Applicability of Raman Spectroscopy for Characterization of Three Major Foodborne Pathogens

Abstract

Due to its fastness, low-cost, and non-destructive features, the Raman spectroscopy has been found as a useful method to detect and identify microorganisms. In the present paper, the Raman spectral fingerprints of three major foodborne pathogens, including Escherichia coli, Salmonella typhimurium and Staphylococcus aureus were compared for the possible usefulness of this method for identification. Bacterial cultures grown into tryptic soy broth were inactivated with formaldehyde solution, and then freeze dried for analysis. A Renishaw Raman spectrometer system equipped with DDC camera and a Leica microscope was used in this study. Visual examination of the spectra showed significant differences. For example, intensity of bands around 856 and 877 cm-1 was much stronger in the spectra of S. aureus when compared to Gram negative organisms. In addition, the band at 917 cm-1 was only present in the spectra of S. typhimurium. It can be said that the Raman spectroscopy provides a powerful tool for the identification of foodborne pathogens at genus level, yet more research needs to be done to standardize the method for correct identification at species level.

Keywords

• E. coli, Foodborne pathogens, Raman spectroscopy, S. aureus, S. typhimurium

Raman Spektroskopisinin Üç Önemli Gıda Kaynaklı Patojenin Karakterizasyonunda Uygulanabilirliği

Abstract

Hızlı, düşük maliyetli ve örnek üzerinde tahribat yapmayan özelliklerinden dolayı Raman spektroskopisi mikroorganizmaların saptanmasında ve tanımlanmasında son zamanlarda yararlı bir metot olarak kullanılabileceği bildirilmiştir. Bu çalışmada, üç adet çok önemli gıda kaynaklı patojen olan Escherichia coli, Salmonella Typhimurium ve Staphylococcus aureus’un Raman spectral parmak izleri karşılaştırılarak bu metodun tanımlamada kullanılabilirliği araştırılmıştır. Tryptic soy broth içerisinde üretilen bakteri kültürleri formaldehit kullanılarak inaktive edildiler ve analize uygun hale getirmek için kurutuldular. DDC kamera ve Leica mikroskop cihazlarına sahip olan Renishaw marka Raman spektrometresi bu çalışmada kullanılmıştır. Elde edilen spektrumların görsel olarak yapılan incelemelerinde farklılıklar bulunmuştur. Örneğin, 856 ve 877 cm-1 bölgelerinde ortaya çıkan bantların yoğunluğu Gram negatif mikroorganizmalar ile kıyaslandığında S. aureus’dan elde edilen spektrumlarda daha fazla bulunmuştur. Buna ilaveten, 917 cm-1 bölgesinde elde edilen bant sadece S. Typhimurium’da bulunmuştur. Raman spektroskopisinin gıda kaynaklı patojenlerin genus seviyesinde tanımlanmasında güçlü bir araç olduğu söylenebilir, fakat metodun tür düzeyinde tanımlama yapabilmesi için standardizasyon çalışmalarına ihtiyaç duyulmaktadır.

Keywords

• Gıda kaynaklı patojenler, Raman spektroskopisi, E. coli, S. aureus, S. typhimurium