JP6487420B2 - 有機体の観察方法及び関連システム - Google Patents

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Description

本発明は、有機体の観察方法に関する。本発明は、有機体の観察に関連するシステムにも関する。
本発明は、微生物学の分野、より具体的には、生物有機体の特定及び当該有機体と媒質との相互作用の調査の分野に含まれる。
特定の媒質上に有機体を培養することが知られている。これらの媒質は、ゲロース栄養培地である。これらの媒質は、個別に、又は、試料を構成する異なる有機体を空間的に分離することによって、採取される有機体の数を増加させることを可能とする。特定の方法による増幅は、他の有機体を犠牲にして特定の有機体の成長を促進する阻害剤の存在によって達せられる。異なる種類の有機体を空間的に分離することは、複数菌の試料の場合にのみ可能である。
このような媒質上の培養の欠点の1つは、人間のオペレータによって、単一の有機体から、観察及び採取される一組の有機体を得るために要する時間である。これは、一般的に、約20世代、すなわち、短くとも24時間という比較的長時間を要する。
それゆえ、その応用が最新技術の文書におけるより急速である、固体基質における有機体の観察方法に対する必要性が存在する。
本発明によれば、この目的は、試料を観察する方法によって達成されるが、当該試料は、一組の有機体と、当該有機体の全体を保持する固体基質とを有する。当該方法は、前記試料の少なくとも一部分を光線で照らすステップを含む。当該方法は、一組の有機体の第1の部分による光線の回折からの波の画像に対応する、第1回折パターンを獲得するステップをも有する。当該方法は、一組の有機体の第2の部分による光線の回折からの波の画像に対応する、第2回折パターンを獲得するステップをも有する。当該方法は、前記第2回折パターンを前記第1回折パターンと比較するステップと、当該比較するステップの結果から前記一組の有機体に関連する少なくとも1つの性質を判別するステップと、をも有する。当該方法は、それぞれの獲得ステップ中に、前記光線のサイズを、前記一組の有機体の関連部分のサイズに相対的に適応させるステップを有する。
特定の実施形態によれば、この方法は、個別に、又は、任意の技術的に可能な組合せに従った1又は複数の後述の特徴を有する。
一組の有機体は平面に配置され、前記光線のサイズを適応させるそれぞれのステップは、前記光線の半径が、前記平面内で、前記一組の有機体の関連部分のサイズの0.5倍以上で、且つ、前記一組の有機体の関連部分のサイズの5倍以下であるように前記平面内に適用される。
前記光線のサイズを適応させるそれぞれのステップは、前記光線の半径が、前記平面内で、前記一組の有機体の関連部分のサイズの1倍以上、好ましくは、前記一組の有機体の関連部分のサイズの3倍以上であるように前記平面内に適用される。
前記第1回折パターンは、第2回折パターンとは異なる瞬間に獲得される。
前記第1の部分と前記第2の部分とは異なる。
前記一組の有機体は、平面に配置されるとともに、少なくとも一方向に沿って最大の広がりを有し、前記光線の半径は、前記照らすステップにおける前記平面内で、前記一組の有機体の前記最大の広がりの1から5倍の間である。
前記固体基質は、前記一組の有機体の少なくとも一部分を増殖させることができ、それぞれの瞬間において、前記光線の半径は、前記照らすステップにおける前記平面で、前記一組の有機体の前記最大の広がりの3から5倍の間に含まれるサイズに維持される。
前記固体基質は、前記一組の有機体の少なくとも一部分を増殖させることができ、前記試料は、前記固体基質が抗生物質を含有する領域を有し、前記第2回折パターンは、前記試料の領域による前記光線の回折からの波の画像に対応し、前記判別するステップにおいて判別される前記特徴は、前記抗生物質に対する前記有機体の感度である。
前記固体基質は、前記一組の有機体の少なくとも一部分を増殖させることができ、前記試料は、前記固体基質が抗生物質を一方向に沿った濃度勾配を伴って含有する領域を有する。前記方法は、前記試料の前記領域内の複数の部分であって、当該部分のそれぞれにおける抗生物質の濃度が異なる、部分による前記光線の回折からの波の画像に対応する複数の回折パターンを獲得するステップと、前記複数の画像のそれぞれを、第1の画像と比較するステップと、を含み、前記判別するステップにおいて判別される前記特徴は、前記抗生物質に対する前記有機体の最小発育阻止濃度である。
前記固体基質は、前記一組の有機体の少なくとも一部分の光学指数を変化させることができる。
前記固体基質は、析出発色基質である。
本発明は、試料を観察するシステムにも関連するが、当該試料は、一組の有機体と、前記一組の有機体を保持する固体基質とを備え、当該観察するシステムは、光線を放射するように適応された光源と、前記光源により放射されるように適応された前記光線によって前記試料が照らされ、且つ、前記光線のサイズが前記一組の有機体の関連部分のサイズに相対的に適応されるように、前記試料を受けるように適応された試料保持体と、前記試料の一部分による前記光線の回折からの波の画像に対応する回折パターンを獲得するように適応された検出器と、前記検出器によって獲得された前記回折パターンを比較するとともに、前記比較の結果から前記一組の有機体に関する少なくとも1つの特徴を判別するように適応されたコンピュータと、を備える。
試料を観察する方法もまた提案されるが、当該試料は一組の有機体と、前記一組の有機体を保持する固体基質とを備える。当該方法は、前記試料の少なくとも一部分を光線で照らすステップと、前記一組の有機体の少なくとも一部分による光線の回折からの波の画像に対応する第1回折パターンを獲得するステップと、前記試料の少なくとも一部分による光線の回折からの波の画像に対応する第2回折パターンを獲得するステップと、前記第2回折パターンを前記第1回折パターンと比較するステップと、当該比較するステップの結果から前記一組の有機体に関する少なくとも1つの特徴を判別するステップと、を含む。
特定の実施形態によれば、当該方法は、個別に、又は、任意の技術的に可能な組合せに従った1又は複数の後述の特徴を有する。
前記第1回折パターンは、第2回折パターンとは異なる瞬間に獲得される。
前記第1回折パターンは、前記試料の第1の部分による前記光線の回折からの波の画像に対応し、前記第2回折パターンは、前記試料の第2の部分による前記光線の回折からの波の画像に対応し、前記第1の部分は前記第2の部分と異なる。
前記一組の有機体は平面に配置され、少なくとも一方向に沿って最大の広がりを有し、前記光線の半径は、前記照らすステップにおける前記平面内で、前記一組の有機体の前記最大の広がりの1から5倍の間である。
前記固体基質は、前記一組の有機体の少なくとも一部分を増殖させることができ、それぞれの瞬間において、前記光線の半径は、前記照らすステップにおける前記平面内で、前記一組の有機体の前記最大の広がりの3から5倍の間であるサイズに維持される。
前記固体基質は、前記一組の有機体の少なくとも一部分を増殖させることができ、前記試料は、前記固体基質が抗生物質を含有する領域を有し、前記第2回折パターンは、前記試料の領域による前記光線の回折からの波の画像に対応し、前記判別するステップにおいて判別される前記特徴は、前記抗生物質に対する前記有機体の感度である。
前記固体基質は、前記一組の有機体の少なくとも一部分を増殖させることができ、前記試料は、前記固体基質が抗生物質を有する領域を有し、当該抗生物質の濃度は、一方向に単調である。当該方法は、それぞれの部分における前記抗生物質の濃度は異なる、前記試料の領域の複数の部分による前記光線の回折からの波の画像に対応する複数の回折パターンを獲得するステップと、判別するステップにおいて判別される特徴は、前記有機体の前記抗生物質に対する最小発育阻止濃度である、複数の画像のうちのそれぞれの画像を前記第1の画像と比較するステップと、を含む。
前記固体基質は、前記一組の有機体を構成する前記有機体の少なくとも一部分の光学指数を変化させることができる。
前記固体基質は、析出発色基質である。
試料を観察するシステムもまた提案されるが、当該試料は、一組の有機体と、前記一組の有機体を保持する固体基質とを備え、当該観察するシステムは、光線を放射するように適応された光源と、前記光源により放射されるように適応された前記光線によって前記試料が照らされ、且つ、前記光線のサイズが前記一組の有機体の関連部分のサイズに相対的に適応されるように、前記試料を受けるように適応された試料保持体と、前記試料の一部分による前記光線の回折からの波の画像に対応する回折パターンを獲得するように適応された検出器と、前記検出器によって獲得された前記回折パターンを比較するとともに、前記比較の結果から前記一組の有機体に関する少なくとも1つの特徴を判別するように適応されたコンピュータと、を備える。
本発明の有する他の特徴及び長所は、本発明の実施形態の記載に続く明細書の記載を読むことで明確になるが、それは、一例として、且つ、以下の図面に参照するために提示されるにすぎない。
図1は、本発明による有機体種の観察システムの概略図である。 図2は、図1の試料と比べた距離に対するレーザ光線の半径の変化の説明図である。 図3乃至10は、本発明の第1の実施形態に係る有機体観察方法を適応する第1の実験の説明図である。 図3乃至10は、本発明の第1の実施形態に係る有機体観察方法を適応する第1の実験の説明図である。 図3乃至10は、本発明の第1の実施形態に係る有機体観察方法を適応する第1の実験の説明図である。 図3乃至10は、本発明の第1の実施形態に係る有機体観察方法を適応する第1の実験の説明図である。 図3乃至10は、本発明の第1の実施形態に係る有機体観察方法を適応する第1の実験の説明図である。 図3乃至10は、本発明の第1の実施形態に係る有機体観察方法を適応する第1の実験の説明図である。 図3乃至10は、本発明の第1の実施形態に係る有機体観察方法を適応する第1の実験の説明図である。 図3乃至10は、本発明の第1の実施形態に係る有機体観察方法を適応する第1の実験の説明図である。 図11乃至18は、本発明の第1の実施形態に係る有機体観察方法を適応する第2の実験の説明図である。 図11乃至18は、本発明の第1の実施形態に係る有機体観察方法を適応する第2の実験の説明図である。 図11乃至18は、本発明の第1の実施形態に係る有機体観察方法を適応する第2の実験の説明図である。 図11乃至18は、本発明の第1の実施形態に係る有機体観察方法を適応する第2の実験の説明図である。 図11乃至18は、本発明の第1の実施形態に係る有機体観察方法を適応する第2の実験の説明図である。 図11乃至18は、本発明の第1の実施形態に係る有機体観察方法を適応する第2の実験の説明図である。 図11乃至18は、本発明の第1の実施形態に係る有機体観察方法を適応する第2の実験の説明図である。 図11乃至18は、本発明の第1の実施形態に係る有機体観察方法を適応する第2の実験の説明図である。 図19及び20は、本発明の第1の実施形態に係る有機体観察方法を適応する第3の実験の範囲内において得られた回折パターンに基づいて行われた主成分分析によって得られた点の分布の説明図である。 図19及び20は、本発明の第1の実施形態に係る有機体観察方法を適応する第3の実験の範囲内において得られた回折パターンに基づいて行われた主成分分析によって得られた点の分布の説明図である。 図21は、本発明の第1の実施形態に係る有機体観察方法を適応する第4の実験の範囲内において得られた回折パターンに基づいて行われた主成分分析によって得られた点の集合の説明図である。 図22乃至25は、第2の実施形態に係る有機体種観察方法の適用によって得られた回折パターンの図である。 図22乃至25は、第2の実施形態に係る有機体種観察方法の適用によって得られた回折パターンの図である。 図22乃至25は、第2の実施形態に係る有機体種観察方法の適用によって得られた回折パターンの図である。 図22乃至25は、第2の実施形態に係る有機体種観察方法の適用によって得られた回折パターンの図である。
以下では、「上流」及び「下流」という概念は、光の伝搬方向を基準として定義される。
図1に示されている観察システム10は、試料12の観察を可能にする。
試料12は、一組の有機体14を構成する有機体及び前記一組の有機体14を保持する固体基質16を有する。
場合によって、一組の有機体14は、非細胞性又は細胞性である。細胞生物の中で、原核生物と真核生物とは、通常、区別される。古細菌(始原細菌とも呼ばれる)及び細菌は、原核生物の例である。真核生物は、単細胞又は多細胞(pluricellular)のいずれかである。例として、原虫、アメーバ、藻類又は酵母は単細胞真核生物がある。多細胞の真核生物は、例えば、ヒト及び非ヒト哺乳動物、菌類、植物、原生動物、クロミスタに由来する細胞である。
有機体とは、例えば、微生物、特に、細菌コロニーを形成するため、並んで配置された細菌を意味する。このように、有機体は基質16上の異なる部分に分布し、それぞれの部分は、1の有機体又は複数の有機体の凝集に対応する。それぞれの部分は、特に1の細菌コロニーに対応し得る。その後、当該一組の有機体14は、水平軸Zに対して垂直な平面に配置されると考えられる。
さらに、この平面において、当該一組の有機体14は、一方向に沿った最大の広がりを有する。最大の広がりとは、当該一組の有機体14の特徴的なサイズを意味する。例えば、これは、当該一組の有機体14が含まれる円の直径である。一般的に、本発明は、最大の広がりが100ナノメートル(nm)と1ミリメートル(mm)、好ましくは、1マイクロメートル(μm)から100μmの間に含まれる有機体又は一組の有機体14に適用される。
このように、本発明は、特に、マイクロメートルサイズの細菌のコロニーの観察に関し、特徴的なサイズは1mm未満、例えば、100μmと1mmの間、さらには、50μmと500μmの間に含まれる。これにより、コロニーの発達の早い段階における観察が可能となる。その結果、ミリメートルサイズの細菌のコロニーの観察に基づく方法と比較して時間に余裕が生じる。
固体基質16は、一組の有機体14の少なくとも一部分を増殖させることができる。このように、固体基質16は、それ自体が培地であるか、又は、培地と接するように配置されている。
固体基質16は、例えば、ゲロース(gelose)培地である。
固体基質16は、例えば、ミューラー・ヒントン(Muller−Hinton)2寒天培地(以下、本明細書において、MH2寒天培地と記される)である。このような培地は、抗生物質(antibiogram)を産生するために適合している。
代替例によれば、固体基質16は、生物学的接着剤としてのみ用いられる。
例として、固体基質16は、ポリリジン又はI型コラーゲンを含有する。
図2の例において、試料12は、ペトリ皿として見られる。ペトリ皿は、円筒形であり、その底部は円である。
観察システム10は、当該観察システム10の安定性を確実にする光学台18の上に設置される。
観察システム10は、上流から下流に向けて、光源20、光学系22、試料12を保持する試料保持体24、検出器26及びコンピュータ28を有する。
図1の例によれば、当該光源は、レーザ光線を放射することができるレーザ光源20である。代替例によれば、当該光源20は、発光ダイオード(よく頭字語のLEDで示される)である。
例えば、レーザ光源20は、レーザダイオードである。図1の例において、レーザ光源20によって放射されるレーザ光線は543.5nmの波長を有する。好ましくは、当該光源20は、250nmから1200nmの間に含まれる波長の範囲内で放射する。一般に、通常の検出手段の利用を可能としつつ、波長は、観察される物体の最大の広がりよりも短くあるべきである。そこで、可視光又は近赤外の範囲内の波長が好ましい。代わりに、レーザ光線の波長は、異なる波長の範囲内である。波長は、特に、観察される有機体及びレーザ光線による照射に対する感受性に依存する。
さらに、レーザ光源20によって放射されるレーザ光線は、10ミリワット(mW)未満の強度を有し、当該レーザ光線で有機体が照らされるときに、当該有機体が加熱されるのを防止するため、100マイクロワット(μW)未満であることが望ましい。
図1の例に従った光学系22は、レンズである。
光学系22の特性は、レーザ光源20への相対的位置決めとともに、当該一組の有機体14を含む平面におけるレーザ光線の半径が当該一組の有機体の最大の広がりの1から5倍の範囲内に含まれるように選択される。
好ましくは、光学系22の特性は、レーザ光源20への相対的位置決めとともに、当該一組の有機体14を含む平面におけるレーザ光線の半径が当該一組の有機体14の最大の広がりの3倍に等しいように選択される。これにより、より高いコントラストの画像を得る可能性がもたらされることが確認された。
図1の実施形態において、光学系22を出る際のレーザ光線の半径の空間的変化が図2で説明される。
レーザ光線の伝搬軸に垂直な平面におけるレーザ光線の半径は、当該垂直な平面における当該レーザ光線の強度のガウスプロファイルから定義される。当該半径は、強度プロファイルの1/eにおける半値幅として定義される。
図2の場合において、レーザ光線の強度は、軸Zに沿った異なる位置で、レーザビームアナライザによって測定された。
平面Z=0は、一組の有機体14を有する平面に対応する。
図2に見られる異なる点は、測定点のガウス補間である曲線28を介してつながっている。この補間は、図1の例において光学系22を出る際の当該レーザ光線のウエストが25ミクロン(μm)であることを示す。
定義によると、以下の本明細書の記載において、「光線のサイズ」という表現は、平面Z=0で考慮された光線の半径を意味するが、当該半径は、以前に定義された通りである。個別に、「光線のサイズ」という表現は、平面Z=0で考慮された光線の半径を意味するが、当該半径は、以前に定義された通りである。
さらに、当該一組の有機体14を含む平面におけるレーザ光線のサイズは75μmに等しい。このような曲線は、観察される物体の最大の広がりに応じた入射レーザ光線の直径を調節することを可能にする。後者は、補助的な撮像デバイスによって判別されてもよい。このように、入射光線のサイズを適応させるため、好ましくは、それぞれの観察される物体のサイズは、観察の前に判別される。関連する例において、レーザ光線の直径は、前記最大の広がりの3倍に等しい。このような調節は、後者が時間とともに変化し得ることを認識しつつ、観察される物体の最大の広がりに対する当該光線の適応を可能にする。
他方、このような調節は、同一の基質16上に配置された異なるサイズの物体の連続的な観察に適応される。
このように、一般に、入射光線の直径は観察される物体のサイズに適応されてもよい。
このような適応は、観察される物体のサイズにかかわらず、利用され得る回折パターンを有することを可能にする。確かに、もし入射光線のサイズが観察される物体に対して大きすぎるならば、当該物体に固有である回折信号は、過度に強力な入射光信号に埋め込まれる。逆に、もし当該光線のサイズが観察される物体に対して小さすぎるならば、当該回折放射は、微弱すぎる。さらに、先に示したように、光線のサイズが特徴付けられる物体のサイズの0.5倍から5倍の間に含まれるように、光線のサイズを適応することが望ましい。優先的に、当該光線のサイズが特徴付けられる物体のサイズの3倍から5倍の間に含まれるように、当該光線のサイズが適応される。
一般に、それぞれの回折パターンが、周囲に同心円状の輪が広がる中央領域として形成される。光線のサイズが先に示したように適応されたとき、当該輪は、回折パターンの精密な解析を可能にするのに十分数多く、且つ、コントラストがある。
細菌コロニーの場合には、レーザ光線のサイズは、小さなサイズのコロニーを観察できるように、数10ミクロン、又は10ミクロン未満でさえあり、例えば、50μmから500μmの間に含まれるサイズである。1mm未満のサイズに対する、より大きいマイクロメートルのコロニーを観察しようとするときは、レーザ光線のサイズは数ミリメートルである。
代替例によれば、光学系22は、可変焦点距離のレンズであり、それもまた、この調節を可能にする。
試料保持体24は、レーザ光源20によって放射されるレーザ光線中に試料を維持しつつ、当該試料12を軸Zに対して垂直に維持することを可能にする。
検出器26は、例えばCCDカメラであり、CCDは、電荷結合素子(Charge−Coupled Device)の頭字語である。
検出器26は、当該試料12の少なくとも一部分で、レーザ光源20によって放射されるレーザ光線の回折からの波の画像を獲得するように適応される。
試料12と検出器26との間には、拡大光学系が存在しないことに注意されたい。
本発明において、回折パターンは、観察される試料12による弾性散乱光子の干渉から生じる。
図1の例によれば、検出器26及び試料保持体24は、Z軸に平行な方向に移動させられ得る変位ステージ30に一体化される。
変位ステージ30は、それぞれの瞬間において、当該一組の有機体14を有するレーザ光線のサイズが、当該一組の有機体14の最大の広がりの1から5倍の間に含まれるサイズに維持されることを確実にする可能性をもたらす移動振幅を有する。
コンピュータ28は、検出器26によって獲得された回折パターンを比較し、当該比較の結果から当該一組の有機体14に関する少なくとも1つの特徴を判別するように適応される。
観察システム10の動作は、ここで、出願人によって実行された複数の実験を参照して説明されるが、それらの結果は、特に図3乃至25に現れている。
初めの4実験は、同一の実験手順を有し、分析方法及び選択された有機体のみが実験ごとに異なる。
固体基質16は、MH2寒天培地である。
場合によって、固体基質16は、ペトリ皿の中心から離れるにつれて濃度が上昇するように抗生物質を含んでいる。
例えば、このような勾配は、30マイクログラム(μg)の抗生物質で含浸されたディスクを堆積させることにより得られる。
当該ディスクは、例としては、6.5mmの直径を有するディスクであり、その参照は、バイオ・ラッド(Biorad)社の66548である。
ディスクが基質16の表面に堆積させられるとき、当該基質16の中で、当該ディスクと当該基質16の周縁との間に、抗生物質の濃度勾配が確立される。
当該抗生物質は、ゲンタマイシンである。ゲンタマイシンは、アミノシド(aminosides)、すなわちアミノグリコシド系の族に由来する抗生物質である。この族の抗生物質は、主に、グラム菌−好気性菌(例えば、シュードモナス、アシネトバクター及びエンテロバクター)に関する感染症の治療に用いられる。
場合に応じて、調べられた有機体は、ゲンタマイシン感受性株又はゲンタマイシン耐性株に属する。
当該感受性株は、ATCC番号25922の大腸菌種に関するものである。本発明の以下の記載においては、当該感受性株は、EC10と記される。
EC10株の最小発育阻止濃度は1.0μg/mlに等しい。微生物学においては、最小発育阻止濃度(MICという頭字語でも示される)は、一晩の培養後に有機体の目に見える成長を阻害する抗菌剤の最低濃度である。
1.0μg/mlという最小発育阻止濃度の値は、E−test(登録商標)を実行することにより得られた。
E−test(登録商標)の原理は、希釈と拡散の両方の概念の組合せに基づいている。システムE−test(登録商標)は、ゲロース培地における試験される株のMICをμg/ml単位で判別するために15の希釈を包含する、事前に確立された抗生物質の濃度勾配によって校正された非多孔性のプラスチック製ストリップを有する。
当該耐性株は、ATCC番号35421の大腸菌種に関するものである。本発明の以下の記載においては、当該耐性株は、EC21と記される。
EC21株の最小発育阻止濃度は、256μg/mlより高い。この測定は、E−test(登録商標)を実行することにより得られた。
このようにして、いわゆる感受性株(この場合にはEC10)及びいわゆる耐性層(この場合にはEC21)が入手できる。
それぞれの場合において、調査される試料12は、次の手順に従って準備される。
調査される株の少なくとも1の細胞は、トリプチカーゼソイゲロース培地(トリプチックソイ寒天に代えて、度々TSAと呼ばれる)上で、短くとも24時間にわたって培養される。
水と、溶液の濁度が0.5McF(マクファーランド標準)に等しい株の細胞量と、を含む5ミリリットル(ml)の懸濁液が、その後準備される。
得られた懸濁液は、単一のステップで、1000分の1に水中で希釈される。関連する実験において、懸濁液のうち3mlが、3mlの水に注がれる。
それによって得られた70μlの体積の希釈された懸濁液は、その後、固体MH2寒天基質16上において、レーキによって展開される。このような体積は、当該固体基質16上の約1000から1500個のコロニーの展開に相当する。
抗生物質の勾配を有する固体基質16を用いて当該実験が実行される場合には、ディスクは、当該展開ステップの直後に適応される。
試料12全体が、その後、6時間にわたり、37℃(セ氏)の温度で培養される。
上記の6時間の後、観察システム10は、当該試料12の細胞を観察する方法を適用するために用いられる。
第1の実験のため、調査される有機体はEC10株に属し、且つ、固体基質16はゲンタマイシンの勾配を有する。
説明を明確にするために、それぞれの記録された回折パターンに対して、直接空間における画像も示されるが、この画像は、本発明に係る観察方法を適応するには有用でない。
試料12のEC10株の細胞を含む第1コロニーが、レーザ光源20によって放射されるレーザ光線で照らされる。このコロニーの中心は、ディスクから十分に離れているため、低いゲンタマイシン濃度の領域にある、当該ディスクの中心から13.5ミリメートル(mm)の距離において見つけられる。
提示された例によれば、試料12の平面において、照らされた領域は、観察される有機体によって占められている領域よりも3倍広い。
第1コロニーの直接空間における画像が図3に見られる。当該第1コロニーは、相当大きなサイズに発達し、当該第1コロニーは、直径約60μmの実質的に円形の空間を占める。これは、低いゲンタマイシン濃度の固体基質16では、有機体の成長が十分に遅くならないことを示す。
検出器26は、その後、当該第1コロニーによるレーザ光線の回折からの波の画像に対応する第1回折パターンF1を獲得する。図4は、獲得された回折パターンF1を示す。
試料12のEC10株の細胞を含む第2コロニーは、その後、レーザ光源20によって放射されるレーザ光線で照らされる。このコロニーの中心は、図3及び4の場合に画像化された領域よりもゲンタマイシン濃度が高い領域にある、ディスクの中心から9.1mmの距離において見つけられる。
第2コロニーの直接空間における画像が図5に見られる。当該第2コロニーは、図3におけるものよりサイズが発達しておらず、当該第2コロニーの最大のサイズは、約50μmである。これは、このゲンタマイシン濃度に対する有機体EC10の感受性を示す。
検出器26は、その後、当該第2コロニーによるレーザ光線の回折からの波の画像に対応する第2回折パターンF2を獲得する。図6は、獲得された回折パターンF2を示す。
試料12のEC10株の細胞を含む第3コロニーは、その後、レーザ光源20によって放射されるレーザ光線で照らされる。このコロニーの中心は、図5及び6の場合に画像化された領域よりもゲンタマイシン濃度が高い領域にある、ディスクの中心から8.3mmの距離において見つけられる。
第3コロニーの直接空間における画像が図7に見られる。当該第3コロニーは、図5におけるものよりサイズが発達しておらず、当該第3コロニーの最大のサイズは、約30μmである。これは、このゲンタマイシン濃度に対する有機体EC10の良好な感受性を示す。
検出器26は、その後、当該第3コロニーによるレーザ光線の回折からの波の画像に対応する第3回折パターンF3を獲得する。図8は、獲得された回折パターンF3を示す。
試料12のEC10株の細胞を有する第4コロニーは、その後、レーザ光源20によって放射されるレーザ光線で照らされる。このコロニーの中心は、図7及び8の場合において画像化された領域よりもゲンタマイシン濃度が高い領域にある、ディスクの中心から5.0mmの距離において見つけられる。
第4コロニーの直接空間における画像が図9に見られる。当該第4コロニーは、図7におけるものより広く発達しておらず、当該第4コロニーの最大の広がりは、約15μmである。これは、このゲンタマイシン濃度に対する有機体EC10の良好な感受性を示す。
検出器26は、その後、当該第4コロニーによるレーザ光線の回折からの波の画像に対応する第4回折パターンF4を獲得する。図10は、獲得された回折パターンF4を示す。
このように、同一の固体基質上において、直径が15μmから60μmの間で変化するミクロコロニーが観察される。先に説明したように、これらの物体のそれぞれに十分に利用され得る回折パターンが望まれるならば、それぞれの観察において、入射光線のサイズは、これらそれぞれの物体のサイズに適応されるべきであるが、後者は予め判別されている。
他のコロニーが抗生物質の影響を受ける一方、細菌コロニーは抗生物質にさらされるとき、耐性菌はその発育を継続するので、このサイズの適応はなおさら重要である。それゆえ、同一の基質上で、特徴付けられる物体のサイズの可変性が得られる。
第1回折パターンF1は、基準回折パターンとして用いられる。
第2、第3及び第4回折パターンF2、F3及びF4は、それぞれ、当該第1回折パターンF1と比較される。
一実施例によれば、比較は、観察者によって視覚的に行われる。
当該回折パターンがある回折パターンに対応するとき、比較は、特に、中央フリンジの幅、観察されるフリンジの数又は2次的フリンジの幅に対応して行われる。
一例として、第2回折パターンF2と第1回折パターンF1とを比較することにより、特に、中央フリンジ及び2次的フリンジは、第2回折パターンF2において、より広いことが観察される。
第4回折パターンF4と第1回折パターンF1とを比較することにより、中央フリンジ及び2次的フリンジは、第4回折パターンF4において、より広いことが観察される。
別の実施形態によれば、比較は、獲得デバイス26によって記録された波をゼルニケ多項式に分解することによって実行される。
それぞれの回折パターンF1、F2、F3及びF4は、このようにして、ゼルニケ多項式に分解されてもよい。
好ましくは、ゼルニケ多項式への分解は、検出器26によって検出可能な順序に従ってのみ実行される。これにより、散乱波がゼルニケ多項式に分解されるとき、計算時間を制限することが可能になる。
得られた分解の係数は、その後、比較中に、比較に用いられる。
比較結果から、有機体14の全体に関する少なくとも1つの特徴が判別される。
第1の提案された実験の範囲内で、2つの特徴、有機体のゲンタマイシンに対する感受性、すなわち、ゲンタマイシンが当該有機体に影響を及ぼし始める濃度が判別され得る。
このように、本発明に係る観察方法を用いて、そこから有機体に関する特徴を推測するために、有機体を観察することが可能である。
第1の実験は、どのように有機体のゲンタマイシンに対する感受性を判別し、又は、どのように当該有機体が曝される有効成分(この場合はゲンタマイシン)の濃度が既知であるときにゲンタマイシンが当該有機体に影響を及ぼし始める濃度を判別するかを示す。ディスクまでの距離と抗生物質の濃度との関係は、特に、整合性のある直線として判別される。同様に、有機体を特定し、又は、メチシリン(MRSAの頭字語によっても示される)に耐性を有する黄色ブドウ球菌、若しくは、VRE(バンコマイシン耐性腸球菌(Vancomycin Resistant Enterococci)の頭字語)型及びESBL(腸内細菌を産生する広域スペクトルベータラクタマーゼ(Extended Spectrum Beta Lactamase producing Enterobacteriaceae)の頭字語)型の細菌を早期に検出することが可能である。
有機体に関する特徴は、当該技術の段階の技術に要する48時間に比べて、6時間で得られる。実際に、細菌を特定するために回折パターンを利用することができるので、本発明の応用は、従来技術の方法の場合におけるような、抗生物質自体を産生する前に採取された試料を増殖させるステップを要しない。
本発明に係る方法は、それゆえ、有機体に関する特徴を素早く検出することを可能にする。
第2の実験に対しては、第1の実験と同一の実験が、EC10株の細胞をEC21株の細胞で置き換えることにより行われる。
図11乃至18は、第2の実験を説明する。
図11及び12は、それぞれ、直接空間における観察及びディスクの中心から7.29mmの距離にわたる回折パターンの観察に対応する。
図13及び14は、それぞれ、直接空間における観察及びディスクの中心から6.63mmの距離にわたる回折パターンの観察に対応する。
図15及び16は、それぞれ、直接空間における観察及びディスクの中心から5.53mmの距離にわたる回折パターンの観察に対応する。
図17及び18は、それぞれ、直接空間における観察及びディスクの中心から4.37mmの距離にわたる回折パターンの観察に対応する。
第1の実験に関する図4、6、8及び10の回折パターンの場合と異なり、図12、14、16及び18の回折パターンは、ゲンタマイシン濃度が次第に上昇しているにもかかわらず、実質的に同一である。
これは、実際に、有機体EC21がゲンタマイシンに耐性を有することを示す。
この観察は、図11、13、15及び17の直接空間における観察に準拠している。実際に、それぞれの観察されたコロニーの最大の広がりは、90μmのオーダーである。これは、固体基質16がEC21の有機体を成長させるのに適しており、且つ、ゲンタマイシンがEC21の有機体の成長に影響を及ぼさないことを意味する。
示されている第1の実験及び第2の実験は、第1の実施形態に対応するが、当該実施形態において、第1回折パターンは、試料12(この場合は第1コロニー)の第1の部分によるレーザ光線の回折からの波の画像に対応し、第2回折パターンは、試料12(この場合は第2、第3又は第4コロニー)の第2の部分によるレーザ光線の回折からの波の画像に対応する。第1の部分は第2の部分と異なる。言い換えると、両方の実験のそれぞれにおいて、4コロニーがディスク上で空間的に分布している。これにより、空間的な型の比較が可能となる。
第3の実験で、ゲンタマイシンの有無において異なる固体基質16に対して、多数の回折パターンが獲得される(約100個)。調査される有機体はEC10株由来の細胞である。
さらに、第3の実験の場合における比較ステップは、第1及び第2の実験を参照して提示された、視覚的な観察の位置で獲得された回折パターンに基づいて行われる主成分分析、又は、ゼルニケ多項式への分解を用いた分析を利用する。
主成分分析で得られた結果が図19及び20のビューで描かれている。
それぞれの点は、3つの座標で表現されている。その値は、第1主成分、第2主成分、第3主成分に対応している。
正方形の点は、ゲンタマイシンを含まない基質上で行われた実験に対応する。
円によって描かれている点は、13mmから25mmの間に含まれる、画像化された有機体のディスクの中心までの距離dに対応する。この場合には、ゲンタマイシン濃度はEC10株の最小発育阻止濃度よりはるかに小さい。
三角形によって描かれている点は、9mmから13mmの間に含まれる、画像化された有機体のディスクの中心までの距離dに対応する。この場合には、ゲンタマイシン濃度はEC10株の最小発育阻止濃度より小さい。
ディスクによって描かれている点は、8mmから9mmの間に含まれる、画像化された有機体のディスクの中心までの距離dに対応する。この場合には、ゲンタマイシン濃度はEC10株の最小発育阻止濃度のオーダーである。
ピラミッドによって描かれている点は、8mm未満である、画像化された有機体のディスクの中心までの距離dに対応する。この場合には、ゲンタマイシン濃度はEC10株の最小発育阻止濃度より大きい。
ゲンタマイシン濃度が上昇すればするほど、第1主成分の値は小さくなることが理解される。これは、図20において矢印100によって示されているものである。これは、EC10株がゲンタマイシン感受性であるという事実に対応する。
第3の実験に対しては、第3の実験と同一の実験が、EC10株の細胞をEC21株の細胞で置き換えることにより行われる。
主成分分析で得られた結果が図21のビューで描かれている。
正方形の点は、ゲンタマイシンを含まない基質上で行われた実験に対応する。
円によって描かれている点は、6mmより大きい、画像化された有機体のディスクの中心までの距離dに対応する。三角形によって描かれている点は、6mmより小さい、画像化された有機体のディスクの中心までの距離dに対応する。
図21の場合には、抗生物質を含む場合の点と、含まない場合の点の集合が重なり合っていることが観察される。これは、E21株がゲンタマイシン耐性であるという事実に対応する。
第2の実施形態によれば、それぞれの獲得された回折パターンは、異なる瞬間に撮られた同一の有機体の画像である。
図22乃至25はこの場合を説明するが、それぞれの回折パターンは、連続する瞬間に得られた。この場合には、当該方法は、時間を比較する方法である。
回折パターンの変形が、得られた回折パターンを第1の獲得された回折パターンと比較することにより見られる(図22)。この第1回折パターンは、その後、基準パターンとなる。
この第2の実施形態において、抗生物質が調査される有機体の成長を阻害する瞬間からの当該抗生物質の影響が実証される。
この第2の実施形態の方法は、抗生物質が効果を発揮するとすぐに、当該方法は当該有機体が当該抗生物質に感受性を有するという情報を得ることを可能にするため、可能な限り迅速である。
代わりに、固体基質16は、一組の有機体14を構成する有機体の少なくとも一部分の光学指数を変化させることができる。これにより、異なる回折パターン間の違いを増加させることが可能となる。
このように、一例として、固体基質16は、析出発色基質を含む。
インドキシル基質は、析出発色基質の一種である。このような基質は、加水分解を受けて、回折に使用されるレーザの波長において高い吸収性発色団をもたらす。
後掲の表1は、本発明に係る観察方法に用いられ得る析出発色基質の複数の例を提供する。
一般に、酵素加水分解によって、インドキシル又はキノリン化合物を生成することができる任意の基質が、本発明に係る観察方法に用いられ得る。さらに、加水分解の可能性が保たれるならば、基質の形態(塩化合物か、中性化合物か)は、関係がない。
一実施形態によれば、それぞれの回折パターンの特徴付けは、調査される物体を局在化させ、当該回折パターンに対応させるステップに先行する。この局在化は、後者が特徴付けられる複数の物体を、又は、固体基質16全体さえも照らすように、例えば、入射光線のサイズをかなり大きくすることによって達成される。光線のサイズは、そこで、センチメートルのオーダーである。
このような構成では、既知のレンズレスイメージングの原理によれば、それぞれの物体は、検出器26の表面で回折パターンを形成する。この回折パターンは、精密な特徴付けを可能にしないが、観察領域におけるそれぞれの物体を局所化するには十分である。そこで、後者の上で、入射光線を中心に位置させるために、物体の座標を判別することが可能であり、当該光線のサイズは、当該物体の次元に適応される。
このように、複数の物体が基質16上で分散するとき、検出器26上の基質16からの複数の回折パターンであって、それぞれの回折パターンは、1つの物体に対応する、回折パターンを形成することを可能にする光線によって交互に基質16を照らすことができ、且つ、回折パターンの位置を特定し、当該位置に入射光線の中心を位置させ、光線のサイズが当該物体に適応するように、すなわち、当該物体のサイズの0.5倍から5倍の間(好ましくは、当該物体のサイズの1倍から5倍の間)に含まれるように、当該光線のサイズを縮小することができるが、これは、当該物体を特徴付けるのに十分に精密な回折パターンを形成するためである。
Figure 0006487420
析出発色基質のそれぞれの例に対し、CAS番号(2列目)とともに、逐次、フランス語及び英語の名称、化学式(3列目)、基質に有効な酵素(4列目)が示される。表の下段の8−ヒドロキシキノリン−β−D−グルクロニドなどのキノリンを生成する基質は、不溶性発色物質の生成を誘導するために、鉄イオンなどのキレート金属を必要とする。
[付記]
[付記1]
一組の有機体(14)と前記一組の有機体(14)を保持する固体基質(16)とを備える試料(12)を観察する方法であって、当該方法は、
光線で前記試料(12)の少なくとも一部分を照らすステップと、
前記一組の有機体(14)の第1の部分による前記光線の回折からの波の画像に対応する第1回折パターン(F1)を獲得するステップと、
前記一組の有機体(14)の第2の部分による前記光線の回折からの波の画像に対応する第2回折パターン(F2)を獲得するステップと、
前記第2回折パターン(F2)を前記第1回折パターン(F1)と比較するステップと、
前記比較するステップの結果から前記一組の有機体(14)に関する少なくとも1つの特徴を判別するステップと、を含み、
当該方法は、
それぞれの獲得するステップ中に、前記光線のサイズを、前記一組の有機体(14)の関連部分のサイズに相対的に適応させるステップを含む、
ことを特徴とする方法。
[付記2]
前記一組の有機体(14)は、平面に配置され、
前記光線のサイズを適応させるそれぞれのステップは、前記光線の半径が、前記平面内で、前記一組の有機体(14)の関連部分のサイズの0.5倍以上で、且つ、前記一組の有機体(14)の関連部分のサイズの5倍以下であるように前記平面内に適用される、
付記1に記載の方法。
[付記3]
前記光線のサイズを適応させるそれぞれのステップは、前記光線の半径が、前記平面内で、前記一組の有機体(14)の関連部分のサイズの1倍以上、好ましくは、前記一組の有機体(14)の関連部分のサイズの3倍以上であるように前記平面内に適用される、
付記2に記載の方法。
[付記4]
前記第1回折パターン(F1)は、前記第2回折パターン(F2)とは異なる瞬間に獲得される、
付記1乃至3のいずれか1つに記載の方法。
[付記5]
前記第1の部分と前記第2の部分とは異なる、
付記1乃至3のいずれか1つに記載の方法。
[付記6]
前記一組の有機体(14)は、平面に配置されるとともに、少なくとも一方向に沿って最大の広がりを有し、
前記光線の半径は、前記照らすステップにおける前記平面内で、前記一組の有機体(14)の前記最大の広がりの1から5倍の間である、
付記1乃至5のいずれか1つに記載の方法。
[付記7]
前記固体基質(16)は、前記一組の有機体(14)の少なくとも一部分を増殖させることができ、
それぞれの瞬間において、前記光線の半径は、前記照らすステップにおける前記平面内で、前記一組の有機体(14)の前記最大の広がりの3から5倍の間であるサイズに維持される、
付記6に記載の方法。
[付記8]
前記固体基質(16)は、前記一組の有機体(14)の少なくとも一部分を増殖させることができ、
前記試料(12)は、前記固体基質(16)が抗生物質を含有する領域を有し、
前記第2回折パターン(F2)は、前記試料の領域による前記光線の回折からの波の画像に対応し、
前記判別するステップにおいて判別される前記特徴は、前記抗生物質に対する前記有機体の感度である、
付記1乃至7のいずれか1つに記載の方法。
[付記9]
前記固体基質(16)は、前記一組の有機体の少なくとも一部分を増殖させることができ、
前記試料(12)は、前記固体基質(16)が抗生物質を一方向に沿った濃度勾配を伴って含有する領域を有し、
前記方法は、
前記試料の前記領域内の複数の部分であって、当該部分のそれぞれにおける抗生物質の濃度が異なる、部分による前記光線の回折からの波の画像に対応する複数の回折パターンを獲得するステップと、
前記複数の画像のそれぞれを、第1の画像と比較するステップと、を含み、
前記判別するステップにおいて判別される前記特徴は、前記抗生物質に対する前記有機体の最小発育阻止濃度である、
付記1乃至8のいずれか1つに記載の方法。
[付記10]
前記固体基質(16)は、前記一組の有機体(14)の少なくとも一部分の光学指数を変化させることができる、
付記1乃至9のいずれか1つに記載の方法。
[付記11]
前記固体基質(16)は、析出発色基質である、
付記10に記載の方法。
[付記12]
一組の有機体(14)と前記一組の有機体(14)を保持する固体基質(16)とを備える試料(12)を観察するシステム(10)であって、
当該観察するシステム(10)は、
光線を放射するように適応された光源(20)と、
前記光源(20)により放射されるように適応された前記光線によって前記試料(12)が照らされ、且つ、前記光線のサイズが前記一組の有機体(14)の関連部分のサイズに相対的に適応されるように、前記試料(12)を受けるように適応された試料保持体(24)と、
前記試料(12)の一部分による前記光線の回折からの波の画像に対応する回折パターン(F1)を獲得するように適応された検出器(26)と、
前記検出器(26)によって獲得された前記回折パターンを比較するとともに、前記比較の結果から前記一組の有機体(14)に関する少なくとも1つの特徴を判別するように適応されたコンピュータ(28)と、
を備えるシステム。

Claims (10)

  1. 一組の有機体(14)と前記一組の有機体(14)を保持する固体基質(16)とを備える試料(12)を観察する方法であって、当該方法は、
    光線で前記試料(12)の少なくとも一部分を照らすステップと、
    前記一組の有機体(14)の第1の部分による前記光線の回折による波の画像に対応する第1回折パターン(F1)を獲得するステップと、
    前記一組の有機体(14)の第2の部分による前記光線の回折による波の画像に対応する第2回折パターン(F2)を獲得するステップと、
    前記第2回折パターン(F2)を前記第1回折パターン(F1)と比較するステップと、
    前記比較するステップの結果から前記一組の有機体(14)に関する少なくとも1つの特徴を判別するステップと、を含み、
    当該方法は、
    それぞれの獲得するステップ中に、前記光線のサイズを、前記一組の有機体(14)の関連部分のサイズに相対的に適応させるステップを含み、
    前記一組の有機体(14)は、平面に配置されるとともに、少なくとも一方向に沿って最大の広がりを有し、
    前記光線の半径は、前記照らすステップにおける前記平面内で、前記一組の有機体(14)の前記最大の広がりの1から5倍の間である、
    ことを特徴とする方法。
  2. 前記一組の有機体(14)の関連部分は、前記一組の有機体(14)の外接円に囲まれた部分であり、
    前記光線のサイズを適応させるそれぞれのステップは、前記光線の半径が、前記平面内で、前記一組の有機体(14)の関連部分のサイズの1倍以上、好ましくは、前記一組の有機体(14)の関連部分のサイズの3倍以上であるように前記平面内に適用される、
    請求項に記載の方法。
  3. 前記第1回折パターン(F1)は、前記第2回折パターン(F2)とは異なる瞬間に獲得される、
    請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記第1の部分と前記第2の部分とは異なる、
    請求項1又は2に記載の方法。
  5. 前記固体基質(16)は、前記一組の有機体(14)の少なくとも一部分を増殖させることができ、
    それぞれの瞬間において、前記光線の半径は、前記照らすステップにおける前記平面内で、前記一組の有機体(14)の前記最大の広がりの3から5倍の間であるサイズに維持される、
    請求項に記載の方法。
  6. 前記固体基質(16)は、前記一組の有機体(14)の少なくとも一部分を増殖させることができ、
    前記試料(12)は、前記固体基質(16)が抗生物質を含有する領域を有し、
    前記第2回折パターン(F2)は、前記試料(12)の領域による前記光線の回折による波の画像に対応し、
    前記判別するステップにおいて判別される前記特徴は、前記抗生物質に対する前記有機体の感度である、
    請求項1乃至のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記固体基質(16)は、前記一組の有機体(14)の少なくとも一部分を増殖させることができ、
    前記試料(12)は、前記固体基質(16)が抗生物質を一方向に沿った濃度勾配を伴って含有する領域を有し、
    前記方法は、
    前記試料(12)の前記領域内の複数の部分であって、当該部分のそれぞれにおける抗生物質の濃度が異なる、部分による前記光線の回折による波の画像に対応する複数の回折パターンを獲得するステップと、
    前記複数の画像のそれぞれを、前記一組の有機体(14)の第1の部分による前記光線の回折による波の回折画像に対応する第1の画像と比較するステップと、を含み、
    前記判別するステップにおいて判別される前記特徴は、前記抗生物質に対する前記有機体の最小発育阻止濃度である、
    請求項1乃至のいずれか1項に記載の方法。
  8. 前記固体基質(16)は、前記一組の有機体(14)の少なくとも一部分の光学指数を変化させることができる、
    請求項1乃至のいずれか1項に記載の方法。
  9. 前記固体基質(16)は、析出発色基質である、
    請求項に記載の方法。
  10. 一組の有機体(14)と前記一組の有機体(14)を保持する固体基質(16)とを備える試料(12)を観察するシステム(10)であって、
    当該観察するシステム(10)は、
    光線を放射するように適応された光源(20)と、
    前記光源(20)により放射されるように適応された前記光線によって前記試料(12)が照らされ、且つ、前記光線のサイズが前記一組の有機体(14)の関連部分のサイズに相対的に適応されるように、前記試料(12)を受けるように適応された試料保持体(24)と、
    前記試料(12)の一部分による前記光線の回折による波の画像に対応する基準回折パターン(F1)及び前記一部分と異なる部分による前記光線の回折による波の画像に対応する比較対象回折パターンを獲得するように適応された検出器(26)と、
    前記比較対象回折パターンを前記基準回折パターン(F1)と比較するとともに、前記比較の結果から前記一組の有機体(14)に関する少なくとも1つの特徴を判別するように適応されたコンピュータ(28)と、
    を備え
    前記一組の有機体(14)は、平面に配置されるとともに、少なくとも一方向に沿って最大の広がりを有し、
    前記光線の半径は、前記平面内で、前記一組の有機体(14)の前記最大の広がりの1から5倍の間である、
    システム。
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