Advanced methods in detection of pathogenic microorganisms and analysis the antimicrobials’ effect using Raman spectroscopy and other methods at the molecular level in optofluidic systems

Provider

Ministry of Health

Programme

—

Call for proposals

SMZ0202100001

Main participants

Masarykova univerzita / Lékařská fakulta

Contest type

VS - Public tender

Contract ID

NU21-05-00341

Project name in Czech

Pokročilé metody detekce patogenních mikroorganizmů a hodnocení účinku antimikrobiálních látek Ramanovou spektroskopií a dalšími metodami na úrovni molekul v optofluidních systémech

Annotation in Czech

Projekt řeší návrh, vývoj a využití fyzikálních metod pro výzkum mikrobiálních patogenů a jejich interakcí s prostředím. Metabolické procesy těchto mikroorganismů jsou regulovány různými vlivy, jako je dostupnost kyslíku, teplota, stáří kultury, přítomnost jiných druhů bakterií, bakteriofágů, biofilmu, nebo koncentrace antibiotik. Mnoho souvislostí na této úrovni zůstává neprozkoumáno, protože chybí techniky, které by umožnily dlouhodobou nedestruktivní chemickou analýzu jednotlivých buněk v striktně regulovaných podmínkách. Porozumění metabolickým změnám v průběhu bakteriálního buněčného cyklu za různých podmínek je přitom zásadní pro určení efektivního postupu léčby infekčních onemocnění, se zaměřením na sepsi. Proto jsou ústředními tématy tohoto projektu návrh, vývoj a testování optofluidních systémů umožňujících bezpečnou a efektivní kultivaci patogenních mikroorganismů v optimálních podmínkách a současné dlouhodobé mikroskopické pozorování, optické zachytávání jednotlivých buněk a jejich automatizovanou Ramanovu, případně fluorescenční spektroskopickou analýzu, měření růstových křivek. Mikrospektroskopická Ramanova analýza mikrobů na úrovni jednotlivých buněk umožní sledovat změny v buněčné respiraci, chemickém složení buněčné stěny, koncentraci proteinů, DNA, RNA, jednotlivých nukleotidů, atd. Tím bude možné hodnotit dynamiku interakce různých kmenů bakterií s antibiotiky za různých podmínek, zejména v bakteriálních konsorciích a biofilmech, za zvýšené teploty, za sníženého přístupu kyslíku, atp. Konkrétním výstupem projektu bude soubor optofluidních zařízení pro systematickou automatizovanou spektroskopickou analýzu bakteriálních kolonií, biofilmů a jednotlivých buněk v suspenzi. Tyto systémy budou následně použity k charakterizaci vybraných sbírkových kmenů patogenních mikroorganismů. Zároveň umožní paralelně validovat výsledky Ramanovy spektroskopické analýzy prostřednictvím hmotnostní spektrometrie, kapilární elektroforézou a dalšími technikami.

R&D category

AP - Applied research

OECD FORD - main branch

10606 - Microbiology

OECD FORD - secondary branch

10306 - Optics (including laser optics and quantum optics)

OECD FORD - another secondary branch

—

CEP - equivalent branches <br>(according to the <a href="http://www.vyzkum.cz/storage/att/E6EF7938F0E854BAE520AC119FB22E8D/Prevodnik_oboru_Frascati.pdf">converter</a>)

BH - Optics, masers and lasers<br>EE - Microbiology, virology

Provider evaluation

V - Vynikající výsledky projektu (s mezinárodním významem atd.)

Project results evaluation

The project focused on the development of Raman spectroscopy applications for the identification of bacteria and yeasts. Interesting results were obtained, demonstrating the potential of the method in diagnosing infectious diseases, especially prevalent pathogens causing sepsis. Those microbes can be identified directly from clinical specimens by Raman spectroscopy. A microfluidic chip was also developed, which allows for increasing the efficiency of this method and, simultaneously, changing the migration path of microbial cells using acoustic waves. The results were published in 7 journals with IF, which were journals above the field's median (Q1, Q2). An industrial design and a functional design have also been granted.

Realization period - beginning

May 1, 2021

Realization period - end

Dec 31, 2024

Project status

U - Finished project

Latest support payment

Apr 12, 2024

Confidentiality

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Data delivery code

CEP25-MZ0-NU-U

Data delivery date

Jul 1, 2025

Total approved costs

9,289 thou. CZK

Public financial support

9,289 thou. CZK

Other public sources

0 thou. CZK

Non public and foreign sources

0 thou. CZK