン ド(Torrey Re5earch、 Aberdeen、 Sc。Example Bacterial cells were obtained from NCIMB (1--Re Research, Aberdeen, Scotstran). Torrey Research, Aberdeen, Sc.

tland))から入手され、振動させなから37°CてL−ブイヨン(1%酵 母エキス、05%バクh (Bacto) l−リブトン、とちにオキソイト・ ケミカルズ(Oxoid Chemicals Ltd、)から人手、および1 96塩化ナトリウム)中で培養された。1晩置いた細菌の培養物1mlか100 m1のし一ブイヨン中へ接種され、細菌か好都合な密度になるまで、通常は60 0nmにおける光学密度(OD)か0. 1から0゜3の間になるまで培養され た。細菌は4°Cてツルパル(S。L-broth (1% fermented) was obtained from Mother extract, 05% Bacto l-ributone, and oxoite. Chemicals (Oxoid Chemicals Ltd.) to manpower, and 1 96 sodium chloride). 1ml or 100ml of overnight bacterial culture ml of broth and inoculated into bacteria until a convenient density is reached, usually 60 min. Optical density (OD) at 0 nm or 0. It is cultured until it reaches between 1 and 0°3. Ta. The bacteria were grown at 4°C.

rvall)RC−5B遠心分離機を用いて6000rpmでの遠心分離によっ て採取され、使用のために水中に再懸濁された。この調製物中には細菌を室温で 数時間の間「非毒性」状態に保つのに十分な微量栄養成分か存在していた。rvall) by centrifugation at 6000 rpm using an RC-5B centrifuge. and resuspended in water for use. Bacteria in this preparation are kept at room temperature. There were enough micronutrients present to keep it "non-toxic" for several hours.

サツカロミセス・セレヒシエ培養液は商業的に入手可能な凍結乾燥した醸造用酵 母(ブーツ(Boots)p ] c、英国)から調製され、L−ブイヨン中で 培養され、かつ上に説明したように処理された。他の化学物質は英国のシグマ・ ケミカル(Sigma Chemical Co、)から入手した。S. cerechisiae culture is a commercially available freeze-dried brewer's ferment. Prepared from mother (Boots p.c., UK) in L-bouillon. cultured and processed as described above. Other chemicals are from the UK's Sigma Obtained from Sigma Chemical Co., Ltd.

経路長1cmの2つの石英分光光度計キュヘットが用意され、キュベツトの各々 は1mlの蒸留水を含んだ。その一方には、200nmにおいて好ましいOD、 典型的には1から2の範囲を与える量の細菌細胞か加えられた。キュヘットの両 方には、毒性の可能性のある希釈水溶液か加えられた。両方のキュヘットに溶液 か加えられたのは、毒性の可能性のある溶液のあるものは190nm−250n mの範囲での吸光度か大きいからである。細菌セルを含まない第2のキュベツト は「ブランク」コントロールセルであり、これに対して細菌を含むキュベツトの 光学密度が測定される。190から350nmのODはフィリップス(Phil lips) 5P8−500 UV/可視走査分光計で測定された。260nr nまたは280nmにおけるCDは含まれるタンパク質の総量の尺度と考えられ 、350nmにおけるODは「ヘースライン」吸収と考えられた。これらの2つ の値はコントロール値であり、必要に応じて、たとえば異なる実験において細胞 の数の僅かな変化を補償するためなと、1901mと250nmとの間のODの 他の測定結果を正規化するために用いられる。Two quartz spectrophotometer cuvettes with a path length of 1 cm were prepared, each of the cuvettes contained 1 ml of distilled water. On the one hand, the preferred OD at 200 nm, Typically, amounts of bacterial cells ranging from 1 to 2 were added. both sides of cuhette A potentially toxic dilute aqueous solution was added to the drug. Solution in both cuchettes Added 190nm-250nm for potentially toxic solutions. This is because the absorbance is large in the m range. Second cuvette without bacterial cells is a “blank” control cell, against which cuvettes containing bacteria are Optical density is measured. OD from 190 to 350 nm is available from Phil 5P8-500 UV/visible scanning spectrometer. 260nr The CD at n or 280 nm is considered a measure of the total amount of protein involved. , the OD at 350 nm was considered a "Haesline" absorption. these two The value of is a control value and can be used if necessary, e.g. In order to compensate for the slight change in the number of Used to normalize other measurement results.

様々な異なる実験結果か図中に示される。Various different experimental results are shown in the figure.

図IAは異なる量の、タンパク質変性毒として公知の2−メルカプトエタノール を枯草菌株8054の細胞に加えた場合のスペクトルに対する影響を示す。タン パク質およびRNAによる260nmにおける吸光度は実質的に一定のままであ るか、約195nmにおける分析用ピークは大きく変化し、つまりピークの波長 か増大しかつピークの高さか減少する。同様のパターンは多数の化合物を用いて も得られるか、濃度は幅広く異なる。Figure IA shows different amounts of 2-mercaptoethanol, a known protein denaturing toxin. The effect on the spectrum when added to cells of Bacillus subtilis strain 8054 is shown. Tan The absorbance at 260 nm by protein and RNA remains virtually constant. However, the analytical peak at approximately 195 nm changes significantly, i.e. the wavelength of the peak increases and the peak height decreases. A similar pattern was observed using a large number of compounds. It can also be obtained in widely varying concentrations.

図IBは微量栄養成分をすへて細胞外に洗い流すことの影響を示し、低レベルの 毒は細胞を洗うことと同様の効果を持つか、高い濃度の毒の効果は細胞を洗うこ との効果とは質か異なるということを示す。Figure IB shows the effect of washing micronutrients out of the cell, showing that low levels of The poison has a similar effect on washing cells, or the effect of high concentrations of poison is on washing cells. It shows that the effect is different in quality.

図2Δ、2Bおよび2Cは広範囲のスペクトルを示す殺生物剤として公知のアシ 化す1ヘリウムを用いる池の実験結果を示す。図2Aは加えられたアシ化す1リ ウムの量に対してプロンl〜された200nmでのODおよび195nmビーク の頂部でのOD(そのピークの頂部はとこて′あってもよい)を示す。図2Bは 190nmから250nmの間の吸収のピークの波長を示し、やはり加えられた アノ化すトリウムの量に対してプロットしている。図20はこれらの細胞に対す るアノ化す1〜リウムの殺生効果を示す。細胞は量の異なるアノ化す)・リウム か存在する中て増殖させられ、600n、mでのそれらのODかiU!I定され 、これは細胞密度の大きさを与える。図20は細胞の成育培地中の異なる濃度の アジ化すl・リウムに対する、指数増殖期の間の細胞の逆数倍時間(これは細胞 が成長する速度の大きさである)のグラフを示す。図2A、2Bおよび2Cを比 べると、本発明の技術により、細菌増殖検定によって検出されるのと同様のアジ 化ナトリウムの濃度を検出てきることが示され、これはつまりこの技術のレスポ ンスはアジ化すl・リウムの証明てきる生物学的効果と相関しているということ である。Figures 2Δ, 2B and 2C show a wide spectrum of biocides known as acyl. The results of a pond experiment using 1 helium are shown. Figure 2A shows the added reed OD at 200 nm and 195 nm peak plotted for the amount of OD at the top of the peak (the top of the peak may be at the top). Figure 2B is It shows the wavelength of the absorption peak between 190 nm and 250 nm, also added It is plotted against the amount of thorium anodide. Figure 20 shows the results for these cells. This figure shows the biocidal effect of anodized 1-Rium. Cells are anodized in different amounts)・Rium Their OD at 600n, m or iU! I was determined , which gives the magnitude of the cell density. Figure 20 shows different concentrations of cells in the growth medium. The reciprocal double time of cells during the exponential growth phase for lithium azide (this is the cell is the magnitude of the growth rate). Compare Figures 2A, 2B and 2C. In summary, the technology of the present invention shows that the same It has been shown that the concentration of sodium chloride can be detected, which means that the response of this technology is tion is correlated with the proven biological effects of lithium azide. It is.

図3Aおよび3Bは本発明の技術によってさらに検出される池の殺生物剤の範囲 を示す。図3Aは本発明の技術か、トリメトプリム(特定の抗生物質)、ならび にオキサミン酸およびヨード酢酸(これらは代謝の特定の工程を阻害するため広 範囲のスペクトルを示す殺生物剤として作用する)を検出することを示す。図3 Bは本発明の技術かスルファメタシン(他の特定の抗生物質)および硝酸銀(重 金属塩であり、多くの生体系中の多数の酵素を不活性化する)に反応することを 示す。Figures 3A and 3B show the range of pond biocides further detected by the techniques of the present invention. shows. Figure 3A shows the technology of the present invention, trimethoprim (a specific antibiotic), and and oxamic acid and iodoacetic acid (these are widely used because they inhibit certain steps of metabolism). demonstrated to detect a spectrum of biocides (acting as biocides). Figure 3 B is the technology of the present invention or the use of sulfamethacin (other specific antibiotics) and silver nitrate (heavily is a metal salt that inactivates many enzymes in many biological systems). show.

図30は対照的に、このセンサか、この生物に対しては毒性のない化合物である 、高い濃度のグルコースまたは塩化ナトリウムによっては影響されないことを示 す。したかって、本発明の技術は、毒性物質と非毒性物質とを見分けるのに特異 的であり、かつ感受性か高いと言える。In contrast, Figure 30 shows that this sensor is a compound that is not toxic to this organism. , shown to be unaffected by high concentrations of glucose or sodium chloride. vinegar. Therefore, the technology of the present invention is unique in distinguishing between toxic and non-toxic substances. It can be said that he is highly sensitive and highly sensitive.

代謝および毒素の紫外線の光学的効果のランク付は表1および2は枯草菌の中間 −紫外スペクトルに対する幾つかの化合物の影響をまとめたものである。3つの EC50測定値か用いられ、これらは、200 nmでの吸光度(最も感受性の 高い測定)、190nmがら260 nmの吸収ピークの吸光度、およびそのピ ークの波長に対する様々な化合物の効果に対応している。(EC50は、1つの パラメータの「コントロール」値からの変化が、可能な最大変化の50%となる ような濃度である。したかって、もしアジ化ナトリウムがOD、。。を2から0 へ降下させれば、EC50はOD、。。をlにさせるような濃度となる。)(値 の幾つかは書き入れられていないか、これはテストされた濃度の範囲かその値を 推定するのに十分な範囲に至っていないためである(通常これは溶解度の限界効 果のためである)。)表1はある範囲の代謝物についての影響を示し、EC50 の値か減少していく順に並べである。特に、この表ではまた、化合物をその酸化 の度合いに従って並べてあり、炭化水素対酸素の相対比が表中のカラム6に示さ れる。この表は、還元された代謝物、特に砂糖は枯草菌の紫外線吸収にはほとん ど影響がないことを示す。代謝物はより多く酸化されるとより劇的な影響を持つ 。このことは、化合物の代謝結果とその紫外線吸収に対する影響との間にはつな がりがあることを示す。Tables 1 and 2 rank the optical effects of ultraviolet light on metabolism and toxins. -Summary of the influence of some compounds on the ultraviolet spectrum. three EC50 measurements are used; these are the absorbance at 200 nm (the most sensitive high measurement), the absorbance of the absorption peak from 190 nm to 260 nm, and its peak The effect of various compounds on the wavelength of the peak is addressed. (EC50 is one The change from the parameter's "control" value is 50% of the maximum possible change. The concentration is as follows. But what if sodium azide is OD? . from 2 to 0 If you descend to , EC50 is OD. . The concentration is such that it becomes l. )(value Some of these are not filled in, or this may indicate the range of concentrations tested or their values. (usually this is due to the marginal effect of solubility). (It is for the sake of fruit.) ) Table 1 shows the effects for a range of metabolites, with EC50 They are arranged in order of decreasing value. In particular, this table also lists compounds with their oxidation The relative ratios of hydrocarbons to oxygen are shown in column 6 of the table. It will be done. This table shows that reduced metabolites, especially sugar, have little effect on Bacillus subtilis' UV absorption. This shows that there is no impact. Metabolites that are more oxidized have more dramatic effects . This indicates that there is a link between the metabolic outcome of a compound and its effect on UV absorption. Indicates that there is some stiffness.

表2は幾つかの代謝阻害剤についてのEC50の値を掲載したものである。中心 的代謝の幾つかの阻害剤はまた、20 Onm付近での吸光度を降下させ、かつ 細胞の代謝および成長を阻害するのに必要として知られる濃度と同じような濃度 である、同じ影響を示すのに必要な代謝物の濃度、よりも遥かに小さい濃度にお ける効果を示す。1つの実質的な例外はシアン化ナトリウムである。異なる濃度 のシアン化ナトリウムに晒される細胞の0D200を同じ濃度のシアン化物に晒 されている細胞の逆成長率と比較すると、中間−紫外吸光度の変化は、細胞の成 長に対する効果よりも遥かに高い濃度のこの代謝阻害剤で発生することが示され る。Table 2 lists EC50 values for several metabolic inhibitors. center Some inhibitors of human metabolism also lower the absorbance around 20 Onm and Concentrations similar to those known to inhibit cell metabolism and growth , which is much lower than the concentration of metabolite required to show the same effect. It shows the effect of One substantial exception is sodium cyanide. different concentrations of cells exposed to sodium cyanide at the same concentration of cyanide. Compared to the reverse growth rate of cells that have been It has been shown that this metabolic inhibitor occurs at much higher concentrations than the effects on Ru.

表3Aは本発明のバイオアッセイに対する多数の抗菌剤の影響をまとめたもので ある。この検定は、いくっがの経路によって細菌の成長または代謝を阻害する有 機化合物を敏感に検出するものである。対照的に、その重金属毒物に対する反応 は、より高い濃度で発生する。表3Bは毒性のない塩溶液に関する等価の測定結 果を示し、がっこれは細胞に対する毒素の特異的な効果てあり、細胞に対する電 荷を受けた踵または金属対向(カウンタ)イオンの一般的な効果てはないことを 示す。臭化ナトリウムは例外であり(臭化カリウムは掲載していないが同し働き をする)、これは1mM付近て顕著な分光学的効果を有する。Table 3A summarizes the effect of a number of antimicrobial agents on the bioassay of the present invention. be. This assay tests for compounds that inhibit bacterial growth or metabolism through several pathways. It sensitively detects organic compounds. In contrast, its response to heavy metal toxicants occurs at higher concentrations. Table 3B shows equivalent measurement results for non-toxic salt solutions. However, this is due to the specific effect of the toxin on cells, and the The general effect of loaded heel or metal counter ions is not show. Sodium bromide is an exception (potassium bromide is not listed but has the same effect) ), which has significant spectroscopic effects at around 1 mM.

他のタイプの細胞に対する化合物の分光効果観察されるスペクトルの変化は大き いため、それらは枯草菌細胞の顕著な発色団の成分のlっに対して発生している に違いない。これは枯草菌に固有の細胞成分であるか、または多くのタイプの生 物に共通の成分であり得る。中間−紫外吸光度に対する化合物の一般的な影響が どのようなものであるかを見るために、他の2つの生物が分析された。Spectral effects of compounds on other cell types The observed spectral changes are Therefore, they occur against one of the prominent chromophore components of Bacillus subtilis cells. It must be. This may be a cellular component specific to Bacillus subtilis, or it may be present in many types of organisms. It can be a common component of things. The general effect of compounds on mid-UV absorbance is Two other organisms were analyzed to see what they were like.

イー・コリ(E、 coli)およびサツカロミセス・セレビシェの両方は、そ の−次代謝を変える可能性の高い物質に晒される時に同じ中間−紫外吸光度の変 化を示す。Both E. coli and S. cerevisiae are The same intermediate-UV absorbance changes occur when exposed to substances that are likely to alter the next-order metabolism. to show the

サツカロミセス細胞に対する光学的効果が図4および5に示される。水中の酵母 細胞のスペクトルは細菌細胞のものとは異なり、特にもし異なる細胞懸濁液の濃 度がその260nmでの吸光度が同じとなるように調整されれば、酵母細胞によ る光の散乱は細菌細胞による散乱よりも実質的に大きくなり、195nmにおけ る吸光度ピークの相対的な高さは細菌細胞についてよりも酵母細胞についての方 が大きくなる。しかしながら、これらの細胞が代謝物または毒素に晒される場合 、枯草菌細胞において見られるような特徴的な変化が見られる。The optical effects on Satucharomyces cells are shown in Figures 4 and 5. yeast in water The spectrum of cells differs from that of bacterial cells, especially if different concentrations of cell suspensions are used. If the temperature is adjusted so that the absorbance at 260 nm is the same, yeast cells The scattering of light by the bacterial cells is substantially greater than that by the bacterial cells, and at 195 nm The relative height of the absorbance peaks is higher for yeast cells than for bacterial cells. becomes larger. However, if these cells are exposed to metabolites or toxins , characteristic changes similar to those seen in Bacillus subtilis cells are observed.

図4はサツカロミセス・セレビシェをアジ化ナトリウムでインキュベートした結 果のスペクトルの変化を示す。アジ化ナトリウムの濃度を上げると190nmと 260nmとの間の吸光度ピークの高さが減少させられ、そのピークのピーク波 長か増大する。Figure 4 shows the results of incubating Satucharomyces cerevisiae with sodium azide. This shows the change in the spectrum of the fruit. When the concentration of sodium azide is increased, it becomes 190 nm. The height of the absorbance peak between 260 nm and 260 nm is reduced, and the peak wave of that peak lengthen or increase.

図5はこれらの細胞に対する2つの典型的な代謝物の影響を示し、かつ中間−紫 外スペクトルに対する影響は枯草菌細胞に対する同し化合物の影響と非常に似て いるということを示す。酢酸ナトリウムの影響はこれらの生物についても枯草菌 についても同じ濃度で発生するが(表1と比較)、酵母細胞は枯草菌よりもグル コースに対する反応が少ないことがわかる。これは、恐らくこの酵母株が醸造の ために選択されており、したがってここで用いられる高い濃度に対して普通は浸 透耐性があるためであるためであり、そしておそらく、ここに示される枯草菌お よびE−C01iに対するグルコースの効果は浸透効果による全細胞的損傷を示 すものである。Figure 5 shows the effects of two typical metabolites on these cells and shows the effects of intermediate-purple The effect on the external spectrum is very similar to that of the same compound on B. subtilis cells. Show that there is. The effects of sodium acetate also affect these organisms, including Bacillus subtilis. (compare Table 1), but yeast cells are more susceptible to bacteria than Bacillus subtilis. It can be seen that there is little reaction to the course. This is probably because this yeast strain is used for brewing. therefore, for the high concentrations used here, normal immersion This is because B. subtilis and the Bacillus subtilis shown here are The effects of glucose on E-C01i and E-C01i indicate global cellular damage due to osmotic effects. It is something.

概して、培養液中にE−Coli細胞および哺乳類細胞を用いる実験において同 様の結果(図示せず)が得られた。Generally, experiments using E-Coli cells and mammalian cells in culture are similar. Similar results (not shown) were obtained.

図6および7はフローセルの形a”c本発明の方法を実行するのにふされしい装 置の一実施例を示す。Figures 6 and 7 show flow cell configurations a"c suitable equipment for carrying out the method of the invention. An example of this is shown below.

図6は基本的なセルの構成を示す。石英キュベツトlOはその中にクリップ12 によって低ゲル化温度のアガロ−膜14を支持し、細菌テスト細胞が通常の態様 でその中に固定されている。シリコン栓16はキュベツトの頂部に置かれ、それ ぞれのチューブ18.20はその中を通って液体をキュベツトの内へまたは外へ 流し、このためテスト用の試料は矢印22の方向へ膜を介して流れることができ る。FIG. 6 shows the basic cell configuration. The quartz cuvette lO has a clip 12 inside it. By supporting the agaro membrane 14 with a low gelling temperature, the bacterial test cells are placed in a normal manner. is fixed in it. A silicone stopper 16 is placed on top of the cuvette and Each tube 18.20 carries liquid into or out of the cuvette. flow, so that the test sample can flow through the membrane in the direction of arrow 22. Ru.

図7はフローセルのアセンブリを示す。図6に示される構成の2つのセルかたと えばフィリップス5P8−500UV/可視分光光度計等の適切な分光光度計( 図示せず)に載置される。テストセル24は細菌細胞を有する膜を含み、一方コ ントロールセル26は細菌細胞のない膜を含む。Figure 7 shows the assembly of the flow cell. Two cell configurations shown in Figure 6 A suitable spectrophotometer, such as the Philips 5P8-500UV/visible spectrophotometer ( (not shown). The test cell 24 contains a membrane with bacterial cells, while the Control cell 26 includes a membrane free of bacterial cells.

使用においては、テストされるへき試料は、ポンプ28によって容器30から汲 み上げられ、それぞれのチューブ32.34を通ってテストセルおよびコントロ ールセルの入口へ運ばれ、膜を介して流れてセルから出ていき容器36へ至る。In use, a sample to be tested is pumped from container 30 by pump 28. the test cells and controls through their respective tubes 32, 34. It is carried to the inlet of the cell, flows through the membrane and exits the cell into the container 36.

分光光度計は試料が膜を通過しているときの200nmでの2つのセルの吸光度 を比較する。The spectrophotometer measures the absorbance of the two cells at 200 nm as the sample passes through the membrane. Compare.

図8は図7の装置を用いる実験から得られる典型的な記録線を示し、0.01% Tween20(図8a)および10ppmのアジ化すトリウム(図8b)に晒 している間、時間に対して200nmてODをプロットしたものである。これら の数値によると、センサは約10秒で毒物に反応し、l−2分て致死に近い中毒 から回復する。もしセンサか極端な毒物に晒されていなければ、室温で少なくと も11時間(これまでの実験を行なってきた限りでの最長時間)の動作寿命を有 する。Figure 8 shows a typical recording line obtained from an experiment using the apparatus of Figure 7, with 0.01% Exposure to Tween 20 (Figure 8a) and 10 ppm thorium azide (Figure 8b) OD is plotted at 200 nm versus time during this period. these According to the figures, the sensor reacts to the poison in about 10 seconds, and it takes 1-2 minutes to cause near-fatal poisoning. recover from. If the sensor has not been exposed to extremely toxic substances, at least It has an operating life of 11 hours (the longest time tested so far). do.

考察 −に記の例は、枯草菌、E−Coliおよびサツカロミセス・セレヒシエ細胞す べての紫外線吸収特性は、それらの細胞に加えられる代謝物によって非常に影響 を受けるということを示す。テス)へされた範囲の細胞か示すことは、これは原 核生物および真核生物に共通の基本的な代謝工程に対する化合物の影響に違いな いということである。中間−紫外分光測定によって検出された変化は化合物を加 えてから15秒以内に細胞に影響を及はし、かつ好気性条件て育成される原核生 物および真核生物に影響を及ぼす。したがってそれらは、(DNA複製または細 胞分裂等のより速度の遅い工程よりもむしろ)中心的代謝に対して、かつ原核生 物および真核生物に共通の代謝の局面に対して化合物が存する影響に違いない。Consideration - Examples listed below include Bacillus subtilis, E-Coli and S. cerechis The UV absorption properties of all cells are highly influenced by metabolites added to their cells. Indicates that you will receive. This is the original The effects of compounds on basic metabolic processes common to karyotes and eukaryotes must differ. That is to say, yes. Changes detected by mid-UV spectroscopy indicate that the compound is prokaryotes that affect cells within 15 seconds of incubation and are grown under aerobic conditions effects on organisms and eukaryotes. They are therefore responsible for (DNA replication or for central metabolism (rather than slower processes such as cell division) and for prokaryotic There must be an effect that the compound has on aspects of metabolism common to organisms and eukaryotes.

Tween−20等の界面活性化合物の影響およびイオン輸送機能に干渉するヨ ウ化ナトリウム等の物質の影響は、中間−紫外線スペクトルにおける変化として 検出される効果が、膜のタンパク質、膜のイオン分配またはその両方に密接に関 係した代謝の局面における変化であるということを示す。The effects of surfactant compounds such as Tween-20 and their interference with ion transport functions. The effects of substances such as sodium uride can be seen as changes in the mid-ultraviolet spectrum. The effect detected is closely related to membrane proteins, membrane ion partitioning, or both. This indicates that this is a change in the relevant metabolic aspect.

上の結果は、これらの細胞中の酸化的リン酸化(OP)酵素の幾つかのものの酸 化還元状態を中間−紫外分光法によって検出したものと一致するということが示 唆される。The above results indicate that some of the oxidative phosphorylation (OP) enzymes in these cells It has been shown that the redox state is consistent with that detected by mid-UV spectroscopy. be suggested.

それらの酵素はそのヘム部分に鉄原子のチャージ−トランスファ(charge −transfer)吸収バンドによって引き起こされる非常に広い中間−紫外 吸収ハントを持つことか予想される。吸光度の高い「通常の」状態は還元された ヘムに相当し、吸光度の低い「毒されたJ状態は酸化されたヘムに相当するとい うことか示唆される。活発に成長している細胞中では、OP鎖は最初は還元され た状態である。もし中間的代謝か阻害されてOP鎖に対する還元等何物の供給か 遮られると、鎖の酵素の継続的活動により、OP鎖のすへての成分か急速に酸化 され、かつ中間−紫外吸光度を落ち込ませる。同様に、唯一の炭素源として既に 部分的に酸化された代謝物を細胞に与えることにより、還元等価物を酸化エネル ギー代謝から離して、その化合物を同化するようになる。化合物かより酸化され ると、より多くの還元等価物か必要となる。グルコース等の相対的に還元された 糖類は、代わりに代謝の間、還元等価物を生成させ、こうしてOP鎖に還元等価 物を「フィードする」。These enzymes charge-transfer iron atoms to their heme moieties. -transfer) very broad mid-ultraviolet caused by absorption bands It is expected that it will have an absorption hunt. The "normal" state of high absorbance is reduced The poisoned J state, which corresponds to heme and has low absorbance, is said to correspond to oxidized heme. It is suggested that. In actively growing cells, OP chains are initially reduced. It is in a state of If intermediate metabolism is inhibited, the supply of something such as reduction to the OP chain When blocked, all components of the OP chain are rapidly oxidized due to the continued activity of chain enzymes. and decrease mid-UV absorbance. Similarly, already as the sole carbon source By providing cells with partially oxidized metabolites, reducing equivalents can be converted into oxidized energy. It takes away from ghee metabolism and begins to assimilate its compounds. Compounds are more oxidized Then, more reducing equivalents are required. Relatively reduced glucose etc. Sugars instead generate reducing equivalents during metabolism, thus providing reducing equivalents to the OP chain. “Feed” things.

このスキームにおいては、細胞に対するシアン化ナトリウムの変則的な効果か期 待される。シアン化物は表2に掲載した代謝阻害剤の中てOP鎖の末端の酵素で あるシトクロームCオキシダーセを阻害する。これは細胞の増殖を有効に阻害す るか、シアン化ナトリウムは細胞の中間−紫外吸光度にはほとんど影響を与えな い。もし中間−紫外吸光度かOP鎖の酸化還元状態に特徴的であれば、次のこと か予想される。つまりソトクロームCオキシダーセを阻害することはOP鎖のと の酵素の酸化も阻害することになり、したかってOP鎖の酵素の酸化を起こさせ ない。In this scheme, the anomalous effects of sodium cyanide on cells are Waited. Among the metabolic inhibitors listed in Table 2, cyanide is an enzyme at the end of the OP chain. Inhibits certain cytochrome C oxidase. This effectively inhibits cell proliferation. However, sodium cyanide has little effect on the mid-UV absorbance of cells. stomach. If the mid-UV absorbance is characteristic of the redox state of the OP chain, then Or expected. In other words, inhibiting sotochrome C oxidase inhibits the OP chain. It also inhibits the oxidation of the OP chain enzyme, thus causing the oxidation of the OP chain enzyme. do not have.

この研究は、細菌細胞および酵母細胞の紫外吸収スペクトルは様々な代謝物およ び代謝阻害剤を加えることによって操作可能であるということを示す。モニタさ れる吸収特性は酸化リン酸化経路中のヘム基による吸収のためであると考えるこ とか適当なよってある。このメカニズムか正し・:ても正しくなくても、この現 象は細菌か多数の代謝物および代謝阻害剤にとのように反応するかを分類するた めに有用であり得る。もしこのメカニズムか正しけれは、注目するところに従い 単純で標準的な実験設備を用いて、生きた微生物中の酸化的リン酸化酵素の酸化 還元状態を観察するための簡単な分析道具を提供することかできる。This study shows that the ultraviolet absorption spectra of bacterial and yeast cells are affected by various metabolites and We show that this can be manipulated by adding metabolic inhibitors. monitor It is thought that the absorption characteristics of It's appropriate. Whether this mechanism is correct or not, this Elephants are classified into bacteria and how they react to numerous metabolites and metabolic inhibitors. It can be useful for If this mechanism is correct, it depends on where you pay attention. Oxidative Phosphorase Oxidation in Living Microorganisms Using Simple and Standard Laboratory Equipment It can provide a simple analytical tool to observe the reduction state.

双′V:余白 表1 枯草菌細胞の中間−紫外スペクトルに対する代謝物の効果 第1列:テストされる代謝物。第2列〜4列:細胞に対する代謝物の効果を評価 するための異なるスペクトルパラメータを用いた、各代謝物についてのEC50 値。パラメータは:第2列:200nmでのOD、第3列:190nmから26 0nmの吸収ピークでのOD、第4列=190nmから260nmの吸収ピーク の波長。第5列1代謝物の酸化率R0C=炭素原子の数、H=水素原子の数、0 =酸素原子の数とすれば、R= (4XC+H)10゜*:オキサミン酸はイン ビトロで単離されたトリカルボン酸回路の酵素の阻害剤であるが、枯草菌細胞の 成長を著しく阻害はせず(結果は示さず)、そのためここでは代謝物として考慮 する。Double'V: Margin Table 1 Effect of metabolites on the mid-UV spectrum of Bacillus subtilis cells Column 1: Metabolites tested. Columns 2 to 4: Evaluate the effect of metabolites on cells EC50 for each metabolite using different spectral parameters to value. Parameters are: 2nd column: OD at 200 nm, 3rd column: 26 from 190 nm OD at absorption peak at 0 nm, 4th column = absorption peak from 190 nm to 260 nm wavelength. Column 5 Oxidation rate of 1 metabolite R0C = number of carbon atoms, H = number of hydrogen atoms, 0 = Number of oxygen atoms, then R = (4XC+H)10゜*: Oxamic acid is in is an inhibitor of tricarboxylic acid cycle enzymes isolated in vitro, but in Bacillus subtilis cells. It does not significantly inhibit growth (results not shown) and is therefore considered here as a metabolite. do.

グルコース 30000 30000 − 6フルクトース 9000 200 00 − 6コハク酸 1500 1600 1600 5.5酢酸ナトリウム  800 8000 1000 5.5クエン酸 400 1500 650  4.57リンゴ酸 400 400 1000 4.4オキサミン酸*12 4 0 35 3.3表2 枯草菌細胞の中間−紫外スペクトルに対する代謝毒素の 効果。Glucose 30000 30000 - 6 Fructose 9000 200 00 - 6 Succinic acid 1500 1600 1600 5.5 Sodium acetate 800 8000 1000 5.5 Citric acid 400 1500 650 4.57 Malic acid 400 400 1000 4.4 Oxamic acid *12 4 0 35 3.3 Table 2 Metabolic toxins for mid-ultraviolet spectrum of Bacillus subtilis cells effect.

第1列1代謝毒素。第2〜4列:細胞に対する代謝物の効果を評価するために異 なるスペクトルパラメータを用いた、各代謝物についてのEC50値。パラメー タは:第2列:200nmでのOD、第3列:190nmから260nmの吸収 ピークでのOD、第4列:190nmから260nmの吸収ピークの波長。*細 胞の硝酸銀に対する感受性は、媒質中の残留塩素が銀を相対的に不活性な状態に 析出させるため、細胞調製物中に残される培養液媒質の量に非常に依存する。Column 1 1 metabolic toxins. Columns 2-4: Different variables used to assess the effect of metabolites on cells. EC50 value for each metabolite using spectral parameters. Parameter Data: 2nd row: OD at 200nm, 3rd row: absorption from 190nm to 260nm OD at peak, 4th column: wavelength of absorption peak from 190 nm to 260 nm. *Thin The sensitivity of cells to silver nitrate is due to residual chlorine in the medium rendering the silver relatively inert. It is highly dependent on the amount of culture medium left in the cell preparation for precipitation.

アジ化ナトリウム 15 25 20 硝酸銀* 10 2 15 ヨード酢酸 42 50 50 クロラムフエニコール 50 120 80スルフアメタシン 16 20 2 0 トリメトプリム 27 50 50 表3A 2−メルカプトエタノール 1.53 1.91 1.90塩化鋼(1) 0. 10 0.10 0.10硫酸銅(11) 1.58 1.58 NDヨード酢 酸 0.22 0.26 0.20カナマイシン 0.32 0.34 0.3 4塩化水銀(TI) 0.34 0.68 0.40ナリジクス酸 0.086  0.086 0.172重硫酸ナトリウム 0.86 ND f)、96トリ メトブリム 0.093 0.17 0.20表3B 塩化セシウム 100以上 100以上 100以上フルクトース 47 10 0以上 100以上グルコース 160以上 160以上 160以上イノシト ール 50 ’65 65 N−アセチル 25 25 30 グルコサミン 塩化カリウム 30以上 30以上 30以上臭化ナトリウム 0.5 1 1 フツ化ナトリウム 20 20 25 トリズマ(Trizma) 20 25 25(トリスヒドロキシメチル) 表3の説明 枯草菌細胞の分光特性において最大値の半分の変化を引き起こした化合物品濃度 (mM)。第1列、化合物。第2〜4列:最大値の半分の大きさの変化を起こす 濃度。Sodium azide 15 25 20 Silver nitrate* 10 2 15 Iodoacetic acid 42 50 50 Chloramphenicol 50 120 80 Sulfamethacin 16 20 2 0 Trimethoprim 27 50 50 Table 3A 2-mercaptoethanol 1.53 1.91 1.90 Chlorinated steel (1) 0. 10 0.10 0.10 Copper sulfate (11) 1.58 1.58 ND iodized vinegar Acid 0.22 0.26 0.20 Kanamycin 0.32 0.34 0.3 Mercury tetrachloride (TI) 0.34 0.68 0.40 Nalidixic acid 0.086 0.086 0.172 Sodium bisulfate 0.86 ND f), 96 tri Metobrim 0.093 0.17 0.20 Table 3B Cesium chloride 100 or more 100 or more Fructose 47 10 0 or more, 100 or more glucose, 160 or more, 160 or more, 160 or more inosites Rule 50 '65 65 N-acetyl 25 25 30 glucosamine Potassium chloride 30 or more 30 or more Sodium bromide 0.5 1 1 Sodium fluoride 20 20 25 Trizma 20 25 25 (Trishydroxymethyl) Explanation of Table 3 Concentration of compound that caused a half-maximal change in the spectral properties of Bacillus subtilis cells (mM). Column 1, compounds. Columns 2 to 4: Causes a change of half the maximum value concentration.

4戸」j( Bulich、A A、Tung、 K −K and 5cheiber、G  (1990)、Journal ofBioluminescence an d Chemilu+n1nescence 5. 71−77゜Dutka、 B J and Gorrie、J F (1989)、Enviror+me ntalPollution 57,1.−7゜Garbgrino、 J R ,Steinheimar、 T Rand Taylor、 B E (19 85)。4 houses ( Bulich, A.A., Tung, K.-K. and 5cheiber, G. (1990), Journal of Bioluminescence an d Chemilu+n1nescence 5. 71-77゜Dutka, BJ and Gorrie, JF (1989), Enviror+me ntalPollution 57,1. -7゜Garbgrino, JR , Steinheimar, T. Rand Taylor, B. E. (19 85).

Analytical Chemistry 57.46R−88R。Analytical Chemistry 57.46R-88R.

Karube、I (1986)、−Funda+++eoea1g and  Applicaeior++; ofChe!ll1cal 5ensors− 、pp330−348゜Maron、 D M and Awes、 B N  (]−983)、Mutation Re5earch 113゜173−21 5゜ Re1del、 K、Renneberg、 R,Wollenberger、 11. Kaiser、G andScheller、 F W (1989) 、Journal of Chemical Technology andB iotechnology 44.85−106゜Turner、A P F  (1989)、5ensors and Actuators 17 433− 450゜Walker、J D (1988)、Journal WPCF 6 0,11.06−1121゜11000pp 500ppm 400ppm 2 00pprn n。2−MEYゾ4し→−1−11ウシ・ジオ【月L [ppm l0.1 1 10 100 1000 ?>’A IL r)ツー1フt−多哀度 (ppml(LOI □−1’+  10 100 1000 10000ヱプ植TヒソI7ムづ1ハt [p卯)Q 、001 0.01 0.1 1 100.0OOO10,00010,001 0,010,111010010000.01 0.1 1 10 100 1 000国際調査報告 10−N−−−ム−11w1lss N& PC/GB 92101618国際 調査報告 和* +y:;=b−シ二:”*+w”Z’een 品e’em ’l°ly  7m::;;、二;=−;@、+s;フ古、7S7; ?、VHv;ten e H*m Is lh++ m1°”aMt17!シZel1msl mmmh  −a↑M*@jローampPal・−1elntmIIIRsa豐vyllsk l*jar劃he嘗−ulllcvnrtwhich*r++f堰|嗜11臂y @1yesle+Ih愉−智1−ひ會会sll内+or++y+1ms。Karube, I (1986), -Funda+++eoea1g and Applicaeior++; ofChe! ll1cal 5ensors- , pp330-348゜Maron, DM and Awes, BN (]-983), Mutation Re5earch 113°173-21 5゜ Re1del, K., Renneberg, R. Wollenberger, 11. Kaiser, G. and Scheller, F.W. (1989) , Journal of Chemical Technology andB iotechnology 44.85-106゜Turner, A P F  (1989), 5 sensors and actuators 17 433- 450°Walker, JD (1988), Journal WPCF 6 0,11.06-1121゜11000pp 500ppm 400ppm 2 00pprn n. 2-MEY Zo4 → -1-11 Ushi Geo [Month L [ppm l0.1 1 10 100 1000 ? >'A IL r) Two 1ft-Pity (ppml(LOI □-1'+ 10 100 1000 10000 Epu Plant T Hiso I7 Muzu1 Hat [p Rabbit) Q ,001 0.01 0.1 1 100.0OOOO10,00010,001 0,010,111010010000.01 0.1 1 10 100 1 000 international search report 10-N---Mu-11w1lss N&PC/GB 92101618 International Investigation report Sum*+y:;=b-Shini:”*+w”Z’een e’em ’l°ly  7m::;;, 2;=-;@, +s;fuko, 7S7;? , VHv; ten e H*m Is lh++ m1°”aMt17!Sel1msl mmmh  -a↑M*@jlowampPal・-1elntmIIIRsa豐vyllsk l*jar he 嘗-ulllcvnrtwhich*r++f weir | 11 辂y @1yesle+Ihyu-chi1-hikaisll+or++y+1ms.

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Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.試料を生きた細胞と接触させるステップと、190nmから250nmの波 長の範囲での細胞による電磁放射の吸収をモニタするステップとを含む、試料の 毒性を決定するための方法。1. contacting the sample with living cells and 190 nm to 250 nm waves; monitoring the absorption of electromagnetic radiation by the cells over a range of Methods for determining toxicity. 2.190nmから250nmの波長の範囲における吸光量をモニタするステッ プを含む、請求項1に記載の方法。2. A step that monitors the amount of light absorption in the wavelength range from 190 nm to 250 nm. 2. The method of claim 1, comprising: 3.細胞は細菌細胞、酵母細胞または培養された哺乳類細胞もしくは植物細胞を 含む、請求項1または2に記載の方法。3. Cells may be bacterial cells, yeast cells, or cultured mammalian or plant cells. 3. The method according to claim 1 or 2, comprising: 4.他の波長における吸収をモニタするステップをさらに含む、請求項1、2ま たは3に記載の方法。4. Claim 1, 2 or 3 further comprising the step of monitoring absorption at other wavelengths. or the method described in 3. 5.細胞は細胞の懸濁液として存在する、前掲の請求項のいずれかに記載の方法 。5. A method according to any of the preceding claims, wherein the cells are present as a suspension of cells. . 6.細胞は固体支持体上にまたはその中に固定される、請求項1ないし4のいず れかに記載の方法。6. Any of claims 1 to 4, wherein the cells are immobilized on or in a solid support. The method described in 7.テストされるべき試料と生きた細胞とを入れるための容器と、190nmか ら250nmの波長の範囲における細胞による電磁放射の吸収をモニタする手段 とを含む、試料の毒性を決定するための装置。7. A container for holding the sample to be tested and live cells, and a 190nm means for monitoring the absorption of electromagnetic radiation by cells in the wavelength range from 250 nm to 250 nm. and an apparatus for determining the toxicity of a sample. 8.一方は試料および細胞を入れるためであり、他方はコントロール溶液を入れ るためである2つの同じ容器を含む、請求項7に記載の装置。8. one for the sample and cells and the other for the control solution. 8. The device of claim 7, comprising two identical containers for storing. 9.試料をそこを通って通過させるための手段を有するフローセルを含む、請求 項7または8に記載の装置。9. A claim comprising a flow cell having means for passing a sample therethrough. The device according to item 7 or 8. 10.細胞は細胞の懸濁液として存在する、請求項7、8または9に記載の装置 。10. Device according to claim 7, 8 or 9, wherein the cells are present as a suspension of cells. . 11.細胞は固体支持体中またはその上に固定される、請求項7、8または9に 記載の装置。11. According to claim 7, 8 or 9, the cells are immobilized in or on a solid support. The device described. 12.モニタする手段は分光光度計を含む、請求項7ないし11のいずれかに記 載の装置。12. 12. The means for monitoring comprises a spectrophotometer. equipment. 13.放射を与えるソースをさらに含む、請求項7ないし12のいずれかに記載 の装置。13. 13. The method according to any of claims 7 to 12, further comprising a source for providing radiation. equipment.
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