Fine discrimination of volatile compounds by graphene-immobilized odorant-binding proteins

Abstract We describe the fabrication and performance of a biosensor for odorants, using wildtype and engineered mutants of the Italian honeybee (Apis mellifera ligustica) odorant binding protein 14 (OBP14), immobilized onto a reduced graphene oxide field-effect transistor (rGO-FET). The binding properties of the protein when immobilized on the biosensor are similar to those measured in solution, thus providing a method for measuring affinities to small molecules as an alternative to the current fluorescence assay. Out of the 14 chemicals tested, the best ligands for wildtype OBP14 were eugenol, homovanillic acid and related compounds sharing a phenol-methoxy backbone. Other chemicals, including methyl eugenol, showed affinities to OBP14 100–1000 times lower. We have also tested two mutants of OBP14. The first, bearing a HisTag at its N-terminus for better orientation on the sensor surface, showed only minor differences in its binding properties for chemicals when compared to the wildtype. The second contained an additional disulfide bond between helices α3 and α6, thus reducing the dynamics of OBP14 and leading to a higher affinity for eugenol. These data also demonstrate that it is feasible to produce biosensors with desired ligand specificities by introducing selected mutations into the structure of OBPs or other active proteins

The extended growth of graphene oxide flakes using ethanol CVD

We report the extended growth of Graphene Oxide (GO) flakes using atmospheric pressure ethanol Chemical Vapor Deposition (CVD). GO was used to catalyze the deposition of carbon on substrate in the ethanol CVD with Ar and H2 as carrier gases. Raman, SEM, XPS 10 and AFM characterized the growth to be reduced GO (RGO) of <5 layers. This new grown RGO possesses lower defect density with larger and increased distribution of sp2 domains than chemically-reduced RGO. Furthermore this method without optimization reduces relative standard deviation of electrical conductivity between chips, from 80.5% to 16.5%, enabling RGO to be used in practical electronic devices

Biochemische Charakterisierung des Exopolysaccharids von Pediococcus parvulus B399, sowie dessen Hydrolyse durch eine neue beta-1,3-Glucanase aus Delftia sp. MV01

In der vorliegenden Arbeit wurde die erste β-1,3-Glucanase aus Delftia beschrieben. Es konnte gezeigt werden, dass das Enzym unter anderem gegen das nur schwer zu hydrolysierende Exopolysaccharid aus Pediococcus parvulus wirkte. rnrnIm Einzelnen wurde zunächst das Exopolysaccharid aus Pediococcus parvulus B399 aus einem eigens zusammengestellten β-Glucan-Synthesemedium (Medium M) isoliert und gereinigt. Anschließend erfolgte eine umfassende Charakterisierung des Biopolymers. Hierzu gehörten neben der sauren Hydrolyse zur Bestimmung der Monomerzusammensetzung des Polymers, auch spektroskopische Methoden, darunter 1H und 13C-NMR. Mithilfe der NMR-Spektroskopie konnte die Struktur des Exopolysaccharids aus Pediococcus parvulus B399 bestimmt werden. Es handelte sich hierbei ebenfalls um ein β-1,3(1,2)-Glucan, wie es bereits für Pediococcus parvulus 2.6 beschrieben wurde. Darüber hinaus wurde erstmals ein ATR-FTIR-Spektrum für ein Exopolysaccharid aus Pediokokken gezeigt. Über GPC-Messungen konnte auch die molekulare Größe des β-1,3(1,2)-Glucans aus Pediococcus parvulus B399 bestimmt werden. Es wurde nachgewiesen, dass sich das Exopolysaccharid bei Anzucht in Medium M aus einer hochmolekularen Fraktion (5* 106 g/mol) und vier niedermolekularen Fraktionen (347; 818; 10048 und 20836 g/mol) zusammensetzte. Neben der strukturellen Charakterisierung, wurde das Exopolysaccharid auch rheologisch untersucht. Dabei konnte festgestellt werden, dass es sich durch seine schwach gelbildenen Eigenschaften auch zum Einsatz in der Lebensmittelindustrie als Stabilisator, Fettersatzmittel oder ähnliches eignen würde. Die erwähnte gelbildende Netzwerkstruktur konnte für das Exopolysaccharid aus Pediococcus parvulus B399 auch erstmals im AFM bestätigt werden. rnEin weiterer Teil der Arbeit umfasste ein breites Screeningverfahren nach einem geeigneten Organismus, der das Exopolysaccharid aus Pediococcus parvulus B399 effektiv hydrolysieren sollte. Aus einer Anreicherungskultur des Termitendarms (Wenzel et al., 2002), konnte Delftia sp. MV01 isoliert werden. Dieser Organismus produzierte bei Wachstum in β glucanhaltigem Medium (Exopolysaccharid aus Pediococcus parvulus B399, sowie weitere kommerziell erhältliche β-1,3-Glucane) eine Glucanase, die in folgenden Schritten konventionell gereinigt und charakterisiert wurde.In der vorliegenden Arbeit wurde die erste β-1,3-Glucanase aus Delftia beschrieben. Es konnte gezeigt werden, dass das Enzym unter anderem gegen das nur schwer zu hydrolysierende Exopolysaccharid aus Pediococcus parvulus wirkte. rnrnIm Einzelnen wurde zunächst das Exopolysaccharid aus Pediococcus parvulus B399 aus einem eigens zusammengestellten β-Glucan-Synthesemedium (Medium M) isoliert und gereinigt. Anschließend erfolgte eine umfassende Charakterisierung des Biopolymers. Hierzu gehörten neben der sauren Hydrolyse zur Bestimmung der Monomerzusammensetzung des Polymers, auch spektroskopische Methoden, darunter 1H und 13C-NMR. Mithilfe der NMR-Spektroskopie konnte die Struktur des Exopolysaccharids aus Pediococcus parvulus B399 bestimmt werden. Es handelte sich hierbei ebenfalls um ein β-1,3(1,2)-Glucan, wie es bereits für Pediococcus parvulus 2.6 beschrieben wurde. Darüber hinaus wurde erstmals ein ATR-FTIR-Spektrum für ein Exopolysaccharid aus Pediokokken gezeigt. Über GPC-Messungen konnte auch die molekulare Größe des β-1,3(1,2)-Glucans aus Pediococcus parvulus B399 bestimmt werden. Es wurde nachgewiesen, dass sich das Exopolysaccharid bei Anzucht in Medium M aus einer hochmolekularen Fraktion (5*106 g/mol) und vier niedermolekularen Fraktionen (347; 818; 10048 und 20836 g/mol) zusammensetzte. Neben der strukturellen Charakterisierung, wurde das Exopolysaccharid auch rheologisch untersucht. Dabei konnte festgestellt werden, dass es sich durch seine schwach gelbildenen Eigenschaften auch zum Einsatz in der Lebensmittelindustrie als Stabilisator, Fettersatzmittel oder ähnliches eignen würde. Die erwähnte gelbildende Netzwerkstruktur konnte für das Exopolysaccharid aus Pediococcus parvulus B399 auch erstmals im AFM bestätigt werden. rnEin weiterer Teil der Arbeit umfasste ein breites Screeningverfahren nach einem geeigneten Organismus, der das Exopolysaccharid aus Pediococcus parvulus B399 effektiv hydrolysieren sollte. Aus einer Anreicherungskultur des Termitendarms (Wenzel et al., 2002), konnte Delftia sp. MV01 isoliert werden. Dieser Organismus produzierte bei Wachstum in β glucanhaltigem Medium (Exopolysaccharid aus Pediococcus parvulus B399, sowie weitere kommerziell erhältliche β-1,3-Glucane) eine Glucanase, die in folgenden Schritten konventionell gereinigt und charakterisiert wurde

An improved synthesis route to graphene for molecular sensor applications

This article presents an improved graphene oxide synthesis method and its subsequent simple reduction technique with hydrazine vapour more efficiently to produce large area graphene flakes with a dramatic change in average sheet resistance of ∼145 kΩ/□ as compared to existing annealing methods. With the above characteristics, a high-performance and low-voltage operating graphene field-effect transistor (FET) was achieved with the potential to be used as detection platform for biomolecules.Accepted versio

The extended growth of graphene oxide flakes using ethanol CVD

We report the extended growth of Graphene Oxide (GO) flakes using atmospheric pressure ethanol Chemical Vapor Deposition (CVD). GO was used to catalyze the deposition of carbon on a substrate in the ethanol CVD with Ar and H2 as carrier gases. Raman, SEM, XPS and AFM characterized the growth to be a reduced GO (RGO) of <5 layers. This newly grown RGO possesses lower defect density with larger and increased distribution of sp2 domains than chemically reduced RGO. Furthermore this method without optimization reduces the relative standard deviation of electrical conductivity between chips, from 80.5% to 16.5%, enabling RGO to be used in practical electronic devices.Accepted versio

Two-dimensional heterospectral correlation analysis of the redox-induced conformational transition in cytochrome c using surface-enhanced Raman and infrared absorption spectroscopies on a two-layer gold surface

The heme protein cytochrome c adsorbed to a two-layer gold surface modified with a self-assembled monolayer of 2-mercaptoethanol was analyzed using a two-dimensional (2D) heterospectral correlation analysis that combined surface-enhanced infrared absorption spectroscopy (SEIRAS) and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). Stepwise increasing electric potentials were applied to alter the redox state of the protein and to induce conformational changes within the protein backbone. We demonstrate herein that 2D heterospectral correlation analysis is a particularly suitable and useful technique for the study of heme-containing proteins as the two spectroscopies address different portions of the protein. Thus, by correlating SERS and SEIRAS data in a 2D plot, we can obtain a deeper understanding of the conformational changes occurring at the redox center and in the supporting protein backbone during the electron transfer process. The correlation analyses are complemented by molecular dynamics calculations to explore the intramolecular interactions.ASTAR (Agency for Sci., Tech. and Research, S’pore)Accepted versio

Insights into structural features determining odorant affinities to honey bee odorant binding protein 14

The final publication is available via https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2014.03.054.Molecular interactions between odorants and odorant binding proteins (OBPs) are of major importance for understanding the principles of selectivity of OBPs towards the wide range of semiochemicals. It is largely unknown on a structural basis, how an OBP binds and discriminates between odorant molecules. Here we examine this aspect in greater detail by comparing the C-minus OBP14 of the honey bee (Apis mellifera L.) to a mutant form of the protein that comprises the third disulfide bond lacking in C-minus OBPs. Affinities of structurally analogous odorants featuring an aromatic phenol group with different side chains were assessed based on changes of the thermal stability of the protein upon odorant binding monitored by circular dichroism spectroscopy. Our results indicate a tendency that odorants show higher affinity to the wild-type OBP suggesting that the introduced rigidity in the mutant protein has a negative effect on odorant binding. Furthermore, we show that OBP14 stability is very sensitive to the position and type of functional groups in the odorant.Austrian Science Funds (FWF)Austrian Federal Ministry for Transport, Innovation and Technolog