Dyfrakcja laserowa: innowacyjna metoda identyfikacji mikroorganizmów

• Strona główna
• Artykuły
• Dyfrakcja laserowa: innowacyjna metoda identyfikacji mikroorganizmów

2018-04-20

Szybkość i precyzja podczas detekcji oraz identyfikacji mikroorganizmów są największymi wyzwaniami stojącymi przed współczesną mikrobiologią, a także wieloma gałęziami przemysłu, m.in. sektorem kosmetycznym. Metoda dyfrakcji laserowej może okazać się rozwiązaniem problemów mikrobiologii, na które to rozwiązanie od dawna czeka rynek kosmetyków. Na czym polega system mogący zrewolucjonizować proces badawczy w laboratoriach?

Pozwala on na uzyskanie „odcisku palca” badanych drobnoustrojów w postaci wzorców uzyskanych dzięki dyfrakcji światła na ich koloniach.

Istotą metody jest wykorzystanie specyficznego oddziaływania promieniowania laserowego z makroskopowymi obiektami biologicznymi, jakimi są kolonie mikroorganizmów. Potem powinno nastąpić wykorzystanie tej informacji do ich identyfikacji. Jest to możliwe, ponieważ cechy genotypowe komórek różnych gatunków, np. bakterii, zawarte w materiale genetycznym, przekładają się nie tylko na ich indywidualne cechy fenotypowe (budowę, kształt, metabolizm), ale także na formowane przez nie makroskopowe struktury biologiczne, jakimi są kolonie bakterii. Co więcej, przeprowadzone badania wykazały, że kolonie różnych gatunków bakterii mają nie tylko unikalne i jedynie sobie przypisane cechy morfologiczne (kształt, profil), ale także właściwości optyczne (współczynnik transmisji, współczynnik załamania światła). W wyniku specyficznego oddziaływania monochromatycznego promieniowania laserowego z koloniami mikroorganizmów, generują one charakterystyczne tylko dla swojego gatunku wzorce optyczne w postaci rozkładu przestrzennego natężenia światła ugiętego, tzw. widm dyfrakcyjnych Fresnela.

Pomimo tego, że wzorce optyczne kolonii drobnoustrojów zmieniają się w zależności od stadium rozwoju oraz warunków inkubacji i nie zawsze wyglądają tak samo, to nadal stanowią źródło nieocenionych informacji pozwalających na identyfikację badanych drobnoustrojów.

Skuteczność identyfikacji drobnoustrojów metodą dyfrakcji laserowej jest bliska 98%, czyli pozwala na uzyskanie efektywności zbliżonej do analizy genetycznej. Co więcej, ta metoda ma nieniszczący oraz bezkontaktowy charakter pomiaru oraz umożliwia identyfikację mikroorganizmów przy użyciu ogólnego podłoża agarowego. Nie wymaga wykorzystania dodatkowych odczynników chemicznych, znaczników fluorescencyjnych lub też immunologicznych. Może zostać wykorzystana przez laboratoria do analizy mikrobiologicznej i całkowicie wyeliminować konieczność użycia klasycznych metod.

Pracę nad wynalezieniem techniki dyfrakcji laserowej trwały ponad 10 lat. Zaczęły się na Wydziale Podstawowych Problemów Techniki Politechniki Wrocławskiej, gdzie dr inż. Igor Buzalewicz, dr inż. Agnieszka Suchwałko oraz prof. Halina Podbielska rozpoczęli badania nad metodą identyfikacji mikroorganizmów.

Od 2015 r. technika jest rozwijana i wdrażana przez wrocławski startup Bioavlee.

Warto wiedzieć, że kontaminacja mikrobiologiczna jest szczególnie newralgicznym punktem w przemyśle kosmetycznym.

Zanieczyszczenie produktów kosmetycznych może stać się nie tylko przyczyną strat wizerunkowych, a w konsekwencji ekonomicznych, ale także doprowadzić do negatywnego wpływu na zdrowie konsumenta. Wśród najczęściej pojawiających się infekcji wyróżniają się te spowodowane przez Pseudomonas aeruginosa, czyli bakterię odpowiadającą za zakażenia oka. Może zostać ona przeniesiona szczoteczką np. z zanieczyszczonego tuszu do rzęs.

Skażenie mikrobiologiczne (zanieczyszczenie pierwotne) może nastąpić w czasie produkcji kosmetyków, lub też może wynikać z nieodpowiedniego stosowania produktów kosmetycznych (zanieczyszczenie wtórne). Podstawowym działaniem zapobiegającym skażeniu pierwotnemu jest eliminacja potencjalnego zagrożenia na etapie produkcji. W tym przypadku nieoceniona jest właśnie metoda identyfikacji mikroorganizmów z wykorzystaniem dyfrakcji laserowej.

Bioavlee pracuje nad trzema urządzeniami mającymi zoptymalizować przebieg procesu identyfikacji drobnoustrojów: Quantica 500 to licznik kolonii umożliwiający automatyczne zliczanie nawet zlanych grup mikroorganizmów. Avlee 650 jest urządzeniem do wykrywania drobnoustrojów, które działa w oparciu o system składający się z algorytmów klasyfikacji, referencyjnej bazy zdjęć, sterowania przetwarzaniem obrazu czy atlasów w chmurze i rozbudowanej infrastruktury IT do analityki. Z kolei dzięki urządzeniu InoMate 100k możliwy jest automatyczny posiew redukcyjny, gwarantujący laborantowi pełną kontrolę nad posiewem.

- Wykorzystując technikę dyfrakcji laserowej do identyfikacji mikroorganizmów, branża kosmetyczna jest w stanie z jednej strony znacznie obniżyć koszty badań laboratoryjnych, a z drugiej skrócić ich czas nawet do 20-24 godzin od posiewu do uzyskania dokładnego wyniku. Co również jest istotne, automatyzacja procesów pomiarowych w urządzeniach Bioavlee pozwala zmniejszyć zaangażowanie personelu, a w tym samym ryzyko błędu w wynikach – przekonują przedstawiciele start-upu.

Bioavlee ma już gotowy prototyp Quantica 500 do testów, a pozostałe urządzenia są w fazie testów wewnętrznych, które mają się zakończyć w przyszłym roku.

przemysł kosmetycznylaboratoriumbadania i rozwójBioavlee