Mikroorganizmaların Tanımlanmasında Spektroskopik … · • Kızılötesi ve Raman mikroanalizi...

Mikroorganizmaların Tanımlanmasında

Spektroskopik Yöntemler Prof.Dr.Çağrı Ergin

I. Ulusal Klinik Mikrobiyoloji Kongresi --- Antalya 2011

Maddenin araştırılması Kimyasal analiz

Kütlesel kimyasal analizler

Mikroanalitik kimyasal tanımlama

Nanoskopik mimari ve mikroyapılandırma

Yüzey ve arabirimlerin tanımlanması

Mekanik özellikler

Termal özellikler

Elektriksel özellikler

Manyetik özellikler

Optik özellikler

Korozyon, sürtünme ve aşınma

Biyolojik ve genomik analiz

Materyal-çevre analizi

Moleküler dinamik

Mikroorganizmalar ;

Moleküler yapı ….son derece zengin ve farklı

Değişken ve sınır ortamlarda yaşabilir

Kimyasal analizler

Yöntem ?

Değerlendirme ???

Sonuç ?

Moleküler biyoloji

Genetik mühendislik

Enzimoloji

NMR ve IR spektroskopi

J.-P. Grivet, A.-M. Delort / Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy 54 (2009) 1–53

Kimyasal analiz

Kütlesel kimyasal analiz

• Kütle spektrometrisi

• Moleküler spektrometri

• Atomik spektrometri

• Nükleer analitik yöntemler

• Kromatografik metodlar

• Klasik kimyasal metodlar

Mikroanalitik kimyasal tanımlama

• Analitik elektron mikroskopi

• Elektron prob X-ışını mikroanalizi

• Tarama delgi tarama mikroskopisi

• Çevresel tarama elektron mikroskopisi

• Kızılötesi ve Raman mikroanalizi

Spektroskopik

yöntemin seçimi,

incelenecek veya

araştırılması

istenen

maddelerin

yapısı ile

ilişkilidir.

MA Jabra-Rizk ve ark.

Rev Iberoam Micol

1999; 16: 187-93.

Plazma membranı

Mannoprotein tabaka

Glukan

Glukan-Kitin

Dış fibriler tabaka

Mannoprotein tabaka

Mikrobiyolojik “NMR”

İn – vivo

Ex – vivo (in-situ)

2H 13C 15N 19F

23Na 31P

Karbon iskelet metabolik işlevlerin

tanımlanmasında yeterlidir

1H NMR

Mikrobiyolojik NMR

Hanoulle X, Wieruszeski JM, Rousselot-Pailley P, Laudrieu I, Baulard AR, Lippens G, Monitoring of the ethionamide pro-drug activation in mycobacteria by 1H high resolution magic

angle spinning NMR. Biochem Biophys Res Commun 2005; 331: 452–8.

Teknik sorunlar/çözümler

Rotasyonel yansımalar

Örnekleme

Katı faz döngüleri

Açılı döndürme (MAS)

…..

?? Aerobik

?? Anaerobik In-Cell NMR

makromolekül

protein yapısı

protein dinamikleri

proteinler arası ilişki

Lohmeier-Vogel EM, Ung S, TurnerRJ. In vivo 31P nuclear magnetic resonance investigation of tellurite toxicity in Escherichia coli. Appl Environ

Microbiol 2004; 70: 7342–7.

31P NMR

Lohmeier-Vogel EM, Ung S, TurnerRJ. In vivo 31P nuclear magnetic resonance investigation of tellurite toxicity in Escherichia coli. Appl Environ

Microbiol 2004; 70: 7342–7.

31P NMR

Weber H, Brecker L, Online NMR for monitoring biocatalysed reactions. Curr Opin Biotechnol 2000: 11; 572–8.

C.antartica 1H NMR

Atipik NMR spektrumu

Normalizasyon ve dönüşüm sonrası

Temel Bileşenler Analizi

Raamsdonk LM, Teusink B, Broadhurst D, Zhang N, Hayes A, Walsh MC, Berden JA, Brindle KM, Kell DB, Rowland JJ, Westerhoff HV, van Dam K, Oliver SG. A functional genomics strategy

that uses metabolome data to reveal the phenotype of silent mutations. Nat Biotech 2001; 19: 45–50.

Diskriminant Fonksiyon Analizi

NMR Spektrumun Küme Analizi Raamsdonk LM, Teusink B, Broadhurst D, Zhang N, Hayes A, Walsh MC, Berden JA, Brindle KM, Kell DB, Rowland JJ, Westerhoff HV, van Dam K, Oliver SG. A functional genomics strategy

that uses metabolome data to reveal the phenotype of silent mutations. Nat Biotech 2001; 19: 45–50.

Hangisi ?

IR spektroskopi

Hızlı

Ucuz, kişisel

Kimyager desteği

Teknik, bilimsel

Değerlendirme-deneyim

Gerekli mi?

Hedef tanımı ?

Standardizasyon !

NMR spektroskopi

Hızlı

Kurumsal destek

Kimyager desteği

Teknik, bilimsel

Değerlendirme-deneyim

Gerekli mi?

Amaç !

Standardizasyon !

>>>> Ne amaçla ?

genom, traskriptom, proteom, fluksom

1666- I procured me a triangular glass prism to try therewith the celebrated phenomena of colours

1642-1720

1666- I procured me a triangular glass prism to try therewith the celebrated phenomena of colours

1642-1720

IR spektroskopi

Işıma türünün enerjisi sadece frekansına (veya dalga boyuna)

bağlıdır.

Değiştirilen frekansa karşı absorbans (soğurma) şiddeti

kaydedilerek bir spektrum ve absorbans “pik”leri elde edilir.

1901….the energy of a photon is given by Planck's constant times the frequency.

Kimyasal analiz

Bilinen spektrumlar ile

karşılaştırma

İn-situ kimyasal tepkime takibi

Yapısal analiz

Özgül yapıların saptanması

Elektronik bilgi

Optik iletkenlik ölçümü

İnfrared (Kızılötesi) spektroskopi ile;

Mikrobiyoloji’de kullanım ?

Mikrobiyal sınıflama

Hızlı tanı ? - Parmakizi bölgelerinin saptanması -

Kültür saflığının kontrolü

Toksin varlığı

Metabolik parmakizi bölgelerinin saptanması

Hücre duvarı yapı analizi

Epidemiyolojik analiz

Normal fenotip (NP)

Normal fenotip (NP)

Küçük koloni varyantı (SCV)

Küçük koloni varyantı (SCV)

Mutant kökenler

Epidemiyolojik farklı 2 köken

Becker K, Laham NA, Fegeler W, Proctor RA, Peters G, von Eiff C. Fourier-transform infrared spectroscopic analysis is a powerful tool for studying the dynamic changes in Staphylococcus aureus small-colony variants. J Clin Microbiol 2006; 44: 3274-8.

Normal fenotip (NP)

Normal fenotip (NP)

Küçük koloni varyantı (SCV)

Küçük koloni varyantı (SCV)

Mutant kökenler

Epidemiyolojik farklı 2 köken

Becker K, Laham NA, Fegeler W, Proctor RA, Peters G, von Eiff C. Fourier-transform infrared spectroscopic analysis is a powerful tool for studying the dynamic changes in Staphylococcus aureus small-colony variants. J Clin Microbiol 2006; 44: 3274-8.

Beekes M, Lasch P, Naumann D. Analytical applications of Fourier transform-infrared (FT-IR) spectroscopy in microbiology and prion research. Vet Microbiol 2007; 123: 305-19

Beekes M, Lasch P, Naumann D. Analytical applications of Fourier transform-infrared (FT-IR) spectroscopy in microbiology and prion research. Vet Microbiol 2007; 123: 305-19

S.aureus L.monocytogenes

B.anthracis

B.cereus

E.coli O157:H7

Y.enterocolitica

S.sonnei V.cholera V.vulnificus

S.typhimurium

Whittaker P, Mossoba MM, Al-Khaldi S, Fry FS, Dunkel VC, Tall BD, Yurawecz MP. Identification of foodborne bacteria by infrared spectroscopy using cellular fatty acid methyl esters. J Microbiol Methods 2003; 55: 709-16.

S.aureus L.monocytogenes

B.anthracis

B.cereus

E.coli O157:H7

Y.enterocolitica

S.sonnei V.cholera V.vulnificus

S.typhimurium

Whittaker P, Mossoba MM, Al-Khaldi S, Fry FS, Dunkel VC, Tall BD, Yurawecz MP. Identification of foodborne bacteria by infrared spectroscopy using cellular fatty acid methyl esters. J Microbiol Methods 2003; 55: 709-16.

Karadenizli A, Kolayli F, Ergen K. A novel application of Fourier-transformed infrared spectroscopy: classification of slime from staphylococci. Biofouling 2007; 23: 63-71.

Karadenizli A, Kolayli F, Ergen K. A novel application of Fourier-transformed infrared spectroscopy: classification of slime from staphylococci. Biofouling 2007; 23: 63-71.

Mikroorganizmaların Tanımlanmasında

Spektroskopik Yöntemler Prof.Dr.Çağrı Ergin

I. Ulusal Klinik Mikrobiyoloji Kongresi

Antalya 2011