Разработка методов, алгоритмов и программных средств для интеллектуализации измерительных преобразователей, используемых для экспрессной оценки жизнедеятельности микроорганизмов : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель А. И. Драпеза

Abstract

Объектами исследования в течение 2011-2015 годов являлись электрофизические и тепловые методы оценки жизнеспособности интактных и инактивированных популяций бактерий S.aureus, E.coli, P.aerugnosa, C.albicans. Целью работы является разработка методов, алгоритмов и программных средств для интеллектуализации измерительных преобразователей, используемых для экспрессной оценки жизнедеятельности микроорганизмов. При выполнении НИР в течение 2011-2015 годов проведен анализ состояния проблемы в области методов экспрессной оценки жизнеспособности интактных и инактивированных микроорганизмов. Теоретически и экспериментально обоснован выбор измерительных преобразователей электрофизического и теплового типа для разработки методов, алгоритмов и программных средств автоматизации прикладного микробиологического эксперимента, связанного с экспрессной оценкой жизнеспособности интактных и инактивированных микроорганизмов. В результате разработаны аппаратно-программные средства на основе метода дифференциальной термистометрии. Результатами их испытаний на бактериях E.cоli, S.aureus, C.albicans, Ps.aurogenoza впервые установлено, что оценка проявления жизнеспособности бактерий достигается в течение 80 мин по экзотермическому или эндотермическому характеру метаболизма относительно контрольных термограмм типа «среда-среда». Показано, что в качестве основных идентифицирующих маркеров термограмм при создании баз данных для идентификации могут быть использованы значения усредненных уровней термограмм типа «среда-среда», «среда-среда+живые микроорганизмы» и «среда-среда+убитые микроорганизмы», полученные при разных значениях температур и типов питательных сред. Отмечено, что такой подход позволяет учесть количество и специфичность экзометаболитов, выделяемых в процессе роста микроорганизмов, и дает возможность значительно уменьшить величину статистического разброса при измерениях однотипных параметров. Отмечено также, что при коммерциализации разработанных аппаратно-программных средств регистрацию всех типов термограмм следует проводить одновременно и на основе многоканальных измерений, чтобы ускорить быстроту анализа и повысить достоверность идентификации микроорганизмов. Разработаны программы драйверов управления аппаратными средствами на основе биочипов, предназначеных для обнаружения жизнеспособных бактерий и идентификации их вида в реальном для прикладной микробиологии времени. С использованием бактерий E.cоli и S.aureus проведены лабораторные испытания разработанных аппаратно-программных средств. Впервые показано, что исходные зарядовые состояния исследуемых пленочных тест-культур бактерий E.cоli и S.aureus, в условиях структурно-функциональной целостности их мембран, имеют существенные различия в проявлении зарядовых свойств и в характеристиках (волновых чисел) спектра комбинационного рассеяния света. Показано, что эти различия могут выступать в качестве маркеров для быстрого обнаружения и идентификации малого количества жизнеспособных возбудителей инфекции при создании и коммерциализации новых информационных технологий на основе биочипов.