DE10125600A1

DE10125600A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Charakterisierung und Identifizierung von Mikroorganismenstämmen und Zellinien

Info

Publication number: DE10125600A1
Application number: DE10125600A
Authority: DE
Inventors: Christian Flemming
Original assignee: FLEMMING INGEBORG
Current assignee: FLEMMING INGEBORG
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2002-12-05

Abstract

Eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Charakterisierung und Identifizierung von Mikroorganismenstämmen und Zellinien mittels Lectin- oder Antikörper-vermittelter Agglutinationsreaktionen sowie eine verbesserte optische Küvette zum Einsatz bei den erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren. Daten über eine Vielzahl von Reaktionsparametern ermöglichen eine verbesserte Genauigkeit und kürzere Dauer des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer verbesserten Handhabbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und einer verbesserten Sicherheit bei dem Umgang mit pathogenen Mikroorganismen. Die Vorrichtung und das Verfahren ermöglichen außerdem eine verbesserte Konzentrationsbestimmung und eine verbesserte Qualitätskontrolle von Agglutinationsmitteln, insbesondere von Lectinen, Antiseren und Antikörpern.

Description

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Charakterisierung und Identifizierung von Mikroorganismenstämmen und Zellinien mittels Agglutinationsreaktionen, wobei ein stammspezifischer zeitlicher Verlauf einer, insbesondere von Lectinen oder Antikörpern vermittelten, Agglutinationsreaktion zwischen den Zellen einer zu untersuchenden Probe durch photometrische Messungen bestimmt wird, sowie eine verbesserte optische Küvette zum Einsatz bei den erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren.

Aus der Druckschrift DD 281 920 A7 ist ein Verfahren zur Charakterisierung und Identifizierung von nahe verwandten Mikroorganismenstämmen oder Mutanten mittels Agglutinationsreaktionen bekannt, wobei der zeitliche Verlauf einer Agglutinationsreaktion zwischen Zellen eines zu untersuchenden Mikroorganismenstammes, die von einem ausgewählten Lectin oder Antikörper vermittelt wird, als stammspezifische Eigenschaft zur Identifizierung des Mikroorganismenstammes genutzt wird. Dabei wird eine optische Küvette innerhalb des Strahlenganges eines Photometers angeordnet, ein vorbestimmtes Volumen eines Probenpuffers wird in der Küvette vorgelegt, durch Zugabe eines geringen Volumens einer konzentrierten Suspension von Zellen des zu untersuchenden Stammes wird unter kontinuierlichem Rühren und kontinuierlicher photometrischer Trübungsmessung eine Zellsuspension mit vorbestimmter Ausgangstrübung eingestellt, ein geringes Volumen eines geeigneten Agglutinationsmittels, insbesondere eines geeigneten Lectins oder Antikörpers, wird unter Rühren zugegeben, und der zeitliche Verlauf der Abnahme der Trübung der Zellsuspension infolge der von dem Lectin oder Antikörper vermittelten Zell-Agglutination wird photometrisch verfolgt.

Die erhaltenen Daten werden zumeist mittels Diagrammen ausgewertet, in denen die photometrischen Trübungswerte gegen die Zeit aufgetragen sind. Aus den Diagrammen kann beispielsweise eine für die untersuchte Probe stammspezifische Agglutinationsgeschwindigkeit ermittelt werden, indem die Steigung der Reaktionskurve zu einem ausgewählten Zeitpunkt der Reaktion ermittelt wird, insbesondere zu dem Zeitpunkt, in dem die anfängliche Trübung der Zellsuspension auf die Hälfte abgenommen hat. Außerdem kann der Verlauf der Reaktionskurve selbst als stammspezifische Eigenschaft der untersuchten Zellprobe zur Unterscheidung von zu vergleichenden Stämmen herangezogen werden. Die Ähnlichkeit der auf diese Weise erhaltenen Reaktionskurven-Verläufe dient dabei als Unterscheidungsmittel für miteinander zu vergleichende Mikroorganismenstämme oder Zellinien.

Der Verlauf einer Agglutinantionsreaktion ist bei Verwendung eines geeigneten Lectins oder Antikörpers spezifisch für einen Mikroorganismenstamm und erlaubt die Unterscheidung von nahe verwandten Mikroorganismenstämmen mit hoher Empfindlichkeit. Dabei können nahe verwandte Mikroorganismenstämme einer Art unterschieden werden, die mit anderen Untersuchungsmethoden nicht oder nur mit erhöhten Aufwand unterschieden werden können. Mittels Agglutinationsreaktionen können beispielsweise auch Mutanten eines Hefestammes nachgewiesen werden, die im Laufe eines biotechnologischen Fermentationsprozeßes durch fortschreitende Degeneration des Produktionsstammes auftreten und die mit anderen Verfahren nur mit erhöhtem Aufwand oder erst in einem späteren Stadium der Degeneration nachgewiesen werden können.

Andere Anwendungsgebiete für die Charakterisierung und Identifizierung nahe verwandter oder durch Mutationen veränderter Mikroorganismenstämme, Zellpopulationen oder Zellkulturen ergeben sich in vielfältiger Weise in der medizinischen, zellbiologischen und mikrobiologischen Forschung, insbesondere der Immunologie, beispielsweise bei der Untersuchung von Immunzellpopulationen oder von Antikörperspezifitäten, sowie in der Diagnostik, insbesondere bei der Charakterisierung und Identifizierung pathogener Mikroorganismenstämme.

Der Nachweis stammspezifischer Merkmale ist insbesondere von großer Bedeutung für die biologische Kontrolle technischer Fermentationsprozesse. Verfahren müssen verfügbar sein, die in jeder Phase einer Fermentation, vor allem bei schwankenden Leistungsparametern, im Stande sind, schnell und eindeutig die Frage zu beantworten, ob ein Mikroorganismenstamm noch mit dem ursprünglich eingesetzten Produktionsstamm identisch ist. Die Identifizierung eines Stammes nach herkömmlichen Methoden erfordert Isolierung, taxonomische Bestimmung und stammspezifische Charakterisierung, insbesondere serologische Diagnostik, sowie Leistungsnachweise bei technischen Fermentationsprozessen. Bei Bakterien kann die Stammidentifizierung in manchen Fällen durch qualitative Reaktionen mit Immunseren oder Agglutinationsmitteln, insbesondere Lectinen, herbeigeführt werden. Bei Hefen versagen diese qualitativen Agglutinationsverfahren weitgehend. Ihre Spezifität reicht nicht aus, um die geringen Unterschiede der weitgehend gleichförmig aufgebauten Zellwände zu erfassen.

Aus Fleming et al., Acta Biotechnol. 6 (1986), S. 25-28, ist bekannt, daß bei Mikroorganismenstämmen, die qualitativ gleiche Reaktionen mit Lectinen oder Antikörpern aufweisen, die Geschwindigkeit und der zeitliche Verlauf von Agglutinationsreaktionen verschieden sind. Dabei erweist sich insbesondere auch die Agglutinationsgeschwindigkeit, die als Verringerung der optischen Dichte einer Zellsuspension bestimmt wird, als eine reproduzierbare quantitative Größe von hoher Spezifität für Hefestämme einer Art und insbesondere auch für deren Mutanten. Besonderen Wert besitzt das Verfahren, wenn sich Stämme oder Mutanten in nicht oder nur schwer selektierbaren Merkmalen, z. B. quantitativen Leistungskennziffern, unterscheiden. So ist bekannt, daß verschiedene Mutanten des Hefestammes Candida maltosa EH62, die in einem einfachen Agglutinationstest mit Linsenlectin sowie mit anderen taxonomischen Untersuchungen nicht unterschieden werden können, mittels der Agglutinationsgeschwindigkeit und des zeitlichen Verlaufs von Agglutinationsreaktionen in einfacher Weise zuverlässig unterschieden werden können. Die so nachgewiesenen Mutanten weisen auch Unterschiede in ihrer Fähigkeit auf, verschiedene Zucker verwerten zu können. Agglutinationsreaktionen ermöglichen deshalb eine schnelle und einfache Identifzierung von Mutanten eines Produktionsstammes, die sich in wichtigen Leistungsmerkmalen unterscheiden, während eines laufenden Fermentationsprozeßes.

Bei dem bekannten Verfahren besteht jedoch das Problem, daß der stammspezifische Verlauf einer Reaktionskurve in starkem Maße von Schwankungen zahlreicher Reaktionsparameter, insbesondere des Reaktionsvolumens in der optischen Küvette, der Konzentration der Zellen, der Konzentration des Lectins, der Temperatur des Reaktionsansatzes, des pH-Wertes des Reaktionsansatzes und insbesondere der Gleichförmigkeit der Durchmischung des Reaktionsansatzes beeinflußt wird. Erst durch zeitaufwendige wiederholte Messungen können reproduzierbare Reaktionsverläufe erhalten werden, die spezifisch für den untersuchten Stamm und das verwendete Agglutinationsmittel sind. Dabei spielt das Geschick der Person, die die Messung durchführt, Schwankungen der Reaktionsbedingungen zu verhindern, eine entscheidende Rolle.

Im Stand der Technik sind lediglich Bemühungen bekannt, die Reproduzierbarkeit und Standardisierbarkeit von Verläufen von Agglutinationsreaktionen durch eine verbesserte kontinuierliche gleichförmige Durchmischung des Reaktionsansatzes zu verbessern. Aus der Druckschrift DD-272 386 A3 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Agglutinationsgeschwindigkeit von suspendierten Zellen bekannt. Die Vorrichtung ist mit einem Rührer ausgestattet, der mittels einer biegsamen Welle mit einem Antriebsmotor verbunden ist und in der Raumdiagonalen einer optischen Küvette in einer Weise angeordnet ist, so daß die Rührerachse in einer oberen Ecke und die Spitze der Rührerachse an der gegenüberliegenden unteren Ecke der Küvette anliegen und ein Rührerblatt an der Rührerachse so angeordnet ist, daß es weder die Küvettenwände berührt, noch störend in den Strahlengang des Photometers eingreift. Auch mit dem vorstehend beschriebenen Rührer sind jedoch mehrfache zeitaufwendige Messungen erforderlich, um stammspezifische Verläufe von Agglutinationsreaktionen für zu untersuchende Mikrorganismenstämme und Zellinien zu erhalten.

Die Verfahren des Standes der Technik sind zu ungenau und anfällig für Schwankungen von Reaktionsparametern, insbesondere für Schwankungen des Volumens des Reaktionsansatzes, der Durchmischungsgeschwindigkeit, der Zellkonzentration und Lectin- oder Antikörperkonzentration des Reaktionsansatzes, des pH-Wertes und der Temperatur des Reaktionsansatzes, sowie von optisch bedingten Schwankungen bei der photometrischen Messung.

Weitere Nachteile des Standes der Technik bestehen in der umständlichen Handhabung der bekannten optischen Küvetten und Rührvorrichtungen, der ungenauen und mit Volumenschwankungen verbundenen manuellen Zugabe der Reaktionskomponenten und insbesondere in der mangelhaften Sicherheit bei Untersuchungen pathogener Mikroorganismen. Bei der Untersuchung pathogener Mikroorganismen stellen die manuelle Zugabe der Reakktionskomponenten, die Verwendung der bekannten Rührer, insbesondere die dabei erforderlichen Arbeitsschritte des Einsetzens des Rührers und des Anschließens des Rührers an den Antriebsmechanismus, sowie die Gefahr von Aerosolbildungen beim Betrieb des Rührers ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar. Das gleiche gilt für die abschließende Entsorgung der Probe.

Die Vorrichtungen des Standes der Technik erfordern außerdem ein großes Volumen des Reaktionsansatzes, um die zahlreichen vorstehenden Schwankungsmöglichkeiten von Reaktionsparametern zu minimieren. Deshalb wird eine große Anzahl der zu untersuchenden Zellen benötigt, die jedoch häufig nicht zur Verfügung steht.

Im Stand der Technik besteht außerdem das Problem, daß die Geschwindigkeit und der zeitliche Verlauf einer Agglutinationsreaktion in hohem Maße von dem dabei verwendeten Agglutinationsmittel abhängen, so daß Schwankungen der Konzentration und der Qualität des Agglutinationsmittels die Agglutinationsreaktion erheblich stören und zu unzureichenden Meßergebnissen führen können. Das Agglutinationsmittel wird zumeist als wässrige Lösung zu dem übrigen Reaktionsansatz zugegeben. Die sog. spezifische Aktivität einer Agglutinationsmittellösung, beispielsweise einer Lectin- oder Antikörperlösung oder eines Antikörpers in einem Antiserum, wird im Stand der Technik häufig anhand von Agglutinationsreaktionen mit Mikroorganismen oder Zellinien untersucht und bezogen auf ein vorbestimmtes Volumen einer Agglutinationsmittellösung angegeben. Mittels Vergleichsreaktionen mit Agglutinationsmittellösungen bekannter Konzentrationen oder bekannter spezifischer Aktivität können außerdem die unbekannte Konzentration oder Chargenqualität einer Lösung ermittelt werden. Dabei wird nachteiliger Weise die Genauigkeit der Konzentrations- oder Qualitätsbestimmung durch die unzureichende Genauigkeit der Vorrichtungen und Verfahren des Standes der Technik zur Durchführung von Agglutinationsreaktionen begrenzt.

Die Aufgabe der Erfindung betrifft die Bereitstellung einer verbesserten Vorrichtung, einer verbesserten optischen Küvette und eines verbesserten Verfahrens zur Bestimmung stammspezifischer Agglutinationsgeschwindigkeiten und stammspezifischer Verläufe von Agglutinationsreaktionen zwischen Zellen, insbesondere nahe verwandter Mikroorganismenstämme, Zellinien oder Mutanten von Stämmen und Zellinien, die von Agglutinationsmitteln, beispielsweise Lectinen und/oder Antikörpern, vermittelt werden, wobei die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit den erfindungsgemäßen verbesserten Vorrichtungen, optischen Küvetten und Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1, 15 bzw. 20 gelöst.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur photometrischen Erfassung und elektronischen Verarbeitung von Trübungsdaten von Agglutinationsreaktionen, insbesondere von nahe verwandten Mikroorganismenstämmen, Zellinien oder Mutantenstämmen, ermöglichen an sich bekannte Bestandteile wenigstens einer optischen Meßanordnung eines Spektralphotometers, insbesondere eine Lichtquelle eines Spektralphotometers mit frei vorbestimmbarer Wellenlänge, ein Lichtsensor, insbesondere eine Photozelle eines Spektralphotometers, ein Küvettenhalter für die Anordnung einer optischen Küvette innerhalb des Strahlenganges der optischen Meßanordnung, sowie eine geeignete Abschirmung gegen Umgebungslicht der optischen Meßanordnung eine Erfassung von photometrischen Trübungsdaten einer in der optischen Küvette verlaufenden Agglutinantionsreaktion zwischen den Zellen einer zu untersuchenden Probe und ausgewählten Agglutinationsmitteln.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die photometrischen Trübungsdaten einer elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung kontinuierlich zuleitbar. Dadurch wird erfindungsgemäß eine verbesserte Auswertung der photometrischen Trübungsdaten ermöglicht. Zusätzlich können bei vorteilhaften Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mehrere optische Meßanordnungen ausgebildet sein und zeitgleiche Vergleichsmessungen in mehreren Bereichen der optischen Küvette ermöglichen.

In das Innere der optischen Küvette hineinragend anordenbare Sensoren der erfindunggemäßen Vorrichtung ermöglichen außerdem die zusätzliche erfindungsgemäße Erfassung von Temperaturdaten und/oder pH-Wert-Daten des Reaktionsansatzes. Des weiteren ermöglichen automatische Dosierungsvorrichtungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung für Reaktionskomponenten, insbesondere für Probenpuffer, Zellsuspensionen und Agglutinationsmittel, eine Dosierung der Reaktionskomponenten mit verbesserter Genauigkeit und eine Erfassung von Volumendaten der Reaktionskomponenten und insbesondere des Reaktionsansatzes, sowie eine vereinfachte Handhabung und eine verbesserte Sicherheit beim Umgang mit pathogenen Mikroorganismen.

Die Datenverarbeitungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht die Auswertung vielfältiger Temperatur-, pH-Wert- und Volumendaten sowie von Antriebsdaten der Durchmischungsgeschwindigkeit des Reaktionsansatzes im Inneren der optischen Küvette. Vorteilhafter Weise wird eine elektronische Datenverarbeitung mittels Stapelverarbeitung und Filterung von Daten, insbesondere mittels an sich bekannter Datenverarbeitungsverfahren, zur Verringerung und Ausfilterung von Schwankungen von Reaktionsparametern und photometrischen Störsignalen ermöglicht.

Vorteilhafter Weise können die Dosierungsvorrichtungen für Reaktionskomponenten und der Küvettenhalter der optischen Küvette temperierbar ausgebildet sein, um Schwankungen der Reaktionsbedingungen zu minimieren. Dabei ist eine elektronische Datenverarbeitung der Steuer- und Meßdaten durch die Datenverarbeitungsvorrichtung ermöglicht.

Die Bildung von Zellagglutinaten, insbesondere die Geschwindigkeit der Agglutinatbildung und die Struktur und Größe der Agglutinate, wird in starkem Maße von der Geschwindigkeit und Gleichförmigkeit der Durchmischung des Reaktionsansatzes beeinflußt. Erfindungsgemäß ermöglicht wenigstens ein regulierbarer Antrieb eine kontinuierliche Durchmischung des Reaktionsansatzes innerhalb der optischen Küvette mit einer vorbestimmbaren, insbesondere konstanten Geschwindigkeit, sowie die Erfassung und Weiterleitung von Antriebsdaten, insbesondere der Durchmischungsgeschwindigkeit, an die elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung.

Für die Durchmischung des Küvetteninhaltes, insbesondere einzelner oder mehrerer Reaktionskomponenten oder des gesamten Reaktionsansatzes, ist beispielsweise ein aus der Druckschrift DD 272 386 A3 bekannter, in die optische Küvette hineinragender Rührer vorgesehen, der mit einem Antrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Elektromotors verbindbar und so anordenbar ist, daß er nicht störend in den Strahlengang des Photometers eingreift.

Bei vorteilhaften Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wenigstens ein magnetischer Antrieb für einen im Inneren der optischen Küvette berührungslos antreibbaren Magnetrührer ausgebildet. Der magnetische Antrieb kann als unterhalb der optischen Küvette angeordneter, drehbar gelagerter und von einem Motor angetriebener Stabmagnet ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wenigstens ein Magnetspulenpaar in einer Anordnung ausgebildet sein, so daß wenigstens ein Magnetrührer im Inneren der optischen Küvette ohne Berührung des Küvettenbodens und in einem vorbestimmten Abstand zum Boden der Küvette frei schwebend anordenbar und mit beliebig vorbestimmter Geschwindigkeit antreibbar ist.

Als weiteres vorteilhaftes Mittel zur gleichförmigen Durchmischung von Reaktionskomponenten oder des gesamten Reaktionsansatzes einer Agglutinationsreaktion wird erfindungsgemäß eine drehbare optische Mischküvette mit innenseitig vorspringend ausgebildeten Durchmischungsmitteln bereitgestellt. Die optische Mischküvette ist mittels einer lösbaren festen Verbindung auf einem erfindungsgemäßen drehbaren Küvettenhalter innerhalb der optischen Meßanordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung anordenbar. Der drehbare Küvettenhalter ist mit einem regulierbaren Antrieb mit beliebig vorbestimmbarer Geschwindigkeit, insbesondere mit konstanter Geschwindigkeit mit hoher Gleichförmigkeit, verbunden. Der Antrieb des drehbaren Küvettenhalters ermöglicht eine Drehbewegung der innerhalb des Strahlenganges der optischen Meßanordnung angeordneten optischen Mischküvette. Die Drehbewegung der optischen Mischküvette ermöglicht eine gleichförmige Durchmischung des Reaktionsansatzes mittels der innenseitig vorspringend ausgebildeten Durchmischungsmittel der optischen Mischküvette.

Die elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung ermöglicht die Verarbeitung der Antriebsdaten des Küvettenhalters und die Ausfilterung von Störsignalen der photometrischen Trübungsdaten, die durch die Drehbewegung der optischen Mischküvette und durch die innenseitigen, vorspringend ausgebildeten Durchmischungsmittel, sowie gegebenenfalls durch Kanten der optischen Mischküvette hervorgerufen werden können.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen ermöglichen eine sichere Handhabung pathogener oder genetisch veränderter Mikroorganismenstämme, Zellkulturen oder Mutanten. Durch erfindungsgemäße automatische Dosierungsvorrichtungen für Reaktionskomponenten wird die Anzahl der notwendigen Handhabungen verringert. Außerdem können erfindungsgemäß optische Küvetten und optische drehbare Mischküvetten mit Deckeln dicht verschließbar ausgebildet sein. Die Deckel können abdichtbare Öffnungen für automatische Dosiervorrichtungen und/oder für pH- /Temperaturwert-Sonden aufweisen. Optische Küvetten, optische drehbare Mischküvetten und Deckel können als Einwegartikel, insbesondere aus kostengünstigem Kunststoffmaterial, ausgebildet sein, die nach der Messung gemeinsam mit der Zellprobe entsorgt werden können. Auch die in eine Küvette hineinragend anordenbaren Rührer und die Magnetrührer können als Einwegartikel ausgebildet sein.

Bei einem erfindungsgemäßen verbesserten Verfahren zur Bestimmung des zeitlichen Verlaufs von Agglutinationsreaktionen von Mikroorganismenstämmen und Zellinien, insbesondere zur Bestimmung von stammspezifischen Agglutinationsgeschwindigkeiten und -kurven, werden Trübungsdaten wenigstens einer optischen Meßanordnung zur Erfassung von photometrischen Trübungsdaten und zusätzlich Daten weiterer Reaktionsparameter erfaßt und der EDV-gestützten Datenverarbeitung zugeleitet. Daten, die erfindungsgemäß erfaßt werden, sind insbesondere photometrische Trübungsdaten, Temperaturdaten von Temperatursteuerungen temperierbarer Dosierungsvorrichtungen für Reaktionskomponenten und eines temperierbaren Küvettenhalters, Temperaturdaten eines in das Innere der optischen Küvette hineinragenden Temperatursensors, pH-Wert-Daten eines in die Küvette ragenden pH-Sensors, Antriebsdaten, insbesondere Geschwindigkeitsdaten, von Antrieben zur Durchmischung des Küvetteninhalts.

Erfindungsgemäß können sämtliche erfaßten Daten mittels an sich bekannter Datenverarbeitungsverfahren zur Stapelverarbeitung und Filterung von Daten aufbereitet werden. Durch Datenfilterung können erfindungsgemäß Schwankungen von Reaktionsparametern ausgefiltert und beseitigt werden. Insbesondere können Störsignale durch in eine optische Meßanordnung störend eingreifende Rührer oder durch innenseitige Durchmischungsmittel einer erfindungsgemäßen drehbaren Mischküvette, sowie gegebenenfalls durch Kanten der drehbaren Mischküvette elektronisch ausgefiltert und beseitigt werden.

Durch die verbesserte Auswertung einer Vielzahl von Reaktionsdaten ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine schnellere und genauere Bestimmung des stammspezifischen Verlaufs einer Agglutinationsreaktion eines zu untersuchenden Mikroorganismenstammes, einer Zellinie oder eines Mutantenstammes mit einem vorbestimmten Agglutinationsmittel. Vorteilhafter Weise wird dabei die Anzahl der notwendigen Messungen verringert und die Bestimmung des Stammes beschleunigt. Vorteilhafter Weise genügt es bereits, einen Teil des Verlaufs einer Agglutinantionsreaktion zu verfolgen, wodurch die Dauer einer Messung wesentlich verkürzt wird. Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren aufgrund der geringeren Anfälligkeit für Schwankungen der Reaktionsparameter, die bei der EDV- gestützten Auswertung der Reaktionsdaten ausgefiltert werden können, eine vorteilhafte Verringerung des Reaktionsvolumens und der für eine Messung erforderlichen Probenmenge.

Im folgenden wird die Erfindung ohne jede Beschränkung anhand von Ausführungsbeispielen und von Zeichnungen beschrieben.

Figuren:

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt.

Fig. 2 zeigt einen Rührer der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Aufsicht.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Aufsicht.

Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Aufsicht.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung von oben.

Fig. 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Aufsicht.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Erfassung und elektronischen Verarbeitung von photometrischen Trübungsdaten von Agglutinationsreaktionen folgende, nicht abschließend genannte Bestandteile: Bestandteile einer optischen Meßanordnung eines Spektralphotometers, insbesondere eine Lichtquelle 2.1 eines Spektralphotometers mit einer frei vorbestimmbaren Wellenlänge, und einen Lichtsensor 2.2, insbesondere eine Photozelle eines Spektralphotometers, sowie einen Küvettenhalter 3 für eine optische Küvette 4, die innerhalb des - in Fig. 1 als Pfeil dargestellten - Strahlenganges zwischen der Lichtquelle 2.1 und dem Lichtsensor 2.2 anordenbar ist, insbesondere einen temperierbaren Küvettenhalter 3, sowie eine - in Fig. 1 nicht gezeigte - Abschirmung der optischen Meßanordnung gegen Umgebungslicht.

Des weiteren kann die Vorrichtung 1 erfindungsgemäß wenigstens einen Sensor zur Erfassung weiterer Reaktionsparameter enthalten, insbesondere wenigstens einen Sensor 5.1, 5.2 zur Temperatur- oder pH-Wert-Bestimmung, insbesondere zur kontinuierlichen Temperatur- oder pH-Wert-Bestimmung des Reaktionsansatzes in der optischen Küvette 4, und/oder einen Sensor 6 zur Bestimmung der Umgebungstemperatur der optischen Küvette, insbesondere innerhalb der Abschirmung der optischen Meßanordnung gegen Umgebungslicht.

Des weiteren kann die Vorrichtung 1 erfindungsgemäß wenigstens eine elektronisch steuerbare automatische Dosierungsvorrichtung 7 für die Zugabe von Reaktionskomponenten in die innerhalb der optischen Meßanordnung 2.1, 2.2 angeordnete optische Küvette 4 enthalten. Erfindungsgemäße Dosierungsvorrichtungen 7 können für wenigstens eine Reaktionskomponente, insbesondere für wenigstens einen Reaktionspuffer, für wenigstens eine Zellsuspension, wenigstens ein vorbestimmtes Agglutinationsmittel, insbesondere ein vorbestimmtes Lektin oder einen vorbestimmten Antikörper, ausgebildet sein. Die Dosierungsvorrichtungen 7 können auf eine vorbestimmte Temperatur temperierbar ausgebildet sein. Von den Dosierungsvorrichtungen 7 können Volumendaten über die in die Küvette 4 abgegebenen Volumina einzelner oder aller Reaktionskomponenten, insbesondere über das Gesamtvolumen des Reaktionsansatzes, sowie über Volumenschwankungen, und gegebenenfalls außerdem Temperaturdaten, der elektronischen Datenverarbeitung 8 zuleitbar sein.

In Fig. 2 sind mögliche weitere vorteilhafte Bestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gezeigt. Die Vorrichtung 1 kann mit einem regelbaren Antrieb 9 für einen in die optische Küvette 4 hineinragend anordenbaren Rührer 10 ausgestattet sein, der die Durchmischung des Inhalts der optischen Küvette 4 ermöglicht. Der regelbare Antrieb 9 ist vorteilhafter Weise mit hoher Präzision auf eine beliebig vorbestimmbare konstante Geschwindigkeit einstellbar. Erfindungsgemäß sind Antriebsdaten des Antriebs 9, insbesondere die Antriebsgeschwindigkeit und deren Schwankungen, elektronisch erfaßbar und der elektronischen Datenverarbeitung 8 zuleitbar. Der in die optische Küvette 4 hineinragend anordenbare Rührer 10 ist mittels einer Kupplung 11 mit dem Antrieb 9 fest verbunden oder lösbar verbindbarer.

Vorteilhafter Weise ist der in die optische Küvette 4 hineinragende Rührer 10 durch eine mechanische Kupplung 11, insbesondere durch eine lösbare flexible Kupplung 11, mit einer Welle des regelbaren Antriebs 9 verbunden. Vorteilhafter Weise ist der Rührer 10 so innerhalb der Küvette 4 anordenbar, daß er beim Betrieb nicht störend in den Strahlengang der optischen Meßanordnung 2 eingreift. Der Rührer 10 ist vorteilhafter Weise ein aus der Druckschrift DD 272 386 A3 bekannter Rührer und ist wie dort beschrieben mit der Welle des Antriebs 9 verbunden.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Magnetrührer 12 innerhalb der optischen Küvette 4, der von wenigstens einem magnetischen Antrieb 13 berührungslos antreibbar ist, der mit hoher Präzision auf eine beliebige, insbesondere auf eine beliebige konstante Geschwindigkeit einstellbar ist. Der magnetischen Antrieb 13 ist in dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel unterhalb der optischen Küvette 4 angeordnet und besteht aus einem drehbaren Magneten 13.1, der über eine Achse 13.2 mit einem Antriebsmotor 13.3 verbunden ist. Die Magnetfelder des Magnetrührers 12 und des Magneten 13.1 sind in Fig. 3 als Pfeile dargestellt. Die Antriebsdaten des Antriebsmotors 13.3 sind der elektronischen Datenverarbeitung 8 zuleitbar. Vorteilhafter Weise ist der Magnetrührer 12 in der optischen Küvette 4 unterhalb der optischen Meßanordnung 2.1, 2.2 angeordnet, so daß er nicht störend in den Strahlengang der optischen Meßanordnung 2.1, 2.2 eingreift.

Bei einem in Fig. 4 gezeigten, dritten vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht der magnetische Antrieb 13 aus wenigstens einem Magnetspulenpaar 13.4, 13.5. Der Magnetrührer 12 ist mittels des auf gegenüberliegenden Seiten der optischen Küvette 4 angeordneten Magnetspulenpaares 13.4, 13.5 innerhalb der optischen Küvette 4 schwebend anordenbar und mit einer beliebig vorbestimmten, insbesondere konstanten Geschwindigkeit antreibbar. Bei der schwebenden Anordnung des Magnetrührers oberhalb des Bodens der optischen Küvette 4 werden die Zellen und Zellaggregate des Reaktionsansatzes vorteilhafter Weise nicht von Scherkräften zwischen dem Küvettenboden und dem Magnetrührer 12 geschädigt. Das Magentspulenpaar 13.4, 13.5 ist mit einer geeignet vorbestimmbaren Wechselspannung U zum Antrieb des Magnetrührers 12 versorgbar. Die Antriebsdaten des magnetischen Antriebs 13, insbesondere die Daten der Wechselspannung U des Magnetspulenpaares 13.4, 13.5, sind der elektronischen Datenverarbeitung 8 zuleitbar. Vorteilhafter Weise ist der Magnetrührer 12 in der optischen Küvette 4 mittels des Magnetspulenpaares 13.4, 13.5 in geeignetem Abstand zum Küvettenboden anordenbar, so daß er nicht störend in den Strahlengang der optischen Meßanordnung 2.1, 2.2 eingreift.

Bei einer in Fig. 5 gezeigten, weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind wenigstens zwei Magnetspulenpaare 13.41, 13.51; 13.42, 13.52 in einer Ebene in einem vorbestimmten Abstand zu dem - in Fig. 5 nicht gezeigten - Boden der optischen Küvette 4 und in einem vorbestimmten Winkel zueinander, insbesondere in einem rechten Winkel zueinander, angeordnet. Die Magnetspulenpaare 13.41, 13.51; 13.42, 13.52 sind zur Anordnung des Magnetrührers 12 oberhalb des Bodens der optischen Küvette 4 sowie zum Antrieb des Magnetrührers jeweils mit einer vorbestimmbaren Wechselspannung U, U' versorgbar. Die Versorgung der Magnetspulenpaare 13.41, 13.51; 13.42, 13.52 mit den Wechselspannungen U, U' ist für eine gleichförmige Drehbewegung des Magnetrührers 12 an eine zeitlich aufeinanderfolgende Ausbildung der Magnetfelder der Magnetspulenpaare 13.41, 13.51; 13.42, 13.52 anpaßbar. In Fig. 5 sind die Magnetfelder des Magnetrührers 12 und lediglich eines Magnetspulenpaares 13.41 und 13.51 als Pfeile dargestellt.

Bei weiteren vorteilhaften Ausführungen der Erfindung ist eine vorbestimmte Anzahl von Magnetrührern 12 mittels einer vorbestimmten Anzahl von Magnetspulenpaaren 13.4, 13.5 an beliebig vorbestimmten Positionen innerhalb der optischen Küvette 4 anordenbar und mit einer jeweils vorbestimmten Geschwindigkeit antreibbar. Vorteilhafter Weise sind die Magnetrührer 12 außerhalb des Strahlenganges der optischen Meßanordnung 2.1, 2.2, insbesondere ober- und unterhalb des Strahlenganges anordenbar. Ein im oberen Bereich der Küvette 4 angeordneter Magnetrührer 12 ermöglicht vorteilhafter Weise eine sofortige Durchmischung des Reaktionsansatzes bei der Zugabe von Reaktionskomponenten.

Bei noch weiteren Ausführungen der Erfindung ist wenigstens ein Magnetrührer 12 im unteren Bereich der optischen Küvette 4 mittels eines magnetischen Antriebs 13 antreibbar und ein nur in den oberen Bereich der optischen Küvette 4 hineinragender Rührer 10 ist durch eine Kupplung 11 mit einem mechanischen Antrieb 9 verbindbar.

Bei einem in Fig. 6 gezeigten, vierten vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine erfindungsgemäße drehbare optische Mischküvette 14 mit wenigstens einem, wenigstens innenseitig vorspringend ausgebildeten Durchmischungsmittel 15 zur Durchmischung des Küvetteninhalts ausgebildet. Die optische Mischküvette 14 ist zur Drehmomentsübertragung in lösbarer fester Verbindung von einem erfindungsgemäßen drehbaren Küvettenhalter 16 gehalten.

Der drehbare Küvettenhalter 16 ist mit einem Antrieb 17 verbunden und mit beliebig vorbestimmter, insbesondere konstanter Geschwindigkeit antreibbar.

Die innenseitig vorspringenden Durchmischungsmittel 15 sind in wenigstens einem vorbestimmten Bereich wenigstens einer Längswandung und/oder am Boden der erfindungsgemäßen optischen Mischküvette 14 angeordnet. Die Durchmischungsmittel 15 können vorteilhafter Weise nur in ausgewählten Bereichen der optischen Mischküvette 14 ausgebildet sein, so daß der Strahlengang der wenigstens einer optischen Meßanordnung 2.1, 2.2 nicht gestört wird. Vorteilhafter Weise können wenigstens zwei vorbestimmte Bereiche der erfindungsgemäßen optischen Mischküvette 14 von innenseitig vorspringenden Durchmischungsmitteln 15 frei gehalten sein, so daß gleichzeitige photometrische Vergleichsmessungen mittels mehrerer optischer Meßanordnungen 2.1, 2.2 an verschiedenen Stellen der optischen Mischküvette 14 ermöglicht werden.

Die optische Mischküvette 14 kann erfindungsgemäß mit einem beliebigen Querschnitt, insbesondere mit einem runden, quadratischen, rechteckigen, vieleckigen oder mit einem Querschnitt mit einer vorbestimmten Anzahl von geraden und gebogenen Kanten, ausgebildet sein. Störsignale der photometrischen Trübungsdaten durch Reflexionen oder Brechungen des Strahlenganges der wenigstens einen optischen Meßanordnung 2.1, 2.2 an Längskanten, Durchmischungsmitteln 15 und gekrümmten Wandungen der drehbaren optischen Mischküvette 14 sind erfindungsgemäß mittels der elektronischen Datenverarbeitungsvorrichtung 8, insbesondere durch Stapelverarbeitung und Datenfilterung der photometrischen Trübungsdaten und/oder der Antriebsdaten des Antriebs 17 des drehbaren Küvettenhalters 16, ausfilterbar.

Die optische Mischküvette 14 kann erfindungsgemäß aus einem beliebigen Material gefertigt sein, das eine ausreichende Transparenz für eine photometrische Trübungsmessung aufweist, insbesondere aus einem beliebigen Quarzglas, Glas oder Kunststoff, das der Fachmann ohne weiteres auffindet. Vorteilhafter Weise ist die optische Meßküvette ein kostengünstig herstellbarer Einwegartikel.

Bei weiteren vorteilhaften Ausführungen der Erfindung sind die innenseitig vorspringenden Durchmischungsmittel 15 als Einbuchtungen der optischen Drehküvette 14 ausgebildet. Vorteilhafter Weise können an dem drehbaren Küvettenhalter 16 Haltevorrichtungen 16.1 für einen Eingriff in die als Einbuchtungen ausgebildeten Durchmischungsmittells ausgebildet sein, die auch im unteren Bereich der optischen Drehküvette 14 ausgebildet sind. Dabei ermöglichen die Durchmischungsmittel 15 auch eine lösbare feste Verbindung mit den Haltevorrichtungen 16.1 und eine Drehmomentübertragung von dem Küvettenhalter 16 auf die optische Drehküvette 14.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungen ist die räumliche Anordnung der Durchmischungsmittel 15 der optischen Mischküvette 14 relativ zu dem Strahlengang der optischen Meßanordnung 2.1, 2.2 durch die Haltevorrichtungen 16.1 des drehbaren Küvettenhalter 16 bestimmt. Dadurch werden erfindungsgemäß Positionsdaten über die räumliche Anordnung der Durchmischungsmittel 15 relativ zu dem Strahlengang der optischen Meßanordnung 2.1, 2.2 während des Betriebs des drehbaren Küvettenhalters erfaßbar. Die Positionsdaten sind der elektronischen Datenverarbeitung zuleitbar und für eine Ausfilterung und Beseitigung von Störsignalen durch die Durchmischungsmittel 15 während der photometrischen Trübungsmessung verwendbar.

Bei weiteren vorteilhaften Ausführungen der Erfindung können sämtliche in dieser Anmeldung beschriebenen Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können erfindungsgemäß beliebige Sonden für Reaktionsparameter, Dosierungsvorrichtungen für Reaktionskomponenten, Rührer, Magnetrührer, optische Mischküvetten mit beliebigem Querschnitt und beliebig angeordneten innenseitig vorspringenden Durchmischungsmitteln miteinander kombiniert werden, wobei eine Vielzahl von Daten über Reaktionsparameter erfaßbar und der elektronischen Datenverarbeitung zuleitbar sind.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung umfassen insbesondere Ausführungen mit vereinfachter, insbesondere automatisierter Handhabung, insbesondere mit einer verbesserten Sicherheit bei der Untersuchung von pathogenen Mikroorganismen, die der Fachmann auf der Grundlage der offenbarten Erfindung ohne erfinderische Anstrengungen auffindet. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ermöglichen eine weitgehend automatisierte Probennahme und Untersuchung von Zellproben während eines biotechnologischen oder pharmazeutischen Fermentationsprozeßes.

Im folgenden wird das erfindungsgemäßes Verfahren zur Charakterisierung und Identfizierung von Mikroorganismenstämmen und Zellinien mittels Agglutinationsreaktionen anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt - ohne Beschränkung der Erfindung - die folgenden Schritte:

Schritt 1

Ein Anordnen einer optischen Küvette 4 oder erfindungsgemäßen optischen Mischküvette 14 innerhalb des Strahlenganges wenigstens einer optischen Meßanordnung 2.1, 2.2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erfassung und elektronischen Verarbeitung von photometrischen Trübungsdaten von Agglutinationsreaktionen.

Schritt 2

Ein Vorlegen eines vorbestimmten Volumens wenigstens eines Probenpuffers in der Küvette.

Schritt 3

Eine Zugabe eines vorbestimmten, insbesondere eines im Vergleich zu dem Probenpuffer geringen Volumens einer konzentrierten Suspension der zu untersuchenden Zellen unter Durchmischung des Küvetteninhalts mittels wenigstens eines erfindungsgemäßen Antriebs 9, 13, 17 und unter photometrischer Trübungsmessung bis zu einer vorbestimmten anfänglichen Trübung des Reaktionsansatzes.

Schritt 4

Ein Zuleiten von photometrischen Trübungsdaten über die anfängliche Trübung des Reaktionsansatzes an die elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung 8.

Schritt 5

Eine Zugabe eines vorbestimmten, insbesondere eines im Vergleich zu der Zellsuspension geringen Volumens einer Lösung wenigstens eines zur Agglutination der zu untersuchenden Zellen geeignet vorbestimmten Agglutinationsmittels, insbesondere wenigstens eines spezifischen Lectins, Antikörpers oder Antiserums, unter Durchmischung des Küvetteninhalts.

Schritt 6

Eine kontinuierliche Durchmischung des Reaktionsansatzes mittels wenigstens eines von einem erfindungsgemäßen Antrieb 9, 13, 17 angetriebenen Durchmischungsmittels und eine kontinuierliche photometrische Trübungsmessung zur Erfassung von Veränderungen, insbesondere einer Abnahme, der Trübung des Reaktionsansatzes infolge der von dem Agglutinationsmittel vermittelten Agglutinationsreaktion zwischen den zu untersuchenden Zellen, sowie ein Zuleiten wenigstens der photometrischen Trübungsdaten an die elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung 8.

Schritt 7

Eine elektronische Verarbeitung wenigstens der photometrischen Trübungsdaten aus den Schritten 4 und 6 mittels der elektronischen Datenverarbeitungsvorrichtung 8 mittels an sich bekannter Verfahren zur Stapelverarbeitung von Daten und zur Datenfilterung, die der Fachmann ohne erfinderische Bemühungen auffindet.

Schritt 8

Eine Ausgabe einer durch Daten-Stapelverarbeitung und Datenfilterung von Schwankungen der Reaktionsbedingungen bereinigten stammspezifischen Agglutinationsgeschwindigkeit und/oder Agglutinantionsreaktions-Kurve.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens können bei den Schritten 1 bis 8 des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels - ohne Beschränkung der Erfindung - jeweils folgende vorteilhafte weitere Teilschritte vorgesehen sein:
bei Schritt 1:

- Ein Erfassen von Temperaturdaten in der Umgebung der optischen Küvette 4 oder erfindungsgemäßen optischen Mischküvette 14 und gegebenenfalls eine Temperatursteuerung der Küvette, sowie eine Zuleitung von Temperatur- und Temperatursteuerungs-Daten der Umgebung der Küvette an die elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung 8.

bei Schritt

2

:

- Das Vorlegen des Probenpuffers in der Küvette mittels einer erfindungsgemäßen automatischen Dosierungsvorrichtung 7, insbesondere mittels einer temperierbaren Dosiervorrichtung.
- Ein Zuleiten von Volumendaten und gegebenenfalls Temperaturdaten über das Volumen bzw. die Temperatur des in die Küvette zugegebenen Probenpuffers an die elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung 8.
- Ein Erfassen von Temperatur- und pH-Wert-Daten des Probenpuffers in der Küvette mittels der erfindungsgemäßen Sensoren 5.1, 5.2 und ein Zuleiten der dabei erhaltenen Daten an die elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung 8.

bei Schritt

3

:

- Die Zugabe der konzentrierten Zellsuspension mittels einer erfindungsgemäßen automatischen Dosierungsvorrichtung 7, insbesondere mittels einer temperierbaren Dosiervorrichtung, unter Durchmischung des Küvetteninhalts mittels wenigstens einem erfindungsgemäßen Antrieb 9, 13, 17 und unter photometrischer Trübungsmessung bis zu einer vorbestimmten anfänglichen Trübung des Reaktionsansatzes.
- Ein Zuleiten von Volumendaten und gegebenenfalls Temperaturdaten über das Volumen bzw. die Temperatur der in die Küvette zugegebenen Zellsuspension an die elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung 8.
- Ein Erfassen von Temperatur- und pH-Wert-Daten des Reaktionsansatzes in der Küvette mittels der erfindungsgemäßen Sensoren 5.1, 5.2, sowie von Antriebsdaten wenigstens eines Antriebs 9, 13, 17 und ein Zuleiten der dabei erhaltenen Daten an die elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung 8.

bei Schritt

5

:

- Die Zugabe des Agglutinationsmittels mittels einer erfindungsgemäßen automatischen Dosierungsvorrichtung 7, insbesondere mittels einer temperierbaren Dosiervorrichtung, unter Durchmischung des Küvetteninhalts mittels wenigstens eines erfindungsgemäßen Antriebs 9, 13, 17, insbesondere unter photometrischer Trübungsmessung.
- Ein Zuleiten von Volumendaten und gegebenenfalls Temperaturdaten über das Volumen bzw. die Temperatur des in die Küvette zugegebenen Agglutinationsmittels an die elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung 8.
- Ein Erfassen von Temperatur- und pH-Wert-Daten des Reaktionsansatzes in der Küvette mittels der erfindungsgemäßen Sensoren 5.1, 5.2 und ein Zuleiten der dabei erhaltenen Daten an die elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung 8.

bei Schritt

6

:

- Ein Zuleiten der Antriebsdaten der erfindungsgemäßen Antriebsmittel 9, 13, 17 an die elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung 8.
- Ein Erfassen von Temperatur- und pH-Wert-Daten des Reaktionsansatzes in der Küvette mittels der erfindungsgemäßen Sensoren 5.1, 5.2, sowie von Antriebsdaten wenigstens eines Antriebs 9, 13, 17 und ein Zuleiten der dabei erhaltenen Daten an die elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung 8.

bei Schritt

7

:
Die elektronische Verarbeitung der zusätzlichen Temperaturdaten aus der Umgebung der optischen Küvette aus Schritt

1

und/oder der zusätzlichen Volumen-, Temperatur- und pH-Wert-Daten aus den Schritten

2

,

3

,

5

und/oder

6

, sowie der Antriebsdaten aus den Schritten

3

,

5

und/oder

6

gemeinsam mit den photometrischen Trübungsdaten aus den Schritten

3.1

und

4.1

mittels der elektronischen Datenverarbeitungsvorrichtung

8

mittels an sich bekannter Verfahren zur Stapelverarbeitung von Daten und zur Datenfilterung, die der Fachmann ohne erfinderische Bemühungen auffindet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden durch die Berücksichtigung zahlreicher Reaktionsparameter und die elektronische Datenverarbeitung Störungen des Reaktionsverlaufs durch Schwankungen der Reaktionsbedingungen ausgefiltert und die Erstellung einer bereinigten stammspezifischen Agglutinantionsgeschwindigkeit und/oder Agglutinationsreaktions-Kurve ermöglicht.

Bei weiteren Ausführungen der Erfindung wird durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren eine verbesserte Untersuchung der Chargenqualität von spezifischen Agglutinationsmitteln für Mikroorganismenstämme und Zellinien ermöglicht, insbesondere von spezifischen Lektinen, Antikörpern oder Antiseren, und/oder es wird eine verbesserte Bestimmung der Konzentration und/oder der spezifischen Aktivität von Lösungen der vorstehenden Agglutinationsmittel ermöglicht.

Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Untersuchung der Chargenqualität, der Konzentration oder der spezifischen Aktivität eines Agglutinationsmittels wird, ohne Beschränkung der Erfindung:

- in einem ersten Schritt eine wässrige Lösung des Agglutinationsmittels in Wasser oder in einem geeigneten Puffer in einer dem Fachmann bekannten Weise hergestellt;
- in einem wahlweise möglichen zweiten Schritt dem Fachmann bekannte weitere geeignete Verdünnungen der Agglutinationsmittellösung hergestellt;
- in einem dritten Schritt mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wenigstens einmal ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Charakterisierung und Identifizierung von Mikroorganismenstämmen und Zellinien mit einer Agglutinantionsmittellösung aus Schritt 1 oder 2 und einem geeigneten Mikroorganismenstamm oder einer geeigneten Zellinie durchgeführt;
- in einem wahlweise möglichen vierten Schritt wenigstens einmal eine Vergleichsreaktion mit einer Agglutinationsmittellösung bekannter Konzentration oder bekannter spezifischer Aktivität durchgeführt;
- in einem fünften Schritt die in Schritt 3 und/oder 4 erhaltenen optischen Trübungsdaten und erfindungsgemäß erfaßten weiteren Antriebs-, Temperatur- und/oder pH-Wert- und/oder Volumendaten mittels erfindungsgemäßer Stapelverarbeitung und Datenfilterung verarbeitet und als von Schwankungen der Reaktionsbedingungen bereinigte Agglutinationsgeschwindigkeiten und/oder Agglutinantionsreaktions-Kurven ausgegeben;
- in einem sechsten Schritt die in Schritt S erhaltenen Agglutinationsgeschwindigkeiten oder Agglutinantionsreaktions-Kurven mittels der Datenverarbeitungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Datenverarbeitungsanlage miteinander verglichen und die Chargenqualität, Konzentration und/oder spezifische Aktivität des Agglutinationsmittels ermittelt.

Claims

1. Vorrichtung (1) zur Charakterisierung von Mikroorganismenstämmen und Zellinien mittels Agglutinationsreaktionen mit einer elektronischen Datenverarbeitungsvorrichtung (8) zur Verarbeitung von Trübungsdaten wenigstens einer photometrischen Meßanordnung (2.1, 2.2), von Antriebsdaten wenigstens eines Antriebs (9, 13, 17) zur Durchmischung des Inhalts einer optischen Küvette (4, 14) und von pH-Wert- und/oder Temperaturdaten wenigstens eines Sensors (5.1, 5.2) des Küvetteninhalts.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit wenigstens einer elektronisch steuerbaren Dosierungsvorrichtung (7) für Reaktionskomponenten Probenpuffer, Zellen und/oder Agglutinationsmittel.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei Dosierungsdaten der elektronischen Datenverarbeitungsvorrichtung (8) zuleitbar sind.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 mit wenigstens einem Sensor (6) für die Umgebungstemperatur der optischen Küvette (4, 14).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei Umgebungstemperaturdaten der elektronischen Datenverarbeitung (8) zuleitbar sind.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Antrieb (9) für wenigstens einen in die optische Küvette (4, 14) hineinragend anordenbaren Rührer (10).

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 mit wenigstens einem magnetischen Antrieb (13) für einen Magnetrührer (12).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7 mit einem unterhalb der optischen Küvette (4, 14) angeordneten, mit einem Antriebsmotor (13.3) verbundenen Magneten (13.1).

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 mit wenigstens einem, in einem vorbestimmten Abstand oberhalb des Bodens der optischen Küvette (4, 14) angeordneten Magnetspulenpaar (13.4, 13.5; 13.41, 13.51, 13.42, 13.52) eines magnetischen Antriebs (13) für eine schwebende Anordnung eines Magnetrührers (12).

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 mit einem Antrieb (17) für einen drehbaren Küvettenhalter (16).

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 mit einem Deckel der optischen Küvette (4, 14) mit wenigstens einer Öffnung für wenigstens eine Dosiervorrichtung (7) und/oder wenigstens einen pH- und/oder Temperatursensor (5.1, 5.2) und/oder einen in die Küvette (4, 14) hineinragenden Rührer (10), insbesondere mit einem Widerlager für den Rührer (10).

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 mit einem an eine feste lösbare Verbindung mit der optischen Küvette (4, 14) angepaßten, drehbaren Küvettenhalter (16).

13. Optische Mischküvette (14) mit wenigstens einer innenseitig vorspringend angeordneten Durchmischungsvorrichtung (15).

14. Optische Mischküvette (14) nach Anspruch 13 mit wenigstens einer in wenigstens einem ausgewählten Bereich einer Längswandung angeordneten Durchmischungsvorrichtung (15).

15. Optische Mischküvette (14) nach Anspruch 13 oder 14 mit wenigstens einer am Küvettenboden innenseitig vorspringend angeordneten Durchmischungsvorrichtung.

16. Optische Mischküvette nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 15 mit wenigstens einem vorbestimmten Abschnitt mit vorbestimmtem, insbesondere rundem Querschnitt.

17. Optische Mischküvette nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 16 mit wenigstens einem vorbestimmten Abschnitt mit wenigstens zwei gegenüberliegend angeordneten planparallelen Flächen.

18. An eine feste lösbare Verbindung mit einem drehbaren Küvettenhalter (16) angepaßte optische Mischküvette nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 17.

19. Optische Mischküvette (14) nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 18 mit wenigstens einer als Einbuchtung ausgebildeten Durchmischungsvorrichtung (15).

20. Optische Mischküvette (14) nach Anspruch 19 mit wenigstens einer Durchmischungsvorrichtung (15), die an eine lösbare feste Verbindung mit einer eingreifenden Haltevorrichtung (16.1) des drehbaren Küvettenhalters (16) angepaßt ist.

21. Optische Mischküvette nach einem der Ansprüche 13 bis 20 mit einem dicht verschließbaren Deckel, insbesondere mit wenigstens einer abdichtbaren Öffnung für eine Dosiervorrichtung (7) und/oder einen Sensor (5.1, 5.2) für die Temperatur bzw. den pH-Wert des Reaktionsansatzes, für eine Anordnung in horizontaler Ausrichtung.

22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21 mit wenigstens zwei, in vorbestimmten Bereichen der optischen Küvette (4, 14) angeordneten, optischen Meßanordnungen (2.1, 2.2).

23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22 mit wenigstens einer elektronischen Datenverarbeitungsvorrichtung (8) zur Verarbeitung von photometrischen Trübungsdaten und/oder Dosierungsdaten von Reaktionskomponenten und/oder Volumendaten von Reaktionskomponenten oder des Reaktionsansatzes und/oder Durchmischungsantriebsdaten und/oder Temperaturdaten und/oder pH- Wert-Daten des Reaktionsansatzes.

24. Verfahren zur Charakterisierung und Identifizierung von Mikroorganismenstämmen und Zellinien mittels Agglutinationsreaktionen, wobei wenigstens Reaktionskomponenten Probenpuffer, Zellen und Agglutinationsmittel, insbesondere wenigstens ein Lectin oder Antikörper, eines Agglutinationsreaktions-Ansatzes in einer optischen Küvette unter vorbestimmter, insbesondere gleichförmiger Durchmischung zur Reaktion gebracht werden und photometrische Trübungsdaten, Antriebsdaten eines Antriebs zur Durchmischung des Reaktionsansatzes, sowie Temperaturdaten und/oder pH-Wert-Daten des Reaktionsansatzes erfaßt, mittels elektronischer Datenverarbeitung verarbeitet und die bereinigten Trübungsdaten als Agglutinationsgeschwindigkeit zu einem vorbestimmten Zeitpunkt oder als Diagramm in Form einer Reaktionskurve während eines vorbestimmten Zeitabschnitts ausgegeben werden.

25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei wenigstens eine Reaktionskomponente Probenpuffer, Zellen und/oder Agglutinationsmittel automatisch dosiert wird und Volumendaten wenigstens einer Reaktionskomponente erfaßt und elektronisch verarbeitet werden.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 oder 25 mit elektronischer Stapelverarbeitung und Datenfilterung wenigstens der Trübungsdaten.

27. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 26 zur Charakterisierung und Identifizierung von pathogenen Mikroorganismenstämmen und Zellinien.

28. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 27, wobei in weitgehend automatisierter Durchführung zu vorbestimmten Zeitpunkten Zellproben eines Produktionsstammes aus einem biotechnologischen oder pharmazeutischen Fermentationsansatz entnommen und zur Überwachung von Veränderungen des Produktionsstammes Lectin- oder Antikörper vermittelte Agglutinationsreaktionen durchgeführt, sowie zumindest photometrische Trübungsdaten erhoben und ausgewertet werden.

29. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 26 zur Bestimmung der spezifischen Aktivität eines Agglutinationsmittels mit wenigstens einem Schritt, wobei eine vorbestimmte Verdünnung eines Agglutinationsmittels mit Zellen eines geeigneten Mikroorganismenstammes oder einer Zellinie zur Reaktion gebracht wird.

30. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 26 zur Bestimmung der Konzentration oder der Chargenqualität eines Agglutinationsmittels mit wenigstens einem ersten Schritt, wobei eine vorbestimmte Verdünnung eines Agglutinationsmittels mit Zellen eines geeigneten Mikroorganismenstammes oder einer Zellinie zur Reaktion gebracht wird und wenigstens einem zweiten Schritt, wobei eine Lösung eines Agglutinationsmittels mit bekannter Konzentration mit Zellen eines geeigneten Mikroorganismenstammes oder einer Zellinie zur Reaktion gebracht wird.