Summary

Uma plataforma de alto rendimento para o rastreio de Salmonella spp. /Shigella spp.

Published: November 07, 2018
doi:

Summary

Salmonella spp. /Shigella spp. são patógenos comuns atribuídos a diarreia. Aqui, descrevemos uma plataforma de alto rendimento para o rastreio de Salmonella spp. /Shigella spp. usando PCR em tempo real combinadas com cultura guiada.

Abstract

Transmissão fecal-oral de gastroenterite aguda ocorre de vez em quando, especialmente quando pessoas que cuidou de comida e água são infectadas por Salmonella spp./Shigella spp. O método padrão-ouro para a detecção de Salmonella spp./Shigella spp. é cultura direta mas é trabalhosa e demorada. Aqui, descrevemos uma plataforma de alto rendimento para Salmonella spp./Shigella spp. triagem, usando a reação em cadeia da polimerase em tempo real (PCR) combinada com cultura guiada. Há duas fases principais: a cultura guiada e PCR em tempo real. Para a primeira fase (PCR em tempo real), vamos explicar cada passo do método: coleção, pré-enriquecimento, extração de DNA e PCR em tempo real da amostra. Se o resultado PCR em tempo real é positivo e, em seguida, é realizada a segunda fase (cultura guiada): seletiva cultura, identificação bioquímica e sorológica caracterização. Ilustraremos também resultados representativos gerados a partir dele. O protocolo descrito aqui seria uma plataforma valiosa para a seleção rápida, específica, sensível e elevado-throughput de Salmonella spp. /Shigella spp.

Introduction

Diarreia é ainda um problema de saúde comum com uma incidência elevada taxa globalmente1,2. Embora a mortalidade é relativamente baixa, alguns pacientes apresentam sintomas de várias semanas (por exemplo, solta e aguadas fezes, urgência para ir ao banheiro), que tornam o impacto sócio-econômico muito alta3,4. Mais a sério, alguns pacientes podem desenvolver até mesmo síndrome do intestino irritável se deixados sem tratamento5. Existem vários tipos de bactérias, vírus e parasitas que podem causar diarreia6. Salmonella spp. /Shigella spp. estão entre as bactérias mais comuns para a transmissão de gastroenterite aguda7,8,9,10,11. Portanto, muitos condados emitiram leis ou regulamentos para regular Salmonella spp / triagem deShigella spp. entre as pessoas que iria lidar com comida e água. Por exemplo, o governo chinês emitiu leis para obrigatório Salmonella spp / triagem deShigella spp. uma vez por ano.

O método padrão-ouro para Salmonella spp. / deteção deShigella spp. é a cultura de bactérias. Através de cultura de bactérias e sucessiva identificação bioquímica e sorológica caracterização, podemos identificar as espécies de bactérias, que podem facilitar a gestão do surto de doença e antimicrobiana de perfil para auxiliar o tratamento de pacientes 12. pode também ajudar localizar a fonte de infecção durante a Salmonella spp. /Shigella spp. surto13. No entanto, este método é trabalhosa (que exigem operação manual) e demorado (leva vários dias), especialmente para os testes de um grande número de amostras7. Além disso, viável mas não-viáveis (VBNC) Salmonella spp /pode existir em algumas amostras de fezesdeShigella spp.14. Tendo em conta essas desvantagens, muitos laboratórios tentaram desenvolver novas técnicas para a detecção de Salmonella spp. /Shigella spp.15,16,17,18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25. todos esses métodos usam o teste de amplificação de ácido nuclear (NAAT), entre os quais a reação em cadeia do polymerase (PCR) é o mais comum. Uma grande limitação destes métodos NAAT baseado é que bactérias mortas, detritos mesmo bacteriana contendo incompleta DNA genômico, poderiam mostrar resultados positivos,26, que em grande parte poderia influenciar o diagnóstico preciso da doença. Blanco et al mostrou que aquele ensaio molecular é altamente sensível, não só viável salmonelas nas culturas, mas também para genomas parciais e bactérias mortas ou inviáveis de infecções passadas ou contaminação26. Portanto, a nova tecnologia deve ser desenvolvida.

Aqui, descrevemos um método inovador que combina o NAAT baseado método e cultivo. Como mostrado na Figura 1, este novo método se aplica a PCR em tempo real, triagem primeiro e em seguida as amostras positivas são enviadas para a identificação e a cultura de bactérias.

Protocol

O protocolo segue as orientações definidas pelo Comitê de ética de pesquisa humana de Zhuhai International Travel Healthcare Center. Por favor, use o padrão operação estéril durante o experimento. 1. preparação e composição de meios de cultura Prepare o caldo de carne nutriente: Dissolver peptona 1%, 0,3% de extrato de carne, 0,5% de cloreto de sódio, 0,1% de glicose em H2O, ajustar o pH a 7,5 e autoclave em 121 ° C por 15 min. Prepare o suporte de …

Representative Results

O protocolo foi aplicado para o rastreio de Salmonella spp. / amostras deShigella spp. em fezes anal de pessoas que iria lidar com comida e água. Na etapa PCR em tempo real, como mostrado na Figura 5A, houve uma amplificação bem-sucedida no canal de HEX, o que significava que a amostra mista era positiva para Salmonella spp. Em seguida, um mais PCR em t…

Discussion

Desde Salmonella spp. /Shigella spp. são frequentemente associados com intoxicação alimentar e transmissão fecal-oral de gastroenterite aguda28,29 , e o método de rotina é trabalhoso ou demorado 7, nós descrevemos uma plataforma de alta produtividade para a Salmonella spp. / rastreio deShigella spp., usando PCR em tempo real combinadas com cultura guiada.

Há várias et…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho foi apoiado pela ciência e tecnologia programa de Zhuhai, China (número de concessão de 20171009E030064), a ciência e tecnologia programa de Guangdong, China (número de concessão de 2015A020211004) e da ciência e tecnologia-programa de administração geral Supervisão da qualidade, inspeção e quarentena da República Popular da China (número de concessão de 2016IK302, 2017IK224).

Materials

Tris Sigma 10708976001
EDTA Sigma 798681
NP40 Sigma 11332473001
ddH2O Takara 9012
PrimeSTAR HS (Premix) Takara R040Q
Nutrient Broth LandBridge CM106
Nutrient agar LandBridge CM107
Selenite Cystine medium LandBridge CM225
XLD LandBridge CM219
MAC  LandBridge CM908
Salmonella chromogenic agar CHROMagar SA130
Salmonella diagnostic serum Tianrun SAL60
Shigella diagnostic serum Tianrun SHI54
anal swab (collecting tube plus) Huachenyang
slide Mingsheng 7102
micro-loop Weierkang W511
incubator Jinghong DNP-9082
autoclave AUL SS-325
dry bath Jinghong KB-20
automated microbial identification system bioMérieux VITEK2 other equivalent system could be used
fluorescent real-time PCR machine ThermoFisher ABI7500 other equivalent machine could be used

References

  1. Roy, S. L., Scallan, E., Beach, M. J. The rate of acute gastrointestinal illness in developed countries. Journal of Water and Health. 4, 31-69 (2006).
  2. Wilking, H., et al. Acute gastrointestinal illness in adults in Germany: a population-based telephone survey. Epidemiology and Infection. 141 (11), 2365-2375 (2013).
  3. Friesema, I. H. M., Lugnér, A. K., van Duynhoven, Y. T. H. P. Costs of gastroenteritis in the Netherlands, with special attention for severe cases. European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases. 31 (8), 1895-1900 (2012).
  4. Henson, S. J., et al. Estimation of the costs of acute gastrointestinal illness in British Columbia, Canada. International Journal of Food Microbiology. 127 (1-2), 43-52 (2008).
  5. Okhuysen, P. C., Jiang, Z. D., Carlin, L., Forbes, C., DuPont, H. L. Post-diarrhea chronic intestinal symptoms and irritable bowel syndrome in North American travelers to Mexico. The American Journal of Gastroenterology. 99 (9), 1774-1778 (2004).
  6. Wongboot, W., Okada, K., Chantaroj, S., Kamjumphol, W., Hamada, S. Simultaneous detection and quantification of 19 diarrhea-related pathogens with a quantitative real-time PCR panel assay. Journal of Microbiological Methods. 151, 76-82 (2018).
  7. Van Lint, P., De Witte, E., Ursi, J. P., Van Herendael, B., Van Schaeren, J. A screening algorithm for diagnosing bacterial gastroenteritis by real-time PCR in combination with guided culture. Diagnostic Microbiology and Infectious Disease. 85 (2), 255-259 (2016).
  8. Liu, J., et al. Use of quantitative molecular diagnostic methods to identify causes of diarrhoea in children: a reanalysis of the GEMS case-control study. Lancet. 388 (10051), 1291-1301 (2016).
  9. Wang, S. M., et al. Surveillance of shigellosis by real-time PCR suggests underestimation of shigellosis prevalence by culture-based methods in a population of rural China. Journal of Infection. 61 (6), 471-475 (2010).
  10. Wikswo, M. E., Hall, A. J. Outbreaks of acute gastroenteritis transmitted by person-to-person contact–United States, 2009-2010. MMWR Surveillance Summaries. 61 (9), 1-12 (2012).
  11. Shen, H., et al. The 12 Gastrointestinal Pathogens Spectrum of Acute Infectious Diarrhea in a Sentinel Hospital, Shenzhen, China. Frontiers in Microbiology. 7, 1926 (2016).
  12. Tariq, A., et al. Molecular profiling of antimicrobial resistance and integron association of multidrug-resistant clinical isolates of Shigella species from Faisalabad, Pakistan. Canadian Journal of Microbiology. 58 (9), 1047-1054 (2012).
  13. Ferrari, R. G., Panzenhagen, P. H. N., Conte-Junior, C. A. Phenotypic and Genotypic Eligible Methods for Salmonella Typhimurium Source Tracking. Frontiers in Microbiology. 8, 2587 (2017).
  14. Oliver, J. D. The viable but nonculturable state in bacteria. The Journal of Microbiology. 43, 93-100 (2005).
  15. Rintala, A., Munukka, E., Weintraub, A., Ullberg, M., Eerola, E. Evaluation of a multiplex real-time PCR kit Amplidiag(R) Bacterial GE in the detection of bacterial pathogens from stool samples. Journal of Microbiological Methods. 128, 61-65 (2016).
  16. Wohlwend, N., Tiermann, S., Risch, L., Risch, M., Bodmer, T. Evaluation of a Multiplex Real-Time PCR Assay for Detecting Major Bacterial Enteric Pathogens in Fecal Specimens: Intestinal Inflammation and Bacterial Load Are Correlated in Campylobacter Infections. Journal of Clinical Microbiology. 54 (9), 2262-2266 (2016).
  17. Van Lint, P., et al. Evaluation of a real-time multiplex PCR for the simultaneous detection of Campylobacter jejuni, Salmonella spp., Shigella spp./EIEC, and Yersinia enterocolitica in fecal samples. Eur Journal of Clinical Microbiology Infect Dis. 34 (3), 535-542 (2015).
  18. Kamkamidze, G., et al. Rapid Identification Of The Etiological Factors Causing Diarrheal Diseases. Georgian Medical News. (258), 89-92 (2016).
  19. Li, Y. Establishment and Application of a Visual DNA Microarray for the Detection of Food-borne Pathogens. Analytical Sciences. 32 (2), 215-218 (2016).
  20. Zhuang, L., et al. Detection of Salmonella spp. by a loop-mediated isothermal amplification (LAMP) method targeting bcfD gene. Letters in Applied Microbiology. 59 (6), 658-664 (2014).
  21. Shi, X. L., et al. Rapid simultaneous detection of Salmonella and Shigella using modified molecular beacons and real-time PCR. Zhonghua Liu Xing Bing Xue Za Zhi. 27 (12), 1053-1056 (2006).
  22. Mo, Q. H., et al. Preparation of a 96-microwell plate DNA diagnostic chip for detection of foodborne bacteria and its application in an incident of food poisoning. Nan Fang Yi Ke Da Xue Xue Bao. 30 (3), 417-421 (2010).
  23. Wang, H. B., et al. Probe-free and sensitive detection of diarrhea-causing pathogens using RT-PCR combined high resolution melting analysis. Biologicals. 44 (5), 360-366 (2016).
  24. Sun, H., et al. Rapid simultaneous screening of seven clinically important enteric pathogens using a magnetic bead based DNA microarray. World Journal of Microbiology and Biotechnology. 27 (1), 163-169 (2011).
  25. Qi, W., et al. Multiplex PCR assay for rapid detection of five important pathogenic vibrios. Chinese Journal of health laboratory technology. (24), 3497-3500 (2014).
  26. Blanco, G., Diaz de Tuesta, J. A. Culture- and molecular-based detection of swine-adapted Salmonella shed by avian scavengers. Science of the Total Environment. 634, 1513-1518 (2018).
  27. Tang, X. J., Yang, Z., Chen, X. B., Tian, W. F., Tu, C. N., Wang, H. B. Verification and large scale clinical evaluation of a national standard protocol for Salmonella.spp./Shigella.spp. screening using real-time PCR combined with guided culture. Journal of Microbiological Methods. 145, 14-19 (2018).
  28. Dekker, D. M., et al. Drinking water from dug wells in rural ghana–salmonella contamination, environmental factors, and genotypes. International Journal of Environmental Research and Public Health. 12 (4), 3535-3546 (2015).
  29. Gargano, J. W., et al. Mortality from selected diseases that can be transmitted by water – United States, 2003-2009. Journal of Water and Health. 15 (3), 438-450 (2017).
  30. Kumar, R., Surendran, P. K., Thampuran, N. Evaluation of culture, ELISA and PCR assays for the detection of Salmonella in seafood. Letters in Applied Microbiology. 46 (2), 221-226 (2008).
  31. Herrera-Leon, S., et al. Blind comparison of traditional serotyping with three multiplex PCRs for the identification of Salmonella serotypes. Research in Microbiology. 158 (2), 122-127 (2007).
  32. Cunningham, S. A., et al. Three-hour molecular detection of Campylobacter, Salmonella, Yersinia, and Shigella species in feces with accuracy as high as that of culture. Journal of Clinical Microbiology. 48 (8), 2929-2933 (2010).
  33. Eriksson, E., Aspan, A. Comparison of culture, ELISA and PCR techniques for salmonella detection in faecal samples for cattle, pig and poultry. BMC Veterinary Research. 3, 21 (2007).
  34. Dutta, S., et al. Sensitivity and performance characteristics of a direct PCR with stool samples in comparison to conventional techniques for diagnosis of Shigella and enteroinvasive Escherichia coli infection in children with acute diarrhoea in Calcutta, India. Journal of Medical Microbiology. 50 (8), 667-674 (2001).
check_url/kr/58200?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Yang, Z., Chen, X., Tu, C., Su, Y., Wang, H. A High-throughput Platform for the Screening of Salmonella spp./Shigella spp.. J. Vis. Exp. (141), e58200, doi:10.3791/58200 (2018).

View Video