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* Questi autori hanno contribuito in egual misura
L'obiettivo di questo protocollo è quello di rilevare diversi Clostridium perfringens tossinotipi negli alimenti acquistati localmente, in particolare la tossina epsilon che produce i tipi di ceppo B e D, senza l'uso di camere anaerobiche.
Clostridium perfringens (C. perfringens) è un prolifico produttore di tossine e causa una vasta gamma di malattie in vari ospiti. C. perfringens è classificato in cinque diversi tossinotipi di tossinotipi, da A a E, sulla base del carrello di quattro geni della tossina principali. La prevalenza e la distribuzione di questi vari tossinotipi è poco studiata, in particolare la loro pervasività nel cibo al dettaglio americano. Di particolare interesse per noi sono i ceppi di tipo B e D, che producono tossina a epsilon, una tossina estremamente letale suggerita come il trigger ambientale della sclerosi multipla negli esseri umani. Per valutare la presenza di diversi c. perfringens tossinotipi in vari campioni di alimenti, abbiamo sviluppato un metodo semplice per coltivare selettivamente questi batteri senza l'uso di un sistema di contenitori anaerobici che coinvolge solo tre fasi di coltura. Il cibo viene acquistato presso i negozi di alimentari locali e trasportato in laboratorio in condizioni ambientali. I campioni vengono macinati e inoculati in mezzi di perfligitura rapidi modificati (RPM) e incubati durante la notte a 37 gradi centigradi in un tubo conico sigillato e ermetico. Le colture notturne vengono inoculate su uno strato inferiore di solido agar di sulfitto di trytoso (TSC), e poi sovrapposte con uno strato superiore di agar TSC fuso, creando un ambiente anaerobico "sandwiched". Le piastre di agar vengono incubate durante la notte a 37 gradi centigradi e poi valutate per l'aspetto di colonie nere che riducono il solfuro. C. perfringens-presuntocolonie vengono rimossi dall'agar TSC utilizzando contagocce sterili, e inoculato in RPM e sub-colmato durante la notte a 37 gradi centigradi in un tubo conico ermetico. Il DNA viene estratto dalla sottocultura RPM e quindi analizzato per la presenza di c. perfringens i geni della tossina tramite la reazione a catena della polimerasi (PCR). A seconda del tipo di alimento campionato, in genere il 15-20% dei campioni risulta positivo a C. perfringens.
Il Clostridium perfringens (C. perfringens) è un batterio a forma di asta grammo positivo, anaerobico, formato spore, che si trova onnipresente nell'ambiente. Questa specie di batteri trasporta geni che codificano per oltre 17 tossine e, storicamente, è stata caratterizzata in cinque tossinotipi (A-E) basati sulla presenza di quattro diversi geni della tossina: alfa, beta, epsilon e tossina iota (Tabella 1)1. Recentemente, è stato suggerito che questo schema di battitura deve essere ampliato per includere i tipi F e G, che ospitano il C. perfringens enterotoxin (CPE) e netB tossina, rispettivamente2. Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche prima che questo sistema di intrighi sia formalmente accettato. Mentre il gene della tossina alfa è rigorosamente localizzato in cromosomi, il gene CPE può essere trovato sia sul cromosoma che sui plasmidi. In confronto, i geni rimanenti delle tossine si trovano su vari plasmidi di dimensioni diverse. Siamo particolarmente interessati alla prevalenza di C. perfringens tipi B e D poiché questi ceppi producono tossina a epsilon, una tossina estremamente potente e formata dai pori, che è stata suggerita per svolgere un ruolo nell'innesco della sclerosi multipla (MS) negli esseri umani3 ,4,5,6,7. Come le persone si infettano o colonizzati da questi ceppi è sconosciuto. Una possibile spiegazione è attraverso il consumo di prodotti alimentari contaminati. Per aiutare a rispondere a questa domanda, abbiamo cercato di determinare la prevalenza di diversi tossicotipi di C. perfezione nei campioni alimentari americani.
La presenza di C. perfringens tossinotypes nei campioni alimentari americani è poco studiata e spesso richiede l'uso di sistemi di contenitori anaerobici e numerosi passaggi sub-culturanti8,9,10,11 . Sebbene siano necessarie numerose fasi di sub-coltura per ottenere isolati purificati, questo metodo può portare alla perdita di plasmidi nel tempodi 12,13,14, con possibili effetti di rilevamento di geni di tossina trasmessi da plasmide compreso il gene della tossina epsilon. Abbiamo cercato di sviluppare un metodo semplice, con meno passaggi sub-coltura, per la coltura C. perfringens selettivamente senza l'uso di camere anaerobiche, barattoli o sacchetti. In breve, i campioni di cibo vengono inoculati in Rapid Perfringens Media (RPM) durante la notte (ON), quindi "sandwiched" in TSC agar e incubato ON. Le colonie sospettate di essere C. perfringens vengono poi sub-coltivate in RPM e incubate di nuovo ON. Il DNA viene estratto e la PCR eseguita per determinare il genotipo (Figura 1). Abbiamo scelto di utilizzare RPM come è stato dimostrato per aumentare il recupero di ceppi C. perfringens da campioni di cibo rispetto ad altri supporti più standard15. Inoltre, l'RPM è stato utilizzato con successo per isolare una tossina epsilon che produce ceppo B di tipo B da un paziente MS4 . Usiamo una versione modificata di RPM invece della versione originale per consentire una facile estrazione del DNA. Sebbene questo metodo consenta una facile identificazione dei geni delle tossine all'interno dei campioni, è possibile che un singolo campione contenga più di un tossinotipo C. perfringens. Poiché il nostro metodo non isola i ceppi purificati utilizzando più cicli di purificazione, l'identificazione di più tossinotipi da un campione non è possibile. Tuttavia, le tecniche standard di purificazione (tipicamente striature su piastre TSC o piastre di agar di sangue) possono essere applicate alla fine del nostro protocollo per ottenere colture purificate.
NOTA: C. perfringens è considerato un organismo di livello 2 (BSL2) di pericolo di biosicurezza. Anche se non tutti i campioni di cibo conterranno C. perfringens, tutti i campioni coltivati dovrebbero essere trattati come tali. Tutte le precauzioni adeguate e le attrezzature protettive per il personale (PPE) devono essere indossate in ogni momento. Decontaminare tutto il materiale prima dello smaltimento.
1. Preparare l'RPM modificato4,15
2. Raccolta di campioni e incubazione RPM
3. TSC "sandwich" placcatura
4. Sottocoltura di colonie che riducono il solfato
5. Estrazione del DNA
6. Rilevamento di c. perfringens tramite genotipizzazione PCR
Utilizzando questo metodo, il 15-20% dei nostri alimenti campionati risulta positivo a C. perfringens. Mentre la maggior parte dei ceppi sono positivi per il tossinotipo A, abbiamo rilevato con successo sia il tipo B che il D nei campioni di alimenti. In un articolo pubblicato in precedenza abbiamo testato un totale di 216 campioni di cibo acquistati dai negozi al dettaglio di New York16 (Tabella 3). Questi campioni includevano vari campioni di carne (manzo, agnello, maiale e agnello), campioni di pollame (pollo e tacchino) e campioni di pesce (baccalà, salmone, crostacei, dentice, passera, calamari, tilapia, tonno e vari altri pesci). Sono stati testati anche campioni di prodotti e latticini. Su 216 campioni, 34 (16%) sono stati positivi per C. perfringens. Dei 34 campioni positivi perfringens, 31 campioni (91,2%) contiene la tossina alfa, un campione (2,9%) conteneva la tossina alfa, beta ed epsilon, e due campioni (5,9%) contenente la tossina alfa ed epsilon.
È interessante notare che abbiamo anche scoperto che C. perfringens era più prevalente come cellule vegetative rispetto alle spore. Venticinque campioni sono stati confrontati per la presenza di cellule o spore C. perfezionive. Le spore sono state selezionate per campioni di shock termico a 85 gradi centigradi per 15 min. Dei 25 campioni testati, il 16% era positivo per i ceppi di C. perfringens vegetativi contro il 4% per le spore. Ciò indica che può essere più conveniente testare solo per le cellule vegetative invece di entrambi.
Figura 1: Panoramica della procedura.
I campioni di cibo vengono macinati e diluiti in PBS sterili. La metà del campione di alimenti PBS viene inoculata in RPM per selezionarla per le cellule vegetative. Il restante campione di PBS-food è scioccato a 85 gradi centigradi per 15 minuti per selezionare le spore prima dell'inoculazione in RPM. Le colture vengono incubate ON a 37 gradi centigradi e poi placcate in agar TSC. L'agar TSC è incubato ON a 37 gradi centigradi e le colture nere che riducono il solfato sono sottocoltivate in nuovi RPM. Le colture RPM subcoltivate sono incubate su a 37 gradi centigradi e il DNA viene estratto per eseguire la genotipizzazione tramite PCR. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Schematica della tecnica di panino agar TSC.
I supporti RPM contenenti i batteri C. perfringens sono placcati tra due strati di agar TSC al fine di promuovere un ambiente anaerobico. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Risultati PCR selezionati.
Immagini di esempio dei risultati di genotipizzazione di C. perfringens from seven different types of food, e un controllo positivo di C. perfringens tipo B. Per approssimare le dimensioni dei risultati PCR in coppie di basi (bp) è stata utilizzata una scala di peso molecolare (prima corsia di ogni gel). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Tossinotipo | alfa m inv f inv | Beta | Epsilon | Iota | Cpe | Rete | |
dimostrare | un | + | - | - | - | - | - |
B | + | + | + | - | - | - | |
sec | + | + | - | - | + | - | |
d | + | - | + | - | + | - | |
E (in questo modo | + | - | - | + | + | - | |
Proposto | F | + | - | - | - | + | - |
grammo | + | - | - | - | - | + | |
- presente - non presente Può essere presente o meno |
Tabella 1: Panoramica di C. perfringens genotipi. Un grafico delle combinazioni di tossine prodotte da ogni C. perfezioni tossinotipo.
bersaglio | Coppie Primer | Prodotto PCR previsto (bp) |
alfa m inv f inv | F: GCT AAT GTT ACT GCC GTT GA R: CCT CTG ATA CAT CGT GTA AG | 325 |
Beta | F: GCG AAT ATG CTG AAT CAT CTA R: GCA GGA ACA TTA GTA TAT CTT C | 196 |
Epsilon | F: GCG GTG ATA TCC ATC TAT TC R: CCA CTT ACT TGT CCT ACT AAC | 655 |
16s RNA | F: AGA GTT TGA TCC TGG CTC A R: GGT TAC CTT GTT ACG ACT T | 1300 DOLLARI |
Tabella 2: Primer e prodotti PCR previsti per determinati geni tossini. Primer utilizzati nel passaggio di genotipizzazione PCR.
Tipo di cibo | Tipo A | Tipo B | Tipo C | Tipo D | C. perf | |||||||
tossina alfa positiva | tossina alfa, beta ed epsilon positiva | tossina alfa e beta positiva | tossina alfa ed epsilon positiva | |||||||||
N | N | % | N | % | N | % | N | % | N | % | ||
carne | manzo | 38 | 8 | 21% | 1 | 3% | 0 | 0% | 0 | 0% | 9 | 24% |
agnello | 10 | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | |
maiale | 15 | 2 | 13% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 2 | 13% | |
misto | 1 | 1 | 100% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 1 | 100% | |
totale m parziale | 64 | 11 | 17% | 1 | 2% | 0 | 0% | 0 | 0% | 12 | 19% | |
pollame | pollo | 19 | 5 | 26% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 5 | 26% |
Turchia | 7 | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | |
totale m parziale | 26 | 5 | 19% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 5 | 19% | |
pesce | merluzzo | 4 | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% |
misto | 1 | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | |
salmone | 11 | 2 | 18% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 2 | 18% | |
shelfish | 32 | 1 | 3% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 1 | 3% | |
Snapper | 4 | 3 | 75% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 3 | 75% | |
dibatte | 12 | 4 | 33% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 4 | 33% | |
calamaro | 4 | 1 | 25% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 1 | 25% | |
Tilapia | 21 | 2 | 10% | 0 | 0% | 0 | 0% | 2 | 10% | 4 | 19% | |
tonno | 3 | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | |
Altro | 8 | 1 | 13% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 1 | 13% | |
totale m parziale | 100 | 14 | 14% | 0 | 0% | 0 | 0% | 2 | 2% | 16 | 16% | |
caseificio | mucca | 3 | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% |
capra | 4 | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | |
latte | 3 | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | |
totale m parziale | 10 | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | |
produrre | verdura | 12 | 1 | 8% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 1 | 8% |
frutto | 1 | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | |
erba aromatica | 3 | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | |
totale m parziale | 16 | 1 | 6% | 0 | 0% | 0 | 0% | 0 | 0% | 1 | 6% | |
totale | 216 | 31 | 14% | 1 | 0.50% | 0 | 0% | 2 | 0.90% | 34 | 16% |
Tabella 3: Prevalenza di diversi C. perfezione tossinotipi di tossinotipi in 216 campioni di alimenti. Un esempio dei risultati ottenuti quando si utilizza questo metodo per testare il cibo al dettaglio per C. perfringens. Questa tabella è stata modificata dal manoscritto pubblicato in precedenza Regan et al.16.
Qui descriviamo un metodo per identificare la prevalenza di C. perfringens nei campioni di alimenti al dettaglio con subcultura limitata e senza l'uso di un sistema di camere anaerobiche. Questo metodo utilizza una combinazione di tecniche per aumentare l'identificazione di C. perfringens da campioni di cibo. Utilizzando una versione modificata dei supporti RPM, permettiamo la crescita selettiva di C. perfringens. Inserendo l'RPM inoculato tra strati di agar TSC, siamo in grado di identificare e isolare i batteri anaerobici che riducono il solfato caratteristico di C. perfringens. Per confermare la presenza di C. perfringens, le colonie che riducono il solfato sono sub-coltivate in RPM freschi. La versione modificata o RPM ci permette di estrarre facilmente il DNA dalle colture, consentendo la conferma PCR di specifici geni tossini. La conferma di C. perfringens campioni di alimenti contaminati può essere raggiunto entro tre giorni.
Nei primi esperimenti, i campioni di cibo sono stati semplicemente inoculati in RPM e il DNA estratto dalle colture ON. Questo metodo ha portato al rilevamento di C. perfringens in un numero limitato di campioni (dati non mostrati). Anche se l'RPM è selettivo per la crescita di C. perfringens, non è esclusivo per la crescita di C. perfringens. Altri batteri resistenti al Gram-positive, D-cycolserine possono ancora crescere in RPM. Abbiamo ipotizzato che la contaminazione da altre specie batteriche possa aver diminuito la nostra rilevazione dei ceppi di C. perfringens diminuendo la sensibilità della nostra analisi PCR nella nostra prima coltura ON RPM. Un passo critico nell'aumentare il rilevamento di C. perfringens è stata l'inclusione della tecnica "sandwich" di agar TSC. Questo ci ha permesso di differenziare e selezionare per colonie anaerobiche che riducono il solfato, caratteristica di C. perfringens. Un passo chiave in questo processo è garantire che lo strato superiore di agar fuso TSC sia a 40 gradi centigradi. Anche se alcuni ceppi di C. perfringens possono crescere a temperature aumentate (46-48 gradi centigradi)15,16, l'aggiunta di agar fuso a temperature aumentate riduce notevolmente la quantità di colture recuperate, per lo più probabilmente a causa della morte cellulare .
Esistono diverse limitazioni potenziali a questo metodo. Come accennato in precedenza, né l'RPM né l'agar TSC selezionano o differenziano esclusivamente per C. perfringens, consentendo la crescita di altre specie batteriche presenti nei campioni di alimenti. Questo può ridurre la sensibilità del saggio da selezionare solo per C. perfrangens. Tuttavia, questa è una limitazione comune in quasi tutte le tecniche di coltura. La conferma di genotipizzazione degli isolati purificati è il metodo migliore per identificare definitivamente C. perfringens e altre specie batteriche. Un'altra limitazione di questo studio è che non testiamo gli isolati purificati. Abbiamo fatto questo intenzionalmente per limitare la quantità di subcultura, come subcolturing ripetuto si teme di provocare perdita di plasmide. Poiché non si isola alla purezza, è possibile che più C. perfringens tossinotypes possano essere presenti nello stesso campione o sottocultura. Se i ricercatori desiderano ottenere isolati purificati, i metodi di purificazione standard possono essere utilizzati sull'ultima coltura RPM descritta in questo metodo; questo richiede in genere l'uso di camere anaerobiche. Anche se originariamente usato per isolare C. perfringens dal cibo, questo metodo può essere utilizzato per identificare e isolare C. perfrangens da una moltitudine di fonti. In particolare, una di queste applicazioni di questo metodo è quella di testare campioni fecali provenienti da esseri umani (o animali) che sono sospettati di essere infettati da C. perfrangenti e tossinotipo dei batteri per comprendere meglio la fonte dell'infezione.
Nessuna divulgazione.
Questa ricerca non ha ricevuto alcun finanziamento specifico da parte del settore pubblico, commerciale o senza scopo di lucro.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
D-Cycloserine | Sigma-Aldrich | C6880 | |
Dextrose | Sigma Life Science | D9434-250G | |
Disposable Transfer Pipets | any brand | Select one with slim tip like Thermo Scientific Disposable Transfer Pipets 137116M/EMD | |
DNeasy Blood & Tissue Kits | Qiagen | 69504 | Note: numerous DNA and plasmid extractions kits were evaluated, this kit gave the most desirable results. |
Dry Incubator | any brand | ||
Fluid thioglycolate medium | Remel | R453452 | |
Gelatin from porcine skin | Sigma Life Science | G1890-500G | |
Individual Primers | Invitrogen | ||
Iron (II) sulfate heptahydrate | Sigma Life Science | F8633-250 G | |
Lysozyme from chicken egg white | Sigma-Aldrich | L6876 | Needed for DNA extraction, not provided in kit |
microcentrifuge tube | any brand | ||
parafilm or plastic wrap | any brand | ||
Peptone from casein and other animal proteins | Sigma-Aldrich | 70173-100G | |
Perfringens Agar Base (TSC + SFP) | Oxoid | CM0587 | Make TSC agar according to instructions |
Potassium phosphate dibasic | Sigma-Aldrich | P2222-100G | |
Sodium chloride | Sigma-Aldrich | S-7653 | |
Sterile Cell Scraper | any brand | ||
Sterile cell Spreader | any brand | ||
Sterile petri dishes | any brand | ||
Supplies and equipment for gel electrophoresis | any brand | ||
table top centrifuge | any brand | ||
Taq PCR Master Mix Kit | Qiagen | 201443 | |
Thermocycler for PCR reaction | any brand | ||
water bath | any brand | ||
Yeast extract | Sigma-Aldrich | 70161-100G |
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