נוהל נפח קטן לריכוז נגיפי ממים
Summary
An approach was developed for identifying optimal viral concentration conditions for small volume water samples using spikes of human adenovirus. The techniques described here are used to identify concentration parameters for other viral targets, and applied to large-scale viral concentration experimentation.
Abstract
Small-scale concentration of viruses (sample volumes 1-10 L, here simulated with spiked 100 ml water samples) is an efficient, cost-effective way to identify optimal parameters for virus concentration. Viruses can be concentrated from water using filtration (electropositive, electronegative, glass wool or size exclusion), followed by secondary concentration with beef extract to release viruses from filter surfaces, and finally tertiary concentration resulting in a 5-30 ml volume virus concentrate. In order to identify optimal concentration procedures, two different electropositive filters were evaluated (a glass/cellulose filter [1MDS] and a nano-alumina/glass filter [NanoCeram]), as well as different secondary concentration techniques; the celite technique where three different celite particle sizes were evaluated (fine, medium and large) followed by comparing this technique with that of the established organic flocculation method. Various elution additives were also evaluated for their ability to enhance the release of adenovirus (AdV) particles from filter surfaces. Fine particle celite recovered similar levels of AdV40 and 41 to that of the established organic flocculation method when viral spikes were added during secondary concentration. The glass/cellulose filter recovered higher levels of both, AdV40 and 41, compared to that of a nano-alumina/glass fiber filter. Although not statistically significant, the addition of 0.1% sodium polyphosphate amended beef extract eluant recovered 10% more AdV particles compared to unamended beef extract.
Introduction
וירוסי enteric אדם הם סוכני סיבה חשובים של מחלות המועברות במי 1-3, אבל הם בדרך כלל נוכחים במספרים נמוכים במים המזוהמים סביבתיים, מה שהופך את איתורם קשה בלי ריכוז. נהלים המשמשים להתרכז וירוסים כוללים בדרך כלל שלב סינון, ואחריו elution מסנן, וריכוז המשני של eluate המסנן. הליך סינון נפוץ מסתמך על שימוש בממברנות טעונות כגון מסנני electropositive (נבדקו לאחרונה 4,5). מסננים אלה מסתמכים על לכידת וירוסים תלויים במים באמצעות אינטראקציות אלקטרוסטטיות בין משטח המסנן (מטען חשמלי חיובי) וחלקיקי נגיף ממוקדים (מטען שלילי). שני מסננים electropositive כי הם זמינים באופן מסחרי להסתמך על טכנולוגיה זו, מסנני זכוכית / תאית וננו-אלומינה / סיבי זכוכית. עלויות פילטר זכוכית / תאית הן עד 10 פעמים כי ננו-אלומינה / סיבי הזכוכית, המגבילות את השימוש בזכוכית / ceמסנני llulose לניטור וירוס שיגרתי. מחקרים שנעשו לאחרונה הגיעו למסקנה הבדלים הם נומינליים בין שני מסננים אלה בהתאוששות של enteroviruses מ6,7 מים הסביבה, המצדיקים את השימוש בחלופה זולה יותר מסנן. אפשרויות סינון נוספות כגון מסנני אלקטרו וזכוכית צמר נחקרו, לעומת זאת, הם גם דורשים הטיפול המקדים של מים מקור (מסנני אלקטרו) או אינם זמינים באופן מסחרי (מסנני זכוכית צמר). הפיתוח של נהלי ריכוז וירוס בעיקר התמקד אופטימיזציה טכניקות ריכוז עיקריות (מסננים) על מנת לשפר את ההחלמה וירוס ממים. עם זאת, הליכי ריכוז משניים, המקטין את הנפח של eluant בדרך כלל מL 1 למיליליטר כרכים, יכולים גם להיות השפעה משמעותית על החלמה וירוס 8.
ריכוז המשני של וירוסי enteric בדרך כלל מסתמך על סוכן flocculating כגון סוגים מסוימים של תמצית בשר בקר (floccu האורגניlation) או הפתתה חלב דל שומן 9-12 להסיר חלקיקי נגיף ממשטחי מסנן. לאחרונה, עוד הליך ריכוז המשני באמצעות תמצית בשר יחד עם התוספת של celite (חלקיקים קטנים) הראה הבטחה לשחזור אדנווירוס, enterovirus, וnorovirus 8,13,14. עבודות ריכוז Celite תחת עקרונות דומים לזה של שיטת הפתתה האורגנית שבחלקיקי הווירוס לצרף ולמשתחררות מחלקיקים (floc או celite) על ידי שינוי pH של תמיסת ההשעיה. השוואות בין שתי טכניקות ריכוז המשניות אלה הוערכו בהתאוששות של אדנווירוס ממוסמר סוגים (עו"ד) 40 ו -41 8. מחקר זה הגיע למסקנה כי שתי טכניקות הריכוז המשניות היו סטטיסטיים דומות בהתאוששות של אדנו-וירוסים. עם זאת, שיטת הפתתה האורגנית דורשת 30 דקות. דגירה ב- pH 3.5, ואילו טכניקת celite דורשת דגירה קצרה יותר (10 דקות) ב- pH 4.0. Flocculat האורגנייון מחייב גם שימוש בציוד יקר מעבדה (צנטריפוגות) כדי לאסוף חלקיקי floc במהלך ריכוז שלישוני, טכניקת celite בניגוד משתמשת בציוד בסיסי בלבד מעבדה (סינון ואקום) כדי להפריד בין חלקיקי celite מהשעיה.
שילובים מסוימים של מסננים וטכניקות elution המשניות יכולים להשפיע גם על החלמה וירוס. מחקר אחד למסקנה כי שילובים מסוימים של (מסנני electropositive) ראשוניים ומשניות טכניקות ריכוז (celite או הפתתה אורגנית) היו השפעה משמעותית של התאוששות של אדנו-וירוס 13. ממצאים אלה מראים כי אופטימיזציה נדרשת על מנת להתאושש בצורה אופטימלית וירוס יעד ממטריצת מים שניתנו בעת השימוש בטכניקות אלה. אופטימיזציה היא זמן רב, חוקרים רבים תהליך מפרך באופן פעיל להימנע מאז משתנים רבים יוערכו (סוג המסנן / מותג, פתרון elution pH, celite / הפתתה אורגנית).
לשם כך זהTudy, הליך פותח כדי לזהות תנאים אופטימליים לריכוז וירוס ממים באמצעות אדנווירוס אדם ממוסמר זני 40 ו 41. יש להניח, שכן כל סוג וירוס מציג מורפולוגיה קפסיד ייחודית ותשלום קפסיד ספציפי, פרוטוקולי ריכוז עשויים צריכים להיות מותאמים לכל וירוס היעד כדי להשיג התאוששות ויראלי אופטימלית. מחקר זה מספק גישה לעו"ד 40 ו -41 על ידי ריכוז: 1) הערכת החלמה וירוס במים ברז באמצעות תקליטורי electropositive מסנן ואחריו 2) הערכה של שיטת הפתתה אורגנית הוקמה לעומת טכניקת celite כריכוז משנית, ו 3) הערכה מאגרי elution לריכוז שלישוני.
Protocol
Representative Results
Discussion
מסנני electropositive שימושיים בריכוז וירוסים ממים; עם זאת מסננים אלה יכולים להיות שונים במבנה שלהם ובהרכב אשר בתורו יכול לשנות את האפקטיביות שלהם. ההרכבה בעיה זו, מבני קפסיד וחיובים משתנים בין זני וירוס הדורשים טכניקות ריכוז להיות מותאמות כדי להבטיח התאוששות אופטימלית …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We would like to thank Dr. Nicholas J. Ashbolt and Dr. G. Shay Fout for their review of the manuscript.
Materials
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Adenovirus 40 stock | ATCC | VR-931 | |
| Adenovirus 41 stock | ATCC | VR-930 | |
| Sodium Thiosulfate | Fluka Chemical Co. | 72051 | |
| Celites #577 | Fluka Chemical Co. | 22142 | |
| NanoCeram 47mm | Argonide | N/A | |
| 1MDS 47mm | 3M | 6408502 | |
| AP-20 Prefilter 47mm | Millipore Corp. | AP2004700 | |
| Glycine | Sigma | 50046-1KG | |
| Sodium Polyphosphate | Acros Organics | 390930010 | |
| Trypsin | Gibco | 25200 | |
| PBS | Sigma | P5368 | |
| Hydrochloric Acid | Fisher | A481-212 | |
| BBL Beef Extract | BD Biosciences | 212303 | |
| Difco Beef Extract | BD Biosciences | 211520 | |
| ABI 7900 Real-time PCR system | ABI | N/A | |
| Stainless Steel Filter Housing | Millipore Corp. | XX2004720 | |
| Blood DNA Extraction Kit | Qiagen | 51104 | |
| EPA MPN Calculator | http://www.epa.gov/nerlcwww/online.html |
References
- Sinclair, R. G., Jones, E. L., Gerba, C. P. Viruses in recreational water-borne disease outbreaks: a review. Journal of Applied Microbiology. 107, 1769-1780 (2009).
- WHO. . Guidelines for Safe Recreational Water Environments. , (2003).
- Westrell, T., et al. Norovirus outbreaks linked to oyster consumption in the United Kingdom. Euro Surveillance : Bulletin Europeen Sur les Maladies Transmissibles = European Communicable Disease Bulletin. 15, (2010).
- Wong, K., Fong, T. T., Bibby, K., Molina, M. Application of enteric viruses for fecal pollution source tracking in environmental waters. Environment International. 45, 151-164 (2012).
- Cashdollar, J. L., Wymer, L. Methods for primary concentration of viruses from water samples: a review and meta-analysis of recent studies. Journal of Applied Microbiology. 115, 1-11 (2013).
- Ikner, L. A., Soto-Beltran, M., Bright, K. R. New method using a positively charged microporous filter and ultrafiltration for concentration of viruses from tap water. Applied and Environmental Microbiology. 77, 3500-3506 (2011).
- Karim, M. R., Rhodes, E. R., Brinkman, N., Wymer, L., Fout, G. S. New electropositive filter for concentrating enteroviruses and noroviruses from large volumes of water. Applied and Environmental Microbiology. 75, 2393-2399 (2009).
- McMinn, B. R., Cashdollar, J. L., Grimm, A. C., Fout, G. S. Evaluation of the celite secondary concentration procedure and an alternate elution buffer for the recovery of enteric adenoviruses 40 and 41. Journal of Virological Methods. 179, 423-428 (2012).
- Katzenelson, E., Fattal, B., Hostovesky, T. Organic flocculation: an efficient second-step concentration method for the detection of viruses in tap water. Applied and Environmental Microbiology. 32, 638-639 (1976).
- Fout, G. S., Schaefer, F. W., Messer, J. W., Dahling, D. R. . ICR microbial laboratory manual. 178, (1996).
- Calgua, B., et al. Development and application of a one-step low cost procedure to concentrate viruses from seawater samples. Journal of Virological Methods. 153, 79-83 (2008).
- Calgua, B., et al. Detection and quantification of classic and emerging viruses by skimmed-milk flocculation and PCR in river water from two geographical areas. Water Research. 47, 2797-2810 (2013).
- McMinn, B. R. Optimization of adenovirus 40 and 41 recovery from tap water using small disk filters. Journal of Virological Methods. 193 (2), 284-290 (2013).
- Brinkman, N. E., Haffler, T. D., Cashdollar, J. L., Rhodes, E. R. Evaluation of methods using celite to concentrate norovirus, adenovirus and enterovirus from wastewater. Journal of Virological Methods. 193, 140-146 (2013).
- Albinsson, B., Kidd, A. H. Adenovirus type 41 lacks an RGD alpha(v)-integrin binding motif on the penton base and undergoes delayed uptake in A549 cells. Virus Research. 64, 125-136 (1999).
- He, C., Lian, J. S., Jiang, Q. Electronic structures and hydrogen bond network of high-density and very high-density amorphous ices. The Journal of Physical Chemistry. B. 109, 19893-19896 (2005).
- Sedmak, G., Bina, D., Macdonald, J., Couillard, L. Nine-year study of the occurrence of culturable viruses in source water for two drinking water treatment plants and the influent and effluent of a Wastewater Treatment Plant in Milwaukee, Wisconsin. 71, 1042-1050 (2005).
- Soto-Beltran, M., Ikner, L. A., Bright, K. R. Effectiveness of poliovirus concentration and recovery from treated wastewater by two electropositive filter methods. Food and Environmental Virology. 5, 91-96 (2013).
- Haramoto, E., Katayama, H. Application of acidic elution to virus concentration using electropositive filters. Food and Environmental Virology. 5, 77-80 (2013).
- Lee, H., et al. Evaluation of electropositive filtration for recovering norovirus in water. Journal of Water and Health. 9, 27-36 (2011).
- Gibbons, C. D., Rodriguez, R. A., Tallon, L., Sobsey, M. D. Evaluation of positively charged alumina nanofibre cartridge filters for the primary concentration of noroviruses, adenoviruses and male-specific coliphages from seawater. Journal of Applied Microbiology. 109, 635-641 (2010).
- Hill, V. R., et al. Development of a rapid method for simultaneous recovery of diverse microbes in drinking water by ultrafiltration with sodium polyphosphate and surfactants. Applied and Environmental Microbiology. 71, 6878-6884 (2005).
- Polaczyk, A. L., Roberts, J. M., Hill, V. R. Evaluation of 1MDS electropositive microfilters for simultaneous recovery of multiple microbe classes from tap water. Journal of Microbiological Methods. 68, 260-266 (2007).
- Rhodes, E. R., Hamilton, D. W., See, M. J., Wymer, L. Evaluation of hollow-fiber ultrafiltration primary concentration of pathogens and secondary concentration of viruses from water. Journal of Virological Methods. 176, 38-45 (2011).
- Melnick, J. L., et al. Round robin investigation of methods for the recovery of poliovirus from drinking water. Applied and Environmental Microbiology. 47, 144-150 (1984).
- Schwab, K. J., De Leon, R., Sobsey, M. D. Concentration and purification of beef extract mock eluates from water samples for the detection of enteroviruses, hepatitis A virus, and Norwalk virus by reverse transcription-PCR. Applied and Environmental Microbiology. 61, 531-537 (1995).
