比色検出の紙ベース<em>エシェリヒア·コリ</em><em>サルモネラ</em>属、および<em>リステリア菌</em>農業大量の水から
Summary
A protocol involving integrated concentration, enrichment, and end-point colorimetric detection of foodborne pathogens in large volumes of agricultural water is presented here. Water is filtered through Modified Moore Swabs (MMS), enriched with selective or non-selective media, and detection is performed using paper-based analytical devices (µPAD) imbedded with bacterial-indicative colorimetric substrates.
Abstract
このプロトコルは、。 大腸菌、サルモネラの迅速な比色検出を説明し、農業の水の大量（10リットル）からのリステリア菌 。ここで、水は、細菌を濃縮するために、プラスチック製のカートリッジに封入単純ゴーズフィルタからなる無菌の変形ムーアスワブ（MMS）を介して濾過する。濾過に続いて、標的細菌に対して非選択的または選択的な富化をMMSで行われる。標的細菌の比色検出のために、濃縮度は、その後、細菌指標基質を用いて埋め込まれた紙ベースの分析装置（μPADs）を用いてアッセイする。各基板はμPAD上に視覚的に検出可能な着色生成物（定性的検出）を生成し、標的を示す細菌の酵素と反応する。あるいは、反応しμPADsのデジタル画像は、共通の走査または写真デバイスで生成し、ImageJソフトウェア、アルを用いて分析することができる結果のより客観的かつ標準化された解釈のためlowing。生化学的スクリーニング手順は、上記の細菌病原体を同定するために設計されているが、いくつかのケースでは、背景微生物叢または比色基質の分解によって生成される酵素は、偽陽性を生成することができる。そのため、より多くの差別的な診断を使用して確認が必要となります。それにもかかわらず、この細菌濃度及び検出プラットフォームは、初期スクリーニング法としての使用を正当化する、（濃縮、富化、及び検出は、約24時間以内に行われる）、安価な（0.1 CFU / mlの検出限界）に敏感、実施が容易で、かつ迅速である農業用水の微生物学的品質のために。
Introduction
これは、食品媒介疾患剤は、食品媒介疾患の負担を軽減するために、フィールドベースの設定で迅速に、好ましくは検出されることが重要である。食中毒細菌の病原体を検出するための一般的な戦略は、生化学的プロファイリング、選択的かつ差動培養、免疫学的分離と検出、分子検出があります。しかしながら、これらの方法は、散発的な汚染によって妨げ小さなサンプルサイズは、試験された、食品媒介病原菌の多くの場合、低濃度、長い処理時間を必要とし、および/またはフィールドの設定に適用可能ではない。さらに、多くの食品マトリックス中の化合物は、検出および診断アプリケーションへの抑制性である。微生物検出の可能性を向上させるために、米国食品医薬品局は、（例えば、洗浄水及び灌漑用水として）農業用水のテストが新鮮な農産物の大きな表面積に接触し又はビヒクルとして機能するいずれかのものであることが示唆されているpについてroduce汚染は、食品1の直接試験に対する実行可能な代替手段です。そうであっても、代表的な農業用水のサンプルの希釈効果と相まって、多くの場合、低い固有の病原体を負担は、病原体濃度のためのサンプル調製法が必要不可欠になります。そのような方法は、水（≥10 L）、適切な病原体濃度、および下流側検出戦略との相溶性を大量にサンプリングが必要となる。
修正されたムーアスワブ（MMS）は、水2-4大量の（≥10リットル）から細菌を濃縮するために使用される、安価でシンプルな、そして堅牢なデバイスです。 MMSは、蠕動ポンプを用いて、カセットを通してポンプ大量の水のための粗いフィルターとして機能し、ガーゼで満たされたプラスチックカセット、から構成されています。 MMSは処理されたリチウム中の微生物を含む有機及び無機微粒子を捕捉し細菌濃度（≥10倍濃度）の非差別的な方法である頭の良いサンプル。それはMMSによる標的微生物の濃度の優れた効力は微生物シルト-粘土画分又は懸濁固体3の有機微小凝集体に結合することが期待されているという事実によって説明できる可能性がある。 MMSの頑丈なデザインは、このようなフィルタの目詰まり、大量に処理することができないこと、高濁度フィルタサンプル、および高コストなどの水からの細菌の捕捉および濃縮のための他の濾過方法に関連するほとんどの欠点を克服することができます。これらの理由のために、FDAは、MMSの、環境および産生に関連するサンプル収集手順5の公式手順に組み込まれることが推奨される。
ここで、この方法は濃度、濃縮、および大腸菌の検出、 サルモネラ属、農業水からのリステリア·モノサイトゲネスに記載されている。 MMSはBACTの濃度で使用されているERIA、また選択的または非選択的細菌濃縮のための容器として機能します。細菌検出は、紙ベースの分析装置（μPADs）6を使用して生化学的に達成される。 μPADs7-11を印刷し 、フォトリソグラフィー、インクジェット印刷、スタンピング、およびワックスを含む種々の方法を用いて流体ネットワークまたはスポット試験として製造することができる。流体設計の例は、サンプルが中心部に堆積され、その後、サンプル又は基板の中心12内に毛管作用によってチャネルの外のリザーバから引き出された遠位リザーバ又は単一のチャネルパターンに流れる樹状チャネルパターンとすることができる。このプロトコルのために、我々はここでテスト微生物の指標酵素で処理可能な発色性基質を用いて埋め込まれた7 mmの直径ワックスペーパースポットアレイに採用することを選択した。クロロフェノールレッド-β-D-ガラク（CPRG）と5 – ブロモ-4 – クロロ-3 – インドリルβ-D-グルクロニド（X-Glucを）E.によって生成β-ガラクトシダーゼ、β-グルクロニダーゼを検出するための大腸菌 ; サルモネラ属によって産生さC8-エステラーゼの検出のための5 -ブロモ-6 -クロロ-3 -インドリルカプリレート（マゼンタカプリル酸）;および5 -ブロモ-4 -クロロ-3 -インドリル-myo-イノシトールリン酸（X型InP）L.により製造ホスファチジルイノシトール特異的ホスホリパーゼC（PI-PLC）の検出のためのリステリア 6。したがって、特定の細菌の存在は、複雑な装置又はデータ解釈を必要とせずに視覚的に観察することができる。これらの特定の標的細菌の酵素ベースの比色μPAD検出の特異性および感度は、以前は06探求されてきた。さらに、これらの標的細菌のための統合濃度検出方法の感度は、微生物の予め決めレベル大量の水を加えることによって評価した（未発表データとビーシャら 13）。
Protocol
Representative Results
Discussion
このプロトコルは、 大腸菌を検出するための統合された方法を説明します大腸菌 、 サルモネラ属、およびL.農業用水におけるリステリア 。ここで、農業用水の大量からの細菌のMMS濃度（10 L）は、細菌の濃縮、およびμPADsを用いて細菌を示す比色検出に連結されている。細菌を10倍に濃縮しながら、MMS手順は水試料中の微粒子高含有コンテンツに対応できる?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We gratefully acknowledge funding for this project from the USDA National Institute of Food and Agriculture grants 2009-01208 and 2009-01984.
Materials
| Agricultural water | Irrigation water, produce wash water, well water, etc. | ||
| Vinyl tubing | Wilmar | BN-CVT1005 | 1/4" inner diameter, 3/8" outer diameter, available at: http://www.wilmar.com |
| Modified Moore Swab cartridge | Lumiere Diagnostics | 11 ½ cm in length and 4 ½ cm in width, available at: http://www.lumierediagnostics.com. Alternativelly, a non-disposable version of the cartridge can be used (refer to the text) | |
| Cheesecloth | Chesapeake Wiper & Supply, Inc. | CC90 | Grade #90, 44 × 36 weave, available at: www.raglady.com |
| Household Bleach | Various | Sodium hypochlorite concentration approx. 6% | |
| Sodium thiosulphate 5-hydrate | Mallinckrodt Baker Inc | 8100-04 | |
| Manifold | Built in-house | Optional, device can be constructed from PVC pipes and appropriate fittings | |
| Peristaltic pump | Micron Meters | RPP1300 | Available at: http://www.micronmeters.com |
| Serological pipette | Various | Disposable, 10ml | |
| Universal preenrichment broth | Difco | 223510 | |
| Buffered peptone water | Difco | 218105 | |
| Salmonella supplement | Biomérieux Industry | 42650 | http://www.biomerieux-usa.com |
| VIDAS UP Listeria (LPT) Broth | Biomérieux Industry | 410848 | http://www.biomerieux-usa.com |
| Vancomycin | Sigma-Aldrich | 861987 | http://www.sigmaaldrich.com |
| Pipet-Aid | Various | Drummond DP-110 used here | |
| Shaking incubator | Various | Excella E25, New Brunswick Scientific used here | |
| Micropipette | Various | 10 μl, 1 ml | |
| Micropipette tips | Various | Barrier, 10 μl, 1 ml | |
| 1.5 microcentrifuge tubes | Various | RNase- and DNase- free | |
| Probe sonicator | Q Sonica LLC | XL-2000 series | |
| µPADs | Avant | Wax printed 7 mm diameter circles, with 4 pt line thickness. Contact Dr. Charles Henry for additional information | |
| HEPES [N-(2-Hydroxyethyl)piperazine-N′-2-ethanesulfonic acid] | Sigma-Aldrich | H3375 | |
| Bovine serum albumin | Sigma-Aldrich | A8022 | |
| Chlorophenol red-galactopyranoside (CPRG) | Sigma-Aldrich | 59767 | |
| 5-Bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-glucuronide (X-Gluc) | Sigma-Aldrich | B8174 | |
| 5-bromo-6-chloro-3 indolylcaprylate (magenta caprylate) | Sigma-Aldrich | 53451 | |
| 5-Bromo-4-chloro-myo-inositol phosphate (X-InP) | Sigma-Aldrich | 38896 | |
| Petri dishes, polystyrene 100mm by 15 mm | Various | Sterile | |
| Flat bed scanner | Various | Xerox USB scanner | |
| ImageJ software | National Institutes of Health | http://rsb.info.nih.gov/ij/ |
Referenzen
- . . Guidance for industry: Guide to minimize microbial food safety hazards for fresh fruits and vegetables. , (1998).
- Bisha, B., Pérez-Méndez, A., Danyluk, M. D., Goodridge, L. D. Evaluation of Modified Moore swabs and continuous flow centrifugation for concentration of Salmonella and Escherichia coli O157:H7 from large volumes of water). J Food Prot. 74, 1934-1937 (2011).
- Sbodio, A., Maeda, S., Lopez-Velasco, G., Suslow, T. V. Modified Moore swab optimization and validation in capturing E. coli O157:H7 and Salmonella enterica in large volume field samples of irrigation water. Food Res Int. 51, 654-662 (2013).
- McEgan, R., et al. Detection of Salmonella spp. from large volumes of water by modified Moore swabs and tangential flow filtration. Lett Appl Microbiol. 56, 88-94 (2013).
- . . Solicitation Number: FDA-SS-1116253. , (2013).
- Jokerst, J. C., et al. Development of a paper-based analytical device for colorimetric detection of select foodborne pathogens. Analytical Chemistry. 84, 2900-2907 (1021).
- Martinez, A. W., Phillips, S. T., Butte, M. J., Whitesides, G. M. Patterned paper as a platform for inexpensive, low-volume, portable bioassays. Angew Chem Int Edit. 46, 1318-1320 (2007).
- Martinez, A. W., Phillips, S. T., Wiley, B. J., Gupta, M., Whitesides, G. M. FLASH: A rapid method for prototyping paper-based microfluidic devices. Lab on a Chip. 8, 2146-2150 (1039).
- Abe, K., Suzuki, K., Citterio, D. Inkjet-printed microfluidic multianalyte chemical sensing paper. Analytical Chemistry. 80, 6928-6934 (1021).
- Cheng, C. M., et al. Millimeter-scale contact printing of aqueous solutions using a stamp made out of paper and tape. Lab on a Chip. 10, 3201-3205 (1039).
- Lu, Y., Shi, W. W., Jiang, L., Qin, J. H., Lin, B. C. Rapid prototyping of paper-based microfluidics with wax for low-cost, portable bioassay. Electrophoresis. 30, 1497-1500 (2009).
- Charles, S., Henry, L. D. G., Jana, C. Jokerst Rapid detection of pathogens using paper devices. US patent. , (2012).
- Bisha, B., et al. T10-06 Colorimetric paper-based detection of Salmonella spp. and Escherichia coli from artificially contaminated irrigation river water. , (2012).
