Možnost využití Ramanovy spektroskopie při identifikaci mikroorganismů způsobujících infekce krevního řečiště

Bc. Jan Mašek

Master's thesis

Potential of Raman spectroscopy for identification of microorganisms causing bloodstream infections

Abstract:

Ramanova spektroskopie je metodou vibrační spektroskopie. Vychází z Ramanova jevu, neelastického rozptylu světla při interakci monochromatického záření s molekulou. Jedná se o nedestruktivní techniku, jež nachází uplatnění v analýze jednotlivých molekul i komplexních struktur. V posledních letech si tato metoda získává větší pozornost i při analýze biologického materiálu, včetně mikrobiálních buněk. Diplomová práce byla zaměřena na zkoumání možnosti využití Ramanovy spektroskopie při identifikaci mikroorganismů, které se uplatňují jako patogeny při infekcích krevního řečiště. Tyto infekce často vyúsťují v závažné klinické stavy, u kterých je rychlá a přesná klasifikace klíčovým krokem pro efektivní léčbu. V rámci práce byla získána Ramanovská spektra 28 druhů (celkem 203 kmenů) původců infekcí krevního řečiště. Tato spektra byla zpracována a analyzována za účelem klasifikace spekter metodami strojového učení. Práce prokazuje schopnost Ramanovy spektroskopie identifikovat nejvýznamnější původce infekcí krevního řečiště a do budoucna potenciál k zapojení do klinického diagnostického procesu.

Abstract:

Raman spectroscopy is a method of vibrational spectroscopy. It is based on inelastic light scattering during interaction between monochromatic light and a molecule. It is a non-destructive method which serves as a useful tool in analysis of various substances, from molecules to complex structures. In recent years, the method is also gaining attention in the field of analysis of biological samples including microbial cells. Master thesis aimed at research of potential use of Raman spectroscopy for identification of microorganisms which cause bloodstream infections. Those infections often result in severe clinical conditions during which rapid and accurate classification of pathogen is a crucial step for effective treatment. In this thesis Raman spectra of 28 species (overall 203 strains) of microorganism were acquired. The spectra were processed and analysed for classification of the spectra using machine learning methods. This thesis shows capability of Raman spectroscopy to identify the most important microbial causes of bloodstream infections and future potential of integration of the method into clinical diagnostic process.

Keywords

infekce krevního řečiště, hemokultura, Ramanova spektroskopie, vibrační spektroskopie, rychlá diagnostika, bloodstream infections, blood culture, Raman spectroscopy, vibrational spectroscopy, rapid diagnostics

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 1. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 31. 1. 2022
• Supervisor: prof. MUDr. Filip Růžička, Ph.D.
• Reader: Mgr. Ota Samek, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Microbiology / Microbiology