http://repositorio.unb.br/handle/10482/55923| File | Size | Format | |
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| MarieleDeAraujoPalmeiras_DISSERT.pdf | 3,08 MB | Adobe PDF | View/Open |
| Title: | Desenho, construção e avaliação de um biossensor toehold switch para detecção de influenza aviária H5N1 |
| Authors: | Palmeiras, Mariele de Araíjo |
| Orientador(es):: | Rech Filho, Elibio Leopoldo |
| Coorientador(es):: | Rosinha, Grácia Maria Soares |
| Assunto:: | Influenza aviária Interruptores genéticos Expressão gênica livre de células Biossensores |
| Issue Date: | 16-Sep-2026 |
| Data de defesa:: | 2-Feb-2026 |
| Citation: | PALMEIRAS, Mariele de Araujo. Desenho, construção e avaliação de um biossensor toehold switch para detecção de influenza aviária H5N1. 2026. 111 f. Dissertação (Mestrado em Biologia Molecular) — Universidade de Brasília, Brasília, 2026. |
| Abstract: | A Influenza Aviária (IA), causada pelo vírus da família Orthomyxoviridae, é uma grave ameaça à saúde pública e à economia global. O vírus do tipo A, de maior importância epidemiológica, possui genoma segmentado em oito fitas de RNA simples negativa que codificam proteínas essenciais como Hemaglutinina (HA) e Neuraminidase (NA). O subtipo H5N1, classificado como de alta patogenicidade, apresenta elevada capacidade de mutação e salto zoonótico, com o clado 2.3.4.4b consolidado como linhagem dominante, associado a altas taxas de mortalidade em aves e mamíferos. Diante da necessidade de métodos diagnósticos rápidos e descentralizados, este trabalho avaliou experimentalmente um biossensor baseado em Toehold switches integrado ao sistema de expressão gênica livres de células para detecção dos genes H5 e N1. O design in silico de seis sensores candidatos foi realizado no software NUPACK, com base em regiões conservadas do vírus, seguido pela construção de um sistema de dois plasmídeos: um módulo de detecção (expressando integrase 13) e outro de resposta (contendo o gene da EPIC luciferase). Os ensaios foram conduzidos com o sistema T7 S30 Extract System for Circular DNA. A triagem inicial com RNA sintético permitiu selecionar os sensores H5-b e N1-f, que apresentaram melhor desempenho em curvas de dose-resposta. As condições ótimas foram definidas em 45,5 ng de DNA para H5-b e 33 ng para N1-f. Durante a prova de conceito, observaram-se desafios de reprodutibilidade e ruído de fundo, atribuídos à contaminação de reagentes e degradação por RNases. A adoção de procedimentos de manipulação controlados e o uso de inibidores de RNase permitiram que o sensor N1-f exibisse luminescência superior ao controle negativo. Análises termodinâmicas indicaram que a robustez do sensor N1-f pode estar relacionada à sua elevada frequência de MFE (24,38%), que reduz a exposição de regiões de fita simples ao ataque enzimático. O presente trabalho enfatiza que a estratégia de Toehold switches em plataformas cell-free é promissora para a vigilância do H5N1, embora dependa do controle de RNases e do design de sensores estruturalmente estáveis. |
| Abstract: | Avian Influenza, caused by a virus of the family Orthomyxoviridae, represents a serious threat to public health and the global economy. Influenza A virus, of greatest epidemiological relevance, possesses a genome segmented into eight single-stranded, negative-sense RNA segments encoding essential proteins such as Hemagglutinin and Neuraminidase. The H5N1 subtype, classified as highly pathogenic, exhibits high mutation capacity and zoonotic spillover potential, with clade 2.3.4.4b established as the dominant lineage, associated with elevated mortality rates in birds and mammals. Given the need for rapid and decentralized diagnostic methods, this study experimentally evaluated a biosensor based on toehold switches integrated into a cell-free gene expression system for the detection of the H5 and N1 genes. The in silico design of six candidate sensors was performed using the Nucleic Acid Package software, based on conserved viral regions, followed by the construction of a two-plasmid system: a detection module (expressing serine integrase 13) and a response module (containing the luciferase gene). Assays were conducted using the T7 S30 Extract System for Circular DNA. Initial screening with synthetic RNA enabled the selection of sensors H5-b and N1-f, which demonstrated superior performance in dose-response curves. Optimal conditions were defined at 45.5 ng (1:3) of DNA for H5-b and 33 ng (2:1) for N1-f. During proof-of-concept experiments, reproducibility challenges and background noise were observed, attributed to reagent contamination and RNase-mediated degradation. The adoption of controlled handling procedures and the use of RNase inhibitors enabled the N1-f sensor to exhibit luminescence levels exceeding the negative control. Thermodynamic analyses suggest that the robustness of the N1-f sensor may be associated with the predominance of energetically favorable secondary structures, potentially influencing the relative exposure of single-stranded regions and, consequently, RNA stability within the cell-free system. This study highlights that the toehold switch strategy in cell-free platforms is promising for H5N1 surveillance, although it depends on stringent RNase control and the design of structurally stable sensors. |
| metadata.dc.description.unidade: | Instituto de Ciências Biológicas (IB) Departamento de Biologia Celular (IB CEL) |
| Description: | Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2026. |
| metadata.dc.description.ppg: | Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular |
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| Appears in Collections: | Teses, dissertações e produtos pós-doutorado |
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