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.
Insekten spielen eine wichtige Rolle bei der Übertragung von ernährungsbedingter Erkrankungen, da sie Krankheitserreger, um Lebensmittel oder Lebensmittelkontaktflächen und Geschirr 1 ausbreiten. Unter Insekten, Fliegen, Schaben und Ameisen zeigen Verhaltensweisen, die die Verbreitung von Krankheitserregern begünstigen. Diese Verhaltensweisen sind eine Vereinigung mit verfallende Angelegenheit, Abfall und Fäkalien, endophily (Betreten von Gebäuden) und synanthropy (Lebensgefährten mit dem Menschen) 2. .. Lebensmittelbedingte Krankheitserreger wie Salmonellen, Listeria monocytogenes, Campylobacter spp, Escherichia coli O157: H7, und Mitglieder der Gattung Cronobacter (Enterobacter sakazakii früher) wurde berichtet, dass durch Insekten 3-5 übertragen werden. Kulturfolger Dreck fliegt mechanisch durch Lebensmittel übertragenen Bakterien durch die Übertragung von Krankheitserregern von ihren Kontaminierte Hautflächen zu verbreiten. Jedoch kann das Vorhandensein von Krankheitserregern im Verdauungstrakt von Fliegen bis zu drei Mal seingrößer ist als die auf ihren Körperoberflächen (Körper, Kopf, Beine und Flügel) 5 beobachtet. Lebensmittelvergiftung Pathogene können auch Verdauungskanal der Fliege bleiben für eine größere Länge der Zeit, als auf der Körperoberfläche 6,7 und in einigen Fällen sind sie in der Lage, sich zu vermehren, besiedeln Verdauungstrakt 4,8,9 der Fliege. Dadurch erhöht sich das Vektorpotential von Fliegen, weil sie weitere Lebensmittelvergiftung Pathogene zu verbreiten durch Stuhlgang und Aufstoßen 10,11.
Heutzutage gibt es eine verbesserte Überwachungssysteme, die in der Lage, Lebensmittelvergiftungen Ausbrüche schneller zu erkennen sind. Bei der Durchführung von lebensmittelbedingten Krankheitsausbrüchen, die öffentliche Gesundheit Beamten suchen nach dem Essen, dass die Quelle (n) oder Fahrzeug (e) der Infektion sein kann. Die Ermittler können auch eine Umweltprüfung der Anlage (oder Anlagen) beteiligt, um herauszufinden, wie die Lebensmittel kontaminiert wurde durchgeführt und können Proben im Rahmen der Untersuchung 12 zu sammeln. Despite die große Menge an wissenschaftlicher Literatur über die Insekten als Träger von Krankheitserregern, die Verknüpfung von Insekten als Vektoren der Erreger eine bestimmte Lebensmittelvergiftung Ausbruch war eine Herausforderung. Dies ist vor allem, weil Insekten werden nicht aseptisch als Teil der Umweltprobenentnahmen während der lebensmittelbedingten Krankheitsausbrüchen gesammelt. Um Insekten, insbesondere solche, die Verhaltensweisen, die die Verbreitung von Krankheitserregern begünstigen aufweisen, im Rahmen einer Umweltprobenverfahren, eine standardisierte, schnelle, empfindliche und zuverlässige Protokoll, um Lebensmittelvergiftung Pathogene erkennen aus einem einzigen Insekten muss vorhanden sein, umfassen.
Traditionelle Plattierungstechniken zum Nachweis von Krankheitserregern von Insekten sind mühsam und hängen von der Wettbewerbs Wachstum der Zielbakterien in verschiedenen Kulturmedien, um das schnelle Wachstum des angeborenen kommensale Mikrobiota des Insekts zu überwinden. Die meisten Studien, die Insekten mit ba verbunden habencterial Krankheitserreger haben die Empfindlichkeit der Methode durch Bündelung mehrerer Insekten anstatt Identifizierung der Anwesenheit von Krankheitserregern auf einer pro Einzelfall erhöht. So haben diese Studien nicht den Körper ein Teil der Insekten, wo die Erreger gefunden 13-18 unterscheiden. Die Fähigkeit zu erkennen, ob Lebensmittelvergiftung Pathogene sind auf der Körperoberfläche oder im Verdauungstrakt eines einzelnen Insekten gelegen ist wichtig, da dies epidemiologische Auswirkungen haben und können zu unterschiedlichen Minderungsstrategien führen. Als mechanische Vektoren, Fliegen, dass Flächen für Nahrungsmittel für eine kurze Zeit nur geringe Mengen an Bakterien übertragen von ihrer Körperoberfläche, wohingegen jene Fliegen, erbrechen und verrichten auf der Nahrung erhöhen die Wahrscheinlichkeit der Übertragung von Krankheitserregern auf potenziell höhere Infektion. Folglich ist es wichtig, die Häufigkeit einer foodborne pathogen schätzen pro einem einzelnen Insekten und den Körperteil von diesem Insekt mit einer Keim p differen athogen befindet.
Auch wenn die Verwendung von kulturunabhängige Verfahren zur Lebensmittelvergiftung Pathogene erkennen zunehmend umgesetzt, haben sie nicht kommerziell verwendet werden, um Lebensmittelvergiftung Pathogene aus einer Insekten erkennen. Derzeit gibt validiert molekulare Protokolle, die im Handel für den schnellen Nachweis von Krankheitserregern von Lebensmitteln, die von der Industrie und Regulierungsbehörden verwendet werden, zur Verfügung stehen. Diese Verfahren umfassen DNA-basierende Systeme zum Nachweis von Pathogenen in einer Vielzahl von Lebensmittelproben. Obwohl molekulare Protokolle sind schneller als herkömmliche Beschichtungsverfahren wird die Anreicherung der Probe erforderlich, um die Empfindlichkeit von 10 2 koloniebildenden Einheiten (CFU) des bakteriellen Pathogens in der Polymerasekettenreaktion (PCR), die benötigt -basierten Verfahren 19 erhalten. Zusätzlich wird Isolierung reiner Bakterienkolonien von PCR-positiven Proben benötigt, um die Krankheitserreger mit einschlägigen Methoden zu bestätigen.
content "> Ziel dieses Protokolls besteht darin, einen im Handel erhältlichen PCR-basierten System verwendet werden, um Krankheitserreger aus Nahrungsmitteln und Umweltproben zum Nachweis von Lebensmittelbakterien aus der Körperoberfläche und den Verdauungskanal eines einzelnen fly zu erfassen und weiter zu isolieren diejenigen standardisieren Erreger der samples.The Empfindlichkeit des hier beschriebenen Protokoll wurde zuerst mit Labor aufgezogen erwachsene Stubenfliegen (Musca domestica), die experimentell mit seriellen Verdünnungen von jeder bakteriellen Erreger gefüttert wurden kalibriert. Das standardisierte Protokoll wurde anschließend zur Erhebung 100 Wildfängen fliegt auf das Vorhandensein von Krankheitserregern von ihren Körperoberflächen und / oder Verdauungs Kanäle. Dies wird standardisiertes Protokoll ermöglicht den Gesundheitslabors auf Gesundheitsgefahren durch Insekten gestellt zu erkennen, so dass die Möglichkeit der Erhebung sie als Teil der Umweltprobenprogramm bei der Durchführung von Lebensmittelvergiftungen Ausbruchsuntersuchungen.Frühere Studien, die Lebensmittelvergiftung Pathogene aus wilden Insekten festgestellt haben, sind eine Vielzahl von Protokollen, die nicht darunter etwa die notwendigen Informationen, um genau beurteilen die ernährungsbedingten Risiken für die Anwesenheit eines einzigen Fliege in Lebensmitteln oder Lebensmittelbezogenen Umgebungen 13,15 verwendet, 23,24. Hier haben wir gezeigt, dass die Verwendung dieses standardisierten Protokoll ist es möglich, zu erfassen und zu isolieren Cronobacter spp., S. ente und L. monocytogenes von der Körperoberfläche und den Verdauungskanal der Einzelfliegen in freier Wildbahn gefangen. Da Insekten niedrigen Zahlen der Ziellebensmittelbedingten Krankheitserreger und eine hohe Zahl von anderen indigenen Mikroflora 25,26 zu tragen, dieses Protokoll primären (und manchmal sekundär) Anreicherung der Proben in spezifischen Kulturmedien, die Empfindlichkeit der Erfassung des Ziels durch Lebensmittel übertragenen Krankheitserreger zu erhöhen . Die Ergebnisse der PCR-basierten Nachweissystem wurden innerhalb von etwa 30 h erhalten (für die detektion von Cronobacter spp. und S. enterica) und 48 h (für den Nachweis von L. monocytogenes), nachdem zunächst die Bearbeitung der Proben. Somit ist dieses Protokoll zuverlässig sowie schnell und empfindlich genug, um Bildschirm eine Fliege auf das Vorhandensein von Krankheitserregern.
Bestätigung der PCR-positive Ergebnisse und die Isolierung von lebensfähigen Bakterien ist Teil des Standardverfahren von vielen Laboratorien. Darüber hinaus ist für Epidemiologie Zwecke reinen Bakterienkulturen von PCR-positiven Proben sind erforderlich, um weiter zu bestätigen und Serotyp der lebensmittelbedingten Krankheitserreger mit biochemischen, immunologischen oder genetischen Methoden. Obwohl keine False Positives beobachtet bei der Erkennung von S. enterica und L. monocytogenes aus den Körperteilen der einzelnen wild gefangenen Fliegen, die dieses Protokoll verwenden, fanden wir bis zu einer 50% Rate von False Positives für Cronobacter spp. Dies legt nahe, dass die PCR-basierten Nachweissystem für die Gattung Cronobacter kann zu Kreuzreaktionen mit anderen Enterobacteriaceae gehören zu den sehr komplexen Mikroflora durch Fliegen durchgeführten Ermittlungen zugegen. Somit Isolierung und Reinigung von reinem Kolonien der Gattung Cronobacter von PCR-positiven Proben erfordern selektives Plattieren als die anderen Pathogenen bewertet.
Dieses Protokoll wurde vor allem standardisiert worden, um einzelne wild gefangenen Fliegen auf das Vorhandensein von Cronobacter spp Bildschirm., S. ente und L. monocytogenes unter Verwendung eines kommerziellen PCR-basierten Nachweissystem. Jedoch wurde dieses Protokoll auch leicht angepasst werden, um Körperteile Einzellinie auf die Anwesenheit von anderen Krankheitserregern wie enterohämorrhagischen E. coli O157 screenen: H7 (entweder über den E. coli O157: H7 MP Standard-Assay-Kit oder die E. coli O157: H7 Echtzeit-Assay-Kit) und das Shiga-Toxin produzierenden E. coli (STEC) Gruppe (mit der Echtzeit-STEC suite), erhalten Empfindlichkeiten> 80% (unveröffentlichened-Daten). Außerdem kann dieses Protokoll möglicherweise angepasst werden, um Krankheitserregern aus anderen Insekten, die bekannte Vektoren von Krankheiten (Schaben und Ameisen) sind zu erkennen, aber die Forschung in diesem Bereich benötigt wird.
Lebensmittelvergiftungen Ausbruchsuntersuchungen sind sehr dynamisch und bestehen aus einem mehrstufigen Verfahren, die je nach der spezifischen Situation und die lokale Umgebung untersucht 12,27 variieren kann. Diese Untersuchungen sind wichtig, weil sie unmittelbaren Schutz der öffentlichen Gesundheit durch die Verhütung künftiger Erkrankungen bieten. Darüber hinaus können diese Untersuchungen neue Mechanismen, durch die Mikroorganismen in Lebensmitteln verteilt sind aufzuklären, und werfen wichtige Fragen, die neue Forschungsbereiche 28 führen. Ermittlungstechniken sowie standardisierte, schnelle und empfindliche Protokolle zum Nachweis von Krankheitserregern aus einzelnen Insekten notwendig. Diese standardisierten Protokolls eröffnet die Möglichkeit, aseptisch sammeln Insekten wie Fliegen, which können die lebensmittelbedingten bakteriellen Erreger Vektor, im Rahmen einer Umweltprobenprogramm. Die epidemiologischen Informationen, die daraus gewonnen werden können wäre der Verwendung bei der Konstruktion ein genaues Bild über die Mechanismen der Übertragung von Krankheitserregern durch Insekten (dh Länge der Belichtungszeit: eine Fliege von der Landung gegen Fliegen landen, Stuhlgang, und erbrechend).
Schließlich, obwohl die kommerzielle hier beschriebenen PCR-basierten Nachweissystem ist praktisch zu verwenden und vereinfacht die PCR-Amplifikation und Visualisierung eines Gattungsebene Amplikon, ist es keineswegs die einzige geeignete System. Das Lysat aus angereicherten Proben könnten alternativ verwendet werden, um auf das Vorhandensein von Krankheitserregern Bildschirm mit öffentlich verfügbaren artspezifischen Primer-Paare werden. Jedoch sollte die Nachweisempfindlichkeit vor ihrer Verwendung gezeigt werden.
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. |