소식

Jun 14, 2023

스펙클 이미징 서브 사용

과학 보고서 13권,

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2613(2023) 이 기사 인용

611 액세스

측정항목 세부정보

미생물 군집의 성장은 군집 가장자리에 위치한 세포의 활동에 의해 주도됩니다. 그러나 이 과정은 집락의 특정 염색이나 단면화가 수행되지 않는 한 보이지 않습니다. 스펙클 이미징 기술은 콜로니 내 미생물 활동이 증가한 영역을 시각화할 수 있는 비침습적 방법입니다. 본 연구에서는 레이저 스펙클 이미징 기술을 사용하여 미생물 콜로니의 성장을 기록했습니다. 이 방법은 Vibrio natriegens, Escherichia coli 및 Staphylococcus aureus의 세 가지 다른 미생물에 대해 테스트되었습니다. 결과는 얼룩 분석 시스템이 미생물 군집의 성장을 기록할 수 있을 뿐만 아니라 군집의 여러 부분에서 미생물 성장 활동을 시각화할 수 있음을 보여주었습니다. 개발된 스펙클 이미징 기술은 콜로니의 중심에서 주변으로 이동하는 "가장 높은 미생물 활동" 영역을 시각화합니다. 결과는 이전 식민지 성장 모델의 정확성을 확인하고 식민지 내 미생물 활동 분석을 위한 알고리즘을 제공합니다.

콜로니 크기의 성장은 한천 배지에서 미생물 활성을 특성화하기 위한 기준으로 사용됩니다. 콜로니 크기 성장은 일반적으로 서로 다른 시간에 실시간 이미지를 기록하고 콜로니의 크기를 비교하여 모니터링됩니다. 이 이미징 기술을 채택하면 고해상도 카메라 또는 평판 스캐너1,2로 이미지를 얻을 수 있습니다. 임계 검출 시간, 콜로니 크기, 성장률 및 최대 콜로니 크기는 기존 라이브 이미징 방법을 사용하여 정량화할 수 있는 매개변수입니다.

식민지 성장을 설명하는 여러 모델이 있습니다. 많은 모델에서 미생물 군집 성장은 고르지 않은 것으로 설명됩니다. 군집 성장은 미생물의 활성 영역에 따라 달라지며, 이는 다시 배지의 영양분 공급에 따라 달라집니다. 예를 들어, 식민지 가장자리의 미생물 성장은 주변 매체로부터 지속적인 영양분 공급 또는 측면 매체의 세포의 지속적인 밀기로 인해 중앙보다 더 활발합니다. 식민지의 미세한 구조는 이러한 추정 중 많은 부분을 뒷받침합니다. 효모 콜로니 중앙에 있는 세포는 증식을 멈추고 생존력을 잃는 반면, 같은 콜로니 가장자리에 있는 세포는 살아 있고 계속해서 성장(증식)합니다6. 기존 라이브 영상 방법으로는 식민지의 여러 부분에서 미생물 활동의 차이를 정확하게 시각화할 수 없습니다. 현재, 콜로니 내 다양한 ​​미생물 활동은 침습적 절차(콜로니 횡단면 분석 및 생존 가능성 염색)를 통해서만 탐색할 수 있습니다6.

조명된 표면의 여러 부분에서 반사되거나 산란된 간섭성 빛에 의해 생성된 간섭 패턴이 레이저 얼룩입니다. 레이저 스펙클을 조사한 물체가 시간이 지나도 산란 특성이 변하지 않으면 스펙클 이미지도 변하지 않습니다. 산란체가 자발적으로 움직이는 경우(예: 브라운 운동) 일부 얼룩이 변경되기 시작합니다(모양, 강도). 물체의 산란 특성의 변화는 시간에 따라 변하는 반점을 생성합니다. 즉, 측정된 표면에서 직접 발생하는 프로세스뿐만 아니라 외부 이벤트나 영향으로 인해 스펙클 이미지가 변경될 수 있습니다. 이 현상과 관련하여 레이저 스펙클 이미징 기술은 시간에 따라 변하는 레이저 스펙클 패턴을 분석하여 광학적으로 불균일한 매체에서 미생물 활동을 모니터링하는 데 유용한 것으로 입증되었습니다.

레이저 스펙클 이미징 기술은 의료 및 식품 안전 분석을 위한 새로운 기술입니다. 이를 통해 미생물 성장의 조기 발견8, 사과 과일의 곰팡이 감염 식별9, 경화증 환자의 말초 혈류 측정이 가능합니다10.

본 연구에서는 미생물 군집의 성장과 구조적 특징을 기록하기 위해 스펙클 이미징 기술을 사용했습니다. 결과는 개발된 얼룩 분석 시스템이 미생물 군집의 성장을 기록할 수 있을 뿐만 아니라 군집의 여러 부분에서 미생물 성장 활동을 시각화할 수 있음을 보여주었습니다. 얼룩 영상을 통해 식민지 성장은 중앙이 아닌 가장자리의 세포 증식에 ​​의해 주도된다는 것을 알 수 있습니다. 결과는 이전 식민지 성장 모델의 정확성을 확인하고 식민지 내 미생물 활동 분석을 위한 알고리즘을 제공합니다.