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Espectroscopia infravermelha de Fourier para medição de micróbios
Datas:2025-08-20Leia:2

A aplicação da espectroscopia infravermelha de Fourier (FT-IR) na detecção microbiana permite a tipificação rápida principalmente analisando as características de absorção infravermelha dos componentes dentro das células microbianas. A ideia de aplicar o espectro infravermelho à microbiologia aproveita o fato de que todas as moléculas biológicas nas células podem ser estimuladas a vibrar absorvendo a radiação infravermelha. Como essas moléculas têm ligações únicas e estruturas diferentes, cada molécula obtém um espectro de absorção de impressões digitais característico. Embora as bactérias sejam sistemas muito complexos compostos por muitos tipos diferentes de moléculas, elas diferem significativamente em estrutura, função e composição. Assim como uma única molécula produz padrões espectrais específicos, diferentes tipos de bactérias produzem impressões digitais espectrais específicas.

Como o espectrograma de infravermelho microbiano é um espectrograma de componentes celulares, apresentando picos largos, linhas de contorno, informações químicas enterradas nas linhas de contorno, embora os picos de absorção principais possam ser atribuídos, mas para a identificação de micróbios, não é possível realizar uma confirmação estrutural completa, portanto, é necessário usar métodos quimiométricos para alcançar a distinção e identificação.

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O FTIR também pode ser identificado a nível de espécie e até mesmo cepa, comparando espectros desconhecidos com espectros em bibliotecas de referência. Ao contrário de outros métodos de identificação microbiana, o método FT-IR requer apenas uma cultura de um passo, medição e avaliação sem consumables ou reagentes e medição e identificação de amostras em apenas 1 minuto.

Preparação, medição e avaliação de amostras


1- Amostragem microbiana: Como muitos micróbios podem crescer repetidamente em placas de resina, o primeiro passo é encontrar as condições de cultivo certas. A técnica simples e comum de cultivo de células em placas de agar permite uma preparação de amostras conveniente. Por exemplo, as bactérias são cultivadas primeiro em quadrantes de diferentes densidades celulares em placas de resina por 16 a 24 horas para obter resultados muito confiáveis. Coleta colônias apenas do terceiro quadrante. O estudo descobriu que a chave para o sucesso do método está na padronização das condições de coleta e na consistência do crescimento das bactérias nas placas de resina. Algumas melhorias também podem ser feitas (por exemplo, mudar para um meio líquido ou alterar o tempo/temperatura da cultura). No entanto, é necessário garantir que todas as medições sejam realizadas nas mesmas condições para obter resultados confiáveis.

2- Tecnologia de medição de bactérias: as técnicas usadas para a identificação microbiana exigem simplicidade e alta repetibilidade. Quando a solução microbiana seca lentamente, as células microbianas produzem biofilmes sólidos. Ao otimizar este processo, obtém-se um processo de preparação de amostras fácil de operar e satisfaz a repetibilidade necessária para medições de infravermelho. A luz infravermelha penetra na biopelícula e é absorvida por diferentes partes das moléculas presentes na célula, gerando impressões digitais químicas específicas de cada cepa testada.

3- Processo de avaliação de dados: apresentação de parentesco de cepas por meio de análise de agrupamento, mapas de dispersão, etc., e análise comparativa com mapas de cepas padrão. Diferentes regiões do espectro infravermelho contêm informações sobre diferentes grupos funcionais, permitindo que diferentes biomoléculas sejam diferenciadas selecionando regiões que representem lípidos, proteínas e carboidratos.

Criação da biblioteca


Para a identificação microbiana FT-IR, nossa principal preocupação é a precisão dos resultados, que dependem fundamentalmente da qualidade da biblioteca de referência. A biblioteca de espectros de micróbios é diferente da biblioteca geral e, para garantir a confiabilidade dos resultados, é necessário criar uma biblioteca sistemática em condições padronizadas.

Em primeiro lugar, é necessário garantir a reprodutividade dos micróbios. O meio de cultura, as condições de cultura (como tempo, temperatura) e pré-tratamento de amostras têm efeitos no espectro infravermelho, portanto, essas condições exigem procedimentos operacionais padronizados.

Em segundo lugar, a heterogeneidade e variabilidade durante o pré-tratamento da amostra (como o volume da amostra, o grau de secagem da membrana, etc.) e os fatores de medição (como a dispersão de luz causada pelas partículas da amostra, etc.) podem afetar a espectrograma infravermelha. Portanto, é necessário fazer várias medições da mesma amostra para garantir a reprodutividade da espectrograma infravermelha.

Em terceiro lugar, a credibilidade das amostras desconhecidas para a identificação por infravermelho é baseada na credibilidade do espectro de referência. Portanto, as cepas de referência devem ser identificadas usando métodos confiáveis. Caso contrário, informações incorretas na biblioteca podem levar a desvios no resultado final da identificação. A combinação de várias áreas espectrais significativas permite a construção de um banco de dados de cepas bacterianas conhecidas. Para classificar e identificar bactérias desconhecidas, as informações espectrais são comparadas com bancos de dados de referência de bactérias conhecidas, mostrando que os padrões espectrais correspondem a cepas desconhecidas de micróbios. A semelhança dos diferentes espectros microbianos também pode ser descrita graficamente na forma de mapas em forma de árvore.

Comparação geral entre o espectro de cepas desconhecidas e o banco de dados

No mapa em forma de árvore, o espectro de cepas desconhecidas mostra alta semelhança com o espectro de falsos monocitos. Para a identificação, o espectro de bactérias desconhecidas pode ser comparado com a biblioteca existente e a semelhança pode ser mostrada em valores de sucesso. Ambas as espécies de falsos monocitos tiveram valores de impacto mais baixos, confirmando que a cepa desconhecida era falsa. Os valores de impacto de falsos monocitos fluorescentes estão abaixo do limiar do grupo. Isso sugere que a cepa desconhecida pertence ao gênero de falsos monocitos fluorescentes. Para uma maior identificação a nível de cepa, cepas desconhecidas de Pseudomonas devem ser comparadas com uma base de dados de referência (sub-biblioteca) que contém apenas o espectro das cepas de Pseudomonas.

Casos de aplicação

◆ Detecção de bactérias contaminantes farmacêuticos: pode identificar rapidamente seis tipos de bactérias controladas como Escherichia coli e Staphylococcus aureus, o tempo de detecção é reduzido para 3 horas. ‌

Estudo de microbiologia oral: classificação de 50 cepas bucais, a área de pico de absorção característica é de 3000-2800cm-1, 1500-1400cm-1, 1200-900cm-1, os resultados de agrupamento são altamente consistentes com a cepa padrão. ‌

Resumo:

O FTIR fornece uma ferramenta rápida, de alto fluxo, não destrutiva (sem danificar ou alterar amostras), ambientalmente amigável, econômica e econômica de tempo para a tipificação de cepas microbianas, tornando-a ideal para uma variedade de aplicações em microbiologia alimentar, epidemiologia e diagnóstico clínico.