Type de document
Rapports de recherche scientifique
Année de publication
2016
Langue
Français
Résumé
Les microorganismes et leurs sous-produits sont présents dans tous les milieux de travail. Ils se retrouvent en suspension dans l’air, dans un liquide ou déposés sur des surfaces. Ils peuvent avoir des impacts importants sur les entreprises et la santé des travailleurs. Leur détection, à l’aide d’approches classiques faisant appel au dénombrement sur milieux gélosés, exige du temps et des ressources considérables. Cette étude vise à explorer une approche alternative et novatrice soit l’utilisation des signaux de fluorescence émis à différentes longueurs d’onde pour la détection et la différenciation de microorganismes en milieu de travail.
Un système mobile de détection de la fluorescence permettant des excitations à des longueurs d’onde de 266 nm et de 355 nm a été construit par l’Institut national d’optique (INO). Le choix des longueurs d’onde a été fait à partir d’une revue de la littérature et de considérations techniques reliées à la disponibilité des lasers. La première longueur d’onde (266 nm) permet d’obtenir des informations relatives à la composition des microorganismes et est plus adaptée à une classification microbienne. La seconde longueur d’onde de 355 nm permet la détection du matériel biologique et de l’état métabolique des microorganismes. Ces deux longueurs d’onde ne sont toutefois pas idéales pour l’étude des signatures Raman des microorganismes.
Des signatures de fluorescence ont été obtenues pour les microorganismes suivants : Staphylococcus epidermidis, Bacillus subtilis, Bacillus megaterium, Escherichia coli, Enterobacter cloacae, Cladosporium cladosporoides, Penicillium digitatum et Ulocladium chartarum. Les travaux ont porté sur 1) des suspensions pures et mélangées de ces microorganismes afin d’imiter celles retrouvées en milieu de travail, dans les biofontaines et dans les fluides de coupe ; 2) des dépôts de surface équivalents à ceux qu’on peut trouver dans les conduits de ventilation ; 3) des dépôts localisés imitant les gouttelettes asséchées sur des surfaces d’acier inoxydable qu’on retrouve, entre autres, dans les industries alimentaires ainsi que dans les hôpitaux.
La position des maxima de fluorescence avec des longueurs d’onde d’excitation à 266 nm semble différer d’une espèce à l’autre et permettre de les distinguer. Elles se situent pour les moisissures à des longueurs d’onde inférieures par rapport à celles des bactéries.
L’analyse des dérivés des signaux de fluorescence développée dans cette étude constitue une approche innovatrice non rapportée dans la littérature. Elle met en évidence des caractéristiques importantes du signal de fluorescence difficilement observable à l’œil nu. Ce traitement des signaux a démontré qu’il existait des différences fondamentales entre les dérivés des signaux de fluorescence provenant de bactéries à Gram – et à Gram +. Ceci permet une classification directe et rapide des bactéries à partir de leur signature de fluorescence.
Les signaux de fluorescence peuvent servir à qualifier et à quantifier instantanément l’importance des dépôts de poussières et de leur contenu bactérien comme ceux que l’on trouve dans les conduits de ventilation. Une adaptation du système est toutefois nécessaire pour confirmer ce constat pour les dépôts formés par l’assèchement de gouttelettes. La fluorescence produite par l’acide dipicolinique permet d’établir la présence de spores (bactériennes et mycologiques) dans les poussières déposées. Cette substance présente un intérêt pour la détection des spores bactériennes et doit être considérée lors de l’étude de la fluorescence des microorganismes.
Abstract
Microorganisms and their by-products are present in all workplaces. They are found in airborne suspensions, liquids or surface deposits and can have a significant impact on companies and worker health. Detecting them through classical approaches involving counting on agar media is time-consuming and quite expensive. The purpose of this study is to explore an alternative and innovative approach using fluorescence signals emitted at different wavelengths to detect and differentiate microorganisms in the workplace.
A mobile fluorescence detection system allowing excitations at wavelengths of 266 nm and 355 nm was built by the National Optics Institute (INO). The wavelengths were selected based on a literature review and technical considerations related to the availability of lasers. The first wavelength (266 nm) yields information on microorganism composition and is more suited to microbial classification. The second wavelength (355 nm) can be used to detect biological material and the metabolic state of microorganisms. However, neither wavelength is ideal for analyzing the Raman signatures of microorganisms.
Fluorescence signatures were obtained for the following microorganisms: Staphylococcus epidermidis, Bacillus subtilis, Bacillus megaterium, Escherichia coli, Enterobacter cloacae, Cladosporium cladosporoides, Penicillium digitatum and Ulocladium chartarum. The research focused on 1) pure and mixed suspensions of these microorganisms to imitate those found in the workplace in biofountains and cutting fluids; 2) surface deposits like the ones that can be found in ventilation ducts; 3) localized deposits imitating dried droplets on stainless steel surfaces in food industries, hospitals and elsewhere.
The position of the fluorescence maxima with excitation wavelengths of 266 nm appears to differ among species and can be used to differentiate between them. They are at lower wavelengths in moulds than in bacteria.
The fluorescence derivative analysis developed in this study is an innovative approach not reported in the literature. It shows major characteristics of the fluorescence signal that are hard to see with the naked eye. This signal processing showed fundamental differences between derivatives of the fluorescence signal of Gram – and Gram + bacteria, allowing direct and rapid classification of bacteria based on their fluorescence signature.
Fluorescence signals can be used to instantaneously qualify and quantify the magnitude of dust deposits and their bacterial content as found, for instance, in ventilation ducts. However, the system must be adapted to confirm this finding for deposits formed by drying droplets. The fluorescence produced by dipicolinic acid establishes the presence of spores (bacterial and mycological) in dust deposits. This is a promising substance for the detection of bacterial spores and should be considered in studying the fluorescence of microorganisms.
ISBN
9782896318704
Mots-clés
Microorganisme, Détection par fluorescence, Detection by fluorescence, Spectrométrie de Raman, Raman spectrometry, Québec
Numéro de projet IRSST
2012-0048
Numéro de publication IRSST
R-918
Citation recommandée
Skulinova, M., Marchand, G., Gravel, J.-F., Lavoie, J. et Cloutier, Y. (2016). Détection des microorganismes par fluorescence/RAMAN UV dans des aérosols, des suspensions ou sur des surfaces : étude exploratoire (Rapport n° R-918). IRSST.