A Procedura piccolo volume per concentrazione virale da Water
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
Virus enterici umani sono importanti agenti eziologici di malattie trasmesse dall'acqua 1-3, ma sono generalmente presenti in numero ridotto nelle acque ambientali contaminate, rendendo la loro individuazione difficile senza concentrazione. Le procedure utilizzate per concentrare virus includono tipicamente una fase di filtrazione, seguita da filtro eluizione, e concentrazione secondaria dell'eluato filtro. Una procedura di filtrazione comune si basa sull'uso di membrane cariche quali filtri elettropositivi (recentemente recensito in 4,5). Questi filtri si basano sulla cattura virus sospese in acqua utilizzando interazioni elettrostatiche tra la superficie del filtro (carica positiva) e particelle di virus mirati (carica negativa). Due filtri elettropositivi che sono commercialmente disponibili si basano su questa tecnologia, i filtri di vetro / cellulosa e nano-allumina / fibra di vetro. I costi filtro di vetro / cellulosa sono fino a 10 volte quella del nano-allumina / fibra di vetro, che limitano l'uso del vetro / ceFiltri llulose per il monitoraggio virus di routine. Recenti studi hanno concluso differenze sono nominali tra questi due filtri in recupero di enterovirus da 6,7 all'acqua ambiente, giustificare l'uso di una più economica alternativa filtro. Altre opzioni di filtro come filtri elettronegativi e lana di vetro sono stati studiati, tuttavia, richiedono sia il pretrattamento dell'acqua di fonte (filtri elettronegativi) o non sono disponibili in commercio (filtri di lana di vetro). Lo sviluppo di procedure di concentrazione del virus si è prevalentemente concentrata sull'ottimizzazione tecniche di concentrazione primari (filtri) al fine di migliorare i recuperi virus dall'acqua. Tuttavia, le procedure di concentrazione secondarie, che riducono il volume di eluente tipicamente da 1 L a millilitro volumi, possono anche avere un impatto significativo sui recuperi virus 8.
Concentrazione media di virus enterici basa tipicamente su un agente flocculante come alcuni tipi di estratto di carne (floccu organicamento) o il latte scremato flocculazione 9-12 per rimuovere particelle di virus da superfici filtranti. Recentemente, un'altra procedura concentrazione secondaria con estratto di carne insieme con l'aggiunta di celite (particelle fini) ha mostrato risultati promettenti per il recupero adenovirus, enterovirus e norovirus 8,13,14. Opere concentrazione Celite sotto principi simili a quella del metodo di flocculazione organica che particelle virali connettono e vengono rilasciate da particelle (floc o celite) alterando il pH della soluzione di sospensione. Il confronto tra queste due tecniche di concentrazione secondari sono stati valutati nel recupero di adenovirus spillo (ADV) i tipi 40 e 41 8. Questo studio ha concluso che le due tecniche di concentrazione secondari erano statisticamente simili nel recupero di adenovirus. Tuttavia, il metodo richiede una flocculazione organica 30 min. incubazione a pH 3,5, mentre la tecnica celite richiede una breve incubazione (10 min) a pH 4.0. Il flocculat organicaion richiede anche l'uso di costose attrezzature di laboratorio (centrifughe) per raccogliere particelle Floc momento della concentrazione terziaria, la tecnica celite in contrasto utilizza solo attrezzature di laboratorio di base (filtrazione sotto vuoto) per separare particelle Celite da sospensione.
Alcune combinazioni di filtri e tecniche di eluizione secondaria può colpire anche i recuperi di virus. Uno studio ha concluso che alcune combinazioni di primari (filtri elettropositivi) e tecniche di concentrazione secondari (Celite o flocculazione organica) hanno avuto un impatto significativo recupero di adenovirus 13. Questi risultati suggeriscono che l'ottimizzazione è necessaria al fine di recuperare in modo ottimale virus bersaglio da una data matrice acqua quando utilizzando queste tecniche. L'ottimizzazione è un dispendio di tempo, di processo arduo molti ricercatori evitare attivamente poiché numerose variabili saranno valutati (tipo di filtro / marca, soluzione di eluizione pH, celite / flocculazione organica).
Per questo study, una procedura è stata sviluppata per individuare le condizioni ottimali per la concentrazione del virus da acqua utilizzando spillo adenovirus umano ceppi 40 e 41. Presumibilmente, dal momento che ogni tipo di virus visualizza una morfologia capside unica e carica capside specifico, possono avere bisogno di essere ottimizzato per ogni virus protocolli di concentrazione obiettivo per raggiungere il recupero virale ottimale. Questo studio fornisce un approccio per AdV 40 e 41 concentrazione mediante: 1) valutare recuperi virus in acqua di rubinetto utilizzando dischi filtranti elettropositivi seguiti da 2) valutazione di un metodo di flocculazione organica stabilita rispetto alla tecnica celite come concentrazione secondaria, e 3) valutazione buffer di eluizione per la concentrazione terziaria.
Protocol
Representative Results
Discussion
Filtri electropositive sono utili nella concentrazione virus dall'acqua; Tuttavia questi filtri possono differire nella loro struttura e composizione che potrebbe a sua volta alterare la loro efficacia. Ad aggravare questo problema, le strutture e le spese del capside variano tra i ceppi virali che richiedono tecniche di concentrazione essere adattati per garantire il recupero ottimale 15. Attraverso semplici modifiche delle tecniche di concentrazione esistenti (ad esempio, filtri elettropositivi…
Disclosures
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).
