Utilisation du sous-marin d'imagerie speckle

Sep 24, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 2613 (2023) Citer cet article

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La croissance des colonies microbiennes est pilotée par l’activité des cellules situées en périphérie de la colonie. Cependant, ce processus n’est visible que si une coloration spécifique ou une coupe transversale de la colonie est effectuée. La technologie d’imagerie speckle est une méthode non invasive qui permet de visualiser les zones d’activité microbienne accrue au sein de la colonie. Dans cette étude, la technique d’imagerie laser speckle a été utilisée pour enregistrer la croissance des colonies microbiennes. Cette méthode a été testée sur trois micro-organismes différents : Vibrio natriegens, Escherichia coli et Staphylococcus aureus. Les résultats ont montré que le système d’analyse des taches est non seulement capable d’enregistrer la croissance de la colonie microbienne, mais également de visualiser l’activité de croissance microbienne dans différentes parties de la colonie. La technique d’imagerie speckle développée visualise la zone de « la plus forte activité microbienne » migrant du centre vers la périphérie de la colonie. Les résultats confirment l’exactitude des modèles précédents de croissance des colonies et fournissent des algorithmes pour l’analyse de l’activité microbienne au sein de la colonie.

La croissance de la taille des colonies est utilisée comme critère pour caractériser l’activité microbienne sur milieu gélosé. La croissance de la taille des colonies est généralement surveillée en enregistrant des images en direct à différents moments et en comparant les tailles des colonies. En adoptant cette technique d'imagerie, les images sont obtenues par des caméras haute résolution ou des scanners à plat1,2. Le temps de détection critique, la taille de la colonie, le taux de croissance et la taille maximale de la colonie sont les paramètres qui peuvent être quantifiés à l’aide des méthodes d’imagerie en direct existantes.

Il existe plusieurs modèles décrivant la croissance des colonies3,4,5. Dans de nombreux modèles, la croissance des colonies microbiennes est décrite comme inégale : la croissance des colonies dépend des zones actives des microbes qui, à leur tour, dépendent de l'apport de nutriments provenant du milieu. Par exemple, la croissance microbienne en bordure de la colonie est plus active qu’en son centre en raison de l’apport constant de nutriments provenant des milieux environnants ou de la poussée constante des cellules sur les milieux latéraux. La structure microscopique de la colonie conforte bon nombre de ces présomptions. Les cellules au centre de la colonie de levure cessent de proliférer et perdent leur viabilité tandis que les cellules situées en bordure de la même colonie sont vivantes et continuent de croître (proliférer)6. Les différences d’activité microbienne dans différentes parties de la colonie ne peuvent pas être visualisées avec précision avec les méthodes d’imagerie en direct existantes. Actuellement, différentes activités microbiennes au sein des colonies ne peuvent être explorées qu’à l’aide de procédures invasives : coupe transversale des colonies et coloration de la viabilité6.

Un motif d'interférence créé par la lumière cohérente réfléchie ou diffusée depuis différentes parties de la surface éclairée est une tache laser. Si un objet irradié par des taches laser ne modifie pas ses propriétés de diffusion au fil du temps, l'image des taches ne changera pas non plus. Si les diffuseurs se déplacent spontanément (par exemple, mouvement brownien), certaines taches commencent à changer (forme, intensité). La modification des propriétés de diffusion des objets crée une tache variable dans le temps. Autrement dit, des événements ou des influences externes, ainsi que des processus se produisant directement sur la surface mesurée, peuvent entraîner des modifications dans les images de taches7. Concernant ce phénomène, la technique d’imagerie laser speckle s’est avérée utile pour surveiller l’activité microbienne dans des milieux optiquement inhomogènes en analysant des modèles de speckle laser variant dans le temps.

La technique d'imagerie laser speckle est une technologie émergente pour les analyses médicales et de sécurité alimentaire. Il permet la détection précoce de la croissance microbienne8, l’identification d’une infection fongique dans les pommes9 et la mesure du débit sanguin périphérique chez les patients atteints de sclérose10.

Dans cette étude, la technique d’imagerie speckle a été utilisée pour enregistrer la croissance et les caractéristiques structurelles de la colonie microbienne. Les résultats ont montré que le système d’analyse des taches développé est capable non seulement d’enregistrer la croissance d’une colonie microbienne, mais également de visualiser l’activité de croissance microbienne dans les différentes parties de la colonie. L’imagerie speckle révèle que la croissance des colonies est motivée par la prolifération cellulaire sur ses bords plutôt que sur son centre. Les résultats confirment l’exactitude des modèles précédents de croissance des colonies et fournissent des algorithmes pour les analyses de l’activité microbienne au sein de la colonie.