توانایی شناسایی میکروب‌ها در داخل یک نمونه همچنان چالش قابل توجهی در تحقیقات زیست شناسی و پزشکی است. بسیاری از باکتری‌ها قابل جداسازی و کشت نیستند. به همین دلیل تکنیک‌های آنالیز سنتی که بر اساس کشت هستند، مشکلات عمده‌ای را برای محققان ایجاد می‌کنند. به کمک ترکیب طیف سنجی رامان و روش‌های میکروسکوپی، در دستگاه میکروسکوپ رامان، آنالیز موفق سلول‌های باکتری در عرض چند دقیقه و بدون نیاز به کشت، ممکن است.
تحقیقات نشان داده است که میکروسکوپی رامان، روشی مناسب برای آنالیز باکتری‌های تک‌سلولی است. با پیشرفت این تکنیک، نه تنها آنالیز این باکتری‌ها امکان‌پذیر است، بلکه می‌توان گونه‌های مختلف آن‌ها را نیز شناسایی کرد.
در شکل ۱ تصویر میکروسکوپ رامان را مشاهده می‌کنید.
تشخیص گونه‌های مختلف باکتری‌ها با استفاده از طیف سنجی رامان
طیف سنجی رامان با آنالیز ترکیبات مولکول‌های باکتری، می‌تواند گونه‌های مختلف باکتری‌ها را مشخص کند. هر گونه از باکتری، بیومولکول‌های (پروتئین‌ها، لیپیدها، اسیدهای نوکلئیک و کربوهیدرات‌ها) منحصر به فردی دارد. این بیومولکول‌ها به دلیل ارتعاشات مولکولی خود، الگوهای رامان مختص به خودشان را ایجاد می‌کنند. در شکل ۲ می‌توانید یک طیف تیپیکال از باکتری‌های تک سلولی را مشاهده کنید.
زمانی که پرتو لیزر با یک سلول باکتری برهمکنش می‌کند، نور پراکنده شده، طیف رامانی را ایجاد می‌کند که با ارتعاشات مولکول‌های درون آن سلول مرتبط است. این ارتعاشات، پیک‌ها یا باندهای مشخصی را در طیف ایجاد می‌کنند که به عنوان اثرانگشت (finger print) یا مشخصه آن مولکول، شناخته می‌شوند.
انواع مختلف باکتری‌ها دارای تفاوت‌هایی در ترکیبات و ساختارهای بیومولکولی خود هستند. در نتیجه طیف‌های رامان آن‌ها تفاوت‌هایی در پیک‌ها و الگوهایشان دارند. این امر به دانشمندان اجازه می‌دهد تا با مقایسه اثر انگشت‌های طیفی که از آنالیز رامان به دست می‌آید، بین انواع مختلف باکتری تمایز ایجاد کنند.
توانایی طیف سنجی رامان در گرفتن جزئیات مولکولی باکتری‌ها، امکان تمایز سریع و قابل اعتماد بین انواع مختلف باکتری را فراهم می‌کند و این تکنیکی ارزشمند برای شناسایی و توصیف میکروب‌ها در حوزه‌های مختلف علمی و کاربردی است.
تشخیص فازهای مختلف رشد باکتری‌ها با استفاده از طیف سنجی رامان
در طول فازهای مختلف رشد (فاز تاخیر، فاز نمایی، فاز ایستا و فاز مرگ) سلول‌های باکتریایی فعالیت‌های متابولیکی مختلفی دارند. این فعالیت‌ها منجر به تغییراتی در ساختار مولکولی آن‌ها می‌شوند.
طیف سنجی رامان این تغییرات را با بررسی ارتعاشات مولکولی داخل سلول‌های باکتری تشخیص می‌دهد. هر فاز رشد، الگوهای طیف رامان متمایزی را ایجاد می‌کند. به عنوان مثال، در فاز تأخیر، طیف‌های رامان ممکن است ویژگی‌های خاصی نشان دهند که به کاهش فعالیت متابولیک اشاره دارند. در فاز رشد نمایی که با تقسیم سریع سلولی همراه است، ترکیبات بیوشیمیایی ممکن است تغییر کنند که نمایانگر الگوهای خاصی در طیف‌های رامان باشند. به همین ترتیب، فازهای ثابت و مرگ به دلیل تغییرات متابولیکی و تخریب سلولی، اثرانگشت‌های مولکولی خود را نشان می‌دهند.
با آنالیز این تغییرات طیفی، طیف سنجی رامان قادر است بین فازهای مختلف رشد باکتری‌ها تمایز ایجاد کند. حساسیت بالای این تکنیک، امکان ردگیری و شناسایی تغییرات متابولیکی و ساختاری را در طول چرخه رشد باکتری‌ها فراهم می‌کند.
مپ رامان سلول‌های باکتری
میکروسکوپ رامان، امکان تفکیک فضایی عالی را به وجود می‌آورد. اهمیت این موضوع هنگام آنالیز باکتری‌های تک سلولی در اندازه‌های ۱-۲ میکرومتر مشخص می‌شود.
نقشه برداری با استفاده از میکرو طیف سنج رامان پرمیوم SRM شرکت تکسان، نشان داده است که حتی باکتری‌های تک سلولی، علی‌رغم سایز کوچکشان به وضوح قابل تصویربرداری هستند.
در شکل ۳ یک نمونه از مپ رامان سلول‌های باکتری را مشاهده می‌کنید.
جمع‌بندی
در این مقاله کاربرد طیف سنجی رامان در تشخیص و آنالیز گونه‌های مختلف باکتری‌های تک سلولی بررسی شد. حساسیت و دقت بالای این تکنیک نشان داده است که کاندیدای مناسبی برای مطالعه باکتری‌های بسیار کوچک است. کاربرد دیگری از طیف سنجی رامان، که به آن اشاره کردیم، تعیین گونه‌های مختلف باکتری‌ها و مشخص کردن فازهای مختلف رشد آن‌ها است. با توجه به این نکات، استفاده از تکنیک طیف سنجی رامان، در تحقیقات زیست شناسی یک ضرورت به نظر می‌رسد. دستگاه‌های طیف سنجی رامان شرکت تکسان، این نوید را به شما می‌دهند که نتایج آنالیزهای شما معتبر و دقیق خواهند بود. برای مشاهده ویدیوی مقایسه میکروسکوپ رامان تکرام با میکروسکوپ‌های رامان شرکت هوریبا و ترموساینتیفیک، ویدئو زیر را مشاهده کنید.
با انتخاب این دستگاه‌ها می‌توانید از مشاوره و تست پیش از خرید رایگان بهره‌مند شوید. برای کسب اطلاعات بیشتر با همکاران ما در تکسان تماس بگیرید.
منابع
۱-https://static.horiba.com/fileadmin/Horiba/Application/Health_Care/Life_Sciences/Microbiology/Raman_Analysis_of_Single_Bacteria_Cells.pdf
