A PCR-based protocol was adapted to detect Cronobacter spp., Salmonella enterica, and Listeria monocytogenes from body surfaces and alimentary canals of individual wild-caught flies. The goal of this protocol is to detect and isolate bacterial pathogens from individual insects collected as part of an environmental sampling program during foodborne outbreak investigations.
There is unanimous consensus that insects are important vectors of foodborne pathogens. However, linking insects as vectors of the pathogen causing a particular foodborne illness outbreak has been challenging. This is because insects are not being aseptically collected as part of an environmental sampling program during foodborne outbreak investigations and because there is not a standardized method to detect foodborne bacteria from individual insects. To take a step towards solving this problem, we adapted a protocol from a commercially available PCR-based system that detects foodborne pathogens from food and environmental samples, to detect foodborne pathogens from individual flies.Using this standardized protocol, we surveyed 100 wild-caught flies for the presence of Cronobacter spp., Salmonella enterica, and Listeria monocytogenes and demonstrated that it was possible to detect and further isolate these pathogens from the body surface and the alimentary canal of a single fly. Twenty-two percent of the alimentary canals and 8% of the body surfaces from collected wild flies were positive for at least one of the three foodborne pathogens. The prevalence of Cronobacter spp. on either body part of the flies was statistically higher (19%) than the prevalence of S. enterica (7%) and L.monocytogenes (4%). No false positives were observed when detecting S. enterica and L. monocytogenes using this PCR-based system because pure bacterial cultures were obtained from all PCR-positive results. However, pure Cronobacter colonies were not obtained from about 50% of PCR-positive samples, suggesting that the PCR-based detection system for this pathogen cross-reacts with other Enterobacteriaceae present among the highly complex microbiota carried by wild flies. The standardized protocol presented here will allow laboratories to detect bacterial foodborne pathogens from aseptically collected insects, thereby giving public health officials another line of evidence to find out how the food was contaminated when performing foodborne outbreak investigations.
الحشرات تلعب دورا هاما في انتقال الأمراض ذات الصلة بالأغذية لأنها يمكن أن تنتشر الجراثيم في الغذاء أو الملامسة للأغذية الأسطح والأدوات 1. بين الحشرات والذباب والصراصير والنمل وتظهر السلوكيات التي تساعد على انتشار مسببات الأمراض المنقولة بالغذاء. وتشمل هذه السلوكيات وجود علاقة مع مسألة المتحللة، ورفض والبراز، endophily (دخول المباني)، وsynanthropy (يعاشر البشر) 2. . مسببات الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية مثل السالمونيلا، الليستريا المستوحدة، العطيفة النيابة، الإشريكية القولونية O157: H7 تم الإبلاغ، وأعضاء من جنس Cronobacter (سابقا الأمعائية الساكازاكية) إلى أن تنتقل عن طريق الحشرات 3-5. القذارة Synanthropic الذباب ينتشر ميكانيكيا البكتيريا تنتقل عن طريق الأغذية عن طريق نقل مسببات الأمراض من الجسم السطوح الملوثة بها. ومع ذلك، فإن وجود مسببات الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية في القناة الهضمية من الذباب يمكن أن تصل إلى ثلاثة أضعافأكبر من تلك التي لوحظت على أسطح الجسم (الجسم والرأس والساقين، وأجنحة) 5. يمكن أن تبقى مسببات الأمراض المنقولة بالأغذية أيضا في القناة الهضمية الذبابة لفترة أكبر من الوقت من على سطح الجسم 6،7 و في بعض الحالات، فهي قادرة على التكاثر، استعمار الهضمي المسالك 4،8،9 الذبابة. وهذا يزيد من احتمال متجه من الذباب لأنها يمكن أن تزيد من انتشار مسببات الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية من خلال التغوط وقلس 10،11.
في الوقت الحاضر، وهناك تحسن أنظمة المراقبة التي هي قادرة على الكشف عن حالات تفشي الأمراض التي تنقلها الأغذية بسرعة أكبر. حين إجراء تحقيقات اندلاع المنقولة عن طريق الأغذية، مسؤولي الصحة العامة يبحثون عن الطعام الذي قد يكون المصدر (ق) أو مركبة (ق) من العدوى. المحققون قد تؤدي أيضا تقييما البيئي للمنشأة (أو المرافق) المعنية لمعرفة كيفية تلوث الغذاء، ويمكن جمع عينات كجزء من التحقيق 12. DespITE الكم الهائل من المؤلفات العلمية المتعلقة الحشرات وناقلات مسببات الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية، وربط الحشرات وناقلات من مسببات المرض يسبب كان معين تفشي الأمراض المنقولة بالأغذية تحديا. ويرجع ذلك أساسا الحشرات لا يتم جمعها جو معقم و مطهر كجزء من برامج أخذ العينات البيئية أثناء التحقيقات اندلاع المنقولة عن طريق الأغذية. لتشمل الحشرات، وخاصة تلك التي تظهر السلوكيات التي تساعد على انتشار مسببات الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية، وذلك كجزء من إجراء أخذ العينات البيئية، بروتوكول موحد، السريع، حساسة وموثوق بها للكشف عن مسببات الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية من حشرة واحدة يجب أن يكون في المكان.
تقنيات الطلاء التقليدية للكشف عن مسببات الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية من الحشرات هي شاقة وتعتمد على النمو التنافسي للبكتيريا المستهدفة في وسائل الإعلام ثقافة مختلفة للتغلب على النمو السريع لالجراثيم المتعايشة الفطرية من الحشرات. معظم الدراسات التي ترتبط مع الحشرات باوزادت مسببات الأمراض cterial حساسية طريقة عن طريق تجميع معا عدة الحشرات بدلا من تحديد وجود مسببات الأمراض على لكل أساس فردي. وهكذا، فإن تلك الدراسات لم تفرق الجزء جسم الحشرة التي عثر فيها على مسببات الأمراض 13-18. القدرة على تحديد ما إذا كانت مسببات الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية وتقع على سطح الجسم أو في القناة الهضمية لحشرة الفردية أمر مهم لأن هذا قد تكون له آثار وبائية وربما يؤدي إلى استراتيجيات التخفيف مختلفة. كما ناقلات الميكانيكية، والذباب تلك الأرض على الطعام لفترة قصيرة قد نقل فقط مستويات منخفضة من البكتيريا من سطح الجسم، في حين أن الذباب الذي اجتر والتبرز على الطعام يزيد من احتمال نقل مسببات الأمراض عند مستويات يحتمل أن تكون أعلى من العدوى. ونتيجة لذلك، من المهم لتقدير مدى انتشار الممرض المنقولة عن طريق الأغذية في حشرة الفردية والتفريق بين جزء من الجسم لتلك الحشرة حيث ص البكتيرية يقع athogen.
على الرغم من أن استخدام وسائل ثقافة مستقلة للكشف عن مسببات الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية بشكل متزايد التي يجري تنفيذها، فإنها لم تستخدم تجاريا للكشف عن مسببات الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية من حشرة واحدة. حاليا، يتم التحقق من صحة وجود بروتوكولات الجزيئية التي تتوفر للكشف السريع لمسببات الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية من الأطعمة التي يتم استخدامها من قبل الصناعة والوكالات التنظيمية تجاريا. وتشمل هذه الأساليب النظم المعتمدة على الحمض النووي للكشف عن مسببات الأمراض في مجموعة متنوعة من العينات الغذائية. على الرغم من أن بروتوكولات الجزيئية هي أسرع من الطرق التقليدية الطلاء، ما زالت هناك حاجة لتخصيب العينة للحصول على مستوى حساسية 10 2 مستعمرة (كفو) من العوامل المسببة للأمراض البكتيرية اللازمة في تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR) وسائل المستندة إلى 19. بالإضافة إلى ذلك، هناك حاجة إلى عزل المستعمرات البكتيرية نقية من عينات PCR إيجابية لتأكيد الممرض باستخدام الأساليب المناسبة.
المحتوى "> والهدف من هذا البروتوكول هو توحيد نظام يقوم PCR-متاحة تجاريا تستخدم لكشف مسببات الأمراض من عينات المواد الغذائية والبيئية للكشف عن البكتيريا تنتقل عن طريق الأغذية من سطح الجسم والقناة الهضمية لذبابة واحدة وإلى زيادة عزلة تلك تم معايرة مسببات الأمراض من حساسية samples.The البروتوكول الموصوفة هنا لأول مرة مع الذباب منزل الكبار تربى مختبر (الذبابة المنزلية) التي تم تغذيتها تجريبيا مع التخفيفات المسلسل من كل العوامل المسببة للأمراض البكتيرية. تم استخدام بروتوكول موحد لاحقا لمسح 100 البرية وصيدها الذباب عن وجود مسببات الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية من السطوح أجسامهم و / أو القنوات الهضمية. وهذا بروتوكول موحد يسمح مختبرات الصحة العامة للكشف عن التهديدات الصحية التي يشكلها الحشرات، والسماح لإمكانية جمعها كجزء من برنامج أخذ العينات البيئية عند تنفيذ تنتقل عن طريق الأغذية التحقيقات تفشي المرض.الدراسات السابقة التي الكشف عن مسببات الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية من الحشرات البرية قد استخدمت مجموعة كبيرة ومتنوعة من البروتوكولات التي قد لا تتضمن المعلومات اللازمة لتقييم دقيق للمخاطر المرتبطة بالأغذية وجود ذبابة واحدة في الأطعمة أو البيئات ذات الصلة بالأغذية 13،15، 23،24. هنا، أثبتنا أن استخدام هذا بروتوكول موحد، فمن الممكن لكشف وعزل Cronobacter النيابة.، S. الملهبة، وL. المستوحدة من سطح الجسم والقناة الهضمية لذبابة واحدة اشتعلت في البرية. لأن الحشرات قد تحمل أرقام منخفضة من مسببات المرض تنتقل عن طريق الأغذية المستهدفة وأعداد كبيرة من الجراثيم الأخرى الأصلية 25،26، يتطلب هذا البروتوكول تخصيب الابتدائي (والثانوي في بعض الأحيان) من العينات في وسائل الإعلام ثقافة محددة لزيادة حساسية الكشف عن مسببات الأمراض المنقولة بالأغذية الهدف . وقد تم الحصول على النتائج من نظام الكشف القائم على PCR غضون ما يقرب من 30 ساعة (لDETEction من Cronobacter النيابة. وS. الملهبة) و 48 ساعة (للكشف عن المستوحدة L.) بعد تجهيز البداية العينات. وهكذا، وهذا البروتوكول هو موثوق بها وكذلك السريع وحساسة بما يكفي للكشف ذبابة واحدة لوجود مسببات الأمراض المنقولة بالغذاء.
تأكيد النتائج PCR-الإيجابية وعزل البكتيريا قابلة للحياة هو جزء من إجراءات التشغيل القياسية من العديد من المختبرات. وبالإضافة إلى ذلك، لأغراض علم الأوبئة، ومطلوبة الثقافات البكتيرية نقية من عينات PCR إيجابية لزيادة تأكيد والنمط المصلي الممرض المنقولة عن طريق الأغذية باستخدام الكيمياء الحيوية، والمناعية، أو أساليب الوراثية. وعلى الرغم من عدم ملاحظة أي ايجابيات كاذبة عندما كشف S. الملهبة وL. اللستيريا من أجزاء الجسم من الذباب البرية اشتعلت واحدة، وذلك باستخدام هذا البروتوكول، وجدنا ما يصل إلى معدل 50٪ من ايجابيات كاذبة لCronobacter النيابة. وهذا يوحي بأن نظام الكشف القائم على PCR لCronobact جنسإيه قد تعبر تتفاعل مع غيرها من البكتيريا المعوية موجودة بين الجراثيم معقدة للغاية التي يحملها الذباب. وهكذا، والعزلة وتنقية مستعمرات نقية من Cronobacter جنس من عينات PCR إيجابية تتطلب الطلاء أكثر انتقائية من مسببات الأمراض الأخرى تقييمها.
وقد تم في المقام الأول موحدة هذا البروتوكول لفحص الذباب اشتعلت البرية الفردية لوجود Cronobacter النيابة.، S. الملهبة، وL. اللستيريا باستخدام نظام كشف التجاري القائم PCR. ومع ذلك، تم أيضا تكييفها هذا البروتوكول بسهولة لفحص أجزاء الجسم من الذباب واحدة لوجود مسببات الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية الأخرى مثل كولاي O157 enterohemorrhagic: H7 (باستخدام إما كولاي O157: H7 MP عدة معايير الفحص أو E. القولونية O157: H7 في الوقت الحقيقي طقم الفحص) وE.-شيجا مولد للذيفان القولونية (STEC) مجموعة (باستخدام الوقت الحقيقي STEC جناح)، والحصول على الحساسيات> 80٪ (إلغاء النشرالبيانات إد). أيضا، يمكن أن يحتمل هذا البروتوكول تكييفها للكشف عن مسببات الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية من الحشرات الأخرى التي هي معروفة الناقلة للأمراض (الصراصير والنمل)، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من الأبحاث في هذا المجال.
المنقولة عن طريق الأغذية التحقيقات اندلاع المرض هي ديناميكية للغاية وتشمل عملية متعددة الخطوات التي قد تختلف وفقا لحالة معينة والبيئة المحلية يجري التحقيق 12،27. هذه التحقيقات هي مهمة لأنها توفر حماية الصحة العامة الفورية عن طريق منع الأمراض المستقبلية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لهذه التحقيقات توضيح الآليات الجديدة التي تنتشر الكائنات الدقيقة التي تنقلها الأغذية، ويثير تساؤلات الهامة التي تؤدي إلى مجالات جديدة للبحث 28. أساليب التحري وكذلك بروتوكولات موحدة وسريعة، وحساسة ضرورية للكشف عن مسببات الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية من الحشرات الفردية. يفتح هذا بروتوكول موحد الفرصة لجمع جو معقم و مطهر الحشرات مثل الذباب، ثhich يمكن أن ناقلات الممرض البكتيرية المنقولة عن طريق الأغذية، وذلك كجزء من برنامج أخذ العينات البيئية. إن المعلومات الوبائية التي يمكن الحصول عليها من هذا أن تكون ذات فائدة في بناء صورة دقيقة لآليات انتقال مسببات الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية عن طريق الحشرات (أي طول وقت التعرض: ذبابة من قبل الهبوط مقابل الذباب الهبوط، التغوط، والتقيؤ).
وأخيرا، على الرغم من أن نظام الكشف التجاري القائم PCR-الموصوفة هنا هو عملي الاستخدام ويبسط PCR التضخيم والتصور من amplicon على مستوى جنس، فإنه ليست بأي حال النظام المناسب الوحيد. بدلا من ذلك يمكن أن تستخدم المحللة من عينات المخصب للكشف عن وجود مسببات الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية باستخدام المتاحة علنا أزواج التمهيدي أنواع محددة. ومع ذلك، ينبغي أن يظهر حساسية الكشف قبل استخدامها.
The authors have nothing to disclose.
Thanks to Ben D. Tall, Yi Chen, and Thomas Hammak from the U.S. Food and Drug Administration (FDA), Center for Food Safety and Applied Nutrition (CFSAN) for critically reviewing the manuscript. The authors also thank Hannah Lee (research internship program, Joint Institute for Food Safety and Applied Nutrition (JIFSAN), University of Maryland) for laboratory assistance and David Weingaertner (FDA, CFSAN) for preparing the figure of the schematic overview shown in the video.
Bismuth sulfite (BS) agar | Fisher Scientific | R452402 | *Multiple suppliers. |
Brain heart infusion (BHI) broth | Becton, Dickson and Company | 299070 | *Pre-warmed to 37°C. Multiple suppliers. |
Brilliance Listeria agar (BLA) | Fisher Scientific | CM1080B | *Multiple suppliers. |
Buffered peptone water (BPW) | Becton, Dickson and Company | 212367 | *Pre-warmed to 37°C or 42°C. Multiple suppliers. |
Brilliance Cronobacter agar (Druggan-Forsythe-Iversen formulation/DFI) | Fisher Scientific | CM1055B | *Multiple suppliers. |
chromID Sakazakii Agar | bioMérieux | 43741 | *Call for information: 800.682.2666 |
R & F Enterobacter sakazakii (Cronobacter) Chromogenic Plating Medium | R & F Laboratories | Various | *Call for information: +1.630.969.530 |
R & F Enterobacter sakazakiii Enrichment Broth and supplement | R & F Laboratories | Various | *Call for information: +1.630.969.530 |
Hektoen enteric (HE) agar | Fisher Scientific | OXCM0419B | *Multiple suppliers. |
24 Listeria enrichment broth (24LEB) | Oxoid | CM1107 | *Freshly prepared at room-temperature. Multiple suppliers. |
Listeria selective enrichment supplement | Oxoid | SR0243 | *Multiple suppliers. |
Novobiocin | Fisher Scientific | OXSR0181E | *Multiple suppliers. Store at 2-8 °C |
Vancomycin hydrochloride hydrate | Sigma Aldrich | 861987 | Store at 2-8 °C |
Cefsulodin sodium salt hydrate | Sigma Aldrich | C8145 | Store at 2-8 °C |
Rappaport-Vassiliadis (RV) medium | Fisher Scientific | CM0669B | *Multiple suppliers. |
Tetrathionate (TT) Broth | Becton, Dickson and Company | 249120 | *Multiple suppliers. |
Trypticase soy agar (TSA) | Becton, Dickson and Company | 236930 | *Multiple suppliers. |
Xylose lysine desoxycholate (XLD) agar | Becton, Dickson and Company | 221284 | *Multiple suppliers. |
API Biochemical identification system | bioMérieux | Various | *Call for information: +1.800.682.2666 |
VITEK 2: Product Safety | bioMérieux | Various | *Call for information: +1.800.682.2667 |
BAX System Q7 | DuPont | N/A | |
BAX E. sakazakii Standard assay kit | DuPont | D11801836 | * |
BAX L. monocytogenes 24E assay kit | DuPont | D13608125 | * |
BAX Salmonella 2 Standard assay kit | DuPont | D14368501 | * |
Capping tool | DuPont | D11677028 | |
Decapping tool | DuPont | D11134095 | |
PCR tube rack/holder | DuPont | D12701663 | |
Featherweight forceps, wide tip | BioQuip | 4750 | Sterilize before use. Multiple suppliers. |
Fine point, straight tip forceps | BioQuip | 4731 | Sterilize before use. Multiple suppliers. |
Zirconia/silica beads, 0.5 mm | Bio Spec Products, Inc. | 11079105z | Multiple suppliers. |
Petri dishes – 60X15mm | Fisher Scientific | 08-772B | Multiple suppliers. |
Disposable inoculating loops, 10µL | Fisher Scientific | 22-363-606 | Multiple suppliers. |
L-shaped cell spreaders | Fisher Scientific | 14-665-230 | Multiple suppliers. |
Microcentrifuge tubes, 2 ml | Fisher Scientific | Various | Sterilize before use when needed. Secure lid is preferred. Multiple suppliers. |
Cluster tubes | Fisher Scientific | 05-500-13 | |
Cluster tubes caps | Fisher Scientific | 05-500-23 | |
Sodium hypochlorite (Liquid chlorine bleach) | N/A | N/A | *Dilute to 0.05% with water. Multiple suppliers. |
Sterile deionized water | N/A | N/A | Multiple suppliers. |
Sterile distilled water | N/A | N/A | Multiple suppliers. |
Ethyl alcohol 190 proof | N/A | N/A | *Dilute to 70% with water when needed. Multiple suppliers. |
Genie cell disruptor, 120V – for 1.5ml and 2.0ml microtubes | Scientific Industries, Inc. | SI-D238 | Multiple suppliers. |
Heating block | N/A | N/A | Multiple suppliers. |
Cooling block | N/A | N/A | Multiple suppliers. |
Recirculating water bath | N/A | N/A | Multiple suppliers. |
Stereo microscope | N/A | N/A | Multiple suppliers. |
Centrifuge | N/A | N/A | Multiple suppliers. |
Incubator | N/A | N/A | Multiple suppliers. |