بهره‌گیری از طیف‌سنجی فروشکست القایی لیزری برای بررسی فازهای مختلف رشد باکتری اشرشیا کلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران

2 دانشیار دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران

3 استادیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

4 استادیار، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران

چکیده

به دلیل محدودیت‌ روش‌های شناسایی مرسوم زیست‌شناسی، روش‌های مبتنی بر طیف‌سنجی فروشکست القایی لیزری در مشخصه‌یابی جنس، گونه و سویه باکتری‌های مختلف در فاز ایستای رشد استفاده‌شده است. با توجه به اهمیت روزافزون مسائل مبتلابه بیولوژیک، مشخصه‌یابی، شناسایی و طبقه‌بندی نمونه‌های باکتری موردتوجه پژوهشگران در حوزه نظامی، صنعتی و پزشکی قرارگرفته است. در این مقاله، باهدف پایش تغییرات ساختار عنصری باکتری در فرآیند رشد، عناصر تشکیل‌دهنده دو فاز رشد نمایی و ایستای باکتری اشرشیا کلی بر اساس این روش طیف‌سنجی بررسی و مقایسه شد. در این آزمایش از لیزر Nd:YAG باانرژی پالس mJ 100، طیف‌سنج و آشکارساز CCD استفاده شد. ‌سویه صنعتی باکتری گرم منفی BL21 Escherichia coli انتخاب شد. باکتری در سه زمان مختلف در طی فرآیند رشد در محیط کشت، به ترتیب در چگالی اپتیکی 4/0 و 8/0 (فاز رشد نمایی) و چگالی اپتیکی2/1 (فاز رشد ایستا) انتخاب و بعد از فریزدرای، تحت‌فشار به شکل قرص درآمد. با در نظر گرفتن ساختار شیمیایی باکتری اشرشیا کلی عناصر فسفر، کربن، کلسیم، سدیم، منیزیم، پتاسیم، اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن در طیف نمونه‌ها موردتوجه قرار گرفت. یافته‌ها نشان داد، باکتری اشرشیا کلی در فرآیند رشد، الگوهای متفاوتی از ترکیب عنصری قابل‌تشخیص در ساختار خود دارد. پیش‌بینی می‌شود با توجه به تغییر ترکیب عناصر ساختاری باکتری در فازهای رشد، استفاده از این روش طیف‌سنجی نیز برای شناسایی باکتری،‌ وابسته به فاز رشد خواهد بود. نتایج این مطالعه نشان داد، این روش، می‌تواند نقش مؤثری در تکامل روش‌های پلی فازی تعیین هویت باکتری‌ها، تعیین ترکیب محیط کشت و همچنین بهینه‌سازی و ارزیابی شرایط تولید محصول در این سویه صنعتی داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

مراجع

  1. Gottfried, J. L.; Delucla F. C.; Chase, A.; Munson, A.; Miziolek, W. “Standoff Detection of Chemical and Biological Threats Using Laser-Induced Breakdown Spectroscopy”; Appl. Spectrosc. 2008, 62, 353-363.##
  2. Dudrange, L.; Adam, L. D.; Amouroux, J. “Time-Resolved Laser-Induced Breakdown Spectroscopy: Application for Fluorine, Chlorine, Sulfur, and Carbon in Air”; Appl. Spectrosc. 1998, 52, 1321–1327.##
  3. Morel, S.; Leone N.; Adam P.; Amouroux, J. “Detection of Bacteria by Time-Resolved Laser-Induced Breakdown Spectroscopy”; Appl. Opt. 2003, 42, 6184-6191.##
  4. Mohaidat, Q. I. “Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS): An Innovative Tool for Studying Bacteria” PhD. Diss. Detroit, Michigan, Wayne State Univ, 2011.##
  5. Farooq, W. A.; Atif, M.; Tawfik, W.; Alsalhi, M. S.; Alahmed, Z. A.; Sarfraz M. “Study of Bacterial Samples Using Laser-Induced Breakdown Spectroscopy”; Plasma Sci. Technol. 2014, 16, 1141-1146.##
  6. Kim, T.; Specht, Z. G.; Vary, P. S.; Lin, C. T. “Spectral Fingerprints of Bacterial Strains by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy”; J. Phys. Chem. B 2004, 17, 5477-5482.##
  7. Rehse, S. J.; Diedrich, J.; Palchaudhuri, S. “Identification and Discrimination of Pseudomonas Aeruginosa Bacteria Grown in Blood and Bile by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy”; Spectrochim. Acta Part B 2007, 62, 1169-1176.##
  8. Mohaidat, Q. I.; Sheikh, K.; Palchaudhuri, S. ; Rehse, S. J. “Pathogen Identification with Laser-Induced Breakdown Spectroscopy: The Effect of Bacterial and Biofluid Specimen Contamination”; Appl. Opt. 2012, 51, 99-107.##
  9. Diedrich, J.; Rehse, S. J. ; Palchaudhuri S. “Escherichia Coli Identification and Strain Discrimination Using Nanosecond Laser-Induced Breakdown Spectroscopy”; Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 163901-3.##
  10. Sivakumar, V.; Sujatha, N. U.; Nilesh, J. V.; Srikanth, P.; Arumugam, I. “Bacterial Strain Discrimination Using a Low-Cost Laser-Induced Breakdown Spectroscopy Technique under Optimized Growth Conditions”; Proceedings SPIE Photonics Euroope, Clinical Biophotonics 2020, 11362.##
  11. Rehse, S. J.; Mohaidat, Q. I.; Palchaudhuri, S. “Towards the Clinical Application of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy for Rapid Pathogen Diagnosis: The Effect of Mixed Cultures and Sample Dilution on Bacterial Identification”; Appl. Phys. 2010, 49, 27-35.##
  12. Dixon, P. B.; Hahn, D. W. “Feasibility of Detection and Identification of Individual Bioaerosols Using Laser-Induced Breakdown Spectroscopy”; Analitical Chemistry 2005, 77, 631-638.##
  13. Multari, R.; Cremers, D. A.; Dupre, J. M. Gustafson, J. E. “The Use of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy for Distinguishing Between Bacterial Pathogen Species and Strains”; Appl. Spectrosc. 2010, 64, 750-759.##
  14. Malenfant, D. J.; Gillies, D. J.; Rehse, S. J. “Bacterial Suspensions Deposited on Microbiological Filter Material for Rapid Laser-Induced Breakdown Spectroscopy Identification”; Appl. Spectrosc. 2016, 70, 485-493.##
  15. Gottfried, J. L.; De Lucia, Jr. F. C.; Munson, C. A.; Miziolek A. W. “Double-Pulse Standoff Laser-Induced Breakdown Spectroscopy for Versatile Hazardous Materials Detection”; Spectrochim Acta Part B 2007, 62, 1405-1411.##
  16. Mohaidat, Q.; Palchaudhuri, S.; Rehse, S. J. “The Effect of Bacterial Environmental and Metabolic Stresses on a LIBS-Based Identification of Escherichia coli and Streptococcus Viridans”; Appl. Spectrosc. 2011, 65, 386-392.##
  17. Sing, V. K.; Sharma, J.; Phathak, A. K,; Ghany, C. T.; Gondal, M. A. “Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS): A Novel Technology for Identifying Microbes Causing Infectious Diseases”; Biophysical Reviews 2018, 10, 1221-1239.##
  18. Shakouri moghaddam, A.; Shorsheyni, S. Z.; Shirvani mahdavi, H. R.; Khodabakhshi, Z. “Identification and Discrimination Bacterias of Gram Positive and Negative using Laser-Induced Break Down Spectroscopy (LIBS)”; 24th ICOP, 2018, 901-904 (In Persian).##
  19. Rehse, S. J. “A Review of the Use of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy for Bacterial Classification, Quantification, and Identification”; Spectrochim Acta Part B. 2019, 154, 50-69.
  20. NIST.gov.##
  21. Paulick, A. E. “Development of Laser Induced Breakdown Spectroscopy as Rapid Diagnostic Tool for Bacterial Infection” PhD. Diss., Windsor Univ 2018.##

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 10 آبان 1400
  • تاریخ بازنگری: 23 آذر 1400
  • تاریخ پذیرش: 01 دی 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار