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

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.