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Espectrometría infrarroja de transformada de infrarrojo para la medición de microorganismos
Fecha:2025-08-20Leer:2

La aplicación de la espectrometría infrarroja de FT - ir en la detección microbiana se realiza principalmente mediante el análisis de las características de absorción infrarroja de los componentes internos de las células microbianas para lograr una clasificación rápida. La idea de aplicar el espectro infrarrojo a la microbiología aprovecha el hecho de que todas las biomoléculas de la célula pueden ser estimuladas a vibrar absorbiendo la radiación infrarroja. Debido a la existencia de un solo enlace en estas moléculas y las diferentes estructuras de cada molécula, cada molécula obtendrá un espectro de absorción característico de huellas dactilares. Aunque las bacterias son sistemas muy complejos compuestos por muchos tipos diferentes de moléculas, tienen diferencias significativas en su estructura, función y composición. Así como las moléculas individuales producen patrones espectrales específicos, diferentes tipos de bacterias también producen huellas dactilares espectrales específicas.

Debido a que el espectro infrarrojo microbiano es un espectro de componentes celulares, que presenta picos anchos y líneas de contorno, la información química está enterrada en el contorno, aunque los principales picos de absorción se pueden atribuir, para la identificación de microorganismos, es imposible realizar una confirmación estructural completa, por lo que es necesario utilizar métodos químicos y econométricos para lograr la distinción e identificación.

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El FTIR también puede identificarse a nivel de especies e incluso de cepas comparando espectros desconocidos con los del Banco de referencia. A diferencia de otros métodos de identificación microbiana, el método FT - ir solo necesita un paso de cultivo, y no hay consumibles ni reactivos para la medición y evaluación, y solo se tarda un minuto en medir e identificar la muestra.

Preparación, medición y evaluación de muestras


◆ 1 - muestreo de microorganismos: debido a que muchos microorganismos pueden repetir su crecimiento en una placa de agar, el primer paso es encontrar las condiciones de cultivo correctas. Utilizando la técnica simple y común de cultivar células en una placa de agar, se puede lograr una preparación conveniente de muestras. Por ejemplo, las bacterias se cultivan primero en cuadrantes de diferentes densidades celulares en una placa de Agar durante 16 - 24 horas, lo que puede obtener resultados muy confiables. Solo se recolectan colonias del tercer cuadrante. El estudio encontró que la clave del éxito del método radica en la estandarización de las condiciones de recolección y la consistencia del crecimiento bacteriano en la placa de agar. También se pueden hacer algunas mejoras (como cambiar al medio líquido o cambiar el tiempo / temperatura de cultivo). Sin embargo, es necesario asegurarse de que todas las mediciones se realicen en las mismas condiciones para obtener resultados confiables.

◆ 2 - técnicas de medición bacteriana: las técnicas utilizadas para la identificación microbiana requieren simplicidad y alta repetibilidad. Cuando la solución microbiana se seca lentamente, las células microbianas producen biopelículas sólidas. Al optimizar este proceso, se obtiene un procedimiento de preparación de muestras fácil de operar y se satisface la repetibilidad necesaria para la medición infrarroja. La luz infrarroja penetra en la Biopelícula y es absorbida por las diferentes partes moleculares presentes en la célula, produciendo huellas químicas únicas de cada cepa medida.

◆ 3 - proceso de evaluación de datos: presentar la relación de parentesco de la CEPA a través del análisis de clústeres, mapas de dispersión, etc., y compararlos con el mapa estándar de la cepa. Diferentes regiones del espectro infrarrojo contienen información de diferentes grupos funcionales, lo que permite distinguir diferentes biomoléculas seleccionando regiones que representan lípidos, proteínas y carbohidratos.

Establecimiento de una biblioteca espectral


Para la identificación microbiana FT - ir, nuestra mayor preocupación es la precisión de los resultados, cuya clave depende de la calidad de la biblioteca espectral de referencia. La biblioteca espectral de los microorganismos es diferente de la biblioteca espectral general. para garantizar la fiabilidad de los resultados, es necesario establecer una biblioteca espectral sistemática en condiciones estandarizadas.

En primer lugar, es necesario garantizar el cultivo repetible de microorganismos. Los medios de cultivo, las condiciones de cultivo (como el tiempo, la temperatura) y el pretratamiento de la muestra tienen un impacto en el espectro infrarrojo, por lo que estas condiciones requieren la elaboración de protocolos de operación estandarizados.

En segundo lugar, la no Homología y la variabilidad durante el pretratamiento de la muestra (como el tamaño de la muestra, el grado de secado de la membrana bacteriana, etc.) y los factores de medición (como la dispersión de la luz causada por la apariencia de partículas de la muestra, etc.) pueden afectar el espectro infrarrojo. Por lo tanto, es necesario realizar múltiples mediciones de la misma muestra para garantizar la reproducibilidad del espectro infrarrojo.

En tercer lugar, la credibilidad de las muestras desconocidas identificadas por infrarrojos se basa en la fiabilidad de la base de datos espectral del espectro de referencia. Por lo tanto, las cepas de referencia deben identificarse con métodos confiables. De lo contrario, la información incorrecta en la biblioteca espectral dará lugar a una desviación del resultado final de la identificación. Combinando múltiples regiones espectrales significativas, se puede construir una base de datos de cepas bacterianas conocidas. Para clasificar e identificar bacterias desconocidas, la información espectral se compara con la base de datos de referencia de bacterias conocidas, mostrando microorganismos con patrones espectrales que coinciden con cepas desconocidas. La similitud de los diferentes espectros microbianos también se puede describir gráficamente en forma de árbol.

Comparación general del espectro de cepas desconocidas con la base de datos

En el árbol, el espectro de cepas desconocidas muestra un alto grado de similitud con el espectro de pseudomonas. Para la identificación, se puede comparar el espectro de bacterias desconocidas con las bibliotecas existentes y mostrar la similitud en la mediana de la vida. Los valores de acierto de ambas cepas de Pseudomonas fueron bajos, lo que confirmó que la CEPA desconocida era pseudomonas. El valor de acierto de Pseudomonas fluorescente es inferior al umbral del grupo. Esto sugiere que las cepas desconocidas pertenecen al género Pseudomonas fluorescente. Para una identificación adicional a nivel de cepa, se deben comparar cepas desconocidas de Pseudomonas con bases de datos de referencia (subbancos) que solo contienen espectros de cepas de pseudomonas.

Casos de aplicación

◆ detección de bacterias contaminantes farmacéuticas: se pueden identificar rápidamente seis tipos de bacterias de control, como Escherichia coli y Staphylococcus aureus, y el tiempo de detección se reduce a 3 horas. ¿‌ sí?

◆ estudio de microorganismos orales: 50 cepas orales fueron clasificadas, con áreas de pico de absorción características de 3.000 - 2.800 cm, 1.500 - 1.400 cm, 1.200 - 900 cm, y los resultados de agrupación fueron altamente consistentes con las cepas estándar. ¿‌ sí?

Resumen:

El FTIR proporciona una herramienta rápida, de alto rendimiento, no destructiva (sin dañar o cambiar muestras), respetuosa con el medio ambiente, rentable y que ahorra tiempo para la clasificación de cepas microbianas, lo que lo hace muy adecuado para diversas aplicaciones en microbiología alimentaria, epidemiología y diagnóstico clínico.