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Spectroscopie infrarouge de Fourier pour la mesure des micro - organismes
Date :2025-08-20Lire :1

L'application de la spectroscopie infrarouge de Fourier (FT - IR) à la détection microbienne permet un typage rapide principalement par l'analyse des caractéristiques d'absorption infrarouge des composants intracellulaires des micro - organismes. L'idée d'appliquer la spectroscopie infrarouge à la microbiologie tire parti du fait que toutes les molécules biologiques dans une cellule peuvent être excitées pour vibrer en absorbant le rayonnement infrarouge. En raison de la présence d'une seule liaison dans ces molécules et de la structure différente de chaque molécule, un profil caractéristique d'absorption d'empreinte digitale est obtenu pour chaque molécule. Bien que les bactéries soient des systèmes très complexes composés de nombreux types de molécules, elles diffèrent considérablement dans leur structure, leur fonction et leur composition. Tout comme une molécule unique peut produire des modèles spectraux spécifiques, différents types de bactéries peuvent également produire des empreintes spectrales spécifiques.

Étant donné que le spectrogramme infrarouge microbien est un spectrogramme de composants cellulaires, présentant des pics larges, des lignes de contour, des informations chimiques sont enterrées dans les lignes de contour, bien que les pics d'absorption principaux puissent être attribués, mais pour la discrimination microbienne, il n'est pas possible d'effectuer une confirmation structurelle complète, Il est donc nécessaire d'effectuer la discrimination et la discrimination à l'aide de méthodes chimiométriques.

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FTIR permet également l'identification au niveau de l'espèce ou même de la souche en comparant les spectres inconnus avec ceux de la Banque de référence. Contrairement à d'autres méthodes d'identification microbienne, la méthode FT - IR ne nécessite qu'une seule étape de culture, il n'y a pas de consommables ou de réactifs pour la mesure et l'évaluation, et la mesure et l'identification de l'échantillon ne prend qu'une minute.

Préparation des échantillons, mesure et évaluation


◆ 1 - Échantillonnage de micro - organismes: comme de nombreux micro - organismes sont reproductibles sur des plaques d'agar, la première étape consiste à trouver les bonnes conditions de culture. L'utilisation de la technique simple et commune de culture des cellules sur des plaques d'agar permet une préparation pratique des échantillons. Par exemple, les bactéries sont cultivées d'abord dans des quadrants de différentes densités cellulaires sur des plaques d'agar pendant 16 à 24 heures, ce qui donne des résultats très fiables. Les colonies ne sont récoltées que dans le troisième quadrant. L'étude a révélé que la clé du succès de la méthode réside dans la normalisation des conditions de collecte et la cohérence de la croissance bactérienne sur les plaques d'agar. Certaines améliorations peuvent également être apportées (par exemple, le passage à un milieu liquide ou la modification du temps de culture / de la température). Il faut toutefois s'assurer que toutes les mesures sont effectuées dans les mêmes conditions pour obtenir des résultats fiables.

◆ 2 - techniques de mesure bactériologique: les techniques utilisées pour l'identification microbiologique doivent être simples et très reproductibles. Lorsque la solution microbienne sèche lentement, les cellules microbiennes produisent un biofilm solide. En optimisant ce processus, on obtient une procédure de préparation d'échantillon facile à utiliser et qui répond à la reproductibilité requise pour les mesures infrarouges. La lumière infrarouge pénètre dans le biofilm et est partiellement absorbée par les différentes molécules présentes dans la cellule, produisant une empreinte chimique unique à chaque souche testée.

◆ 3 - processus d'évaluation des données: les affinités des souches sont présentées par analyse de Clustering, carte de dispersion, etc., et analysées par comparaison avec les profils de souches standard. Les différentes régions du spectre infrarouge contiennent des informations sur différents groupes fonctionnels, ce qui permet de différencier les différentes molécules biologiques en choisissant des régions représentatives des lipides, des protéines et des glucides.

Création de la Banque spectrale


Pour l'identification microbienne FT - IR, notre principale préoccupation est la précision des résultats, dont la clé dépend de la qualité de la Banque de spectres de référence. Les banques spectrales de micro - organismes sont différentes des banques spectrales générales et, pour garantir la fiabilité des résultats, il est nécessaire d'établir des banques spectrales systématiques dans des conditions normalisées.

Tout d'abord, il est nécessaire d'assurer une culture reproductible des micro - organismes. Le milieu de culture, les conditions de culture (telles que le temps, la température) et le prétraitement de l'échantillon ont tous un impact sur le spectre infrarouge, de sorte que ces conditions nécessitent la production de protocoles opérationnels normalisés.

Deuxièmement, l'hétérogénéité et la variabilité au cours du prétraitement de l'échantillon (par exemple, la taille de l'échantillon, le degré de séchage du mycélium, etc.) et les facteurs mesurés (par exemple, la diffusion de la lumière causée par la présence de particules dans l'échantillon, etc.) peuvent tous influencer le spectrogramme infrarouge. Plusieurs mesures sur un même échantillon sont donc nécessaires pour assurer la reproductibilité du spectrogramme infrarouge.

Troisièmement, la crédibilité des échantillons inconnus pour lesquels une identification infrarouge a été effectuée repose sur la fiabilité de la Banque spectrale du spectre de référence. La souche de référence doit donc être identifiée par une méthode fiable. Sinon, des informations incorrectes dans la Banque de spectres peuvent entraîner des écarts dans les résultats finaux de qualification. La combinaison de plusieurs régions spectrales remarquables permet de construire une base de données de souches bactériennes connues. Pour classer et identifier les bactéries inconnues, les informations spectrales sont comparées à une base de données de référence de bactéries connues, montrant les microorganismes dont les profils spectraux correspondent à des souches inconnues. La similitude des différents spectres microbiens peut également être décrite graphiquement sous la forme d'un dendrogramme.

Comparaison générale des profils de souches inconnues avec les bases de données

Dans l'arborescence, le spectre de la souche inconnue montre une grande similitude avec celui de Pseudomonas. Pour l'identification, il est possible d'aligner les spectres des bactéries inconnues avec les banques existantes et de montrer un degré de similitude à la valeur médiane. Les valeurs de succès des deux Pseudomonas étaient faibles, confirmant que cette souche inconnue était Pseudomonas. Les valeurs de réussite de Pseudomonas fluorescens étaient inférieures au seuil de ce groupe. Cela suggère que la souche inconnue appartient au genre Pseudomonas fluorescens. Pour une identification plus poussée au niveau de la souche, les souches inconnues de Pseudomonas doivent être comparées à une base de données de référence (sous - Banque) contenant uniquement les spectres des souches de Pseudomonas.

Cas d'application

◆test de contamination bactérienne des médicaments: peut identifier rapidement Escherichia coli, Staphylococcus aureus et autres six types de bactéries contrôlées, le temps de détection est réduit à 3 heures. ‌

◆ Étude microbiologique orale: 50 souches orales ont été classées avec des pics d'absorption caractéristiques de 3000 - 2800cm⁻¹, 1500 - 1400cm⁻¹, 1200 - 900cm⁻¹ et les résultats de Clustering étaient très cohérents avec les souches standard. ‌

Résumé:

FTIR fournit un outil rapide, à haut débit, non destructif (sans endommager ni altérer l'échantillon), respectueux de l'environnement, rentable et rapide pour le typage des souches microbiennes, ce qui le rend idéal pour diverses applications en microbiologie alimentaire, en épidémiologie et en diagnostic clinique.