[go: up one dir, main page]

RU2842396C1 - Method for determining haemolytic activity of staphylococcus epidermidis - Google Patents

Method for determining haemolytic activity of staphylococcus epidermidis Download PDF

Info

Publication number
RU2842396C1
RU2842396C1 RU2024112113A RU2024112113A RU2842396C1 RU 2842396 C1 RU2842396 C1 RU 2842396C1 RU 2024112113 A RU2024112113 A RU 2024112113A RU 2024112113 A RU2024112113 A RU 2024112113A RU 2842396 C1 RU2842396 C1 RU 2842396C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spectra
staphylococcus epidermidis
raman
hemolytic activity
polynomial
Prior art date
Application number
RU2024112113A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ирина Владимировна Бажутова
Карим Аскерович Каюмов
Артем Викторович Лямин
Олег Олегович Фролов
Елена Владимировна Тимченко
Павел Евгеньевич Тимченко
Лариса Теодоровна Волова
Алена Васильевна Зотова
Original Assignee
Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет), Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации filed Critical Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет)
Application granted granted Critical
Publication of RU2842396C1 publication Critical patent/RU2842396C1/en

Links

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: invention relates to biotechnology, specifically to a method of determining haemolytic activity of strains Staphylococcus epidermidis. Method involves recording spectra by Raman scattering spectroscopy using an optical probe, which is placed above the analysed Staphylococcus epidermidis strain at distance of 7 mm, wherein laser power at exposure of 60 s is 350 mW, normalization of spectra by Extended multiplicative signal correction method, smoothing using Maximum Like Lihood Estimation Savitzky-Golayfilter with parameter σ=4, use of modified method of subtracting fluorescent component by polynomial approximation Improved Modified Multi-Polynomial Fitting with degree of polynomial 11 to eliminate contribution of autofluorescence in Raman spectrum, analysis of Raman spectra in range from 450 to 2000 cm-1, examining the presence of haemolytic activity in the analysed strain according to the most pronounced spectral differences observed on line 1647 cm-1 according to the results of the following LD-1 discriminant analysis.
EFFECT: invention provides improved determination of haemolytic activity of Staphylococcus epidermidis strains by analysing Raman spectra.
1 cl

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Изобретение относится к микробиологии и может быть использовано для определения гемолитической активности штаммов Staphylococcus epidermidis методом спектроскопии комбинационного рассеяния.The invention relates to microbiology and can be used to determine the hemolytic activity of Staphylococcus epidermidis strains using Raman spectroscopy.

Уровень техникиState of the art

Известен способ определения гемолитической активности бактериальных штаммов культуральным методом: в мясопептонный агар добавляют 5% дефибринированной крови. Чашку Петри засеивают штаммом испытуемого микроорганизма. Чашки инкубируют при 37°С в течении 20-24 часов. В случае отсутствия изменения цвета среды вокруг колонии говорят об отсутствии гемолиза. В случае образования вокруг колоний зон обесцвеченной среды говорят о наличии бета-гемолиза. Альфа-гемолиз характеризуется частичной гемолитической активностью и образованием зеленоватого или зеленовато-коричневого ореола вокруг колоний. [Руководство по медицинской микробиологии. Общая и санитарная микробиология. Книга1 / Колл. Авторов // Под редакцией Лабинской А.С, Волиной E.Г. - М.: Издательский дом БИНОМ, 2020. - 1080 с: ил.]A method for determining the hemolytic activity of bacterial strains using the culture method is known: 5% defibrinated blood is added to meat-peptone agar. The Petri dish is inoculated with the strain of the test microorganism. The dishes are incubated at 37 ° C for 20-24 hours. If there is no change in the color of the medium around the colony, this indicates the absence of hemolysis. If zones of discolored medium form around the colonies, this indicates the presence of beta-hemolysis. Alpha-hemolysis is characterized by partial hemolytic activity and the formation of a greenish or greenish-brown halo around the colonies. [Handbook of Medical Microbiology. General and Sanitary Microbiology. Book 1 / Coll. Authors // Edited by Labinskaya A.S., Volina E.G. - M .: BINOM Publishing House, 2020. - 1080 p: ill.]

Недостатками данного способа являются субъективная оценка полученных результатов, временные затраты на культивирование штаммов и отсутствие стандартизированных протоколов оценки.The disadvantages of this method are the subjective evaluation of the results obtained, the time required to cultivate the strains, and the lack of standardized evaluation protocols.

Известен способ определения гемолитической активности Staphylococcus aureus по выявлению генов, ответственных за продукцию токсинов, обладающих способностью к гемолизу, методом полимеразной цепной реакции. Производится анализ генома исследуемых штаммов на наличие генов hla и hlb, ответственных за продукцию α-токсина и β-токсина соответственно. В случае выявления в ПЦР с праймерами на ген hla ампликонов с ожидаемым размером 704 п.н., исследуемый штамм считается способным к продукции α-токсина. В случае выявления в ПЦР с праймерами на ген hlb ампликонов с ожидаемым размером 496 п.н., исследуемый штамм считается способным к продукции β-токсина. [Абаев И.В., Скрябин Ю.П., Коробова О.В., Полосенко О.В., Шепелин А.П. СРАВНЕНИЕ ГЕМОЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ И ГЕНОВ ГЕМОЛИТИЧЕСКИХ ТОКСИНОВ КЛИНИЧЕСКИХ ШТАММОВ STAPHYLOCOCCUS AUREUS, ИЗОЛИРОВАННЫХ НА ТЕРРИТОРИИ РФ // Клиническая лабораторная диагностика. 2019. №5.]A method for determining the hemolytic activity of Staphylococcus aureus by identifying the genes responsible for the production of toxins with the ability to hemolyze is known using the polymerase chain reaction method. The genome of the studied strains is analyzed for the presence of the hla and hlb genes, responsible for the production of α-toxin and β-toxin, respectively. If amplicons with the expected size of 704 bp are detected in PCR with primers for the hla gene, the studied strain is considered capable of producing α-toxin. If amplicons with the expected size of 496 bp are detected in PCR with primers for the hlb gene, the studied strain is considered capable of producing β-toxin. [Abaev I.V., Skryabin Yu.P., Korobova O.V., Polosenko O.V., Shepelin A.P. COMPARISON OF HEMOLYTIC ACTIVITY AND HEMOLYTIC TOXIN GENES OF CLINICAL STRAINS OF STAPHYLOCOCCUS AUREUS ISOLATED IN THE TERRITORY OF THE RUSSIAN FEDERATION // Clinical laboratory diagnostics. 2019. No. 5.]

Недостатками способа является невозможность определение наличия генов гемолизина у штаммов Staphylococcus epidermidis.The disadvantages of the method are the impossibility of determining the presence of hemolysin genes in Staphylococcus epidermidis strains.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей изобретения является улучшение определения гемолитической активности штаммов Staphylococcus epidermidis с помощью анализа спектров комбинационного рассеяния.The objective of the invention is to improve the determination of the hemolytic activity of Staphylococcus epidermidis strains using Raman spectra analysis.

Это достигается тем, что в отличие от известных способов, исследование гемолитической активности проводится методом спектроскопии комбинационного рассеяния: регистрируются спектры комбинационного рассеяния с помощью оптического зонда, который располагался над объектом на расстоянии 7 мм. Мощность лазера при экспозиции в 60 секунд составляет 350 MW. Нормализация спектров проводится методом Extended multiplicative signal correction. Сглаживание осуществляется с использованием Maximum Like Lihood Estimation Savitzky-Golayfilter с параметром σ=4. Для исключения вклада автофлуоресценции в спектре комбинационного рассеяния использовался модифицированный метод вычитания флуоресцентной составляющей полиномиальной аппроксимацией Improved Modified Multi-Polynomial Fitting со степенью полинома 11. Анализ спектров комбинационного рассеяния проводился в диапазоне от 450 до 2000 см-1. Судить о наличии гемолитической активности у исследуемого штамма можно по наиболее выраженным спектральным различиям, проявляющимся на линии 1647 см-1 (Amide I vibration (collagen-likeproteins)). С последующим дискриминантным анализом по LD-1. При этом положительные значения LD-1 (от 0 до 10) характеризуют спектры Staphylococcus epidermidis с гемолитической активностью, а отрицательные значения (от -10 до 0) характеризуют Staphylococcus epidermidis без гемолитической активности. Дискриминантная функция LD-1 описывает дисперсию на 100%.This is achieved by the fact that, unlike the known methods, the hemolytic activity is studied using Raman spectroscopy: Raman spectra are recorded using an optical probe located 7 mm above the object. The laser power during 60-second exposure is 350 MW. The spectra are normalized using the Extended multiplicative signal correction method. Smoothing is performed using the Maximum Like Lihood Estimation Savitzky-Golayfilter with the parameter σ=4. To eliminate the contribution of autofluorescence in the Raman spectrum, a modified method of subtracting the fluorescence component by polynomial approximation Improved Modified Multi-Polynomial Fitting with a polynomial degree of 11 was used. The Raman spectra were analyzed in the range from 450 to 2000 cm -1 . The presence of hemolytic activity in the studied strain can be judged by the most pronounced spectral differences, which appear on the line 1647 cm -1 (Amide I vibration (collagen-like proteins)). With subsequent discriminant analysis by LD-1. In this case, positive LD-1 values (from 0 to 10) characterize the spectra of Staphylococcus epidermidis with hemolytic activity, and negative values (from -10 to 0) characterize Staphylococcus epidermidis without hemolytic activity. The discriminant function LD-1 describes the dispersion by 100%.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Сущность предложенного метода заключается в следующем: проводится исследование гемолитической активности штаммов Staphylococcus epidermidis спектроскопией комбинационного рассеяния (Рамановская спектроскопия) с использованием комплекса аппаратного обеспечения: диодный лазер LML-785.0RB-04 (PDLD Inc., США), оптический модуль PBL-785 (InPhotonics, США), спектрометр SharmrockS R-303i (AndorTechnologyLtd., Великобритания), цифровая охлаждаемая камера ANDOR DV-420A-OE (AndorTechnologyLtd., Великобритания) и персональный компьютер. Диодный лазер фокусирует излучение на объекте на расстоянии 7 мм от выходного окна и собирает рассеянное назад излучение, которое затем направляется по оптоволокну в спектрометр. Регистрация спектров осуществляется в интервале волновых чисел от 450 до 2000 см-1. Обработка спектров проводится в программном пакете WolframMathematica 10 (WolframResearch, США).Судить о наличии гемолитической активности у исследуемого штамма можно по наиболее выраженным спектральным различиям, проявляющимся на линии 1647 см-1(Amide I vibration(collagen-likeproteins)).B последующем проводится дискриминантный анализ по LD-1. При этом положительные значения LD-1 (от 0 до 10) характеризуют спектры эпидермального стафилококка с гемолитической активностью, а отрицательные значения (от -10 до 0) характеризуют спектры эпидермальных стафилококков без гемолитической активности. Дискриминантная функция LD-1 описывает дисперсию на 100%.The essence of the proposed method is as follows: the hemolytic activity of Staphylococcus epidermidis strains is studied by Raman spectroscopy using a set of hardware: diode laser LML-785.0RB-04 (PDLD Inc., USA), optical module PBL-785 (InPhotonics, USA), spectrometer SharmrockS R-303i (Andor Technology Ltd., UK), digital cooled camera ANDOR DV-420A-OE (Andor Technology Ltd., UK) and a personal computer. The diode laser focuses the radiation on the object at a distance of 7 mm from the output window and collects the backscattered radiation, which is then directed through the optical fiber to the spectrometer. Registration of spectra is carried out in the range of wave numbers from 450 to 2000 cm -1 . The spectra are processed in the WolframMathematica 10 software package (Wolfram Research, USA). The presence of hemolytic activity in the strain under study can be judged by the most pronounced spectral differences that appear on the 1647 cm -1 line (Amide I vibration (collagen-like proteins)). Subsequently, discriminant analysis is performed by LD-1. In this case, positive LD-1 values (from 0 to 10) characterize the spectra of epidermal staphylococci with hemolytic activity, and negative values (from -10 to 0) characterize the spectra of epidermal staphylococci without hemolytic activity. The discriminant function LD-1 describes the dispersion by 100%.

Предлагаемый способ может быть использован в микробиологии для определения гемолитической активности штаммов Staphylococcus epidermidis.The proposed method can be used in microbiology to determine the hemolytic activity of Staphylococcus epidermidis strains.

Claims (1)

Способ определения гемолитической активности штаммов Staphylococcus epidermidis, отличающийся тем, что методом спектроскопии комбинационного рассеяния регистрируют спектры с помощью оптического зонда, который располагают над исследуемым штаммом Staphylococcus epidermidis на расстоянии 7 мм, при этом мощность лазера при экспозиции 60 с составляет 350 мВт, нормализацию спектров проводят методом Extended multiplicative signal correction, сглаживание осуществляют с использованием Maximum Like Lihood Estimation Savitzky-Golayfilter с параметром σ=4, для исключения вклада автофлуоресценции в спектре комбинационного рассеяния используют модифицированный метод вычитания флуоресцентной составляющей полиномиальной аппроксимацией Improved Modified Multi-Polynomial Fitting со степенью полинома 11, анализ спектров комбинационного рассеяния проводят в диапазоне от 450 до 2000 см-1, наличие гемолитической активности у исследуемого штамма проводят по наиболее выраженным спектральным различиям, проявляющимся на линии 1647 см-1 по результатам последующего дискриминантного анализа по LD-1; при этом значения LD-1 от 0 до 10 характеризуют спектры Staphylococcus epidermidis с гемолитической активностью, а отрицательные значения менее 0 и до -10 характеризуют спектры Staphylococcus epidermidis без гемолитической активности.A method for determining the hemolytic activity of Staphylococcus epidermidis strains, characterized in that the Raman spectroscopy method records the spectra using an optical probe, which is positioned above the Staphylococcus epidermidis strain under study at a distance of 7 mm, while the laser power during an exposure of 60 s is 350 mW, the spectra are normalized using the Extended multiplicative signal correction method, smoothing is performed using the Maximum Like Lihood Estimation Savitzky-Golayfilter with the parameter σ = 4, a modified method of subtracting the fluorescence component by polynomial approximation Improved Modified Multi-Polynomial Fitting with a polynomial degree of 11 is used to eliminate the contribution of autofluorescence in the Raman spectrum, the Raman spectra are analyzed in the range from 450 to 2000 cm -1 , the presence of hemolytic activity in the strain under study is determined by the most pronounced spectral differences that appear on the 1647 cm -1 line based on the results of subsequent discriminant analysis by LD-1; in this case, LD-1 values from 0 to 10 characterize the spectra of Staphylococcus epidermidis with hemolytic activity, and negative values less than 0 and up to -10 characterize the spectra of Staphylococcus epidermidis without hemolytic activity.
RU2024112113A 2024-05-02 Method for determining haemolytic activity of staphylococcus epidermidis RU2842396C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2842396C1 true RU2842396C1 (en) 2025-06-25

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004045639A1 (en) * 2002-11-20 2004-06-03 Laboratorios Hipra, S.A. Live attenuated vaccine against porcine pleuropneumonia
RU2238316C2 (en) * 2002-11-26 2004-10-20 ВНИИ ветеринарной вирусологии и микробиологии Method for determination of hemolytic activity and its type in bacillus anthracis
RU2671099C1 (en) * 2017-08-01 2018-10-29 Федеральное казенное учреждение здравоохранения "Ростовский-на-Дону ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский противочумный институт" Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека Recombinant plasmid expressing cloned gene of vibrio cholerae hemolysin and escherichia coli - vibrio cholerae pro-hemolysin superproducent

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004045639A1 (en) * 2002-11-20 2004-06-03 Laboratorios Hipra, S.A. Live attenuated vaccine against porcine pleuropneumonia
RU2238316C2 (en) * 2002-11-26 2004-10-20 ВНИИ ветеринарной вирусологии и микробиологии Method for determination of hemolytic activity and its type in bacillus anthracis
RU2671099C1 (en) * 2017-08-01 2018-10-29 Федеральное казенное учреждение здравоохранения "Ростовский-на-Дону ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский противочумный институт" Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека Recombinant plasmid expressing cloned gene of vibrio cholerae hemolysin and escherichia coli - vibrio cholerae pro-hemolysin superproducent

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ТИМЧЕНКО Е.В. и др. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕЧЕНИЯ СТАФИЛОКОККОВОЙ ИНФЕКЦИИ В НЁБНЫХ МИНДАЛИНАХ МЕТОДОМ СПЕКТРОСКОПИИ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ, Вестник медицинского института "РЕАВИЗ", 2019, стр. 109-114. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2174116B1 (en) Method for typing an individual strain of micro-organism species
Elmi et al. Application of FT-IR spectroscopy on breast cancer serum analysis
Giana et al. Rapid identification of bacterial species by fluorescence spectroscopy and classification through principal components analysis
Beier et al. Method for automated background subtraction from Raman spectra containing known contaminants
Jarvis et al. Characterisation and identification of bacteria using SERS
Leblanc et al. Monitoring the identity of bacteria using their intrinsic fluorescence
US6379920B1 (en) Spectroscopic diagnostics for bacteria in biologic sample
EP1623212A1 (en) Automated characterization and classification of microorganisms
CN111742055B (en) Methods for identifying microorganisms using spectroscopy
Takamura et al. Spectral mining for discriminating blood origins in the presence of substrate interference via attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy: postmortem or antemortem blood?
Truong et al. Monitoring the bacterial response to antibiotic and time growth using near-infrared spectroscopy combined with machine learning
Rathnayake et al. Machine learning enabled multiplex detection of periodontal pathogens by surface-enhanced Raman spectroscopy
US20070264680A1 (en) Method and Test-Kit for the Detection and Quantification of Organisms
RU2842396C1 (en) Method for determining haemolytic activity of staphylococcus epidermidis
CN106645079B (en) A kind of human body blood group discrimination method based on red blood cell optical tweezer Raman spectroscopy
AYu et al. Identification of microorganisms by Fourier-transform infrared spectroscopy
Kuchmenko et al. Estimation of the state of biological samples by the composition of the headspace using a multisensor system
JP3234273B2 (en) Method for continuous spectroscopic measurement of acidity in fermented milk and fermentation tank with near-infrared absorption spectrum detection terminal used for the method
Nakakimura et al. Extracellular metabolites play a dominant role in near-infrared spectroscopic quantification of bacteria at food-safety level concentrations
CN117054389A (en) A method for rapid identification of Helicobacter pylori infection in the stomach
CN112725483B (en) Specific primers, kits, applications and multiplex PCR detection methods for simultaneous detection of three Aeromonas species
RU2837281C1 (en) Method of differentiating streptococcus pneumoniae, streptococcus mitis and streptococcus oralis
Γιαβρούτα Μicrobial recovery after exposure to chlorhexidine
RU2849401C2 (en) Method for rapid determination of resistance of microorganisms to antibiotics
Wieland et al. Toward a noninvasive, label-free screening method for determining spore inoculum quality of Penicillium chrysogenum using Raman spectroscopy