Emerging applications of fluorescence spectroscopy in medical microbiology field

There are many diagnostic techniques and methods available for diagnosis of medically important microorganisms like bacteria, viruses, fungi and parasites. But, almost all these techniques and methods have some limitations or inconvenience. Most of these techniques are laborious, time consuming and with chances of false positive or false negative results. It warrants the need of a diagnostic technique which can overcome these limitations and problems. At present, there is emerging trend to use Fluorescence spectroscopy as a diagnostic as well as research tool in many fields of medical sciences. Here, we will critically discuss research studies which propose that Fluorescence spectroscopy may be an excellent diagnostic as well as excellent research tool in medical microbiology field with high sensitivity and specificity

An overview of the evolution of infrared spectroscopy applied to bacterial typing

The sustained emergence of new declared bacterial species makes typing a continuous challenge for microbiologists. Molecular biology techniques have a very significant role in the context of bacterial typing, but they are often very laborious, time consuming and eventually fail when dealing with very closely related species. Spectroscopic-based techniques appear in some situations as a viable alternative to molecular methods with advantages in terms of analysis time and cost. Infrared and mass spectrometry are among the most exploited techniques in this context: particularly, infrared spectroscopy emerged as a very promising method with multiple reported successful applications. This article presents a systematic review on infrared spectroscopy applications for bacterial typing, highlighting fundamental aspects of infrared spectroscopy, a detailed literature review (covering different taxonomic levels and bacterial species), advantages and limitations of the technique over molecular biology methods and a comparison with other competing spectroscopic techniques such as MALDI-TOF MS, Raman and intrinsic fluorescence. Infrared spectroscopy possesses a high potential for bacterial typing at distinct taxonomic levels and worthy of further developments and systematization. The development of databases appears fundamental towards the establishment of infrared spectroscopy as a viable method for bacterial typing.FCT -Fundação para a Ciência e a Tecnologia(PT2020 UID/QUI/50006/2013)info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Mise au point de la spectroscopie de fluorescence pour la taxonomie des Pseudomonads. Application à la caractérisation d'isolats d'ateliers carnés

In the methodological field relating to microorganisms characterization, spectroscopic methods such as the fluorescence spectroscopy appear to be particularly appreciable tools. Their power is strengthened by the use of chemometrics which permit to treat all the spectral information. This work presents the elaboration stages of the method for Pseudomonads characterization, which form one of the most adaptative flora and present the biggest phenotypic and genotypic diversity so far depicted. Through the use of intrinsic fluorophores (NADH, aromatic amino acids + nucleic acids and tryptophan), the analysis of bacterial suspensions directly prepared from colonies permits to obtain more than 90% of good classification for reference strains even when divided in very related taxa. Synchronous fluorescence spectroscopy was successfully developed coupled with acquisition of spectra directly from colonies on agar plates using an optic fiber. The variance analysis has shown an excellent repeatability of the results, but also no significant effects of "the optical fibre position in the colony" nor of the incubation time before reading (between 48 and 72 hours). Sensitivity and selectivity reached 100% for bacterial discrimination at the genus, species or subspecies level. In these conditions, the method appears as a very reliable tool for a taxonomic purpose since our results are in agreement with the generally admitted rRNA and DNA bacterial homology grouping but they also bring out additional information about strain relatedness. In the case of environmental isolates, the method allows good discrimination, even for strains for which ambiguity still remained after PCR and API 20 NE identification. It can also be a powerfull tool to study bacterial traceability.Dans le champ des méthodologies dédiées à la caractérisation des microorganismes, les méthodes spectroscopiques comme la spectroscopie de fluorescence apparaisent des outils particulièrement sensibles. Leur puissance est renforcée par l'utilisation d'outils chimiométriques qui autorisent le traitement de l'ensemble des informations spectrales. Ce mémoire présente les étapes de mise au point de la méthode pour la caractérisation des Pseudomonads qui constituent une des flores les plus adaptatives et présentant la plus grande diversité phénotypique et génotypique décrite à ce jour. Par l'utilisation de fluorophores intrinsèques (NADH, Acides aminés aromatiques + Acides nucléiques ou tryptophane) l'analyse de suspensions bactériennes préparées directement à partir de colonies permet d'obtenir plus de 90% de bonne classification pour des souches de référence même réparties en taxons proches. Cette méthode a permis, également, une identification aisée d'isolats et les résultats obtenus sont apparus cohérents avec ceux issus de PCR tout en apportant des informations complémentaires à ceux obtenus par identification sur galerie API 20 NE. LA méthode a été développée pour une lecture directe des colonies sur un milieu gélosé. Après différentes étapes de cadrage, la meilleure pertinence a été obtenue pour une lecture des colonies en fluorescence synchrone avec un décalage constant de 30 nm. L'analyse de la variance a montré une excellente répétabilité des résultats mais aussi des effets" position de la fibre optique vis à vis de la colonie" et durée d'incubation avant lecture (entre 48 et 72 heures) négligeables. Utilisée à des fins taxonomiques, la méthode s'est révélée très cohérente et complémentaire des méthodes relevant de la génomique. Elle permet d'analyser extrêmement rapidement et sans ajout de réactifs les proximités ou distance entre souches et de décrire les zones spectrales les plus identitaires. Enfin, nous avons aussi montré les potentialités de la spectroscopie de fluorescence pour la mise en place d'un outil de "traçabilité bactérienne" susceptible de répondre aux besoins des producteurs agroalimentaires dans leur démarche d'analyse des risques

Mise au point de la spectroscopie de fluorescence pour la taxonomie des Pseudomonads (Application à la caractérisation d'isolats d'ateliers carnés)

Dans le champ des méthodologies dédiées à la caractérisation des microorganismes, les méthodes spectroscopiques comme la spectroscopie de fluorescence apparaisent des outils particulièrement sensibles. Leur puissance est renforcée par l'utilisation d'outils chimiométriques qui autorisent le traitement de l'ensemble des informations spectrales. Ce mémoire présente les étapes de mise au point de la méthode pour la caractérisation des Pseudomonads qui constituent une des flores les plus adaptatives et présentant la plus grande diversité phénotypique et génotypique décrite à ce jour. Par l'utilisation de fluorophores intrinsèques (NADH, Acides aminés aromatiques + Acides nucléiques ou tryptophane) l'analyse de suspensions bactériennes préparées directement à partir de colonies permet d'obtenir plus de 90% de bonne classification pour des souches de référence même réparties en taxons proches. Cette méthode a permis, également, une identification aisée d'isolats et les résultats obtenus sont apparus cohérents avec ceux issus de PCR tout en apportant des informations complémentaires à ceux obtenus par identification sur galerie API 20 NE. LA méthode a été développée pour une lecture directe des colonies sur un milieu gélosé. Après différentes étapes de cadrage, la meilleure pertinence a été obtenue pour une lecture des colonies en fluorescence synchrone avec un décalage constant de 30 nm. L'analyse de la variance a montré une excellente répétabilité des résultats mais aussi des effets" position de la fibre optique vis à vis de la colonie" et durée d'incubation avant lecture (entre 48 et 72 heures) négligeables. Utilisée à des fins taxonomiques, la méthode s'est révélée très cohérente et complémentaire des méthodes relevant de la génomique. Elle permet d'analyser extrêmement rapidement et sans ajout de réactifs les proximités ou distance entre souches et de décrire les zones spectrales les plus identitaires. Enfin, nous avons aussi montré les potentialités de la spectroscopie de fluorescence pour la mise en place d'un outil de "traçabilité bactérienne" susceptible de répondre aux besoins des producteurs agroalimentaires dans leur démarche d'analyse des risquesCLERMONT FD-BCIU Sci.et Tech. (630142101) / SudocSudocFranceF

Exploiting intrinsinc fluorescence spectroscopy to discriminate Acinetobacter calcoaceticus- Acinetobacter baumannii complex species

Several spectroscopic techniques, as infrared, Raman, fluorescence and/or mass spectrometry, have been tested in the context of bacterial typing being the degree of success highly dependent of the taxonomic level. Instrinsic fluorescence spectroscopy, due to the natural bacterial fluorophores, have been claimed to be a reliable alternative to the standard typing methods with some published works reporting its success. In this work we evaluate the ability of this technique to discriminate four closely related species belonging to the so-called Acinetobacter calcoaceticus Acinetobacter baumannii complex. Single-point and two dimensional fluorescence spectral data were acquired at room temperature and 25ºC. Spectra were analysed by partial least squares discriminant analysis and soft independent modelling of class analogy. The percentage of correct species assignments, ranging from 4.2 - 97.7%, is highly dependent of the experimental conditions and the data analysis. It seems that the results benefit from a strictly temperature control being those achieved with two-dimensional data slightly better. Nevertheless, it was impossible to achieve a satisfactory percentage of correct assignments for the four species simultaneously pointing to several limitations of this technique for such purposes.This work received financial support from the European Union (FEDER funds POCI/01/0145/FEDER/007265) and National Funds (FCT/MEC, Fundação para a Ciência e Tecnologia and Ministério da Educação e Ciência) under the Partnership Agreement PT2020 UID/QUI/50006/2013. Cristina Quintelas was supported by a postdoctoral grant (SFRH/BPD/101338/2014). Clara Sousa was funded through the NORTE-01-0145-FEDER-000024 – “New Technologies for three Health Challenges of Modern Societies: Diabetes, Drug Abuse and Kidney Diseases”. Thanks are due to Alexandr Nemec from the Laboratory of Bacterial Genetics, National Institute of Public Health, Prague – Czech Republic, for providing all the bacterial isolates used in this work