Uso do sub-imagem speckle

Sep 24, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 2613 (2023) Citar este artigo

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O crescimento da colônia microbiana é impulsionado pela atividade das células localizadas nas bordas da colônia. No entanto, este processo não é visível a menos que seja feita coloração específica ou corte transversal da colónia. A tecnologia de imagem Speckle é um método não invasivo que permite a visualização das zonas de aumento da atividade microbiana dentro da colônia. Neste estudo, a técnica de imagem speckle a laser foi utilizada para registrar o crescimento das colônias microbianas. Este método foi testado em três microrganismos diferentes: Vibrio natriegens, Escherichia coli e Staphylococcus aureus. Os resultados mostraram que o sistema de análise speckle não só é capaz de registrar o crescimento da colônia microbiana, mas também de visualizar a atividade de crescimento microbiano em diferentes partes da colônia. A técnica de imagem speckle desenvolvida visualiza a zona de “maior atividade microbiana” migrando do centro para a periferia da colônia. Os resultados confirmam a precisão dos modelos anteriores de crescimento de colônias e fornecem algoritmos para análise da atividade microbiana dentro da colônia.

O crescimento do tamanho das colônias é utilizado como critério para caracterizar a atividade microbiana em meio ágar. O crescimento do tamanho das colônias geralmente é monitorado gravando imagens ao vivo em momentos diferentes e comparando os tamanhos das colônias. Adotando essa técnica de imagem, as imagens são obtidas por câmeras de alta resolução ou scanners de mesa1,2. Tempo crítico de detecção, tamanho da colônia, taxa de crescimento e tamanho máximo da colônia são os parâmetros que podem ser quantificados usando os métodos de imagem ao vivo existentes.

Existem vários modelos que descrevem o crescimento de colônias3,4,5. Em muitos modelos, o crescimento das colónias microbianas é descrito como sendo desigual – o crescimento das colónias depende das zonas activas dos micróbios que, por sua vez, dependem do fornecimento de nutrientes do meio. Por exemplo, o crescimento microbiano na borda da colônia é mais ativo do que no seu centro devido ao fornecimento constante de nutrientes dos meios circundantes ou ao impulso constante das células nas laterais. A estrutura microscópica da colónia apoia muitas destas suposições. As células no centro da colónia de levedura param de proliferar e perdem a viabilidade enquanto as células na borda da mesma colónia estão vivas e continuam a crescer (proliferar)6. As diferenças na atividade microbiana em diferentes partes da colônia não podem ser visualizadas com precisão com os métodos de imagem ao vivo existentes. Atualmente, diferentes atividades microbianas dentro das colônias podem ser exploradas apenas com procedimentos invasivos – corte transversal das colônias e coloração de viabilidade6.

Um padrão de interferência criado pela luz coerente refletida ou espalhada por diferentes partes da superfície iluminada é uma mancha de laser. Se um objeto irradiado com manchas de laser não alterasse as propriedades de espalhamento ao longo do tempo, a imagem manchada também não mudaria. Se os dispersores se movem espontaneamente (por exemplo, movimento browniano), algumas manchas começam a mudar (forma, intensidade). A mudança nas propriedades de dispersão dos objetos cria uma mancha que varia no tempo. Ou seja, eventos ou influências externas, bem como processos que ocorrem diretamente na superfície medida, podem levar a alterações nas imagens speckle7. Em relação a este fenômeno, a técnica de imagem por manchas de laser tem se mostrado útil no monitoramento da atividade microbiana em meios opticamente não homogêneos, analisando padrões de manchas de laser que variam no tempo.

A técnica de imagem por manchas a laser é uma tecnologia emergente para análises médicas e de segurança alimentar. Permite a detecção precoce do crescimento microbiano8, a identificação de infecções fúngicas em maçãs9 e a medição do fluxo sanguíneo periférico em pacientes com esclerose10.

Neste estudo, a técnica de imagem speckle foi utilizada para registrar o crescimento e as características estruturais da colônia microbiana. Os resultados mostraram que o sistema de análise speckle desenvolvido é capaz não apenas de registrar o crescimento de uma colônia microbiana, mas também de visualizar a atividade de crescimento microbiano nas diferentes partes da colônia. A imagem speckle revela que o crescimento da colônia é impulsionado pela proliferação celular nas bordas e não no centro. Os resultados confirmam a precisão dos modelos anteriores de crescimento de colônias e fornecem algoritmos para análises de atividade microbiana dentro da colônia.