microtester - a redox-potenciál mérésen alapuló gyors vizsgálati módszer elméleti háttere
TRANSCRIPT
1
2
MICROTESTER
ÚJ TECHNIKA A MIKROBIOLÓGIÁBAN
Dr. Reichart OlivérDr. Szakmár KatalinBudapest, 2012. február 15.
A redox-potenciál mérésen alapuló gyors vizsgálati módszer elméleti háttere
3
Probléma:• Klasszikus tenyésztéses módszerek időigénye nagy
(1 -3 nap).• A nagy időigény miatt az eredmények nem csatolhatók vissza a
technológiába.Cél:• Durva mikrobiológiai problémák gyors kiszűrése• Gyors tételminősítés• Átmeneti tárolási idő csökkentéseMegoldás:• Gyors mikrobiológiai vizsgálati módszerek
MIKROBIOLÓGIAI MINŐSÉG-ELLENŐRZÉS PROBLÉMÁI
4
Élő és holt sejtek együttes számának meghatározása:• Direkt számlálás (csak tiszta folyadékban alkalmazható)
• Számlálókamra• Flow cytometer
• Turbiditásmérés (csak tiszta folyadékban alkalmazható)• ATP mérés (mikrobiális és élelmiszer eredetű ATP elkülönítése
nehéz)
Élősejtszám meghatározása:• Impedancia mérésen alapuló módszerek
• Malthus• Rabit• Bactrac
• Redox-potenciál mérése
GYORS MÉRÉSI MÓDSZEREK
A BCE ÉTK Fizika- és Automatizálás Tanszék és a
SZIE ÁOTK Élelmiszer-higiéniai Tanszék kutatói
által kifejlesztett és szabadalmaztatott eljárás.
MicroTester
REDOXPOTENCIÁL MÉRÉSEN ALAPULÓ VIZSGÁLATI MÓDSZER
• Gyors módszer, különösen nagy mikroba-számú minták esetében.
• Egyszerű mérési technika.• Szabványos táptalajok használhatók.• A redox-görbe alakjából következtetni lehet a mikroba-
csoportra.• Nagyon széles (100-108) sejtszám-tartományban hígítás nélkül
alkalmazható.• Különösen célszerű membrán-szűréses módszer kiértékelésére.
MIT TUD A MICROTESTER?
7
Direkt mérés:• Szaporodás közvetlen detektálása a táptalaj redox-
potenciál változása alapján
Indirekt mérés: • Szaporodás detektálása a CO2 termelés alapján
A MICROTESTER ALKALMAZÁSI LEHETŐSÉGEI
Elméleti alapok:• A szaporodás energiaforrása a biológiai oxidáció, ami a
környezetben redukciót eredményez.• Biológiai rendszerekre jellemző általános redox reakció:
[Oxidant] + [H+] + n e- [Reductant]
• Nernst egyenlet:
reductant
Hoxidantln
Fn
TREE 0h
DIREKT MÉRÉS
9
E. coli szaporodás 1/2 TSB-ben
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
0 60 120 180 240 300
t (min)
Eh
(m
V)
4,5
5
5,5
6
6,5
7
7,5
8
8,5
lgN
(N
=cf
u/m
l)
Eh mV lgN
A REDOX-POTENCIÁL VÁLTOZÁSÁVAL A SZAPORODÁS NYOMON KÖVETHETŐ
10
KÜLÖNBÖZŐ BAKTÉRIUMOKREDOX-GÖRBÉI
Redox görbék TSB-ben
-400
-200
0
200
400
0 5 10 15 20
t (h)
Eh
(m
V)
steril Ps.aer. E.coli St. aur. Ent. faec. B.subt.
11
MICROTESTER MÉRŐBERENDEZÉS (16 csatorna)
12
MICROTESTER MÉRŐCELLÁK
direkt mérőcella kémcső cella indirekt mérőcella
Lemezöntés, szélesztés• Látható telepek kialakulása
– Különálló (feltételezetten 1 telepképző egységből kiinduló), kb.
106 – 107 sejtből álló populáció.
Határhígítás (MPN)• Látható zavarosodás kialakulása, steril csövek jelenléte.
– Néhány (max. 10) sejtből kb. 107-108 sejt/ml sűrűségű populáció.
A SZAPORODÁS DETEKTÁLÁSA TENYÉSZTÉSES MÓDSZEREKNÉL
• A redox-potenciál változásának sebessége haladja meg az előírt kritikus értéket.
• Detektációs kritérium:
pl: |dE/dt|> 0,5 mV/min
Mikroorganizmustól és tápoldattól függően 0,4 – 1,0 mV/min közötti érték.
A SZAPORODÁS DETEKTÁLÁSAREDOX-POTENCIÁL MÉRÉSNÉL
15
A REDOX-GÖRBE JELLEMZŐ PARAMÉTEREI
Mikr oba T ápoldat kr it ér ium Mikr obaszám (mV/ min) lg N CFU/ ml
E. coli T SB 37 °C -1,0 6,2 1,6∙106 Ps. aer uginosa T SB 37 °C -0,4 6,3 2,0∙106 Ent er ococcus f aecalis T SB 37 °C -0,5 6,7 5,0∙106 S t aphylococcus aur eus T SB 37 °C -1,0 6,4 2,5∙106 Bacillus cer eus T SB 30 °C -0,8 6,5 3,2∙106
MICROTESTER DETEKTÁCIÓS KRITÉRIUMOKHOZ TARTOZÓ MIKROBASZÁMOK
Detektációs idő (Time To Detection, TTD):
a detektációs kritérium eléréséig szükséges idő.
Lemezöntés, szélesztés• Látható telepek kialakulása (106–107 sejt)• 1 sejtből indulva
Független a kiinduló mikrobaszámtól.
Határhígítás (MPN)• Látható zavarosodás kialakulása (107-108 sejt/ml)• 1-10 sejtből indulva
Független a kiinduló mikrobaszámtól.
TENYÉSZTÉSES MÓDSZEREKHEZ TARTOZÓ DETEKTÁCIÓS IDŐK
106–107 sejt/ml koncentráció elérése az inokulumról
indulva. A kiindulási sejtszám függvénye.
Meghatározva a TTD és a kiindulási sejtkoncentráció közötti
összefüggést, kalibrációs görbe alapján a kiindulási
mikrobák száma (lgNo) TTD méréssel becsülhető.
MICROTESTER DETEKTÁCIÓS IDŐK
19
A KIINDULÁSI SEJTSZÁM HATÁSA A REDOX-GÖRBÉRE
E. coli 1/2 TSB-ben
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
0 2 4 6 8 10 12 14
t (h)
Eh (
mV
)
steril lgN=0,09 lgN=2,38 lgN=3,39 lgN=4,25 lgN=4,80
20
KALIBRÁCIÓS GÖRBE
E. coli 1/2 TSB-ben y = -1,1736x + 8,4416
R2 = 0,9851
0
2
4
6
8
10
0 1 2 3 4 5
lgN (cfu/ml)
TT
D (
h)
Jelenlét/hiány próba:• Minta közvetlen beoltása
Nagyságrendi becslés (Titer):• Hígítási sor készítése, mérés
• Eredmény megadása nagyságrendként
MPN módszer:• Hígítási sor készítése
• Hígításonként beoltások
• Kiértékelés automatikusan
MÉRÉSI MÓDSZEREKKALIBRÁCIÓS GÖRBE NÉLKÜL
Kalibrációs görbe felvétele:• Telepszám és TTD összefüggés meghatározása.
• Egyenlet betáplálása a gépbe.
Mikroba (telepképző egység) szám meghatározás:• Közvetlenül a mintából.
• Előzetesen hígított mintából.
• Előzetesen koncentrált (membránszűrt) mintából.
Probléma:• Csak akkor alkalmazható, ha a mikroflóra összetétele ismert és van
kalibrációs görbénk.
MÉRÉS ELŐZETESEN FELVETT (KÜLSŐ) KALIBRÁCIÓS GÖRBE ALAPJÁN
MPN módszeren alapuló kiértékelés:• Hígítási sor készítése hígításonként egy, vagy több leoltással.• Redox-görbék felvétele.• A TTD értékek meghatározása. (Ha szükséges.)• Szaporodást mutató és nem mutató hígítási szintek alapján az MPN
érték meghatározása.• Az MPN érték és a különböző hígítási szintekhez tartozó TTD
értékek ismeretében a kalibrációs görbe felvétele.• A kalibrációs görbe alapján a hasonló minták mikrobaszámának
kiszámítása.
MÉRÉS MINTÁBÓL FELVETT (BELSŐ) KALIBRÁCIÓS GÖRBE ALAPJÁN
24
ESCHERICHIA COLI BELSŐ KALIBRÁCIÓS GÖRBÉJÉNEK FELVÉTELE 1.
25
ESCHERICHIA COLI BELSŐ KALIBRÁCIÓS GÖRBÉJÉNEK FELVÉTELE 2.
26
ESCHERICHIA COLI BELSŐ KALIBRÁCIÓS GÖRBÉJÉNEK FELVÉTELE 3.
Elméleti alapok:• A szaporodás során keletkező CO2-ot lúgban elnyeletjük és
az oldat redox-potenciál változását mérjük.• Az elnyelető oldatban a potenciál-meghatározó
összefüggés:
23
30 ln
CO
HCOH
Fz
TREE
INDIREKT MÉRÉS
28
INDIREKT MÉRÉS
Saccharomyces cerevisiae
200
250
300
350
400
450
500
550
600
0 10 20 30 40 50
t (h)
Eh
(m
V)
lgN=4,1 lgN=3,1 lgN=2,1 lgN=1,1 lgN=0,1 Steril
29
INDIREKT MÉRÉS KALIBRÁCIÓS GÖRBÉJE
Saccharomyces cerevisiae(detektációs kritérium: dE/dt=0.2 mV/min)
TTD(h) = -7.2048.lgN + 41.254
R2 = 0.9856
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 1 2 3 4 5
lgN (cfu/cella)
TT
D (
h)
30
• Kísérletileg beállított koncentrációkkal az összefüggés jól reprodukálhatóan mérhető.
• Megfelelő koncentrációjú lúgoldat alkalmazásával a redox-potenciál változásából az elnyelt CO2 mennyisége számítható.
• Alapul szolgálhat a képződő CO2 mennyiségi meghatározásához (BOI mérés).
• Nagy BOI értékek esetén a predikció jelentős időmegtakarítást tesz lehetővé.
INDIREKT MÉRÉS
31
Szennyvíz
150
200
250
300
350
0 50 100 150
t (h)
Eh
(m
V)
BOI=400 mg/l BOI=200 mg/l BOI=100 mg/l
BOI BECSLÉSE INDIREKT MÉRÉS ALAPJÁN
32
Nyers szennyviz y = 26,179x - 15,58
R2 = 1
0
20
40
60
80
100
0 1 2 3 4 5
BOI0/BOI
TT
D (
h) BOI0 = 400 mg/l
BOI PREDIKCIÓ REDOX-POTENCIÁLMÉRÉS ALAPJÁN
33
MICROTESTER MÉRŐBERENDEZÉS (32 csatorna)
34
MICROTESTER MÉRŐBERENDEZÉS (2 csatorna)
35
A redox-potenciál mérésen alapuló gyors vizsgálati módszer validálva,
és élelmiszeripari vizsgálatokraakkreditálva van.
36
Köszönöm a figyelmet!
[email protected] Budapesti Corvinus Egyetem
Élelmiszertudományi Kar – Fizika-Automatika TanszékMicrotest Kft.