Введение. Каждая культура бактерий обладает определенным набором ферментов, что обуславливает протекание биохимических процессов, связанных с их жизнедеятельностью. В процессе метаболизма происходит выделение небольших количеств различных веществ, в т. ч. газов-маркеров, специфичных для определенной группы бактерий. Например, для стафилококка (St.aureus) характерно выделение NH₃, H₂S, N₂, NO₂; для кишечной палочки (E.coli) — CO₂, индол, NO₂ и т.п [1].
Выделяемые бактериями вещества представляют интерес как маркеры их состояния и наличия загрязнений различных объектов микроорганизмами. Поскольку газовые смеси могут детектироваться методами лазерной спектроскопии, последние представляют интерес для осуществления контроля наличия и состояния колоний различных болезнетворных бактерий, что и являлось целью данной работы [2].

Можно выделить различные фазы роста, отличающиеся по физиологической активности бактерий: исходная фаза (2 ч.), фаза задержки размножения (2ч.), экспоненциальная фаза (5ч.), фаза отрицательного ускорения (2ч.), стационарная фаза (2ч.), фаза ускорения гибели (3ч.), логарифмическая фаза (5ч.), фаза уменьшения скорости отмирания (3ч.).

Материалы и методы. В данной работе контроль фаз роста бактерий in vitro проводился при помощи внутрирезонаторного лазерного сенсора, работающего в спектральном диапазоне длин волн 9,2 - 10,8 мкм. Сенсор позволяет исследовать состав газовых смесей биологического происхождения и испарений биожидкостей в калибровочном объеме в режиме прокачки и определять в газовой смеси наличие NO, N₂O, NO₂; CH₃; CO₂, С₂Н₄, CH₃O₄, C₂H₅OH, H₂O и других газовых примесей (до 50), с помощью оптико-акустического детектора с дифференциальным резонатором Гельмгольца на основе эффектов взаимодействия лазерного излучения, обеспечивая высокое быстродействие (секунды), неинвазивность, комфортность и высокую чувствительность - не хуже 10-2 мг/м3 [3].

Процесс измерений заключался в следующем. Производился посев чистой культуры бактерии в пробирки с жидкой питательной средой и помещение их в термостат (37°C). Далее через каждые два часа производился забор небольшого количества воздуха из пробирки с культивируемой бактерией в приемник лазерного оптико-акустического сенсора, после чего проводилось сканирование спектра поглощения закаченной пробы. Спектр поглощения каждой пробы сканировался многократно для уменьшения влияния случайных факторов на результаты измерений. Описанные процедуры проводились на протяжении суток. Измерения были проведены для кишечной и синегнойной палочек, стафилококка, протея и клебсиеллы. С целью выделения вклада газовыделений бактерий в газовую смесь, распложенную в пробирке, использовались контрольные пробы чистого питательного бульона, находящегося в тех же условиях, что и пробирки с бактериями.

В качестве примера на рис.1 представлены результаты измерений спектра поглощения газовыделений кишечной палочки.
Анализ результатов. На представленном выше рисунке видна отчетливая динамика изменения коэффициента поглощения во времени: максимальное значение коэффициента поглощения наблюдалось через 10ч. после посева чистой культуры, что соответствует фазе экспоненциального роста колонии. Далее в соответствии с фазами роста колоний, численность колонии уменьшается, что, как видно из рисунков, сопровождается уменьшением концентрации газовых продуктов метаболизма бактерий.

Выводы. Использованный в работе оптико-акустический газоанализатор работает с пробами небольшого объема (2-5 см3) и позволяет проводить контроль газообмена бактерий in vitro.
Полученные экспериментальные данные показывают, что интенсивность газовыделений колоний бактерий, контролируемая методами лазерной спектроскопии, коррелирует с фазами их роста.