弯曲杆菌 是全球细菌性食源性胃肠炎的主要原因。尽管企业制定了减少整个设施流行率的措施,但受污染的产品始终如一地到达消费者手中。过去12年开发的技术解决了从生肉中分离和检测 弯曲杆菌 属的现有方法的局限性。
本文介绍了一种从生肉中分离 弯曲杆菌 属的快速而强大的方案,特别关注 空肠弯曲杆菌 和 大肠弯曲杆菌。该协议建立在既定方法的基础上,确保与美国食品和药物管理局 (FDA) 和美国农业部 (USDA) 以及欧洲国际标准化组织 (ISO) 等监管机构采用的流行技术兼容。 该协议的核心是收集冲洗液,将其浓缩并重悬于含有马血的Bolton Broth培养基中。该培养基已被证明可促进应激 弯曲杆 菌细胞的恢复,并将所需的富集持续时间减少 50%。然后将富集的样品转移到布鲁氏菌板上的硝酸纤维素膜上。为了提高该方法的灵敏度和特异性,评估了孔径为0.45μm和0.65μm的滤膜。数据显示,与0.45 μm孔径相比,0.65 μm孔径过滤器的细胞回收率提高了29倍,而不影响特异性。 弯曲杆 菌的高度运动特性使细胞能够主动通过膜过滤器向琼脂培养基移动,从而能够有效分离纯 弯曲杆菌 菌落。该方案结合了多重定量实时聚合酶链反应(mqPCR)测定,以在物种水平上鉴定分离株。这种分子技术提供了一种可靠和有效的物种鉴定方法。过去12年中对零售肉类进行的调查表明,与目前的参考方法相比,这种方法能够提高弯曲 杆 菌从自然污染的肉类样品中的回收率。此外,该协议还减少了制备和处理时间。因此,它为从肉类中有效回收 弯曲杆菌 提供了一种很有前途的替代方案。 此外,该程序可以与基于DNA的方法无缝集成,便于快速筛选阳性样本以及全面的全基因组测序分析。
弯曲杆菌 属是全球细菌性食源性胃肠炎的主要原因,估计每年有 8 亿例病例1。弯曲 杆 菌是一种主要的人畜共患细菌,可自然定植于多种动物的胃肠道中,包括野生鸟类、农场动物和宠物2。在屠宰或食品加工过程中, 弯曲杆菌 属经常污染胴体或肉制品3.弯曲杆菌病通常与食用未煮熟的家禽或生禽汁交叉污染其他食物有关2.它可能导致严重的并发症,例如吉兰-巴雷综合征、反应性关节炎和免疫功能低下个体的败血症4.从食物来源(尤其是家禽产品)中检测和分离 弯曲杆菌 对于公共卫生监测、疫情调查和风险评估至关重要。
传统的基于培养的方法是弯曲杆菌检测的传统和标准方法5,6。然而,存在一些局限性,包括孵育时间长(48小时或更长时间)、灵敏度低(高达50%),并且不适用于所有菌株(一些应激弯曲杆菌细胞可能无法在培养基中生长良好或根本无法生长)7。分子方法,如聚合酶链反应(PCR),比基于培养的方法更快速、更灵敏,但它们不能为进一步表征提供可行的分离株8,9。
免疫学方法是 弯曲杆菌 检测的替代和补充方法。这些方法快速、简单、用途广泛,但也有一些局限性,包括交叉反应性(某些抗体可能与非弯曲杆 菌或其他具有相似抗原的物质结合)、特异性低(某些抗体可能无法与所有 弯曲杆 菌株或血清型结合)和样品制备要求(免疫学方法通常需要对样品进行预处理以去除干扰物质以增强抗体的结合)10。
在弯曲杆菌属中,空肠梭菌和大肠杆菌可引起大多数人类弯曲杆菌感染(分别为 81% 和 8.4%)11。两者都是螺旋形、微需氧和嗜热细菌,含有单极鞭毛或双极鞭毛。鞭毛在每极的旋转被认为是其特征开瓶器运动的主要驱动力,也是其发病机制的关键,因为它允许细菌游过宿主胃肠道的粘膜。弯曲杆菌的运动受其化学感觉系统控制,使细胞能够向有利的环境移动12,13。基于弯曲杆菌的细胞形态和生理特征,一些研究利用膜过滤从粪便和环境样品中分离弯曲杆菌属14,15,16。
本研究提出了一种快速而稳健的方案,用于从生肉中分离和随后检测空肠梭菌和大肠杆菌,克服了现有方法的缺点,并提供了一些优点。使用多种方法,如显微镜检查、生化试验(例如,过氧化氢酶和氧化酶活性测定)或分子方法,可以确认暂定菌落为弯曲杆菌属6。该方法使用靶向空肠衣原体和大肠杆菌特有基因的多重实时荧光定量PCR(mqPCR)检测在物种水平上鉴定分离株。这种方法相对便宜、快速且具有选择性,因此适用于各种环境,包括食品加工设施、临床实验室和研究实验室。
协议的意义
空肠梭菌和大肠杆菌是在家禽22和动物肝脏23,24中发现的两种主要弯曲杆菌。本研究随机采集不同时间段的鸡肉部位(腿、翅、大腿)、鸡肝、牛肝等肉类样本,从不同的零售店和厂家采集,用于分离弯曲杆菌属。在分离出的49株弯曲杆菌菌株中,36株为空肠梭菌,13例为大肠杆菌,未发现其他弯曲杆菌属,与其他报告一致25。
该测定基于弯曲杆菌属的螺旋状细胞形态和特征性的开瓶器样运动。一种简单而有效的被动过滤技术26,27利用其螺旋形细胞形态(长而细长,0.2-0.9 x 0.5-5μm)和强大的开瓶器运动,用于将弯曲杆菌从背景生物的混合物中分离出来。弯曲杆菌的高运动性使细胞能够穿过膜过滤器并朝着琼脂培养基中发现的有利条件移动,而来自肉制品的其他背景微生物无法通过。这种方法相对便宜、快速且具有选择性,因此适用于各种环境,包括食品加工设施、临床实验室和研究实验室。
一篇经常被引用的开创性文章指出,0.45 μm 过滤器工作得非常好,以至于 0.65 μm 没有被评估28。本研究的结果表明,0.65 μm 孔径过滤器的性能明显优于 0.45 μm 孔径过滤器,导致从富集中回收的细胞数量增加了 29 倍。这很重要,因为所选的滤光片不会像之前报道的那样显示出降低的选择性29。此外,众所周知,与直接铺板相比,过滤将显著减少 弯曲杆菌 的回收量30,因此,增加孔径的大小可提高微生物的回收率,这与先前报道的发现21一致。这很重要,因为所有穿过过滤器的细胞都形成了均匀的 弯曲杆菌 菌落,这表明两个过滤器都足以防止其他微生物群落和食物颗粒通过。此外,FSIS 流程图7 指出,由于在含有抗生素的 Campy-Cefex 平板上重新划线分离株,可能会延长结果产生。相比之下,本手稿中描述的方案结合了使用头孢哌酮、环己酰亚胺、甲氧苄啶和万古霉素进行过滤和选择性富集,不需要重新划线。
目前采用的方法与当前的FSIS抽样和验证计划一致17。由于 弯曲杆菌 污染水平可能很低(153 CFU/450 g 鸡肉),因此将冲洗液离心以将样品浓缩四倍,从而提高测定的灵敏度。在将冲洗液浓缩4倍后,将样品富集48小时,并用分子检测系统(MDS)进行筛选,以复制FSIS实验室采用的方法(数据未显示)。值得注意的是,所描述的方法尚未未能在24小时内鉴定出分子检测系统使用48小时富集检测到的阳性菌株(数据未显示)。最后,该协议的另一个好处是它可以提供与细菌种类相关的信息,并确定 弯曲杆 菌是大肠杆 菌、 空肠梭菌还是 拉里弯曲杆菌,而 MLG 41.07 中采用的 MDS 只能为 弯曲杆菌提供二元阳性/阴性反应。
关键步骤
弯曲杆菌分离和鉴定方案要求在离心、过滤和分子分析过程中保持精确。准确的稀释度、适当的孵育条件和对qPCR检测条件的严格遵守对于可靠的物种鉴定至关重要。
作为一种微需氧细菌,弯曲杆菌非常脆弱,对各种环境胁迫敏感,需要独特的苛刻条件才能生长31,32,33。在通常经历长时间运输和储存的食物样品中,许多弯曲杆菌细胞可能处于休眠或亚致死/致死损伤状态34,35。因此,从食物基质中恢复应激细胞并将它们培养到更高的浓度非常重要。在手术的第一步中,我们使用补充了马血和抗生素的博尔顿肉汤,从食物中选择性富集弯曲杆菌。添加血液作为氧淬灭剂,以克服自由氧自由基的不利影响36.抗生素用于抑制背景微生物群落的生长37。
为了最大限度地减少 弯曲杆菌 暴露于环境大气氧气的时间,选择了 15 分钟的孵育期以允许细胞穿过过滤器。此外,过滤器下布鲁氏菌琼脂平板的水分在通过率中起着重要作用。具体来说,干燥0小时,1小时,2小时和3小时的琼脂平板测试结果表明,过滤器中的高水分含量阻止了细胞通过。同样关键的是滤光片和液滴在板和滤光片上的精确放置,这两者都会影响细胞分离的成功。
潜在的陷阱和局限性
虽然提出了一种从生鸡肉样品中分离和鉴定 弯曲杆菌 物种的结构化方法,但该协议的几个局限性值得关注。外部污染、板干燥不充分、过滤器堵塞阻碍微生物移动、微生物滞留在颗粒内、大气室密封不完全以及液滴扩散到过滤器边界之外是主要陷阱。
微生物与食物表面的分离不充分或它们被限制在大部分样品中可能会阻碍使用这种方法进行分离。此外,依靠微生物运动通过被动过滤器进行遍历存在显着局限性;过滤膜可能保留了一些运动性较差的 弯曲杆 菌菌株,因为已经表明过滤器可以降低食物中微生物病原体的捕获效率38。进一步的限制包括离心和过滤过程的批处理性质、过滤器堵塞的易感性以及分散形成的颗粒的效率低下,这将影响微生物载量的准确性。这些局限性共同强调了在确保全面分析时需要谨慎和补充方法,尤其是在处理各种样品类型或寻求高通量能力时。
故障排除建议
为了预防潜在问题,首先要确保所有材料都符合必要的质量标准并且没有过期。通过可能采用额外的过滤来去除任何可能限制 弯曲杆菌 通过硝酸纤维素膜的大污染物,从而排除过滤器堵塞的问题。如果观察到污染,请确认液滴没有放置在离过滤器边缘太近的位置,并允许液体绕过过滤器而不是通过孔隙到达琼脂。如果浓缩后生长不足,请验证常压容器的密封是否严密且没有泄漏。
潜在的改进和扩展
探索替代过滤材料可以增强微生物的穿越,并使该协议能够扩展,用于从异质混合物(如食物)中分离其他运动微生物。建议确定对照,以保留运动较少的 弯曲杆菌 变体,而不会对特异性产生负面影响。此外,虽然本研究中使用的多重qPCR测定被证明具有检测 C.lari的能力 ,但其他感兴趣的 弯曲杆菌 物种可以包括在该测定中。
综上所述,通过评估不同的参数和设置,建立了基于过滤器的分离和食物中 空肠衣原体 和 大肠杆菌 物种水平鉴定的适宜条件。该方法已被证明具有灵敏性、特异性、稳健性和成本效益。通过将其应用于真实的食品样品,该协议能够从79个肉类包装中分离出36个 空肠梭 菌和13个 大肠杆菌 菌株。
该协议符合 FSIS 指令 10,250.117,该指令概述了生鸡肉部分取样的程序,以及用于分离和鉴定弯曲杆菌的 MLG 41.076。数据表明,将样品浓缩 4 倍并富集 24 小时,再加上过滤和接种,可在 48 小时内产生分离的、确认的菌落,而不是 96 小时。该协议与基于DNA的方法(如基因组测序)兼容,以提供弯曲杆菌菌株的全面表征,包括其抗菌素耐药性特征、毒力预测和系统发育关系。该协议代表了从生家禽中有效回收和分离弯曲杆菌属的有前途的替代方案,可以促进流行病学研究和公共卫生干预。
The authors have nothing to disclose.
这项研究得到了美国农业部农业研究服务局 (USDA-ARS) 国家计划 108、当前研究信息系统编号 8072-42000-093 和 8072-42000-094-000-D 的支持。美国农业部是一个机会均等的提供者和雇主。
Agar – Solidifying Agent (Difco) | Becton, Dickinson and Company (BD) | 281230 | |
Analytical Balance | Mettler Toledo | JL602-G/L | Equipment |
Analytical Balance | Mettler Toledo | AB54-S | Equipment |
Antibiotic supplements cefoperazone, cycloheximide, trimethoprim, vancomycin | Oxoid Ltd. | SR0183E | |
Atmosphere Control Gas Pak (Campy, 85% N2, 10% CO2, and 5% O2) | Becton, Dickinson and Company (BD) | 260680 | |
Atmosphere Control Vessel, GasPak EZ CampyPak container system | Becton, Dickinson and Company (BD) | 260678 | |
Autoclave – Amsco Lab250, Laboratory Steam Sterilizer | Steris plc | LV-250 | Equipment |
Biological Safety Cabinet, Type A2, Purifier Logic+ | Labconco Corporation | 302411101 | Equipment |
Bolton broth | Oxoid Ltd. | CM0983 | |
Brucella broth (Difco) | Becton, Dickinson and Company (BD) | 211088 | |
Buffered Peptone Water | Bio-Rad Laboratories Inc. | 3564684 | |
Centrifuge Microcentrifuge 5424 | Eppendorf | 5424 | Equipment |
Centrifuge, Avanti J-25 | Beckman Coulter, Inc. | Equipment | |
Chicken thighs, wings, drumsticks, livers | Local retailers | ||
DNA Extraction – PreMan Ultra Sample Preparation Reagent | Thermo Fisher Scientific Inc. | 4318930 | |
FAM probe for hipO (Sequence 5'-TTGCAACCTCACTAGCAAAATCC ACAGCT-3') |
Integrated DNA Technologies | ||
Filter – 0.45 µm sterile cellulose acetate filter | Merck-Millipore LTD | DAWP04700 | |
Filter – 0.65 µm sterile cellulose acetate filter | Merck-Millipore LTD | HAWG04700 | |
forward primer for cdtA (Sequence 5'-TGTCAAACAAAAAACACCAAGCT T-3' ') |
Integrated DNA Technologies | ||
forward primer for hipO (Sequence 5'-TCCAAAATCCTCACTTGCCATT-3') | Integrated DNA Technologies | ||
forward primer for IAC (Sequence 5'-GGCGCGCCTAACACATCT-3') | Integrated DNA Technologies | ||
HEX probe for cdtA (Sequence 5'-AAAATTTCCCGCCATACCACTTG TCCC-3') |
Integrated DNA Technologies | ||
Incubator – Inova 4230 refrigerated incubator shaker | New Brunswick Scientific | 4230 | Equipment |
Inoculating Loop – Combi Loop 10µL and 1µL | Fisher Scientific International, Inc | 22-363-602 | |
Internal Amplification Control (IAC) DNA fragment (Sequence 5'-TGGAAGCAATGCCAAATGTGTAT GTGGTGGCATTGTCTTCTCCC GTTGTAACTATCCACTGAGATG TGTTAGGCGCGCC-3') |
Integrated DNA Technologies | ||
Laked horse blood | Remel Inc. | R54072 | |
Manual pipette Pipet-Lite LTS Pipette L-1000XLS+ | Mettler Toledo | 17014382 | Equipment |
Manual pipette Pipet-Lite LTS Pipette L-100XLS+ | Mettler Toledo | 17014384 | Equipment |
Manual pipette Pipet-Lite LTS Pipette L-10XLS+ | Mettler Toledo | 17014388 | Equipment |
Manual pipette Pipet-Lite LTS Pipette L-200XLS+ | Mettler Toledo | 17014391 | Equipment |
Manual pipette Pipet-Lite LTS Pipette L-20XLS+ | Mettler Toledo | 17014392 | Equipment |
Manual pipette Pipet-Lite Multi Pipette L8-200XLS+ | Mettler Toledo | 17013805 | Equipment |
Manual pipette Pipet-Lite Multi Pipette L8-20XLS+ | Mettler Toledo | 17013803 | Equipment |
Media Storage Bottle -PYREX 1 L Square Glass Bottle, with GL45 Screw Cap | Corning Inc. | 1396-1L | Equipment |
Media Storage Bottle -PYREX 2 L Round Wide Mouth Bottle, with GLS80 Screw Cap | Corning Inc. | 1397-2L | Equipment |
Microtiter plate, 96 well plate, flat bottom, polystyrene, 0.34 cm2, sterile, 108/cs | MilliporeSigma | Z707902 | |
Mixer – Vortex Genie 2 | Scientific Industries Inc. | SI-0236 | Equipment |
Motorized pipette controller, PIPETBOY2 | INTEGRA Biosciences Corp. | Equipment | |
PCR Mastermix 2× TaqMan Gene Expression | Thermo Fisher Scientific Inc. | 4369542 | |
Petri Dish Rotator - bioWORLD Inoculation Turntable | Fisher Scientific International, Inc | 3489E20 | Equipment |
Petri Dishes with Clear Lid (100 mm x 15mm) | Fisher Scientific International, Inc | FB0875713 | |
Pipette Tips GP LTS 1000µL S 768A/8 | Mettler Toledo | 30389273 | |
Pipette Tips GP LTS 20µL 960A/10 | Mettler Toledo | 30389270 | |
Pipette Tips GP LTS 200µL F 960A/10 | Mettler Toledo | 30389276 | |
Reagent Reservoir, 25 mL sterile reservoir used with multichannel pipettors | Thermo Fisher Scientific Inc. | 8093-11 | |
Realtime PCR – 7500 Real-Time PCR system | (Applied Biosystems, Foster City, CA) | Equipment | |
reverse primer for cdtA (Sequence 5'-CCTTTGACGGCATTATCTCCTT-3') | Integrated DNA Technologies | ||
reverse primer for hipO (Sequence 5'-TGCACCAGTGACTATGAATAACG A-3') |
Integrated DNA Technologies | ||
reverse primer for IAC (Sequence 5'-TGGAAGCAATGCCAAATGTGTA -3') |
Integrated DNA Technologies | ||
Serological Pipettes, Nunc Serological Pipettes (10 mL) | Thermo Fisher Scientific Inc. | 170356N | |
Serological Pipettes, Nunc Serological Pipettes (2 mL) | Thermo Fisher Scientific Inc. | 170372N | |
Serological Pipettes, Nunc Serological Pipettes (25 mL) | Thermo Fisher Scientific Inc. | 170357N | |
Serological Pipettes, Nunc Serological Pipettes (50 mL) | Thermo Fisher Scientific Inc. | 170376N | |
Spreader – Fisherbrand L-Shaped Cell Spreaders | Fisher Scientific International, Inc | 14-665-230 | |
Stomacher bag, Nasco Whirl-Pak Write-On Homogenizer Blender Filter Bags | Thermo Fisher Scientific Inc. | 01-812 | |
TAMRA probe for IAC (Sequence 5'-TTACAACGGGAGAAGACAATGCC ACCA-3') |
Integrated DNA Technologies | ||
Thermocycler (GeneAmp PCR system 9700) | Applied Biosystems | Equipment | |
Water Filtration – Elga Veolia Purelab Flex | Elga LabWater | PF2XXXXM1-US | Equipment |