FTIR-Referenzdatenbanken zur Identifizierung  von Bakterien und Hefen Ansprechpartnerin: Dr. Mareike Wenning 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.