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.
Insecten spelen een belangrijke rol in de overdracht van voedselgerelateerde ziekten omdat ze ziektekiemen kunnen verspreiden naar voedsel of voedsel contactvlakken en gebruiksvoorwerpen 1. Onder insecten, vliegen, kakkerlakken, mieren en vertonen gedrag dat de verspreiding van pathogenen te bevorderen. Deze gedragingen omvatten een associatie met rottend materiaal, te weigeren en uitwerpselen, endophily (het invoeren van gebouwen), en synanthropy (samenwonend met mensen) 2. .. Door voedsel overgedragen pathogenen zoals Salmonella spp, Listeria monocytogenes, Campylobacter spp, Escherichia coli O157: H7 hebben, en de leden van het geslacht Cronobacter (voorheen Enterobacter sakazakii) gemeld door insecten 3-5 te verzenden. Synantrope vuiligheid vliegt mechanisch verspreid door voedsel overgedragen bacteriën door de overdracht van ziektekiemen uit hun besmette lichaam oppervlakken. Echter, de aanwezigheid van pathogenen in het spijsverteringskanaal van vliegen maximaal driemaalgroter dan waargenomen op de lichaamsoppervlakken (lichaam, hoofd, poten en vleugels) 5. Voedselpathogenen kan ook spijsverteringskanaal van de vlieg gedurende een grotere tijdsduur dan op het lichaamsoppervlak 6,7 en in sommige gevallen kunnen ze vermenigvuldigen, kolonisatie van de vlieg spijsverteringskanaal 4,8,9. Dit verhoogt de vector potentieel van vliegen omdat ze verder kunnen verspreiden pathogenen via de ontlasting en oprispingen 10,11.
Tegenwoordig zijn er betere surveillance systemen die in staat zijn om voedsel ziekte uitbraken sneller te detecteren zijn. Tijdens het uitvoeren van door voedsel overgedragen uitbraak onderzoeken, volksgezondheid ambtenaren op zoek naar het voedsel dat de bron (nen) of voertuig (en) van de infectie kunnen zijn. Onderzoekers kunnen ook een milieubeoordeling van de faciliteit (of faciliteiten) die betrokken zijn om uit te vinden hoe het eten was besmet te voeren en kunnen monsters te verzamelen als onderdeel van het onderzoek 12. Despite de enorme hoeveelheid wetenschappelijke literatuur over de insecten als dragers van pathogenen, het koppelen van insecten als vectoren van de ziekteverwekker die een bepaald voedsel ziekte-uitbraak is uitdagend. Dit komt vooral omdat de insecten worden niet aseptisch verzameld in het kader van milieu-sampling programma tijdens voedsel overgedragen uitbraak onderzoeken. Om insecten, met name degenen die gedragingen die de verspreiding van pathogenen gunst vertonen, als onderdeel van een milieu-sampling procedure, een gestandaardiseerde, snelle, gevoelige en betrouwbare protocol om pathogenen op te sporen van een enkele insect moet worden in de plaats te nemen.
Traditionele plating technieken voor de detectie van pathogenen van insecten omslachtig en afhankelijk van de concurrerende groei van de beoogde bacteriën in verschillende kweekmedia voor de snelle groei van de aangeboren commensale microbiota van het insect overwinnen. De meeste studies die insecten verbonden bacterial ziekteverwekkers hebben de gevoeligheid van de methode verhoogd door het bundelen van elkaar verschillende insecten in plaats van het identificeren van de aanwezigheid van ziekteverwekkers op een per individuele basis. Zo heeft deze studies geen onderscheid het lichaamsdeel van het insect waar de ziekteverwekkers werden gevonden 13-18. De mogelijkheid om te identificeren of pathogenen zich op het lichaamsoppervlak of het spijsverteringskanaal van een individuele insect is belangrijk omdat dit epidemiologische gevolgen kan hebben en kan leiden tot verschillende verweerstrategieën. Als mechanische vectoren, vliegen die grond voeding voor kort mag uitsluitend overdragen lage niveaus van bacteriën uit hun lichaamsoppervlak, terwijl die vliegen die braken en ontlasting van het levensmiddel verhogen de kans op overdracht van ziekteverwekkers potentieel hogere infectie. Daarom is het belangrijk om de prevalentie van een voedselpathogeen per individu insecten en het lichaamsdeel van deze insecten wanneer het bacteriële p differentiëren athogen ligt.
Ook al is het gebruik van de cultuur-onafhankelijke methoden om pathogenen op te sporen worden steeds vaker toegepast, ze zijn niet commercieel gebruikt om pathogenen op te sporen van een enkele insect. Momenteel zijn er gevalideerde moleculaire protocollen die in de handel verkrijgbaar voor de snelle detectie van pathogenen uit voedingsmiddelen die worden gebruikt door de industrie en de regelgevende agentschappen. Deze werkwijzen omvatten DNA gebaseerde systemen voor de detectie van pathogenen in een verscheidenheid van voedsel monsters. Hoewel moleculaire protocollen sneller dan traditionele plating werkwijzen wordt verrijking van het monster nog steeds vereist om de gevoeligheid van 2 10 kolonievormende eenheden (CFU) van de bacteriële pathogeen nodig polymerasekettingreactie (PCR) gebaseerde werkwijzen 19 bekomen. Bovendien wordt isolatie van zuivere bacteriële kolonies van PCR-positieve monsters nodig pathogeen adequate methoden bevestigen.
content "> Het doel van dit protocol is een commercieel beschikbare PCR-gebaseerde systeem om ziekteverwekkers uit voedsel en milieumonsters te detecteren voor het detecteren van voedsel- besmetting van het lichaamsoppervlak en het spijsverteringskanaal van een vlieg en verder isoleren die standaardiseren ziekteverwekkers uit de samples.The gevoeligheid van de hier beschreven protocol werd eerst gekalibreerd met-lab gekweekte volwassen huisvliegen (Musca domestica) die experimenteel werden gevoed met seriële verdunningen van elke bacteriële pathogenen. Het gestandaardiseerd protocol werd vervolgens gebruikt om de enquête 100 in het wild gevangen vliegt op de aanwezigheid van pathogenen uit hun lichaam oppervlakken en / of alimentary grachten. Dit gestandaardiseerd protocol zal toestaan laboratoria voor de volksgezondheid op gezondheidsbedreigingen als gevolg van insecten waar te nemen, waardoor de mogelijkheid om ze te verzamelen in het kader van de milieu-sampling programma bij het uitvoeren van voedselvergiftiging onderzoeken van uitbraken.Eerdere studies die pathogenen van vrij insecten heeft mogelijk een grote verscheidenheid aan protocollen die de noodzakelijke informatie kan bevatten om de voedingsgerelateerde risico van de aanwezigheid van een vlieg in voedingsmiddelen of voedsel gerelateerde omgevingen 13,15 nauwkeurig te beoordelen gebruikt, 23,24. Hier toonden we aan dat het gebruik van deze gestandaardiseerde protocol, is het mogelijk te detecteren en isoleren Cronobacter spp., S. enterica en L. monocytogenes van het lichaamsoppervlak en het spijsverteringskanaal van enkele vliegen in het wild gevangen. Omdat insecten lage aantallen van de doelgroep door voedsel overgedragen pathogeen en hoge aantallen van andere inheemse microbiota 25,26 kan uitvoeren, dit protocol vereist primaire (en soms secundaire) verrijking van de monsters in een specifieke cultuur media om de gevoeligheid van de detectie van de doelgroep door voedsel overgedragen pathogeen verhogen . De resultaten van de PCR-gebaseerde detectie systeem werden verkregen binnen ongeveer 30 uur (voor de detectie van Cronobacter spp. en S. enterica) en 48 uur (voor de detectie van L. monocytogenes) na aanvankelijk behandelen van monsters. Dus dit protocol betrouwbaar en snel en gevoelig genoeg om een vlieg voor de aanwezigheid van voedselpathogenen screenen.
Bevestiging van PCR-positieve resultaten en isolatie van levensvatbare bacteriën behoort tot de standaard werkwijze van veel laboratoria. Bovendien, voor epidemiologie doeleinden zuivere bacterieculturen van PCR-positieve monsters is noodzakelijk om te bevestigen en het serotype voedselpathogeen met biochemische, immunologische of genetische methoden. Hoewel er geen false positives werden waargenomen bij het detecteren van S. enterica en L. monocytogenes uit de lichaamsdelen van enkele in het wild gevangen vliegen, met behulp van dit protocol, vonden we tot een aantal valse meldingen voor Cronobacter spp 50%. Dit suggereert dat de PCR-detectiesysteem voor het genus Cronobacter kunnen kruisreageren met andere Enterobacteriaceae aanwezig onder de zeer complexe microbiota door vliegen uitgevoerd. Aldus, isolatie en zuivering van zuivere kolonies van het genus Cronobacter van PCR-positieve monsters vereisen meer selectief plateren dan de andere pathogenen geëvalueerd.
Dit protocol is voornamelijk gestandaardiseerd op individuele wild gevangen vliegen screenen op de aanwezigheid van Cronobacter spp., S. enterica en L. monocytogenes met een commercieel PCR gebaseerde detectie systeem. Echter, dit protocol ook gemakkelijk aangepast lichaamsdelen single vliegen screenen op de aanwezigheid van andere pathogenen zoals enterohemorragische E. coli O157: H7 (via de E. coli O157: H7 MP standaard testkit of E. coli O157: H7 real-time testkit) en de shiga-toxigene E. coli (STEC) groep (met de real-time STEC suite), het verkrijgen van gevoeligheden> 80% (unpublished data). Ook kan dit protocol mogelijk worden aangepast aan pathogenen te detecteren van andere insecten die bekend zijn vectoren van ziekten (kakkerlakken en mieren), maar meer onderzoek op dit gebied is nodig.
Voedsel ziekte uitbraak onderzoeken zijn zeer dynamisch en bestaan uit een multi-step proces dat kan variëren naar gelang de specifieke situatie en de lokale omgeving wordt onderzocht 12,27. Deze onderzoeken zijn belangrijk omdat ze zorgen voor onmiddellijke bescherming van de volksgezondheid door het voorkomen van toekomstige ziekten. Bovendien kunnen deze onderzoeken nieuwe mechanismen waarmee voedsel overgedragen micro-organismen worden verspreid toe te lichten, en belangrijke vragen die leiden tot nieuwe gebieden voor onderzoek 28 te verhogen. Opsporingstechnieken evenals gestandaardiseerde, snelle en gevoelige protocollen zijn nodig voor de detectie van pathogenen uit individuele insecten. Dit gestandaardiseerd protocol opent de mogelijkheid om aseptisch insecten zoals vliegen verzamelen, which kan de voedselinfectie bacteriële pathogeen vector, als onderdeel van een milieu-sampling programma. De epidemiologische informatie die kan worden opgedaan met deze van toepassing zou zijn bij het construeren van een nauwkeurig beeld van de mechanismen van overdracht van pathogenen door insecten (dat wil zeggen, de duur van de blootstelling tijd: een vlieg door de aanvoer versus vliegen landing, poepen, en herkauwen).
Tenslotte, hoewel de commerciële PCR gebaseerde detectie systeem beschreven is praktisch in gebruik en vereenvoudigt PCR amplificatie en visualisatie van een genus-niveau amplicon is niet het enige geschikte systeem. Het lysaat van verrijkte monsters kunnen ook worden gebruikt om te screenen op de aanwezigheid van pathogenen door publiekelijk beschikbaar species-specifieke primerparen. Toch moet detectiegevoeligheid voorafgaand aan het gebruik worden aangetoond.
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. |