Оптика и спектроскопия
Авторам
Применение оптических технологий для изучения и идентификации микроорганизмов (обзор)
Переводная версия: 10.1134/S0030400X21010057 
Cпицын А.Н.1, Уткин Д.В.1, Кузнецов О.С.1, Ерохин П.С.1, Осина Н.А.1, Кочубей В.И.2,3
1Российский научно-исследовательский противочумный институт "Микроб" Роспотребнадзора, Саратов, Россия 
2Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Саратов, Россия
3Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, Россия
2Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Саратов, Россия
3Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, Россия
Email: rusrapi@microbe.ru
Поступила в редакцию: 16 июля 2020 г.
В окончательной редакции: 14 сентября 2020 г.
Принята к печати: 28 сентября 2020 г.
Выставление онлайн: 25 октября 2020 г.
Изучение и идентификация микроорганизмов играет важную роль в диагностике инфекционных болезней, поэтому важной и актуальной задачей является внедрение новых технологий, направленных на усовершенствование проводимых исследований. Получение количественной и качественной информации о бактериях с высокой скоростью, специфичностью, чувствительностью обнаружения, низкой себестоимостью и простотой постановки анализа представляется особенно важным. В данном обзоре рассмотрено применение современных диагностических технологий, позволяющих обеспечить исследование биологических систем с высокой степенью аналитической надежности. Технологии спектроскопии комбинационного рассеяния, ИК фурье-спектроскопии, а также поверхностного плазмонного резонанса, используемых в современных биосенсорах, зарекомендовали себя в качестве значимых и перспективных инструментов исследований. Указаны основные преимущества и недостатки применяемых методов, а также результаты их практического использования. Существенный интерес вызывают современные подходы к изучению микроорганизмов с использованием генетических белковых красителей (GFP) и с применением наноматериалов (тераностика). Ключевые слова: биосенсоры, бактерии, идентификация, спектроскопия комбинационного рассеяния, ИК фурье-спектроскопия, поверхностный плазмонный резонанс, белок GFP, тераностика.
- Тринеева О.В, Рудая М.А., Гудкова А.А., Сливкин А.И. // Вестник ВГУ. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2018. N 4.С. 187-194
- Mitsutake H., Poppi R.J., Breitkreitz M.C. // J. Braz. Chem. Soc. 2019. V. 30. N 11. P. 2244-2258. doi 10.21577/0103-5053.20190116
- Ho A.H.P., Wu S.Y., Kong S.K., Zeng S., Yong K.T. // Handbook of Photonics for Biomedical Engineering. 2017. P. 123-145. doi 10.1007/978-94-007-5052-4\_38
- Quinteiro Rodriguez M.P. // Clinical Microbiology Newsletter.2000. V. 22. N 8. P. 57-61. doi10.1016/S0196-4399(00)88850-9
- Rundle H.N. // J. Res. Nat. Bur. Std. C. 1965. V. 69. N 1. P. 5-11
- Greensteet J.E.S., Norris K.P. // Spectrochim. Acta. 1957. V. 9. N 3. P. 177-198. doi 10.1016/0371-1951(57)80131-3
- Goulden J.D.S, Sharpe M.E. // J. Gen.Microbiol. 1958. V. 19. N 1. P. 76-86. doi 10.1099/00221287-19-1-76
- Jackson M., Mantsch H. // Infrared Spectroscopy of Biomolecules. / Ed. by Mantsch H.H. and Chapman D. N.Y.: Wiley-Liss., 1996. P. 311-340
- Riddle J.W., Kabler P.W., Kenner B.A., Bordner R.H., Rockwood S.W., Stevenson H.J.R. // J. Bacteriol. 1956. V. 72. N 5. P. 593-603
- Maquelin K., Kirschner C., Choo-Smith L.-P., Van den Braak N., Endtz H.Ph., Naumann D., Puppels G.J. // J. Microbiol. Methods. 2002. V. 51. P. 255-271. doi 10.1016/S0167-7012(02)00127-6
- Naumann D., Fijala V., Labischinski H., Giesbrecht P. // J. Mol. Struct. 1988. V. 174. P. 165-170. doi10.1016/0022-2860(88)80152-2
- Gomez M.A., Perez M.A.B., Gil F.J.M., Diez A.D., Rodriquez J.F.M., Rodriquez P.G., Domingo A.O., Torres A.R. // J. Microbiol. Methods. 2003. V. 55. P. 121-131. doi 10.1016/S0167-012(03)00120-9
- Kanki P., Grimes D.J. Infectious Diseases: Selected Entries from the Encyclopedia of Sustainability Science and Technology. 2012. 506 p
- Lipkus A.H., Chittur K.K., Vesper S.J., Robinson J.B., Pierce G.E. // J. Ind. Microbiol. 1990. V. 6. N 1. P. 71-75. doi 10.1007/bf01576179
- Curk M.C., Peledan F., Hubert J.C. // FEMS Microbiol. Lett. 1994. V. 123. N 3. P. 241-248. doi 10.1111/j.1574-6968.1994.tb07231.x
- Siebert F. // Methods in Enzymology. 1995. V. 246. P. 501-526. doi 10.1016/0076-6879(95)46022-5
- Jackson M., Sowa M.G., Mantsch H.H. // Biophys. Chem. 1997. V. 68. N 1-3. P. 109-125. doi 10.1016/s0301-4622(97)80555-8
- Diem M., Boydston-White S., Chiriboga L. // Appl. Sepctrosc. 1999. V. 53. N 4. P. 148-161. doi 10.1366/0003702991946712
- Wenning M., Seiler H., Scherer S. // Appl. Environ. Microbiol. 2002. V. 68. N 10. P. 4717-4721. doi 10.1128/AEM.68.10.4717-4721.2002
- Ausili A., Sanchez M., Gomez-Fernandez J.C. // Biomedical Spectroscopy and Imaging. 2015. V. 4. N 2. P. 159-170. doi 10.3233/BSI-150104
- Hu J., Boch P.W. // J. Anal. Test. 2017. V. 1. N 1. P. 1-29. doi 10.1007/s41664-017-0002-z
- Lasch P., Stammler M., Zhang M., Baranska M., Bosch A., Majzner K. // Anal. Chem. 2018. V. 90. N 15. doi 10.1021/acs.analchem.8b01024
- Duygu D., Baykal T., Acikgoz, Yildiz K. // G.U.J. Sci. 2009. V. 22. N 3. P. 117-121
- Sousa C., Silva L., Grosso F., Nemec A., Lopes J., Peixe L. // Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 2014. V.33. N 8. P. 1345-1353. doi 10.1007/s10096-014-2078-y
- Bosch A., Minan A., Vescina C., Degrossi J., Gatti B., Montanaro P., Messina M., Franco M., Vay C., Schmitt J., Naumann D., Yantorno O. // J. Clin . Microbiol. 2008. V. 46. N 8. P. 2535-2546. doi 10.1128/JCM.02267-07
- Kuhm A.E., Suter D., Felleisen R., Rau J. // Appl. Environ. Microbiol. 2009. V. 75. N 18. P. 5809-5813. doi 10.1128/AEM.00206-09
- San-Blas E., Cubillan N., Guerra M., Portillo E., Esteves I. // Spectrochim. Acta. A. Mol. Biomol. Spectrosc. 2012. V. 93. P. 58-62. doi 10.1016/j.saa.2012.03.006
- Dawson S.E., Gibreel T., Nicolaou N., AlRabiah H., Xu Y., Goodacre R., Upton M. // Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 2014. V. 33. N 6. P. 983-988. doi 10.1007/s10096-013-2036-0
- Sousa C., Silva L., Grosso F., Lopes J., Peixe L. // J. Photochem. Photobiol. B. 2014. V. 133. N 5. P. 108-114. doi 10.1016/j.jphotobiol.2014.02.015
- Martak D., Valot B., Sauget M., Cholley P., Thouverez M., Bertrand X., Hocquet D. // Front. Microbiol. 2019. V. 10. P. 1-9. doi 10.3389/fmicb.2019.01440
- Vogt S., Loffler K., Dinkelacker A.G., Bader B., Autenrieth I.B., Peter S., Liese J. // Front. Microbiol. 2019. V. 10. P. 1-11. doi 10.3389/fmicb.2019.02582
- Zarnowiec P., Mizera A., Chrapek M., Urbaniak M., Kaca W. // Innate Immunity. 2016. V. 22. N 5. P. 325-335. doi 10.1177/1753425916647470
- Boudaud N., Coton M., Coton E., Pineau S., Travert J., Amiel C. // J. Appl. Microbiol. 2010. V. 109. N 1. P. 166-179. doi 10.1111/j.1365-2672.2009.04643.x
- Lefier D., Hirst D., Holt C., Williams A.G. // FEMS Microbiology Lett. 1997. V. 147. N 1. P. 45-50. Doi 10.1111/j.1574-6968.1997.tb10218.x
- Rebuffo C.A., Schmitt J., Wenning M., von Stetten F., Scherer S. // Appl. Environ. Microbiol. 2006. V. 72. N 2. P. 994-1000. Doi 10.1128/AEM.72.2.994-1000.2006
- Rebuffo-Scheer C.A., Schmitt J., Scherer S. // Appl. Environ. Microbiol. 2007. V. 73. N 3. P. 1036-1040. Doi 10.1128/AEM.02004-06
- Lin S.F., Schraft H., Griffiths M.W. // J. Food. Prot. 1998. V. 61. N 7. P. 921-923. doi 10.4315/0362-028X-61.7.921
- Beattie S.H., Holt C., Hirst D., Williams A.G. // FEMS Microbiol. Lett. 1998. V. 164. N 1. P. 201-206. Doi 10.1111/j.1574-6968.1998.tb13086.x
- Branquinho R., Sousa C., Osorio H., Meirinhos-Soares L., Lopes J., Carrico J.A., Busse H.J., Abdulmawjood A., Klein G., Kampfer P., Pintado M.E., Peixe L.V. // Int. J. Syst. Evol. Micr. 2014. V. 64. P. 3867-3876. doi10.1099/ijs.0.067850-0
- Рой А.А., Курдиш И.К., Остапюк С.Н., Савельев Ю.В. // Микробиол. журн. 2017. Т. 19. N 4. С. 12-20
- Tareb R., Bernardeau M., Amiel C., Vernoux J.P. // FEMS Microbiology Letters. 2017. V. 364. N 2. P. 1-8. doi 10.1093/femsle/fnw298
- Helm D., Labischinski H., Shallechn G., Naumann D. // J. Gen. Microbiol. 1991. V. 137. N 1. P. 69-79. Doi 10.1099/00221287-137-1-69
- Schabauer L., Wenning M., Huber I., Ehling-Schulz M. // BMC Vet. Res. 2014. V. 10. N 1. P. 1-11. Doi 10.1186/1746-6148-10-156
- Gurbanov R., Yildiz F. // J. Food Health Sci. 2017. V. 3. N 3. P. 117-131. doi 10.3153/JFHS17015
- Vaz M., Meirinhos-Soares L., Sousa C.C., Ramirez M., Melo-Cristino J., Lopes J.A. // J. Microbiol. Methods. 2013. V. 93. N 2. P. 102-107. doi 10.1016/j.mimet.2013.02.008
- Grunert T., Wenning M., Sol Barbagelata M., Fricker M., Sordelli D.O., Buzzola F.R., Ehling-Schulz M. // J. Clin. Microbiol. 2013. V. 51. N 7. P. 2261-2266. doi 10.1128/JCM.00581-13
- Kirschner C., Maquelin K., Pina P., Ngo T.N.A., Choo-Smith L.P., Sockalingum G.D., Sandt C., Ami D., Orsini F., Doglia S.M., Allouch P., Mainfait M., Puppels G.J., Naumann D. // J. Clin. Microbiol. 2001. V. 39. N 5. P. 1763-1770. doi 10.1128/JCM.39.5.1763-1770.2001
- Lamprell H., Mazerolles G., Kodjo A., Chamba JF., Noel Y., Beuvier E. // Int. J. Food. Microbiol. 2006. V. 108. N 1. P. 125-129. doi 10.1016/j.ijfoodmicro.2005.10.015
- Levasseur-Garcia C., Couderc C., Tormo H. // J. Near Infrared Spectroscopy. 2017. V. 25. N 4. P. 231-241. doi 10.1177/0967033517719383
- Плешакова Е.В. // Поволжский экологический журнал. 2010. N 4. C. 374-382
- Nagib S., Rau J., Sammra O., Lammler C., Schlez K., Zschock M., Prenger-Berninghoff E., Klein G., Abdulmawjood A. // PLoS ONE. 2014. V. 9. N 8. P. 1-5. Doi 10.1371/journal.pone.0104654
- Sandt C., Madoulet C., Kohler A., Allouch P., De Champs C., Manfait M., Sockalingum G.D. // J. Appl. Microbiol. 2006. V. 101. N 4. P. 785-797. Doi 10.1111/j.1365-2672.2006.02969.x
- Yu C., Irudayaraj J. // Biopolymers. 2005. V. 77. N 6. P. 368-377. Doi 10.1002/bip.20247
- Al-Holy M.A., Lin M., Alhaj O.A., Abu-Goush M.H. // J. Food Sci. 2015. V. 80. N 2. P. 1-6. doi 10.1111/1750-3841.12768
- Whittaker P., Mossoba MM., Al-Khaldi S., Fry F.S., Dunkel V.C., Tall B.D., Yurawecz M.P. // J. Microbiol. Methods. 2003. V. 55. N 3. P. 709-716. doi 10.1016/j.mimet.2003.07.005
- Lee J., Ahn M.S., Lee Y.L., Jie E.Y., Kim S.G., Kim S.W. // J. Appl. Microbiol. 2019. V. 126. N 3. P. 864-871. doi 10.1111/jam.14171
- Fanaei M., Emtiazi G. // Progress in Biological Sciences. 2017. V. 7. N 1. P. 1-9. Doi 10.22059/PBS.2018.206895.1217
- Singh R.C.V. // 2002. Phys. Perspect. V. 4. P. 399-420. doi 10.1007/s000160200002
- Rostron P., Gaber S., Gaber D. // Intern. J. Engineering and Technical Research (IJETR). 2016. V. 6. N 1. P. 50-64
- Хлебцов Н.Г., Дыкман Л.А., Хлебцов Б.Н., Ханадеев В.А., Панфилова Е.В. // Вестник РФФИ. 2014. В. 84. N 4. С. 18-33
- Андрюков Б.Г., Карпенко А.А., Матосова Е.В., Ляпун И.Н. // Журнал СТМ. 2019. Т. 11. N 4. С. 161-174. doi 10.17691/stm2019.11.4.19
- Кукушкин В.И., Гришина Я.В., Егоров С.В., Соловьев В.В., Кукушкин И.В. // Письма в ЖЭТФ. 2016. Т. 103. Вып. 8. С. 572-577. doi 10.7868/S0370274X16080038
- Yang D., Zhou H., Dina N.E., Haisch C. // R. Soc. open sci. 2018. V. 5. N 9. P. 1-11. doi 10.1098/rsos.180955
- Замалеева А.И., Кахраман М., Чулха М., Фахруллин Р.Ф. // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. 2009. Т. 151. Кн. 1. С. 82-89
- Li R., Dhankhar D., Chen J., Krishnamoorthy A., Cesario T.C., Rentzepis P.M. // IEEE. Access. 2019. V. 7. P. 23549-23559. doi 10.1109/ACCESS.2019.2899006
- Novelli-Rousseau A., Espagnon I., Filiputti D., Gal O., Douet A., Mallard F., Josso Q. // Scientific reports. 2018. V. 8. N 1. P. 14-12. doi 10.1038/s41598-018-22392-9
- DeJong C.S., Wang D.I., Polyakov A., Rogacs A., Simske S.J., Shkolnikov V. // ChemRxiv. Preprint. 2017. V. 2. N 27. P. 8431-8435. doi 10.1002/slct.201701669
- Colnita A., Dina N.E., Leopold N., Vodnar D.C., Bogdan D., Porav S.A., David L. // Nanomaterials. 2017. V. 7. N 9. P. 1-16. doi 10.3390/nano7090248
- Ren Y., Ji Y., Teng L., Zhang H. // Microb. Cell Fact. 2017. V. 16. N 1. P. 14-10. Doi 10.1186/s12934-017-0849-8
- Akanny E., Bonhomme A., Commun C., Doleans-Jordheim A., Farre C., Bessueille F., Bourgeois S., Bordes C. // J. Raman. Spectrosc. 2020. V. 51. N 4. P. 619-629. doi 10.1002/jrs.5827
- Александров М.Т., Маргарян Э.Г. // Стоматология. 2018. N 1. C. 27-32. doi 10.17116/stomat201897127-32
- Munchberg U., Rosch P., Bauer M., Popp J. // Anal. Bioanal. Chem. 2014. V. 406. N 13. P. 3041-3050. doi 10.1007/s00216-014-7747-2
- Lussier F., Thibault V., Charron B., Wallace G.Q., Masson J.F. // TrAC Trends in Anal. Chem. 2020. V. 124. doi 10.1016/j.trac.2019.115796
- Qu K., Guo F., Liu X., Lin Y., Zou Q. // Front. Microbiol. 2019. V. 10. N 827. P. 1-10. doi 10.3389/fmicb.2019.00827
- Ho C.S., Jean N., Hogan C.A., Blackmon L., Jeffrey S.S., Holodniy M., Banaei N., Saleh A.A.E., Ermon S., Dionne J. // Nat. Commun. 2019. V. 10. N 1. doi 10.1038/s41467-019-12898-9
- Wood R.W. // Philos. Mag. Ser. 6. 1902. V. 4. N 21. P. 396-402. doi 10.1080/14786440209462857
- Otto A. // Z. Physik. 1968. V. 216. P. 398-410. doi 10.1007/BF01391532
- Kretschmann E., Raether H. // Zeitschrift fur Naturforschung. Section A. Physical Sciences. 1968. V. 23. N 12. P. 2135-2136. Doi 10.1515/zna-1968-1247
- Liedberg B., Nylander C., Lundstrom I. // Sensors and Actuators. 1983. V. 4. P. 299-304. doi 10.1016/0250-6874(83)85036-7
- Сотников Д.В., Жердев А.В., Дзантиев Б.Б. // Успехи биологической химиии. 2015. Т. 55. С. 391-420
- [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.xantec.com/technotes/optics.php
- Eser E., Ekiz O.O., Celik H., Sulek S., Dana A., Ekiz H.O. // Int. J. Biosci. Biochem. Bioinform. 2015. V. 5. N 6. P. 329-335. doi 10.17706/ijbbb.2015.5.6.329-335
- Masdor N.A., Altintas Z., Tothill I.E. // Chemosensors. 2017. V. 5. N 2. doi 10.3390/chemosensors5020016
- Nguyen H.H., Yi S.Y., Woubit A., Kim M. // Appl. Sci. Converg. Technol. 2016. V. 25. N 3. P. 61-65. doi 10.5757/ASCT.2016.25.3.61
- Lukose J., Shetty V., Ballal M., Chidangil S., Sinha R.K. // Laser Physics Letters. 2018. V. 15. N 7. doi10.1088/1612-202X/aabed8
- Mukhtar W.M. // AIP Conference Proceedings. 2020. V. 2203. N 1. doi 10.1063/1.5142094
- Tokel O., Yildiz U.H., Inci F., Durmus N.G., Ekiz O.O., Turker B., Cetin C., Rao S., Sridhar K., Natarajan N., Shafiee H., Dana A., Demirci U. // Scientific Reports. 2015. V. 5. N 1. doi 10.1038/srep09152
- Li Y., Zhu L., Zhang H., Liu W., Ge J., Wu J., Wang P. // Sens. And Act. B: Chemical. 2018. V. 259. N 15. P. 492-497. Doi 10.1016/j.snb.2017.12.042
- Saberi F., Kamali M., Taheri R.A., Ramandi M.F., Bagdeli S., Mirnejad R. // J. Braz. Chem. Soc. 2016. V. 27. N 11. P. 1960-1965. Doi 10.5935/0103-5053.20160085
- Arcas A.S., Dutra F.S., Allil R.C.S.B., Werneck M.M. // Biotech, Biomaterials and Biomedical: TechConnect Briefs. 2017. V. 3. P. 231-234
- Arcas A.S., Dutra F.S., Allil R.C.S.B., Werneck M.M. // Sensors (Basel). 2018. V. 18. N 2. Doi 10.3390/s18020648
- [Электронный ресурс] Режим доступа: https: //studbooks.net/1820790/matematika\_himiya\_fizika/ zelenyy\_fluorestsiruyuschiy\_belok
- Binet R., Pettengill E.A., Hoffmann M., Hammack T.S., Monday S.R. // Food Microbiol. 2018. V. 76. P. 553-563. doi 10.1016/j.fm.2017.10.014
- Mihalcescu I., Gateau M.V.M, Chelli B., Pinel C., Ravanat J.L. // Physical Biology, Institute of Physics: Hybrid Open Access. 2015. V. 12. N 6. doi 10.1088/1478-3975/12/6/066016
- Feilmeier D.J., Iseminger G., Schroeder D., Webber H., Phillips G.J. // J. Bacteriol. 2000. V. 182. N 14. P. 4068-4076. doi 10.1128/jb.182.14.4068-4076.2000
- Куклева Л.М., Тучков И.В., Оглодин Е.Г., Девдариани З.Л., Морозов О.А., Кузнецов О.С., Германчук Е.Г., Ерошенко Г.А. // Проблемы особо опасных инфекций. 2019. N 4. С. 61-66. doi 10.21055/0370-1069-2019-4-61-66
- Деев С.М., Лебеденко Е.Н. // Биоорганическая химия. 2015. Т. 41. N 5. C. 539-552. doi10.7868/S013234231505005X
- Mei L., Zhu S., Yin W., Chen C., Nie G., Gu Z., Zhao Y. // Theranostics. 2020. V. 10. N 2. P. 757-781. doi 10.7150/thno.39701
- Zavaleta C., Ho D., Chung E.J. // SLAS Technol. 2018. V. 23. N 3. P. 281-293. doi 10.1177/2472630317738699
- Khlebtsov N., Bogatyrev V., Dykman L., Khlebtsov B., Staroverov S., Shirokov A., Matora L., Khanadeev V., Pylaev T., Tsyganova N., Terentyuk G. // Theranostics. 2013. V. 3. N 3. P. 167-180. doi 10.7150/thno.5716
- Bucharskaya A. , Maslyakova G., Terentyuk G., Yakunin A., Avetisyan Y., Bibikova O. , Tuchina E. , Khlebtsov B., Khlebtsov N., Tuchin V. // Int. J. Mol. Sci. 2016. V. 17. N 8. P. 1-26. doi 10.3390/ijms17081295
- Khlebtsov B.N., Tuchina E.S., Khanadeev V.A., Panfilova E.V., Petrov P.O., Tuchin V.V., Khlebtsov N.G. // J. Biophotonics. 2013. V. 6. N 4. P. 338-351. doi 10.1002/jbio.201200079
- Тучина Е.С., Тучин В.В., Хлебцов Б.Н., Хлебцов Н.Г. // Квантовая электроника. 2011. Т. 41. N 4. С. 354-359
- Khlebtsov B., Tuchina E., Tuchin V., Khlebtsov N. // RSC Advances. 2015. V. 5. P. 61639-61649. doi 10.1039/C5RA11713E
- Wang H., Ouyang W., Zhang X., Xue J., Lou X., Fan R., Zhao X., Shan L., Jiang T. // J. Mater. Chem. B. 2019. V. 7. P. 4630-4637. doi 10.1039/C9TB00845D
- Lin F., Bao Y.W., Wu F.G. // C. 2019. V. 5. N 33. P. 1-21. doi 10.3390/c5020033
- Ong S.Y., van Harmelen R.JJ., Norouzi N., Offens F., Venema I.M., Najafi M.B.H., Schirhagl R. // Nanoscale. 2018. V. 10. P. 17117-17124. doi 10.1039/C8NR05183F
Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.
Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.
