Rapid electrochemical detection of Staphylococcus aureus based on screen-printed gold electrodes modified with cysteine and Guinea grass (Panicum maximum) peroxidase

Abstract

Se desarrolló un novedoso método electroquímico para la detección rápida y analítica de Staphylococcus aureus en cultivos y muestras de leche enriquecidas con peróxido de hidrógeno (H2O2) mediante el consumo de péroxido por electrodos serigrafiados de oro (ESO) modificados con cisteína y peroxidasa de pasto Guinea (PPG). La peroxidasa de las hojas del pasto Guinea, con una actividad específica de 470 U mg-1, se inmovilizó sobre la superficie de los ESO previamente modificada con cisteína. Los voltamperogramas cíclicos de los ESO modificados con PPG y cisteína en presencia de ferrocianuro de potasio como sonda redox exhibieron un incremento en la corriente de aproximadamente 5 % comparado con el electrodo sin modificar. El ESO modificado mostró una buena respuesta electrocatalítica en la reducción de H2O2. El medio de cultivo en presencia de 1x10-3 M de H2O2 registró una disminución en la corriente por la catalasa presente en S. aureus a un potencial de -780 mV. El ESO modificado pudo detectar S. aureus en un rango de concentraciones entre 3x102 and 3x108 UFC mL-1 con un límite de detección de 102 ufc mL-1, un tiempo de detección de ~20 min y una sensibilidad de 0,020 mA UFC-1.

We present a novel electrochemical method for a rapid analytical detection of Staphylococcus aureus in culture and spiked milk samples through hydrogen peroxide (H2O2) consumption on a screenprinted gold electrode (SPGE) modified with cysteine and peroxidase from Guinea grass leaves (GGP). This peroxidase (POD) had a specific activity of 470 U mg-1 and it was immobilized on an SPGE surface previously modified with cysteine. Cyclic voltammograms of gold electrodes modified with peroxidase and cysteine in the presence of potassium ferrocyanide as a redox probe demonstrated an increase of approximately 5% in the current compared to the bare gold electrode. The SPGE modified electrode exhibited a good electrocatalytic response towards H2O2 reduction. We added a constant H2O2 concentration of 1x10-3 M to the culture medium and measured the decrease in the H2O2 current at -780 mV consumed by catalase from S. aureus. Our modified electrode proved to sense S. aureus in a range concentration between 3x102 and 3x108 CFU/mL-1 with a detection limit of 102 CFU/mL-1, detection time of about ~20 min, and a sensitivity of 0.020 mA CFU-1.