Gıda kaynaklı patojen tarama kullanarak Manyeto-floresan Nanosensor: E. Coli O157: H7 hızlı tespiti
Summary
Hızlı algılama özellikle patojenik bakterilerin manyetik gevşeme ve floresan emisyon modaliteleri kombinasyonu ile hedef ve bu protokol genel amacı, düşük maliyetli, taşınabilir için fonksiyonel nanosensors sentez etmektir.
Abstract
Enterohemorrhagic Escherichia coli O157: H7-var bağlı su bazlı hem de ve gıda kaynaklı hastalıklar ve bir tehdit rağmen gıda ve su filtreleme yöntemleri kullanılan şu anda kalır. Polimeraz zincir tepkimesi (PCR) ve enzim bağlı immunosorbent deneyleri (ELISA) özellikle patojenik kirleticiler, algılayabilir gibi konvansiyonel bakteri algılama yöntemleri, bunlar geniş numune hazırlama ve uzun bekleme süreleri gerektirir. Ayrıca, bu uygulamaları talep gelişmiş Laboratuvar Cihazları ve ayarları ve eğitimli profesyoneller tarafından yürütülmelidir. Burada, bir protokol manyetik ve floresan parametreleri nanoparçacık tabanlı bir platform, eşsiz kombinasyonu özellikleri basit bir tanı tekniği için önerilmiştir. Önerilen multiparametric Manyeto-floresan nanosensors (MFnS) E. coli O157: H7 kirlenme olduğu kadar az 1 adet az 1 h çözümünüzde mevcut koloni oluşturan ile algılayabilir. Ayrıca, MFnS gibi karmaşık medyada son derece işlevsel kalır yeteneği süt ve göl su doğrulanmadı. Ek özgüllük deneyleri de MFnS yalnızca belirli hedef bakteri, hatta huzurunda benzer bakteriyel tür algılama yeteneğini göstermek için kullanılmıştır. Manyetik ve floresan yöntemleri eşleştirme algılama ve patojen bulaşma her iki erken ve geç-aşamalı kirlenme algılama içinde yüksek performans sergileyen konsantrasyonları, geniş bir alanda miktar sağlar. Etkinliği, uygun fiyatta ve MFnS taşınabilirliği için bakım noktası tarama bakteriyel kirletici için ideal bir aday ayarları, geniş bir ticari olarak paketlenmiş gıda su depoları dan onları.
Introduction
Bakteriyel kontaminasyon hem de kalıcı geçtiği ticari gıda üretilen ve su kaynaklarının giderek hızlı ve spesifik tanı platformları için bir ihtiyaç yarattı. 1 , 2 , Salmonella, Staphylococcus, Listeria, Vibrio, Shigella, Bacillus ve Escherichia cins daha yaygın bakteriyel kirletici için yiyecek ve su kirlenmesi sorumlu bazılarıdır. 3 , 4 kez bakteriyel kontaminasyon Bu patojenler tarafından ateş, kolera, gastroenterit ve ishal gibi belirtiler olur. 4 su kaynaklarının kirlenme kez yeterince filtrelenmiş su erişimi olmayan topluluklar üzerinde ciddi ve olumsuz etkileri vardır ve gıda kontaminasyonu hastalıklar ve ürün geri çekme çabaları çok sayıda için açmıştır. 5 , 6
Bakteriyel kirlenme tarafından neden olduğu hastalıkların oluşumunu azaltmak için bir dizi hangi su ve yiyecek verimli satış veya tüketim önce taranabilir yöntemleri geliştirmek için çaba olmuştur. PCR,1,7,8,9,10 ELISA,11,12 döngü-aracılı izotermal amplifikasyon () gibi 3 teknikleri LAMBA),13,14 diğerleri arasında15,16,17,18,19,20,21, 22,23,24 son zamanlarda çeşitli patojenler tespiti için kullanılır. Geleneksel bakteriyel kültür yöntemleri ile karşılaştırıldığında, bu tekniklerin özgüllük ve zaman açısından çok daha verimli. Ancak, bu teknikler hala yanlış pozitif ve negatif, karmaşık prosedürleri ve maliyet ile mücadele. 1 , 3 , 25 multiparametric Manyeto-floresan nanosensors (MFnS) bakteriyel algılama için alternatif bir yöntem olarak önerilen bu nedenle içindir.
Bu nanosensors benzersiz olarak birlikte manyetik gevşeme ve floresan yöntemleri, hızlı ve doğru bir çift-algılama platformu için izin eşleyin. E. coli O157: H7 örnek kirletici kullanarak, MFnS dakika içinde olduğu kadar az 1 CFU algılama yeteneğini gösterilmiştir. Patojen özel antikorlar özgüllüğü artırmak için kullanılır ve algılama ve miktar her iki düşük ve yüksek kirlilik aralıklardaki bakteriyel kirletici için manyetik ve floresan modaliteleri kombinasyonu sağlar. 16 bakteriyel kontaminasyon durumunda patojen özgü antikorların hedefleme yetenekleri nedeniyle bakteri çevresinde nanosensors swarm. Manyetik nanosensors ile bakteri arasındaki manyetik demir çekirdekli ve çevresindeki su proton arasındaki etkileşimi sınırlar. Bu artış T2 gevşeme zamanlarda manyetik bir relaxometer tarafından kaydedildiği şekilde neden olur. Çözüm bakterilerde konsantrasyon yükselir gibi bakteri, alt T2 değerleri kaynaklanan artan sayıda nanosensors dağıtmak. Tersine, Floresans emisyon nanosensors patojen için doğrudan bağlı artan sayıda nedeniyle bakteri konsantrasyonu ile orantılı artar. Santrifüjü örnekleri ve bakteriyel Pelet yalıtım sadece doğrudan herhangi bir serbest yüzer nanosensors kaldırılması ve doğrudan Floresans emisyon sayısı ile korele bakteri iliştirilmiş nano tanecikleri tasarruf etmek bakteri içinde çözüm sunuyoruz. Bu mekanizma şematik gösterimi şekil 1‘ de temsil edilir.
Bu MFnS platform bakım noktası tarama unutmayın, düşük maliyetli ve taşınabilir özellikleri kaynaklanan ile dizayn edilmiştir. MFnS oda sıcaklığında kararlı olduğunu ve sadece doğru algılama bakteriyel kirletici için çok düşük konsantrasyonlarda gerekmektedir. Ayrıca, sentez sonra MFnS kullanımı basittir ve alanında eğitimli uzmanları kullanımı gerektirmez. Son olarak, bu tanı platform, bu tarafından bir platformda her türlü patojenler birçok farklı ortamlarda algılamak için kullanılan bir araç sağlayarak son derece özelleştirilebilir hedefleme için sağlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu iletişim kuralı basit tamamen işlevsel MFnS üretmek için tasarlanmış mümkün olduğunca. Ancak, değişiklik Protokolü’nün kullanıcının nihai hedef bağlı olarak yararlı olabilecek çok önemli noktalar vardır. Örneğin, farklı antikor kullanımı birçok diğer patojenleri hedefleme için izin verecek. Ayrıca, bu iletişim kuralını molekülleri hedefleme olarak antikor kullanımı sınırlı değildir. Konak hücre reseptörleri gibi hedef patojenler için özel b…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser K-INBRE P20GM103418, Kansas soya Komisyonu (KSC/PSU 1663), ACS PRF 56629-UNI7 ve PSU polimer kimya başlangıç Fonu, tüm SS tarafından desteklenmektedir. Biz Üniversitesi videoları çekiyor, Bay Jacob Anselmi, video ile onun en iyi çalışma için teşekkür ederim. Biz de Bay Roger Heckert ve Bayan Katha Heckert cömert destekleri araştırma için teşekkür ederiz.
Materials
| Ferrous Chloride Tetrahydrate | Fisher Scientific | I90-500 | |
| Ferric Chloride Hexahydrate | Fisher Scientific | I88-500 | |
| Ammonium Hydroxide | Fisher Scientific | A669S-500 | |
| Hydrochloric Acid | Fisher Scientific | A144S-500 | |
| Polyacryllic Acid | Sigma-Aldrich | 323667-100G | |
| EDC | Thermofisher Scientific | 22980 | |
| NHS | Fisher Scientific | AC157270250 | |
| Anti-E. coli O111 antibody | sera care | 5310-0352 | |
| Anti-E. coli O157:H7 antibody [P3C6] | Abcam | ab75244 | |
| DiI Stain | Fisher Scientific | D282 | |
| Nutrient Broth | Difco | 233000 | |
| Freeze-dried E. coli O157:H7 pellet | ATCC | 700728 | |
| Magnetic Relaxomteter | Bruker | mq20 | |
| Zetasizer | Malvern | NANO-ZS90 | |
| Plate Reader | Tecan | Infinite M200 PRO | |
| Magnetic Column | QuadroMACS | 130-090-976 | |
| Centrifuge | Eppendorf | 5804 Series | |
| Centrifuge (accuSpin Micro 17) | Fisher Scientific | 13-100-676 | |
| Floor Model Shaking Incubator | SHEL LAB | SSI5 | |
| Analytical Balance | Metler Toledo | ME104E | |
| Digital Vortex Mixer | Fisher Scientific | 02-215-370 | |
| Open-Air Rocking Shaker | Fisher Scientific | 02-217-765 |
References
- Law, J. W., Ab Mutalib, N. S., Chan, K. G., Lee, L. H. Rapid methods for the detection of foodborne bacterial pathogens: principles, applications, advantages and limitations. Front Microbiol. 5, 770 (2014).
- Pandey, P. K., Kass, P. H., Soupir, M. L., Biswas, S., Singh, V. P. Contamination of water resources by pathogenic bacteria. AMB Express. 4, 51 (2014).
- Zhao, X., Lin, C. W., Wang, J., Oh, D. H. Advances in rapid detection methods for foodborne pathogens. J Microbiol Biotechnol. 24 (3), 297-312 (2014).
- Heithoff, D. M., et al. Intraspecies variation in the emergence of hyperinfectious bacterial strains in nature. PLoS Pathog. 8 (4), e1002647 (2012).
- Ishii, S., Sadowsky, M. J. Escherichia coli in the Environment: Implications for Water Quality and Human Health. Microbes Environ. 23 (2), 101-108 (2008).
- Chiou, C. S., Hsu, S. Y., Chiu, S. I., Wang, T. K., Chao, C. S. Vibrio parahaemolyticus serovar O3:K6 as cause of unusually high incidence of food-borne disease outbreaks in Taiwan from 1996 to 1999. J Clin Microbiol. 38 (12), 4621-4625 (2000).
- Zhou, G., et al. PCR methods for the rapid detection and identification of four pathogenic Legionella spp. and two Legionella pneumophila subspecies based on the gene amplification of gyrB. Appl Microbiol Biotechnol. 91 (3), 777-787 (2011).
- Chen, J., Tang, J., Liu, J., Cai, Z., Bai, X. Development and evaluation of a multiplex PCR for simultaneous detection of five foodborne pathogens. J Appl Microbiol. 112 (4), 823-830 (2012).
- LeBlanc, J. J., et al. Switching gears for an influenza pandemic: validation of a duplex reverse transcriptase PCR assay for simultaneous detection and confirmatory identification of pandemic (H1N1) 2009 influenza virus. J Clin Microbiol. 47 (12), 3805-3813 (2009).
- Mahony, J. B., Chong, S., Luinstra, K., Petrich, A., Smieja, M. Development of a novel bead-based multiplex PCR assay for combined subtyping and oseltamivir resistance genotyping (H275Y) of seasonal and pandemic H1N1 influenza A viruses. J Clin Virol. 49 (4), 277-282 (2010).
- Alvarez, M. M., et al. Specific recognition of influenza A/H1N1/2009 antibodies in human serum: a simple virus-free ELISA method. PLoS One. 5 (4), e10176 (2010).
- Huang, C. J., Dostalek, J., Sessitsch, A., Knoll, W. Long-range surface plasmon-enhanced fluorescence spectroscopy biosensor for ultrasensitive detection of E. coli O157:H7. Anal Chem. 83 (3), 674-677 (2011).
- Zhang, J., et al. Rapid visual detection of highly pathogenic Streptococcus suis serotype 2 isolates by use of loop-mediated isothermal amplification. J Clin Microbiol. 51 (10), 3250-3256 (2013).
- Han, F., Wang, F., Ge, B. Detecting potentially virulent Vibrio vulnificus strains in raw oysters by quantitative loop-mediated isothermal amplification. Appl Environ Microbiol. 77 (8), 2589-2595 (2011).
- Wang, J., et al. Rapid detection of pathogenic bacteria and screening of phage-derived peptides using microcantilevers. Anal Chem. 86 (3), 1671-1678 (2014).
- Banerjee, T., et al. Multiparametric Magneto-fluorescent Nanosensors for the Ultrasensitive Detection of Escherichia coli O157:H7. ACS Infect Dis. 2 (10), 667-673 (2016).
- Shelby, T., et al. Novel magnetic relaxation nanosensors: an unparalleled "spin" on influenza diagnosis. Nanoscale. 8, 19605-19613 (2016).
- Bui, M. P., Ahmed, S., Abbas, A. Single-Digit Pathogen and Attomolar Detection with the Naked Eye Using Liposome-Amplified Plasmonic Immunoassay. Nano Lett. 15 (9), 6239-6246 (2015).
- Farnleitner, A. H., et al. Rapid enzymatic detection of Escherichia coli contamination in polluted river water. Lett Appl Microbiol. 33 (3), 246-250 (2001).
- Huh, Y. S., Lowe, A. J., Strickland, A. D., Batt, C. A., Erickson, D. Surface-enhanced Raman scattering based ligase detection reaction. J Am Chem Soc. 131 (6), 2208-2213 (2009).
- Jayamohan, H., et al. Highly sensitive bacteria quantification using immunomagnetic separation and electrochemical detection of guanine-labeled secondary beads. Sensors (Basel). 15 (5), 12034-12052 (2015).
- Kaittanis, C., Naser, S. A., Perez, J. M. One-step, nanoparticle-mediated bacterial detection with magnetic relaxation. Nano Lett. 7 (2), 380-383 (2007).
- Meeker, D. G., et al. Synergistic Photothermal and Antibiotic Killing of Biofilm-Associated Staphylococcus aureus Using Targeted Antibiotic-Loaded Gold Nanoconstructs. ACS Infect Dis. 2 (4), 241-250 (2016).
- Wang, Y., Ye, Z., Si, C., Ying, Y. Subtractive inhibition assay for the detection of E. coli O157:H7 using surface plasmon resonance. Sensors (Basel). 11 (3), 2728-2739 (2011).
- Zhao, X., et al. A rapid bioassay for single bacterial cell quantitation using bioconjugated nanoparticles. Proc Natl Acad Sci U S A. 101 (42), 15027-15032 (2004).
