Identification Analysis of Lactobacillus Species/Strains Using IRXross

Význam tématu

Identifikace bakterií v klinické medicíně a potravinářské či farmaceutické výrobě je klíčová pro zajištění kvality a bezpečnosti. Tradiční metody jako PCR či PFGE jsou časově náročné a vyžadují komplikovanou přípravu vzorků. Fourierova transformní infračervená spektroskopie (FTIR) nabízí rychlý a snadný přístup k analýze bakteriálních vzorků na základě spektrálních otisků biomolekul.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo ověřit schopnost FTIR spektrometru IRXross spolu s difúzním reflektančním příslušenstvím rozlišovat druhy a kmeny laktobacilů. Studie zahrnovala sedm typových kmenů kultivovaných za shodných podmínek a jejich spektrální analýzu pomocí principál­ních komponent (PCA) a shlukové analýzy.

Použitá metodika

Vzorky sedmi kmenů laktobacilů byly kultivovány v MRS médiu při 30 °C po dobu 24 hodin. Po centrifugaci byly buňky dispergovány ve vodě a etanolu, mechanicky rozrušeny zirconovými kuličkami a vysušeny na microfocus plate. FTIR měření probíhalo při rozlišení 4 cm-1, 20 akumulacích a apodizační funkci SqrTriangle s kontinuálním purgem dusíkem. Získaná spektra se přenesla do softwaru LabSolutions IR, exportovala se do TXT formátu, převedla v Excelu a následně zpracovala v Aspen Unscrambler™: druhá derivace (Savitzky–Golay, 31 bodů, polynom řádu 2), normalizace na jednotkový vektor a centrální středění v oblasti 1300–800 cm-1.

Použitá instrumentace

• FTIR spektrometr IRXross™ / IRTracer™-100
• Difúzní reflektanční měřicí příslušenství (speciální příslušenství)
• Detektor DLATGS
• Microfocus plate (64 jamky)
• Zařízení pro mechanické rozrušení buněk se zirconovými kuličkami
• Softwarové nástroje LabSolutions™ IR a Aspen Unscrambler™

Hlavní výsledky a diskuse

Přímé porovnání získaných FTIR spekter laktobacilů ukázalo velmi podobné tvarové profilace, což znemožnilo vizuální odlišení kmenů. Aplikace druhé derivace spekter a multivariační analýzy však umožnila rozdělení do shluků odpovídajících druhům a poddruhům: L. rhamnosus se odlišil od ostatních, v rámci L. paracasei se rozlišily oba poddruhy a dále byly zřetelně vymezeny L. zeae, L. chiayiensis a L. casei. Výsledná taxonomická struktura odpovídala publikované literatuře.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlost: cca 30 sekund na vzorek díky difúzní reflektanci a purgu dusíkem
• Jednoduchost: minimální příprava vzorku bez nutnosti značných biochemických postupů
• Flexibilita: vhodné pro široké spektrum bakteriálních a dalších vzorků
• Vysoká propustnost: možnost paralelního měření na microfocus plate

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj FTIR analýz v kombinaci s pokročilými algoritmy strojového učení pro automatickou klasifikaci bakteriálních kmenů. Miniaturizace měřicích celků a integrace do integrovaných systémů pro online monitorování kvality ve výrobě dále zvýší přidanou hodnotu metody.

Závěr

FTIR spektroskopie pomocí IRXross a difúzního reflektančního příslušenství prokázala schopnost rychlé a spolehlivé identifikace laktobacilů na úrovni druhu i poddruhu. Metoda nabízí významné zrychlení a zjednodušení laboratorních postupů, což ji předurčuje k širokému využití v aplikované mikrobiologii a průmyslové kontrole kvality.

Reference

1) Lasch P., Naumann D. Infrared Spectroscopy in Microbiology. Encyclopedia of Analytical Chemistry, 3:1-32, 2015.
2) Liu D.D., Gu C.T. Proposal to reclassify Lactobacillus zhaodongensis, Lactobacillus zeae, Lactobacillus argentoratensis and Lactobacillus buchneri subsp. silagei as Lacticaseibacillus zhaodongensis comb. nov., Lacticaseibacillus zeae comb. nov., Lactiplantibacillus argentoratensis comb. nov. and Lentilactobacillus buchneri subsp. silagei comb. nov., respectively and Apilactobacillus kosoi as a later heterotypic synonym of Apilactobacillus micheneri. Int J Syst Evol Microbiol, 70:6414-6417, 2020.