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.
חרקים לשחק תפקיד חשוב בהעברת מחלות הקשורות למזון, כי הם יכולים להתפשט פתוגנים על משטחי מזון או במגע עם מזון וכלי 1. בין חרקים, זבובים, תיקנים, נמלים והתנהגויות המעדיפות את התפשטות פתוגנים foodborne. התנהגויות אלה כוללות שיתוף עם עניין מתפורר, מסרבים וצואה, (בניינים שנכנסו) endophily, וsynanthropy (הלא נשוא עם בני אדם) 2. .. פתוגנים foodborne כגון סלמונלה spp, חיידקים ליסטריה, קמפילובקטר spp, Escherichia coli O157: H7, וחברי Cronobacter (לשעבר sakazakii Enterobacter) הסוג דווח להיות מועבר על ידי חרקים 3-5. זוהמת קרבת אדם זבובים מכאנית להפיץ חיידקי foodborne ידי העברת פתוגנים מהמשטחים המזוהמים בגוף שלהם. עם זאת, הנוכחות של פתוגנים foodborne בתעלת העיכול של זבובים יכולה להיות עד שלוש פעמיםגדול יותר מזה שנצפה בשטח שלהם הגוף (גוף, ראש, רגליים, וכנפיים) 5. פתוגנים foodborne יכולים גם להישאר בתעלת העיכול של הזבוב לזמן ארוך יותר מאשר על פני השטח גוף 6,7 ובמקרים מסוימים, הם יכולים להתרבות, ומיישבי 4,8,9 מערכת העיכול של הזבוב. זה מגדיל את פוטנציאל הווקטור של זבובים, כי הם עוד יכולים להתפשט פתוגנים foodborne דרך עשיית הצרכים וregurgitation 10,11.
כיום, יש שיפור מערכות מעקב שמסוגלים לזהות התפרצויות המחלה foodborne במהירות רבות יותר. בעת ביצוע חקירות פרוץ foodborne, פקידי בריאות ציבור לחפש מזון שעשוי להיות מקור (ים) או הרכב (ים) של זיהום. חוקרים יכולים גם לבצע הערכה סביבתית של המתקן (או מתקנים) המעורב כדי לברר כיצד האוכל היה מזוהם ועשויים לאסוף דגימות כחלק מהחקירה 12. DespITE הכמות העצומה של ספרות מדעית הנוגע לחרקים כנישאים של פתוגנים foodborne, המקשר חרקים כוקטורים של הפתוגן גורם להתפרצות המחלה foodborne מסוימת הייתה מאתגרת. זה בעיקר בגלל חרקים אינם נאספים סביבה נקיה מחיידקים, כחלק מתוכניות דגימה סביבתית במהלך חקירות פרוץ foodborne. כדי לכלול חרקים, במיוחד אלה שמפגינים התנהגויות המעדיפות את התפשטות פתוגנים foodborne, כחלק מהליך דגימה סביבתי, פרוטוקול סטנדרטי, מהיר, רגיש ואמין לגילוי פתוגנים foodborne מחרקים יחידים צריך להיות במקום.
טכניקות ציפוי מסורתיות לגילוי של פתוגנים foodborne מחרקים הן מייגע ותלויות בצמיחה התחרותית של חיידקי היעד בתקשורת ותרבות שונה כדי להתגבר על הצמיחה המהירה של חיידקי commensal המולדים של החרקים. רוב המחקרים שקשורים עם החרקים baפתוגנים cterial הגדילו את הרגישות של השיטה על ידי איגום יחד כמה חרקים ולא מזהה את הנוכחות של פתוגנים לבסיס פרטני. כך, מחקרים אלו לא הבדילו חלק הגוף של החרקים שבו פתוגנים נמצאו 13-18. היכולת לזהות אם פתוגנים foodborne נמצאים על פני השטח הגוף או בתעלת העיכול של חרק בודד היא חשובה כמו זה עשוי להיות השלכות אפידמיולוגיים ועשוי להוביל לאסטרטגיות להפחתת סיכון שונות. כוקטורים מכאניים, זבובי אדמה שעל מזון לזמן קצר עלולים רק להעביר רמות נמוכות של חיידקים ממשטח גופם, בעוד שאלו שזבובים להקיא ולעשות את צרכיו על המזון להגדיל את ההסתברות של פתוגנים העברה ברמות גבוהות יותר פוטנציאל לזיהום. כתוצאה מכך, חשוב להעריך את השכיחות של הפתוגן foodborne לחרק בודד ולהבדיל חלק הגוף של חרקים שבי p החיידקים athogen ממוקם.
למרות שהשימוש בשיטות תרבות עצמאית כדי לזהות פתוגנים foodborne יותר ויותר להיות מיושם, הם לא היו בשימוש מסחרי כדי לזהות פתוגנים foodborne מחרקים בודדים. נכון לעכשיו, יש תוקף פרוטוקולים מולקולריים כי הם זמינים מסחריים לזיהוי המהיר של פתוגנים foodborne ממזונות הנמצאים בשימוש על ידי תעשייה ורשויות רגולטוריות. שיטות אלה כוללות מערכות מבוססות DNA לצורך זיהוי של פתוגנים במגוון רחב של דוגמאות מזון. למרות שפרוטוקולים מולקולריים הם מהירים יותר מאשר שיטות ציפוי מסורתיות, העשרה של המדגם היא עדיין נדרשה להשיג את רמת הרגישות של 10 2 יחידות מושבה להרכיב (CFU) של הפתוגן חיידקי צורך בתגובת השרשרת של פולימראז (PCR) שיטות מבוססות 19. בנוסף, יש צורך בבידוד של מושבות חיידקים טהורות מדגימות PCR החיוביות כדי לאשר את הפתוגן בשיטות מתאימות.
תוכן "> המטרה של פרוטוקול זה הוא כדי לתקן מערכת מבוססת PCR זמינה מסחרי המשמשת לאיתור גורמי מחלה מדגימות מזון ואיכות הסביבה לצורך זיהוי של חיידקי foodborne ממשטח הגוף ואת מערכת העיכול של זבוב בודד ולבודד נוסף אלה פתוגנים מרגישות samples.The של הפרוטוקול המתואר כאן היה מכוילים ראשון עם זבובים שגדל במעבדה הבית המבוגר (domestica Musca) שהואכלו בניסוי עם דילולים סדרתי של כל פתוגן חיידקים. הפרוטוקול הסטנדרטי היה לאחר מכן נהג לסקור 100 ניצוד עף לנוכחות של פתוגנים foodborne מהשטח שלהם הגוף ו / או תעלות עיכול. פרוטוקול סטנדרטי זה יאפשר מעבדות בריאות הציבור כדי לזהות איומי בריאות מציבים חרקים, המאפשרים לאפשרות של איסוף אותם כחלק מתכנית הדגימה הסביבתית בעת ביצוע foodborne חקירות פרוץ.מחקרים קודמים שגילו פתוגנים foodborne מחרקים פראיים השתמש במגוון גדול של פרוטוקולים שאולי לא כולל את המידע הדרוש כדי להעריך נכון את הסיכון הקשורות למזון של הנוכחות של זבוב אחד במזונות או סביבות הקשורות למזון 13,15, 23,24. הנה, הראינו כי שימוש בפרוטוקול סטנדרטי זה, ניתן לזהות ולבודד spp Cronobacter., ס ' enterica, ול ' חיידקים ממשטח הגוף ואת מערכת העיכול של זבובים יחידים שנלכדו בטבע. בגלל חרקים עשויים לשאת מספרים נמוכים של הפתוגן foodborne היעד ומספרים גבוהים של חיידקי ילידים אחרים 25,26, פרוטוקול זה דורש העשרה העיקרית (ולפעמים שני) של הדגימות בתקשורת והתרבות הספציפית כדי להגדיל את הרגישות של זיהוי של הפתוגן foodborne היעד . תוצאות ממערכת האיתור מבוסס PCR התקבלו בתוך כ -30 שעות (לDetection של spp Cronobacter. וס enterica) ו -48 שעות (לצורך זיהוי של חיידקי L.) לאחר התחלת עיבוד הדגימות. כך, פרוטוקול זה הוא אמין כמו גם מהיר ורגיש מספיק כדי להקרין זבוב אחד לנוכחות של פתוגנים foodborne.
אישור לתוצאות PCR חיובי ובידוד של חיידקי קיימא הוא חלק מהליך ההפעלה הסטנדרטי של מעבדות רבות. בנוסף, למטרות אפידמיולוגיה, תרבויות חיידקים טהורות מדגימות PCR החיוביות נדרשות לאשר נוסף וסרוטיפ הפתוגן foodborne באמצעות יוכימיים, חיסוני, או שיטות גנטיות. למרות שאף תוצאות חיוביות שגויות נצפו כאשר גילוי S. enterica ול ' חיידקים מחלקי הגוף של זבובים-נתפס פראיים אחת, תוך שימוש בפרוטוקול זה, שמצאנו עד לשיעור של 50% של תוצאות חיוביות שגויות לspp Cronobacter. הדבר מצביע על כך מערכת האיתור מבוסס PCR לCronobact הסוגאה יכול לחצות להגיב עם Enterobacteriaceae אחר הנמצא בין החיידקים המורכבים ביותר שבוצעו על ידי זבובים. לפיכך, בידוד וטיהור של מושבות טהורות של Cronobacter הסוג מדגימות PCR החיוביות דורשים ציפוי סלקטיבית יותר מ פתוגנים האחרים שנבדקו.
פרוטוקול זה בעיקר היה סטנדרטי למסך זבובים ניצודים פרט לנוכחות של spp Cronobacter., ס ' enterica, ול ' חיידקים באמצעות מערכת איתור מבוססת PCR מסחרית. עם זאת, פרוטוקול זה גם להתאים בקלות למסך חלקי גוף של זבובים יחידים לנוכחות של פתוגנים foodborne האחרים כגון O157 enterohemorrhagic החיידק: H7 (באמצעות E. coli O157: H7 ערכת assay הסטנדרטי MP או החיידק O157: H7 ערכת assay בזמן אמת) וא 'השיג-toxigenic coli קבוצה (STEC) (באמצעות חבילת STEC בזמן אמת), רגישויות קבלת> 80% (ללא פרסוםנתונים ed). כמו כן, פרוטוקול זה יכול להיות מותאם פוטנציאלי כדי לזהות פתוגנים foodborne מחרקים אחרים שידועים כי הם וקטורים של מחלות (מקקים ונמלים), אך יש צורך במחקר נוסף בתחום זה.
חקירות פרוץ המחלה foodborne הן דינמיות מאוד ומהוות תהליך רב שלבים שעשויים להשתנות בהתאם למצב הספציפי ולהיות הסביבה המקומית חקרו 12,27. חקירות אלה חשובות משום שהם מספקים הגנה על בריאות הציבור מיידית על ידי מניעת מחלות בעתיד. בנוסף, חקירות אלה יכולים להבהיר מנגנונים חדשים על ידי מיקרואורגניזמים הfoodborne מפוזרים, ומעלות שאלות חשובות שיובילו לתחומים חדשים למחקר 28. טכניקות חקירה, כמו גם פרוטוקולים סטנדרטיים, מהירים, ורגישים הנדרשות לאיתור גורמי המחלה foodborne מחרקים בודדים. פרוטוקול סטנדרטי זה מפותח את ההזדמנות כדי לאסוף סביבה נקיה מחיידקי חרקים כמו זבובים, which יכול וקטור הפתוגן חיידקי foodborne, כחלק מתכנית דגימה סביבתית. המידע אפידמיולוגיים שניתן להשיג מזה יהיה שימוש בבניית תמונה מדויקת של המנגנונים של העברת פתוגנים foodborne על ידי חרקים (כלומר, משך זמן חשיפה: זבוב על ידי נחיתה לעומת זבובי נחיתה, עושים את צרכיהם, ומעלה גירה).
לבסוף, למרות שמערכת האיתור מבוססת PCR המסחרי שתוארה כאן היא מעשית לשימוש ומפשטת הגברה PCR ויזואליזציה של amplicon ברמת סוג, זה בשום אופן לא את המערכת המתאימה בלבד. Lysate מדגימות מועשרות לחלופין יכול לשמש מסך לנוכחות של פתוגנים foodborne באמצעות זוגות פריימר מינים ספציפיים זמינים בפומבי. עם זאת, רגישות זיהוי צריכה להיות הפגינה לפני השימוש בם.
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. |