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Embora a cultura das fezes para Campylobacter seja imprecisa, ela ainda é considerada o padrão-ouro para identificação. Métodos para determinar o limite de detecção e sobrevivência em meios de transporte de C. jejuni em fezes humanas são descritos e comparados com um novo imunoensaio com melhor precisão.
Uma cultura de fezes humanas para o diagnóstico de doença intestinal baseada em Campylobacterleva vários dias, uma espera que tributa a fortaleza do médico e do paciente. Uma cultura também é propensa a resultados falsos negativos da perda aleatória de viabilidade durante o manuseio de amostras, crescimento excessivo de outras flora fecal, e baixo crescimento de várias espécies patogênicas de Campylobacter na mídia tradicional. Esses problemas podem confundir decisões clínicas sobre o tratamento do paciente e limitar ambulatos de responder a questões fundamentais sobre o crescimento e infecções de Campylobacter. Descrevemos um procedimento que estima o limite inferior de números bacterianos que podem ser detectados por uma cultura e um método para quantificar a sobrevivência de C. jejuni em mídia utilizada para o transporte deste organismo frágil. Conhecendo essas informações, torna-se possível estabelecer limiares de detecção clinicamente relevantes para testes diagnósticos e abordar questões não estudadas sobre se a colonização não sintomática é prevalente, se a coinfecção com outros patógenos entéricos é comum ou se a carga bacteriana se correlaciona com sintomas ou sequelas graves. O estudo também incluiu testes de 1.552 amostras diarelanas diarelais prospectivas que foram inicialmente classificadas pela cultura convencional e posteriormente testadas por um novo imunoensaio enzimático. Amostras positivas e discrepantes foram então examinadas por quatro métodos moleculares para atribuir status verdadeiro-positivo ou verdadeiro-negativo. Os 5 métodos não culturais mostraram total concordância em todos os 48 espécimes positivos e discrepantes, enquanto a cultura identificou mal 14 (28%). Os espécimes que foram incorretamente identificados pela cultura incluíram 13 amostras falsas negativas e 1 falsa amostra positiva. Este protocolo básico pode ser usado com vários Campylobacter spp. e permitirá que os números de bactérias Campylobacter que produzem sintomas de gastroenterite em humanos sejam determinados e que as taxas de prevalência sejam atualizadas.
O Centro de Controle de Doenças dos Estados Unidos (CDC) publicou recentemente que o programa de vigilância da Foodborne Diseases Active Surveillance Network (FoodNet) relatou 9.723 casos de infecções por Campylobacter diagnosticadas em laboratório em 20181. Isso representa um aumento de 12% nos relatos de casos de Campylobacter ao longo de 2015-20171. Em todo o mundo, campylobacter spp. estão entre as infecções intestinais bacterianas mais comuns2. No entanto, suspeita-se que os números de doenças intestinais baseadas em Campylobacterque ocorrem a cada ano sejam subnotificados3. Essa subestimação é previsível porque a maioria dos pacientes pode se recuperar apenas com desconforto moderado e sem tratamento médico. No entanto, para pacientes com sintomas mais graves ou que apresentam maior risco para doenças graves e que, em seguida, procuram atendimento médico, a cultura das fezes é o método mais comum para avaliar se campylobacter é o patógeno que está causando seu sofrimento4.
Para Campylobacter spp., a cultura das fezes é particularmente problemática. Os organismos patogênicos mais comuns, C. jejuni, C. coli, C. upsaliensis e C. lari, são microaerofilic5. Isso significa que as bactérias morrerão aleatoriamente, taxas desconhecidas uma vez expostas ao ar. O tempo entre a coleta de espécimes e a configuração da cultura torna-se, assim, uma variável descontrolada na capacidade de detectar Campylobacter viável spp. por cultura.
Para a cultura direta de espécimes fecais, o crescimento lento de Campylobacter também é um problema. As colônias de campylobacter são muito pequenas mesmo após 48 h de incubação e podem ser facilmente cobertas por organismos concorrentes na matriz fecal. Placas que contêm antibióticos aos quais a maioria das cepas de C. jejuni e C. coli são amplamente utilizadas são amplamente utilizadas, pois os antibióticos inibem o crescimento de muitas (mas não todas) bactérias fecais concorrentes, permitindo melhor visualização das colônias de Campylobacter 6. No entanto, outras espécies de Campylobacter, como C. lari e C. upsaliensis são sensíveis a alguns desses antibióticos, e ou crescem mal ou não. Isso contribui para a subnotificação de infecções por Campylobacter a partir dessas espécies sensíveis a antibióticos7.
Há uma terceira razão pela qual uma cultura para Campylobacter pode ser imprecisa. As bactérias, quando estressadas, podem permanecer viáveis, mas podem se tornar "não culturaveis"8. Isso, por definição, significa que a cultura não detectará as bactérias presentes na amostra. Quantas vezes isso ocorre não é conhecido8.
Dadas essas questões potenciais com a cultura, usamos múltiplos métodos de referência de comparação para que os resultados de cultura defeituosos não fizessem com que um único ensaio comparador parecesse impreciso9. Os métodos de cultura utilizados (por exemplo, placas seletivas de Campylobacter,meio de transporte, sachês geradores de gás) foram escolhidos por serem amplamente utilizados em laboratórios clínicos para a cultura de amostras de fezes10.
Os protocolos de cultura descritos aqui foram desenvolvidos porque o menor número de Campylobacter jejuni que poderia ser detectado pela cultura em fezes humanas não era conhecido. Embora tenham sido publicadas estimativas para números de unidades formadoras de colônias (UFC) presentes nas fezes de aves11,esses resultados não podem ser equiparados a fezes humanas, pois Campylobacter spp. são commensalidades em galinhas, e não causam diarreia. Essas informações fundamentais são necessárias para estabelecer o número de bactérias Campylobacter que produzirão sintomas de gastroenterite em humanos e para comparar a virulência entre cepas ou espécies.
1. Enumeração de Campylobacter em Espécimes Fecais Humanos Inventados
NOTA: Todas as etapas são realizadas utilizando técnica estéril e materiais em uma folha de proteção descartável dentro de uma capa de segurança de fluxo laminar desinfetada.
ATENÇÃO: Campylobacter vivo são infecciosos e podem causar doenças, incluindo diarreia. Use luvas, um jaleco e óculos de segurança sempre que manusear bactérias. Não faça pipeta bucal. Descarte todo o material que tenha contatado bactérias em recipientes de risco biológico adequados.
2. Determinação de viabilidade do Campylobacter Armazenado em Mídia de Transporte
3. Ensaios não culturais para verificar resultados de cultura
Identificar colônias de Campylobacter spp. entre a flora fecal concorrente requer visão aguçada e julgamento considerável. O menor número de colônias que podem ser detectadas pela cultura não foi estudado, embora os espécimes de pacientes tenham sido estimados para abrigar 106-109 UFC/mL16,17. No entanto, as amostras dos pacientes não podem ser utilizadas quantitativamente, pois não há um método independente para estabelecer números bacterianos precisos. Para superar essa limitação, duas medidas simultâneas são feitas com um estoque bacteriano. Um teste é usado para detecção visual de colônias de Campylobacter a partir de diluições seriais das bactérias de estoque em uma matriz fecal, simulando amostras clínicas; o outro é usado analiticamente para quantificar o CFU/mL presente na cultura de estoque bacteriano utilizada para espiar(Figura 2A).
Os limiares de detecção de Campylobacter não serão definidos. Isso é de se esperar porque cada matriz fecal é complexa e única, e o crescimento de bactérias é variável. Um parâmetro-chave para o sucesso é identificar as colônias de tamanho sumido entre a flora fecal concorrente. Uma placa representativa de cultura de fezes cravadas é mostrada na Figura 2C e Figura 2D. A placa de controle negativa sem adição de Campylobacter é importante para ajudar a identificar outras flora fecal. Coloração de gram muitos candidatos também treina o olho para distinguir as colônias brilhantes corretas e a cor rosa intermediária de bactérias gram-negativas manchadas de fúcsina e confirma a morfologia das bactérias nas colônias selecionadas(Figura 2B). Foram realizados sete experimentos independentes, utilizando 5 caldos C. jejuni e 2 C. coli, e deram limiares que se sobrepuseram e se estenderam de 0,3-5 x 106 CFU/mL. Consulte a Tabela 2 para obter dados típicos. Os limites de detecção foram em média 2 x 106 para C. jejuni e 1,2 x 106 UFC/mL para C. coli. Isso indica que a cultura pode provavelmente detectar ~1−2 x 106C. jejuni ou C. coli por grama de espécime fecal em análo específico de Campylobacterpadrão contendo antibióticos usados por muitos laboratórios clínicos. Existem vários ágaros especializados com antibióticos diferentes que podem dar diferentes limiares para detecção de colônias. Os métodos aqui descritos devem incentivar estudos mais quantitativos e comparativos para melhorar a precisão da cultura e ampliar a versatilidade das novas mídias. Por exemplo, 152 colônias foram contadas nas primeiras 10-5 placas e 144 colônias na segunda placa10-5. A média entre as duas placas é de 148 colônias. As placas foram inoculadas com 0,1 mL (100 μL) de 10-5 diluição, que pela Equação 1 equivale a 148 x 106 (14,8 x 107) UFC/mL no estoque de cultura pura. Quando as diluições fecais foram feitas, a cultura foi cravada em piscina fecal negativa a uma proporção de 1:1. Portanto, pela Equação 2, o primeiro ponto (placa "a") na curva fecal corresponde a 14,8 x 107 dividido por 2 e equivale a 7,4 x 107 UFC/mL. Este tubo "a" é usado para fazer 9 diluições adicionais. Na Figura 1,a última diluição com uma colônia grama-negativa visível com morfologia semelhante a Campylobacterestá na placa "g". Isso equivale a 1,1 x 106 UFC/mL para o limiar de cultura fecal de detecção neste exemplo.
Embora a viabilidade sustentada seja fundamental para a precisão da cultura, a retenção da viabilidade do Campylobacter spp. durante o manuseio e envio de espécimes de pacientes para clínicas para laboratórios de referência é problemática. O armazenamento típico é refrigerar espécimes em tubos com tampa comum com exposição ao ar e sem atmosfera especial. Acredita-se que os espécimes em meios de transporte (também conhecidos como amostras preservadas) tenham melhor sobrevida, mas há poucos relatórios que fornecem dados quantitativos18.
A combinação de métodos amostrais analíticos e inventados mostrados acima foi novamente utilizada para obter estimativas de viabilidade e tempo de sobrevivência de C. jejuni em meios de transporte. Um caldo de estoque bacteriano foi usado para preparar dez diluições de amostras duplicadas de duas a 1024 vezes em matriz fecal. O caldo inicial foi encontrado pelas contagens analíticas com concentração de 4,8 x 107 UFC/mL. Nas placas feitas no dia 0, C. jejuni foi detectado (2 dias depois) na placa com a diluição de 32 vezes, equivalente a 1,5 x 106 UFC/mL. No entanto, nas placas feitas após a refrigeração da amostra fecal de Cary Blair por 24 horas, apenas a diluição de duas vezes (equivalente a 2,4 x 107 UFC/mL) cresceu colônias visíveis. Nenhuma perda adicional de viabilidade foi observada até 96 horas, quando o estudo foi interrompido. Essa perda de viabilidade equivale a 16 vezes (94%) perda de organismos culturais em menos de 24 horas e indica que, mesmo com refrigeração, fezes no meio Cary Blair com menos de 107 UFC/mL C. jejuni podem ser perdidos pela cultura.
Em contraste com os resultados da cultura, o EIA detectou a presença de C. jejuni na diluição de 256 vezes no ponto de tempo inicial e durante o período de teste de 4 dias. O limiar de detecção de C. jejuni para este EIA utilizando amostras fecais cravadas é de 8,4 x 104 UFC/mL. Este limiar está abaixo do da cultura fecal e permite uma detecção mais sensível e estável de C. jejuni.
Para testar a capacidade da cultura de detectar Campylobacter spp. em um ambiente clínico real, 1.552 amostras de fezes clínicas foram caracterizadas por 6 procedimentos: cultura fecal, um novo imunoensaio para Campylobacter spp., e 4 métodos moleculares. Todas as amostras foram coletadas prospectivamente e inicialmente classificadas pela cultura convencional em 3 laboratórios nos Estados Unidos, e depois cruzadas pelo EIA. Quaisquer espécimes culturais positivos ou EIA/cultura-discrepante foram então examinados pelos métodos moleculares12. Os espécimes foram atribuídos um status verdadeiro-positivo ou verdadeiro-negativo com base nos resultados dos 5 métodos não culturais. Os 5 métodos não culturais mostraram total concordância em todos os 48 espécimes positivos e discrepantes, enquanto a cultura identificou erroneamente 14 (28%). Os espécimes que foram incorretamente identificados pela cultura incluíram 13 amostras falsas negativas e 1 falsa amostra positiva.
Figura 1: Esquema para preparação simultânea de amostras fecais analíticas e cravadas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Identificação de colônias C. jejuni de culturas puras e fecais. (A)Fotografia de colônias C. jejuni de cultura bacteriana pura após 72 horas de incubação. (B) Mancha grama de C. jejuni de cultura bacteriana pura, ampliação 400x de imersão de óleo. (C) Fotografia de C. jejuni-cultura fecal positiva cravada após 48h de incubação. (D) Área ampliada em caixa em (C), ampliação de 10x. As setas brancas indicam o tamanho do ponto de pino gram-negativo c. jejuni colônias. A ponta da seta preta indica uma colônia ligeiramente maior, gram-positiva, e não C. jejuni. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Culturas | OD600 @ T0 | OD600 @ T Final1 | Final CFU/mL |
C. jejuni | 0.146 | 0.321 | 1.28 x 107 |
C. coli | 0.245 | 0.508 | 4,50 x 108 |
Tabela 1: Crescimento típico e CFU/mL dos estoques C. jejuni e C. coli. 1C. a cultura jejuni foi interrompida após 48h de incubação. A cultura c. coli foi interrompida após 54 h de incubação.
Tubo de diluição para amostra fecal cravada | Número de colônias semelhantes a Campylobacter | Número de colônias gram-negativas1 | Cultura positiva? | CFU/mL calculado de amostra cravada | |
C. jejuni (1,28 x 108 ações de UFC/mL) | (2 vezes) a | Densa | dia2 | Sim | 6.40 x 107 |
(4 vezes) b | 20+ | Nd | Sim | 3.20 x 107 | |
(8 vezes) c | 4-10 | Nd | Sim | 1,60 x 107 | |
(16 vezes) d | Nd | Sim | 8,00 x 106 | ||
(32 vezes) e | Nd | Sim | 4,00 x 106 | ||
(64 vezes) f | 1-3 | 1 de 2 | Sim | 2,00 x 106 | |
(128 vezes) g | 2 de 3 | Sim | 1,00 x 106 | ||
3(256 vezes) h | 1 de 2 | Sim | 5,00 x 105 | ||
(512 vezes) i | 0 de 1 | Não | 2,50 x 105 | ||
(1024 vezes) j | 0 | Nd | Não | Nfp | |
C. coli (4,50 x 108 estoque de UFC/mL) | (2 vezes) a | Densa | Nd | Sim | 2.25 x 108 |
(4 vezes) b | Nd | Sim | 1.13 x 108 | ||
(8 vezes) c | Mais de 50 anos | Nd | Sim | 5.63 x 107 | |
(16 vezes) d | 30+ | Nd | Sim | 2,81 x 107 | |
(32 vezes) e | 10+ | Nd | Sim | 1.41 x 107 | |
(64 vezes) f | 3-8 | Nd | Sim | 7.03 x 106 | |
(128 vezes) g | Nd | Sim | 3,52 x 106 | ||
3(256 vezes) h | 1-3 | 1 de 3 | Sim | 1,76 x 106 | |
(512 vezes) i | 0 de 1 | Não | 8.79 x 105 | ||
(1024 vezes) j | 0 | Nd | Não | Nfp |
Tabela 2: Números típicos de colônias em placas de amostras fecais cravadas. 1 Gramas colônias negativas entre colônias semelhantes a Campylobacter, 2nd = não determinadas, 3Dados em negrito indicam a última diluição positiva.
Espécie | Alvo genético |
C. jejuni | hipO |
C. coli | cadF |
C. upsaliensis | cpn60 |
Lari | cpn60 |
C. helveticus | cpn60 |
C. feto | cpn60 |
C. hyointestinalis | cpn60 |
C. concisus | cpn60 |
Tabela 3: Genes úteis para detecção de espécies individuais de Campylobacter qPCR.
Os métodos de cultura descritos aqui são construídos em técnicas e materiais simples e amplamente utilizados disponíveis na maioria dos laboratórios10. É a combinação de amostras analíticas e inventadas que fornecem novas informações de um limiar de detecção clinicamente relevante para culturas fecais. Além disso, o julgamento dos resultados culturais com 5 ensaios separados reforça as conclusões de que a cultura fecal de Campylobacter identifica mal uma parcela significativa dos espécimes dos pacientes. O EIA e os ensaios moleculares são úteis como controles porque cada um deles é baseado em um princípio diferente (interação de antígenos com amplificação de anticorpos versus DNA) e, importante, não dependem da viabilidade das bactérias. Note que o ensaio EIA utilizado para esses estudos é bem validado e mostrou-se plenamente condizente com 4 testes moleculares12.
A cultura de Campylobacter spp. é particularmente problemática, com sensibilidade relatada para variar de 60-76%19,20, e como evidente a partir de sua taxa de ~30% de falha para detectar espécimes verdadeiro-positivos aqui. O pessoal pode esperar que o controle do EIA e os testes moleculares frequentemente produzam resultados positivos quando os dados da cultura são negativos.
O passo mais crítico do protocolo é a identificação de colônias de pin-point entre a flora fecal concorrente. Não é incomum, como diluições próximas ao limiar de detecção, ter estimativas alternadas de contagem de colônias zero e não zero (por exemplo, 2, 0, 1, 0, 0). É importante reconhecer que os limiares de cultura serão uma gama de concentrações, não uma CFU/mL específica. No entanto, a estimativa de ~1 x 106 fezes de UFC/mL como um limite inferior para detecção de cultura se compara bem com os relatos de que os humanos infectados derramaram 106 a 109Campylobacter por grama de fezes21. Alterações em antibióticos ou placas de ágar e variações inevitáveis em amostras fecais individuais, sem dúvida, mudarão os valores limiares. Este protocolo deve permitir melhorias na mídia de crescimento.
Esta primeira informação sobre um limite para detecção de cultura permite estabelecer limiares clinicamente relevantes para testes diagnósticos, e estabelece a base microbiológica que é necessária para abordar questões não estudadas do transporte não sintomático22,23 por Campylobacter,ou se a carga bacteriana se correlaciona com sintomas ou sequelas graves.
Os autores são funcionários da TECHLAB, Inc. que produz o quik chek™ kit usado como comparador neste artigo.
Esses estudos foram financiados pela TECHLAB, Inc.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Anaerobic 3.5L Jar | Thermo Fisher | HP0031A | |
AnaeroGRO Campylobacter Selective Agar | Hardy Diagnostics | AG701 | |
Bacto Brain Heart Infusion | BD Biosciences | 237500 | |
Bacto Protease Peptone | Life Technologies Corp | 211684 | |
Basic Fuchsin | Fisher Scientific | B12544 | |
BBL Trypticase Peptone | Life Technologies Corp | 211921 | |
C. coli Type strain | ATCC | 33559 | |
C. jejuni Type strain | ATCC | 33560 | |
CampyGen gas generating system sachet | Thermo Fisher | CN0025A | |
Campylobacter QUIK CHEK | TechLab, Inc. | T5047 / T31025 | |
Cary-Blair transport medium | Fisher Scientific | 23-005-47 | |
Coli Roller Sterile plating beads | Millipore Sigma | 71013 | |
Dilution Buffer | Anaerobe Systems | AS-908 | |
Fetal bovine serum | Equitech-Bio, Inc | SFBM30 | |
Sodium bisulfite | Sigma-Aldrich | 243973 | |
Sodium pyruvate | Sigma-Aldrich | P2256 | |
Spectrophotometer cuvettes | USA Scientific | 9090-0460 |
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