Biofysikaliska och fysiokemiska fingeravtryck av enskilda bakteriesporer

Projektbeskrivning

Sporbildande bakterier som orsakar sjukdomar, och förstör mat och ger matförgiftning utgör en särskilt farlig fara i vårt samhälle. När de är i sporform kan de överleva svåra miljöer. Till exempel kan stammar av släktet Bacillus, som orsakar mjältbrand och matförgiftning, vara vilande i flera årtionden i jorden. De kan motstå 100 °C i timmar och motstå gammastrålning samt en mängd desinfektionsmedel. Sporernas möjlighet att vara vilande och deras robusthet är således en utmaning för hälso- och sjukvård, livsmedels- och mejeribranschen, och på grund av detta anses de vara de mest potenta biologiska krigsmedlen.

För att hantera denna utmaning är det avgörande att använda tillförlitliga dekontaminerings- och desinfektionsmetoder samt tillförlitliga metoder för att upptäcka döda från livskraftiga sporer. Standardproceduren för att kvantifiera sådan desinfektionseffektiviteten är i dagsläget baserad på odlingsanalyser, vilka begränsar detekteringen till organismer som kan odlas och kräver lång tid för svar (dagar). För snabb detektion har spektroskopiska tekniker föreslagits, men begränsas av brist på känslighet och skanningsfrekvens. Dekontamineringsmetoder är i sin tur begränsade av brist på kunskap, det vill säga "vi vet att starka och giftiga kemikalier kan döda sporer, men mekanistiskt, vad dödar dem?" Eftersom starka desinfektionsmedel och giftiga kemikalier utgör en risk för miljön, och de kan vara frätande, är det en riskabelt att implementera dem över stora och känsliga material. Således finns det utrymme för att optimera dekontamineringsstrategier och hur man identifierar döda och livskraftiga sporer. Vi kan förbättra dessa begränsningar om vi kan förbättra karakteriseringen av sporernas biofysiska och fysiokemiska respons och fördjupa vår kunskap om den mekaniska bilden av hur desinfektionskemikalier påverkar sporer och deras livscykel.

Projektet handlar om att förstå sporers biofysiska och fysikalisk-kemiska parametrar som respons på miljöförhållanden, optimera dekontamineringsstrategier och utveckla en spektroskopisk metod som kan identifiera döda från livskraftiga sporer, snabbt och utan laboratorium. Vi kommer att använda vårt Laser-Pincett-Raman-Spektroskopiinstrument (LTRS) i vilken vi har integrerat en digital holografisk bildbehandlingsmetod. Vi kan då mäta hydrodynamiska koefficienter, ytbelastning, Raman-spektra och morfologiska förändringar på enskilda sporer under olika miljöförhållanden, med hög noggrannhet, specificitet och med högtidsupplösning. Denna kunskap kommer också att vara grundläggande för att utveckla en spektroskopisk teknik som kan identifiera döda från livskraftiga sporer.