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Zentralinstitut für Ernährungs- und Lebensmittelforschung (ZIEL)

Abteilung Mikrobiologie
Technische Universität München
Weihenstephaner Berg 3
D-85350 Freising



FTIR-Referenzdatenbanken zur Identifizierung 
von Bakterien und Hefen

Ansprechpartnerin: Dr. Mareike Wenning

Der Identifizierung von Mikroorganismen kommt in zahlreichen industriellen Bereichen eine große Bedeutung zu. So sind mikrobiologische (Fehler-)Analysen ein Muss in der Qualitätskontrolle und -sicherung in lebensmittelproduzierenden Unternehmen oder in der Pharmaindustrie. Sie dienen der Ermittlung des mikrobiologischen Status der Produkte und der Produktionsstätte, der Risikobewertung im Falle von Produktschäden und der Aufklärung von Kontaminationsrouten. Die Techniken, die zu diesem Zweck eingesetzt werden, sind vielfältig und reichen von klassischen phänotypischen Methoden wie der Bestimmung von Zuckerverwertungsschemata und anderen Enzymprofilen bis hin zu molekularbiologischen Systemen. Einfache und verhältnismäßig günstige Techniken sind jedoch häufig ungenau und fehlerbehaftet, wohingegen Genauigkeit in der Regel mit hohen Kosten und größerem Aufwand erkauft werden muss. So besteht Bedarf an einer Technik, die verlässliche Ergebnisse mit geringem Kosten- und Personalaufwand erzielt.

Fourier-transform Infrarot (FTIR)-Spektroskopie ist eine einfache, kostengünstige und universell einsetzbare Technik für die Identifizierung von Mikroorganismen, die zudem - bedingt durch starke Automatisierung - einen hohen Probendurchsatz erlaubt. Sie nutzt die Eigenschaft von Molekülen, infrarotes Licht spezifisch zu absorbieren und die Information über die komplette biochemische Zusammensetzung eines Mikroorganismus in einem Spektrum zu vereinen. Infrarotspektren von Mikroorganismen sind so charakteristisch, dass die Technik auch als ‚fingerprinting technique’ bezeichnet wird.



Der Aufbau von Referenzdatenbanken wird in unserer Arbeitsgruppe seit mehr als 15 Jahren mit Nachdruck verfolgt und mittlerweile stehen für die meisten Keimgruppen umfangreiche Datenbanken zur Verfügung. Enthalten sind Stämme aus offiziellen Stammsammlungen, Lebensmitteln und dem Lebensmittelumfeld, Getränken und dem pharmazeutischen Produktionsumfeld. In unserer Gruppe werden 

·        
Hefen
·         Gram-positive nicht-Sporenbildner
·         Bazillen (mesophil und thermophil)
·         Milchsäurebakterien
·         Pseudomonaden
·         Essigsäurebakterien
·         Bifidobakterien
·         Clostridien

standardmäßig mit FTIR-Spektroskopie identifiziert. Es existieren zudem einige spezielle Datenbanken, die explizit auf bestimmte Anwendungsbereiche optimiert wurden:

·        
Hefen in der Brauereiindustrie (Saccharomyces sensu stricto / sensu lato-Komplex)
·         Klinisch relevante Hefen
·         Probiotische Saccharomyces cerevisiae in der Futtermittelindustrie
·         Probiotische Milchsäurebakterien in der Futtermittelindustrie
·        Probiotische Bacillus licheniformis und Bacillus subtilis in der Futtermittelindustrie

Zum Aufbau der Referenzdatenbanken wird die gesamte zur Verfügung stehende Palette an Techniken von der klassischen Mikroskopie über biochemische Charakterisierung, spezifische PCR, DNA-Restriktionsanalysen und DNA-Sequenzierung eingesetzt. Die Auswertung der FTIR-Spektren mit dem Ziel der Identifizierung auf Artebene ist je nach Art der Organismen und Umfang der Datenbank unter Umständen anspruchsvoll. Seit einiger Zeit werden deshalb Künstliche Neuronale Netze aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz zur Datenverarbeitung genutzt.

Die Spektrenbibliotheken können in Kombination mit Spektrometern der Firma Bruker Optik auch von externen Anwendern genutzt werden. Ferner werden sie für unseren diagnostischen Service im Rahmen der Dienstleistungsanalytik eingesetzt. 
                                   




 


Aktuelles

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The Novel Anaerobiosis-Responsive Overlapping Antisense to the Annotated Gene ECs2385 of Escherichia coli O157:H7 Sakai (Mai 2018)

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Thermal treatment of skim milk concentrates in a novel shear-heating device: Reduction of thermophilic spores and physical properties (Febr. 2018)

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A novel short L-arginine responsive protein-coding gene (laoB) antiparallel overlapping to a CadC-like transcriptional regulator in Escherichia coli O157:H7 Sakai originated by overprinting (2018)

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Comparison between Listeria sensu stricto and Listeria sensu lato strains identifies novel determinants involved in infection (2017)

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Denkvoraussetzungen und weltanschauliche Überzeugungen in der Biologie (2017)

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Differentiation of ncRNAs from small mRNAs in Escherichia coli O157:H7 EDL933 (EHEC) by combined RNAseq and RIBOseq-ryhB encodes the regulatory RNA Ryhb and a Peptide, RyhP. (2017)

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Spoilage of Microfiltered and Pasteurized Extended Shelf Life Milk Is Mainly Induced by Psychrotolerant Spore-Forming Bacteria that often Originate from Recontamination (2017)

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Transcriptional and translational regulation by RNA thermometers, riboswitches and the sRNA DsrA in Escherichia coli O157:H7 Sakai under combined cold and osmotic stress adaptation. (2016)

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Comparative Bioinformatics and Experimental Analysis of the Intergenic Regulatory Regions of Bacillus cereus hbl and nhe Enterotoxin Operons and the Impact of CodY on Virulence Heterogeneity (Mai 2016)

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Acidified nitrite inhibits proliferation of Listeria monocytogenes - Transcriptional analysis of a preservation method (März 2016)

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Translatomics combined with transcriptomics and proteomics reveals novel functional, recently evolved orphan genes in Escherichia coli O157:H7 (EHEC)

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Evidence for the recent origin of a bacterial protein-coding, overlapping orphan gene by evolutionary overprinting (Dez. 2015).

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Massive horizontal gene transfer, strictly vertical inheritance and ancient duplications differentially shape the evolution of Bacillus cereus enterotoxin operons hbl, cytK and nhe (Nov. 2015)