Colorimétrico Papel a base de Detección de<em> Escherichia coli</em>,<em> Salmonella</em> Spp,. Y<em> Listeria monocytogenes</em> De grandes volúmenes de agua en la agricultura
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
Este protocolo describe la detección colorimétrica rápida de Escherichia coli, Salmonella spp., Y Listeria monocytogenes a partir de grandes volúmenes (10 L) de aguas agrícolas. Aquí, el agua se filtra a través estéril modificados hisopos de Moore (MMS), que consisten en un filtro simple gasa encerrado en un cartucho de plástico, para concentrar bacterias. Después de la filtración, enriquecimientos no selectivos o selectivos para las bacterias diana se realizan en el MMS. Para la detección colorimétrica de las bacterias diana, los enriquecimientos después se ensayan utilizando dispositivos analíticos basados en papel (μPADs) incrustados con sustratos bacterias indicativas. Cada sustrato reacciona con enzimas bacterianas-objetivo indicativo, la generación de productos coloreados que pueden detectarse visualmente (detección cualitativa) en el μPAD. Alternativamente, las imágenes digitales de los μPADs reaccionado se pueden generar con la exploración común o dispositivos fotográficos y se analizaron utilizando el software ImageJ, ALtes para la interpretación más objetiva y estandarizada de los resultados. Aunque los procedimientos de cribado bioquímico están diseñadas para identificar los patógenos bacterianos mencionados anteriormente, en algunos casos, las enzimas producidas por la microbiota fondo o la degradación de los sustratos colorimétricos puede producir un falso positivo. Por lo tanto, es necesaria una confirmación mediante un diagnóstico más discriminatorio. Sin embargo, esta concentración y detección de la plataforma bacteriana es barato, sensible (0,1 CFU límite de detección / ml), fácil de realizar, rápido y (concentración, enriquecimiento, y la detección se llevan a cabo dentro de aproximadamente 24 horas), justificando su uso como un método de cribado inicial de la calidad microbiológica del agua para la agricultura.
Introduction
Es importante que los agentes de enfermedades transmitidas por los alimentos se detectan rápidamente y preferentemente en entornos basados en el terreno con el fin de reducir la carga de enfermedades transmitidas por los alimentos. Las estrategias comunes para detectar bacterias patógenas transmitidas por los alimentos incluyen perfiles bioquímicos, el cultivo selectivo y diferencial, aislamiento inmunológico y detección, y la detección molecular. Sin embargo, estos métodos se ven obstaculizados por la contaminación esporádica, los pequeños tamaños de las muestras analizadas, las concentraciones bajas a menudo de las bacterias patógenas transmitidas por los alimentos, requieren largos tiempos de procesamiento, y / o no son aplicables para la configuración del campo. Además, los compuestos en muchas matrices de alimentos son inhibitorios para la detección y aplicaciones de diagnóstico. Con el fin de mejorar la probabilidad de detección microbiana, la Food and Drug Administration de los Estados Unidos ha sugerido que la prueba del agua agrícola (como el agua de lavado y el agua de riego) que, o bien entra en contacto con una gran superficie de los productos frescos o sirve como un vehículo para pcontaminación laborar es una alternativa viable a la prueba directa de alimentos 1. Aun así, la frecuencia baja de patógenos y carga física, junto con el efecto de dilución de la muestra representativa del agua agrícola hace que los métodos de preparación de muestras para la concentración de patógenos esencial. Tal un método requeriría el muestreo de grandes volúmenes de agua (≥ 10 L), adecuada concentración de patógenos, y la compatibilidad con las estrategias de detección aguas abajo.
Hisopos de Moore Modificados (MMS) son dispositivos baratos, sencillos y robustos utilizados para concentrar las bacterias de volúmenes grandes (≥ 10 L) de agua 2-4. El MMS se compone de un casete de plástico llena de gasa, que sirve como un filtro grueso para grandes volúmenes de agua bombeada a través de la cassette mediante una bomba peristáltica. El MMS es un método no discriminatorio de la concentración bacteriana (≥ concentración 10 veces) que captura material particulado orgánico e inorgánico que incluye microorganismos en li procesadomuestras de contrapartidas. Es probable que la excelente eficacia de la concentración de microorganismos diana por el MMS se puede explicar por el hecho de que se espera que los microorganismos que se adjunta a la fracción limo-arcilla o microagregados orgánicos de los sólidos en suspensión 3. El diseño resistente de la MMS permite la superación de la mayoría de los inconvenientes asociados con otros métodos de filtración para la captura y concentración de bacterias del agua, tales como la obstrucción de los filtros, la incapacidad para procesar grandes volúmenes, muestras de filtros con alta turbidez, y los altos costos. Por estas razones, la FDA recomienda que la MMS se incorporarán a los procedimientos oficiales para los procedimientos de recogida de muestras ambientales y relacionados con la producción de 5.
Aquí, se describe un método para la concentración, enriquecimiento, y la detección de Escherichia coli, Salmonella spp., Y Listeria monocytogenes de aguas agrícolas. Un MMS se utiliza para la concentración de bactEria, y también sirve como un recipiente para el enriquecimiento bacteriana selectiva o no selectiva. Detección bacteriana se logra bioquímicamente utilizando dispositivos analíticos basados en papel (μPADs) 6. μPADs pueden ser fabricados como redes de fluidos o pruebas in situ utilizando una variedad de métodos que incluyen la fotolitografía, impresión de chorro de tinta, estampación, y cera de impresión 7-11. Ejemplos de diseños de fluidos pueden ser patrones de canal dendríticas en donde se deposita la muestra en el centro y, posteriormente, los flujos de depósitos distales o patrones de un solo canal en el que la muestra o sustrato se extraen de los depósitos externos de la canal por la acción capilar en el centro 12. Para este protocolo, hemos decidido emplear para 7 mm de diámetro de papel encerado arrays manchas incrustadas con sustratos cromogénicos que pueden ser procesados por enzimas indicativas de los microorganismos ensayados aquí: clorofenol rojo β-D-galactopiranósido (CPRG) y 5 – bromo-4-cloro-3-indolil β-D-glucurónido (X-Gluc)para la detección de β-galactosidasa y β-glucuronidasa producida por E. coli; Caprilato de 5-bromo-6-cloro-3-indolilo (caprilato magenta) para la detección de C8-esterasa producida por Salmonella spp.; y fosfato de 5-bromo-4-cloro-3-indolil-mio-inositol (X-InP) para la detección de específica de fosfatidilinositol fosfolipasa C (PI-PLC) producida por L. monocytogenes 6. Por lo tanto, la presencia de una bacteria en particular puede observarse visualmente sin la necesidad de equipo complejo o interpretación de los datos. La especificidad y la sensibilidad de la detección colorimétrica μPAD a base de enzimas de estas bacterias diana específica se ha explorado previamente 6. Además, la sensibilidad del método de detección de la concentración integrada para estas bacterias diana se evaluó por spiking de grandes volúmenes de agua con niveles predeterminados de microorganismos (datos no publicados y Bisha et al. 13).
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo describe un método integrado para la detección de E. coli, Salmonella spp., y L. monocytogenes en agua para la agricultura. Aquí, la concentración de MMS de bacterias a partir de grandes volúmenes (10 L) de agua para la agricultura, se acopla con el enriquecimiento bacteriana, y la detección colorimétrica-bacteriana indicativa utilizando μPADs. El procedimiento de MMS puede hacer frente a un alto contenido de partículas en las muestras de agua, mientras que la concentración de …
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).
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- 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).
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- 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).
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