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FTIR Spektrenbibliotheken
Stammsammlung







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. Etienne Doll

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

Paper
Complementary use of cultivation and high-throughput amplicon sequencing reveals high biodiversity within raw milk microbiota (2020)

Paper
Recommendations for bacterial ribosome profiling experiments based on bioinformatics evaluation of published data (2020)

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OLGenie: Estimating natural selection to predict functional overlapping genes (2020)

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Genetic Organization of the aprX-lipA2 Operon Affects the Proteolytic Potential of Pseudomonas Species in Milk (2020)

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Brevilactibacter flavus gen.nov., sp. nov., a novel bacterium of the family Propionibactericeae isolated form raw milk and dairy products and reclassification of Probioniciclava sinopodophylli as Brevilactibacter sinopodophylli comb. nov. (2020)

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A novel pH-regulated, unusual 603 bp overlapping protein coding gene pop is encoded antisense to ompA in Escherichia coli O157:H7 (EHEC). (2020)

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Pseudomonas haemolytica sp. nov., isolated from raw milk and skimmed milk concentrate (2020)

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Pseudomonas saxonica sp.nov. isolated from raw milk and skimmed milk concentrate. (2020)

Paper
Thermally induced milk fouling: Survival of thermophilic spore Formers and potential of contamination (Dez 2019)

Paper
Optimality in the standard gentic code is robust with respect to comparison code sets (2019)

Paper
Accurate quantification of thermophilic spores in dairy powders (2019)

Paper
Pseudomonas lactis sp. nov. and Pseudomonas paralactis sp. nov., isolated from bovine raw milk (2017)

Paper
Resistance of thermophilic spore formers isolated from milk and whey products towards cleaning-in-place conditions: Influence of pH, temperature and milk residues (2019)

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Proposal of Lysobacter pythonis sp. nov. isolated from royal pythons (Python regius) (2019)

Paper
The novel EHEC gene asa overlaps the TEGT transporter gene in antisense and is regulated by NaCl and growth Phase (Dez 2018)

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Reprogramming Human Siderocalin to Neutralize Petrobactin, the Essential Iron Scavenger of Anthrax Bacillus (2018)

Paper
Dysfunction, Disease, and the Limits of Selection (2018)

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