Name: foodborne pathogen screening using magneto-fluorescent nanosensor: rapid detection of e. coli o157:h7
Uploaded: 2017-09-17T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 4 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Foodborne Pathogen Screening Using Magneto-fluorescent Nanosensor: Rapid Detection of E. Coli O157:H7 at JoVE.com

Diese Arbeit wird von K-INBRE P20GM103418, Kansas Soja Kommission (KSC/PSU-1663), ACS PRF 56629-UNI7 und PSU Polymer Chemie-Gründerfonds, alle SS unterstützt. Wir danken der Universität Videofilmer, Herr Jacob Anselmi, für seine hervorragende Arbeit mit dem Video. Wir danken auch Herrn Roger Heckert und Frau Katha Heckert für ihre großzügige Unterstützung für die Forschung.

1. Synthese und Funktionalisierung von multiparametrischen Magneto-fluoreszierende Nanosensoren (MFnS).
<ol><li>Synthese von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (IONPs) <ol><li>zur Vorbereitung der IONP Synthese, bereiten die folgenden 3 Lösungen: Lösung 1: FeCl 3 (0,70 g) und FeCl 2 H 2 O (2 mL), Lösung 2: NH 4 OH (2,0 mL, 13,4 M) H 2 O (15 mL) und Lösung 3: Polyacryl Säure (0,855 g) H 2 O (5 mL).</li>
		<li>Lösung 1 90 µL 2 M Salzsäure (HCl) hinzu und dann mischen Sie mit Lösung 2 sofort beim Aufschütteln bei 875 UPM. Dann fügen Sie Lösung 3. Bereich für 60 min. weiter</li>
		<li>Zentrifuge für 20 min bei 1.620 x g. Zentrifugieren den Überstand für 20 min bei 2.880 x g.</li>
		<li>Reinigen den endgültigen Überstand über Dialyse. Hinzufügen den Überstand auf eine Dialyse-Tasche (MWCO 6 &#8722; 8 K) und legen Sie sie in einen Becher mit Phosphat gepufferte Kochsalzlösung (PBS) (pH = 7,4) und Spin-Bar. Lassen Sie es für 12 h, ersetzen mit frischen Puffer alle 2-3 h einweichen</li>
	</ol></li> <li>Konjugation von Target-spezifische Antikörper auf der Oberfläche des IONPs <ol><li>bereiten die folgenden vier Lösungen: Lösung A: 5 mg 1-Ethyl - 3-(3-Dimethylaminopropyl) Carbodiimide Hydrochlorid (EDC) in 250 µL MES [2-(N- Morpholino) Ethanesulfonic Säure] Puffer (0,1 M, pH = 6,8), Lösung B: 3 mg des N-Hydroxysuccinimide (NHS) in 250 µL MES Puffer (0,1 M, pH = 6,8), Lösung C: 5 µg von IgG1, die E. Coli-mAb in 225 µL des Phosphat-gepufferte Kochsalzlösung (PBS) (pH 7,4) , und Lösung D: 4 mL IONP (5.0 Mmol) in 1 mL PBS (pH 7,4).</li>
		<li>Fügen Sie 2-(N-Morpholino) Ethanesulfonic Säure (MES) Puffer-Lösung A, dann sofort hinzufügen Lösung A Solution D in kleinen Schritten innerhalb von 15 s, invertieren die Lösung nach jeder Zugabe zum Mischen von.</li>
		<li>Beginnen sofort, Lösung B Lösung D in kleinen Schritten über einen Zeitraum von drei Minuten hinzufügen. Mischung durch invertieren die Lösung nach jeder Zugabe.</li>
		<li>Lösung in Schritten von 5 µL Lösung C hinzufügen die Lösung nach jeder Zugabe zum Mischen von invertierenden.</li>
		<li>Reaktion auf weiter für 3 h bei Raumtemperatur und dann weiter die Inkubation über Nacht bei 4 ° C zu ermöglichen.</li>
		<li>Reinigen die resultierende Ab konjugiert IONPs über magnetische Spalte mit PBS (pH = 7,4, Finale [Fe] = 3,5 Mmol), unconjugated Antikörper zu entfernen.
		<ol><li>Der magnetischen Spalte Waschen mit PBS (1 mL). Legen Sie die Spalte auf der Magnetplatte und IONP Lösung hinzufügen.</li>
			<li>Waschen die magnetischen Spalte mit PBS (1 mL) wieder. Entfernen Sie die magnetische Spalte aus magnetischen Platte. Hinzufügen der Spalte PBS und sammeln Sie die Lösung. Shop bei 4 ° C</li></ol></li></ol></li> <li>Kapselung von fluoreszierenden 1,1 &#39; - Dioctadecyl - 3,3,3 &#39;, 3 &#39;-Tetramethylindocarbocyanine Perchlorat (DiI) Farbstoff in die Polyacryl-Säure (PAA)-Beschichtung von der Antikörper konjugiert IONPs mit einem Lösungsmittel-Diffusion-Methode.
	<ol><li>Hinzufügen 4 mL der IONPs, tropfenweise 2.0 µL DiI Farbstoff (2 Mmol) in 100 µL von DMSO mit kontinuierlichen Vermischung bei 1100 u/min.</li>
		<li>Dialyse die resultierende Lösung (MWCO 6-8 KDa, 12 h) gegen PBS, erstellen eine endgültige Lösung der MFnS mit einer endgültigen Eisenkonzentration von [Fe] = 2 Mmol.</li>
	</ol></li> <li>Charakterisierung von MFnS <ol><li>für photometrische Analyse, benutzen Sie einen Platte Reader gekapselte DiI Farbstoff mit Fluoreszenz-Emission bei 595 erkennen nM.</li>
		<li>Dynamische Lichtstreuung <ol><li>legen Sie eine Probe der MFnS Lösung in einem Zetasizer zur Bestimmung der durchschnittlichen Größe und Oberflächenladung der MFnS. 
			Hinweis: Hier die Durchschnittsgröße und Oberflächenladung der funktionalen MFnS erwiesen sich 77.09 nm und-22.3 mV, bzw..</li>
		</ol></li></ol></li></ol> 2. Bakterielle Culturing und Vorbereitung der Lager-Lösung <ol><li>bakterielle Kultivierung <ol><li>Hydrat einen gefriergetrockneten Pellet (E. Coli O157: H7) in 1 mL der Nährbouillon und fügen Sie dann eine zusätzliche 5 mL Brühe.</li>
		<li>Gelten 100 µL dieser Lösung zu einer Nährbodenplatte und Streifen mit Hilfe einer sterilen Impfschlinge, gefolgt von Inkubation bei 37 ° C für 24 h.</li>
		<li>Nach 24 h, wählen Sie eine einzelne Kolonie aus der Agarplatte und eine 15 mL Kultur Brühe hinzufügen. Inkubation bei 37 ° C für ca. 4-6 h, während der Überwachung des optischen Dichte-Wert (Extinktion bei 600 nm).</li>
		<li>Das gewonnene ein optische Dichte-Wert von 0,1 ist Kultivierung zu stoppen, und führen Sie Verdünnungsreihen.</li>
	</ol></li> <li>Verdünnungsreihen <ol><li>Hinzufügen 900 µL Nährbouillon, acht sterile Mikrozentrifugenröhrchen.</li>
		<li>Hinzufügen 100 µL Bakteriensuspension auf das erste Rohr (Verdünnung 10 -1).</li>
		<li>Nehmen 100 µL vom ersten Rohr und fügen Sie es in die zweite, eine Verdünnung von 10 -2 zu erhalten. Dieses Muster für die restlichen Rohre, endend mit einer Endverdünnung von 10 -8 weiter.</li>
		<li>Transfer 100 µL aus jeder Tube Agarplatten zu trennen, und inkubieren Sie für 24 h bei 37 ° c</li>
		<li>Am nächsten Tag zählen die Koloniebildenden Einheiten (KBE) auf jeder Platte. Wählen Sie die Platte mit ~ 100 KBE. Verwenden Sie die entsprechende Verdünnungen für weitere Experimente (100 µL = ~ 100 KBE). 
		Hinweis: Hier war es die 10 -6 Verdünnung, die ~ 100 KBE führten.</li>
	</ol></li></ol> 3. Schnelle Erkennung von E. coli O157: H7 mit MFnS <ol><li>Spike verschiedenen PBS-Lösungen (1 X, pH 7,4, 300 µL) mit steigenden Mengen der 10 -6 bakterielle Lager, wodurch KBE reicht von 1-100. Fügen Sie eine konsistente Menge von MFnS (100 µL) zu diesen Lösungen.</li>
	<li>Schaffen eine Basislösung, die enthält nur PBS (1 X, pH 7,4, 300 µL) und MFnS (100 µL).</li>
	<li>Lösungen für 30 min bei 37 ° C inkubieren und dann auf Raumtemperatur abkühlen lassen.</li>
	<li>Transfer individueller Lösungen für die magnetische Relaxometer (0,47 Tesla) und Datensatzänderungen in Relaxationszeiten (T2) im Verhältnis zu der KBE in jeder Lösung.
	<ol><li>Änderungen in T2 Werte erfassen, beginnen durch die Messung des T2-Wertes der Basislösung, die nur PBS und MFnS enthält.
		<ol><li>Ort die Lösung in der magnetischen Relaxometer. Öffnen Sie die jeweilige Software, wählen Sie die &#34; T2 Entspannung &#34; Einstellung, und drücken Sie &#34; Maßnahme. &#34;</li></ol></li> <li>nach der Auflistung der Baseline T2, T2-Werte der zusätzliche Lösungen, die mit verschiedenen gespickt waren messen Konzentrationen von Bakterien. 
		Hinweis: Die Veränderung der T2 ist äquivalent zum Ausgangswert subtrahiert die Spikes T2 T2.</li>
	</ol></li> <li>Proben aus der magnetischen Relaxometer entfernen und Zentrifugieren der Rohre bei 2880 X g für 10 min.</li>
	<li>Den Überstand abgießen und Aufschwemmen bakterielle Pellets in 100 µL PBS (1 X, pH 7,4).</li>
	<li>Hinzufügen 80 µL jeder Wiederfreisetzung einer 96-Well-Platte und Rekord Fluoreszenz-Intensitäten bei 595 nM. 
	Hinweis: Prüfung wiederholt werden kann mit verschiedenen Lösungsmitteln, einschließlich Seewasser, Milch und andere, wie beschrieben im Abschnitt "Ergebnisse"</li></ol>

<ol>
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Die nachweisliche Anwendung der dieser Nanotechnologie ist noch nicht von der FDA zugelassen.

Dieses Protokoll wurde entwickelt, um voll funktionsfähige MFnS produzieren so einfach wie möglich. Allerdings gibt es viele wichtige Punkte, die bei denen Änderung des Protokolls möglicherweise nützlich, je nach Ziel des Benutzers. Beispielsweise würde die Verwendung von verschiedenen Antikörpern für die Ausrichtung von vielen anderen Krankheitserregern ermöglichen. Darüber hinaus ist dieses Protokoll nicht beschränkt auf die Verwendung von Antikörpern als targeting Moleküle...

Das dauerhafte auftreten der bakteriellen Kontamination in beiden kommerziell produzierte Lebensmittel und Wasser-Quellen müssen zunehmend schnellen und spezifischen diagnostischen Plattformen geschaffen hat. 1 , 2 einige der häufigeren bakterielle Verunreinigungen für Nahrung und Wasser Kontamination verantwortlich sind aus den Salmonellen, Staphylokokken, Listerien, Vibrio, Shigella, Bacillus und Escherichia Gattungen. 3 , 4 bakterielle Kontamination durch diese Erreger häufig führt zu Symptomen wie Durchfall, Fieber, Cholera und Gastroenteritis. 4 Kontamination von Wasser-Quellen oft hat drastische und nachteilige Auswirkungen auf die Gemeinden ohne Zugang zu ausreichend gefiltertes Wasser und Kontamination von Lebensmitteln führte zu zahlreichen Erkrankungen und Produkt-Rückruf-Bemühungen. 5 , 6
Um das Auftreten von Erkrankungen durch bakterielle Kontamination zu reduzieren, wurden eine Reihe von Maßnahmen, Methoden zu entwickeln, mit denen Wasser und Nahrung effizient vor Verkauf oder Verbrauch gescannt werden können. 3 Techniken wie PCR,1,7,8,9,10 ELISA,11,12 Schleife-vermittelten isothermen Verstärkung) Lampe),13,14 u. a.15,16,17,18,19,20,21, 22,23,24 haben vor kurzem für die Erkennung von verschiedenen Krankheitserregern verwendet worden. Im Vergleich zu traditionellen bakterielle Kultivierung Methoden, sind diese Techniken wesentlich effizienter im Hinblick auf Spezifität und Zeit. Diese Techniken kämpfen noch mit falsch positive und negative, komplexe Verfahren und Kosten. 1 , 3 , 25 es ist aus diesem Grund, dass multiparametric Magneto-fluoreszierende Nanosensoren (MFnS) als eine alternative Methode für bakterielle Erkennung vorgeschlagen werden.
Diese Nanosensoren Paaren eindeutig zusammen magnetische Entspannung und fluoreszierende Modalitäten, so dass für eine Dual-Erkennung-Plattform, die eine schnelle und genaue. Mit E. Coli O157: H7 als eine Verunreinigung der Probe, zeigt die Fähigkeit des MFnS, so wenig wie 1 KBE innerhalb von Minuten erkennen. Erreger-spezifischen Antikörper werden verwendet, um die Spezifität zu erhöhen, und die Kombination von magnetischen und fluoreszierenden Modalitäten ermöglicht die Erkennung und Quantifizierung von bakteriellen Verunreinigungen in beiden Bereichen Low - und High-Kontamination. 16 bei bakteriellen Kontamination werden die Nanosensoren um die Bakterien durch die gezielten Fähigkeiten der Erreger-spezifischen Antikörper schwärmen. Die Bindung zwischen der magnetische Nanosensoren und Bakterien schränkt die Interaktion zwischen der magnetischen Eisenkern und die umliegenden Wasser Protonen. Dies bewirkt eine Erhöhung der T2-Relaxationszeiten von magnetischen Relaxometer aufgenommen. Da die Konzentration von Bakterien in Lösung steigt zu zerstreuen die Nanosensoren mit der erhöhten Anzahl von Bakterien, was zu niedrigeren T2-Werten. Im Gegensatz dazu erhöht Fluoreszenzemission proportional mit der Konzentration von Bakterien durch die gestiegene Zahl der Nanosensoren direkt pathogen gebunden. Zentrifugation der Proben und Isolation des bakteriellen Pellets werden nur die Nanopartikel direkt angeschlossen, die Bakterien, entfernen alle schwebenden Nanosensoren und direkt korrelieren die Fluoreszenz-Emission mit der Anzahl der sparen Bakterien in Lösung. Eine schematische Darstellung dieses Mechanismus ist in Abbildung 1dargestellt.
Diese MFnS-Plattform wurde mit Point-of-Care-Screening im Auge, was zu Low-Cost und tragbaren Eigenschaften entwickelt. MFnS sind bei Raumtemperatur stabil und müssen dann nur in sehr geringen Konzentrationen für präzise Erkennung von bakteriellen Verunreinigungen. Darüber hinaus nach der Synthese, Einsatz von der MFnS ist einfach und erfordert nicht die Verwendung von ausgebildeten Fachleuten auf dem Gebiet. Schließlich ermöglicht dieses Diagnoseplattform für hochgradig anpassbare targeting, ein Mittel, durch welche diese eine Plattform verwendet werden, um Krankheitserreger aller Art in vielen verschiedenen Einstellungen zu erkennen.

<table><tbody><tr><td>Ferrous Chloride Tetrahydrate</td><td>Fisher Scientific</td><td>I90-500</td><td></td></tr><tr><td>Ferric Chloride Hexahydrate</td><td>Fisher Scientific</td><td>I88-500</td><td></td></tr><tr><td>Ammonium Hydroxide</td><td>Fisher Scientific</td><td>A669S-500</td><td></td></tr><tr><td>Hydrochloric Acid</td><td>Fisher Scientific</td><td>A144S-500</td><td></td></tr><tr><td>Polyacryllic Acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>323667-100G</td><td></td></tr><tr><td>EDC</td><td>Thermofisher Scientific</td><td>22980</td><td></td></tr><tr><td>NHS</td><td>Fisher Scientific</td><td>AC157270250</td><td></td></tr><tr><td>Anti-E. coli O111 antibody&amp;nbsp;</td><td>sera care</td><td>5310-0352</td><td></td></tr><tr><td>Anti-E. coli O157:H7 antibody [P3C6]&amp;nbsp;</td><td>Abcam</td><td>ab75244</td><td></td></tr><tr><td>DiI Stain</td><td>Fisher Scientific</td><td>D282</td><td></td></tr><tr><td>Nutrient Broth</td><td>Difco</td><td>233000</td><td></td></tr><tr><td>Freeze-dried E. coli O157:H7 pellet</td><td>ATCC</td><td>700728</td><td></td></tr><tr><td>Magnetic Relaxomteter&amp;nbsp;</td><td>Bruker</td><td>mq20</td><td></td></tr><tr><td>Zetasizer</td><td>Malvern</td><td>NANO-ZS90</td><td></td></tr><tr><td>Plate Reader&amp;nbsp;</td><td>Tecan</td><td>Infinite M200 PRO</td><td></td></tr><tr><td>Magnetic Column&amp;nbsp;</td><td>QuadroMACS</td><td>130-090-976</td><td></td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>Eppendorf</td><td>5804 Series</td><td></td></tr><tr><td>Centrifuge (accuSpin Micro 17)</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-100-676</td><td></td></tr><tr><td>Floor Model Shaking Incubator</td><td>SHEL LAB</td><td>SSI5</td><td></td></tr><tr><td>Analytical Balance</td><td>Metler Toledo</td><td>ME104E</td><td></td></tr><tr><td>Digital Vortex Mixer</td><td>Fisher Scientific</td><td>02-215-370</td><td></td></tr><tr><td>Open-Air Rocking Shaker</td><td>Fisher Scientific</td><td>02-217-765</td><td></td></tr></tbody></table>

foodborne pathogen screening using magneto-fluorescent nanosensor: rapid detection of e. coli o157:h7

Enterohemorrhagic Escherichia coli O157: H7 wurde für beide wasserbasierte verbunden und lebensmittelbedingten Erkrankungen, und bleibt eine Bedrohung trotz der Nahrung und Wasser-Screening-Methoden verwendet derzeit. Während konventionelle bakterielle Nachweisverfahren wie Polymerase-Kettenreaktion (PCR) und Enzym-linked Immunosorbentprobe Assays (ELISA) speziell Pathogene Verunreinigungen erkennen können, benötigen sie umfangreiche Probenvorbereitung und lange Wartezeiten. Darüber hinaus sind diese Praktiken fordern anspruchsvolle Laborgeräte und Einstellungen, und müssen von ausgebildeten Fachleuten ausgeführt werden. Hierin wird ein Protokoll für eine einfachere diagnostische Technik vorgeschlagen, die die einzigartige Kombination von magnetischen und fluoreszierenden Parameter in ein Nanopartikel-basierte Plattform bietet. Die vorgeschlagenen multiparametric Magneto-fluoreszierende Nanosensoren (MFnS) erkennt E. Coli O157: H7 Kontamination mit so wenig wie 1 koloniebildenden Einheit in Lösung innerhalb von weniger als 1 h vorhanden. Darüber hinaus die Fähigkeit der MFnS hochfunktionelle in komplexen Medien bleiben wie Milch und Wasser des Sees verifiziert wurde. Weitere Besonderheit Assays dienten auch die Fähigkeit des MFnS, nur zu erkennen, die gezielt Bakterien, auch in Gegenwart von ähnlichen Bakterienarten nachweisen. Die Kopplung der magnetischen und fluoreszierenden Modalitäten ermöglicht die Erkennung und Quantifizierung von Pathogenkontamination in einer Vielzahl von Zusammenschlüssen, seine hohe Leistung in beiden frühen und späten Stadium Fremdkörpererkennung ausstellen. Wirksamkeit, Erschwinglichkeit und Übertragbarkeit von der MFnS machen sie einen idealen Kandidat für Point-of-Care-Screening für bakterielle Verunreinigungen in einer Vielzahl von Einstellungen, von aquatischen Stauseen zu kommerziell verpackten Lebensmitteln.

Der Wirkmechanismus von MFnS wird in Abbildung 1dargestellt. Die Wechselwirkungen zwischen den Magnetic cores der MFnS und die umliegenden Wasserstoffkerne stört das clustering von MFnS um die Oberfläche der bakteriellen Verunreinigungen. Diese Cluster, magnetische Entspannung erhöht die Werte. Mit zunehmender Konzentration der bakteriellen Verunreinigungen clustering verringert, und T2 Wertewandel senkt. Daher ist die Zugabe von einem fluoreszierenden Modalität entscheidend. Mit zunehme...

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Foodborne Pathogen Screening Using Magneto-fluorescent Nanosensor: Rapid Detection of E. Coli O157:H7

Das übergeordnete Ziel dieses Protokolls ist es, funktionale Nanosensoren für die Portable, kostengünstig, zu synthetisieren und schnelle Erkennung von gezielt pathogene Bakterien durch eine Kombination von magnetischen Entspannung und Fluoreszenz Emission Modalitäten.

Foodborne Krankheitserreger Screening mit Magneto-fluoreszierende Nanosensor: Schnellnachweis von E. Coli O157: H7

Enterohemorrhagic Escherichia coli O157:H7 has been linked to both waterborne and foodborne illnesses, and remains a threat despite the food- and ...

foodborne-pathogen-screening-using-magneto-fluorescent-nanosensor

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Foodborne Pathogen Screening Using Magneto-fluorescent Nanosensor: Rapid Detection of E. Coli O157:H7

7.6K Aufrufe.  Pittsburg State University. Das übergeordnete Ziel dieses Protokolls ist es, funktionale Nanosensoren für die Portable, kostengünstig, zu synthetisieren und schnelle Erkennung von gezielt pathogene Bakterien durch eine Kombination von magnetischen Entspannung und Fluoreszenz Emission Modalitäten.

Serie: Foodborne Pathogen Screening Using Magneto-fluorescent Nanosensor: Rapid Detection of E. Coli O157:H7

Colorimetric Paper-based Detection of Escherichia coli, Salmonella spp., and Listeria monocytogenes from Large Volumes of Agricultural Water

This protocol describes rapid colorimetric detection of Escherichia coli, Salmonella spp., and Listeria monocytogenes from large volumes (10 L) of agricultural waters. Here, water is filtered through sterile Modified Moore Swabs (MMS), which consist&#160;of a simple gauze filter enclosed in a plastic cartridge, to concentrate bacteria. Following filtration, non-selective or selective enrichments for the target bacteria are performed in the MMS. For colorimetric detection of the target bacteria, the enrichments are then assayed using paper-based analytical devices (&#181;PADs) embedded with bacteria-indicative substrates. Each substrate reacts with target-indicative bacterial enzymes, generating colored products that can be detected visually (qualitative detection) on the &#181;PAD. Alternatively, digital images of the reacted &#181;PADs can be generated with common scanning or photographic devices and analyzed using ImageJ software, allowing for more objective and standardized interpretation of results. Although the biochemical screening procedures are designed to identify the aforementioned bacterial pathogens, in some cases enzymes produced by background microbiota or the degradation of the colorimetric substrates may produce a false positive. Therefore, confirmation using a more discriminatory diagnostic is needed. Nonetheless, this bacterial concentration and detection platform is inexpensive, sensitive (0.1 CFU/ml detection limit), easy to perform, and rapid (concentration, enrichment, and detection are performed within approximately 24&#160;hr), justifying its use as an initial screening method for the microbiological quality of agricultural water.

Colorimetric Paper-based Detection of Escherichia coli, Salmonella spp., and Listeria monocytogenes from Large Volumes of Agricultural Water

A protocol involving integrated concentration, enrichment, and end-point colorimetric detection of foodborne pathogens in large volumes of agricultural water is presented here. Water is filtered through Modified Moore Swabs (MMS), enriched with selective or non-selective media, and detection is performed using paper-based analytical devices (&#181;PAD) imbedded with bacterial-indicative colorimetric substrates.

Farbmetrische Papierbasierte Erkennung von<em&gt; Escherichia coli</em&gt;,<em&gt; Salmonellen</em&gt; Spp. Und<em&gt; Listeria monocytogenes</em&gt; Von großen Mengen von Landwirtschaftliche Wasser

This protocol describes rapid colorimetric detection of Escherichia coli, Salmonella spp., and Listeria monocytogenes from large volumes (10 L) of ...

Forschung

Umwelt

Detection of Foodborne Bacterial Pathogens from Individual Filth Flies

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.

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.

Der Nachweis von lebensmittelbedingten bakteriellen Erregern von Individual Filth Flies

There is unanimous consensus that insects are important vectors of foodborne pathogens. However, linking insects as vectors of the pathogen causing a ...

Combination of Adhesive-tape-based Sampling and Fluorescence in situ Hybridization for Rapid Detection of Salmonella on Fresh Produce

This protocol describes a simple approach for adhesive-tape-based sampling of tomato and other fresh produce surfaces, followed by on-tape fluorescence in situ hybridization (FISH) for rapid culture-independent detection of Salmonella spp. Cell-charged tapes can also be placed face-down on selective agar for solid-phase enrichment prior to detection. Alternatively, low-volume liquid enrichments (liquid surface miniculture) can be performed on the surface of the tape in non-selective broth, followed by FISH and analysis via flow cytometry. To begin, sterile adhesive tape is brought into contact with fresh produce, gentle pressure is applied, and the tape is removed, physically extracting microbes present on these surfaces. Tapes are mounted sticky-side up onto glass microscope slides and the sampled cells are fixed with 10% formalin (30 min) and dehydrated using a graded ethanol series (50, 80, and 95%; 3 min each concentration). Next, cell-charged tapes are spotted with buffer containing a Salmonella-targeted DNA probe cocktail and hybridized for 15 - 30 min at 55&deg;C, followed by a brief rinse in a washing buffer to remove unbound probe. Adherent, FISH-labeled cells are then counterstained with the DNA dye 4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) and results are viewed using fluorescence microscopy. For solid-phase enrichment, cell-charged tapes are placed face-down on a suitable selective agar surface and incubated to allow in situ growth of Salmonella microcolonies, followed by FISH and microscopy as described above. For liquid surface miniculture, cell-charged tapes are placed sticky side up and a silicone perfusion chamber is applied so that the tape and microscope slide form the bottom of a water-tight chamber into which a small volume (&le; 500 &mu;L) of Trypticase Soy Broth (TSB) is introduced. The inlet ports are sealed and the chambers are incubated at 35 - 37&deg;C, allowing growth-based amplification of tape-extracted microbes. Following incubation, inlet ports are unsealed, cells are detached and mixed with vigorous back and forth pipetting, harvested via centrifugation and fixed in 10% neutral buffered formalin. Finally, samples are hybridized and examined via flow cytometry to reveal the presence of Salmonella spp. As described here, our "tape-FISH" approach can provide simple and rapid sampling and detection of Salmonella on tomato surfaces. We have also used this approach for sampling other types of fresh produce, including spinach and jalape&ntilde;o peppers.

Combination of Adhesive-tape-based Sampling and Fluorescence in situ Hybridization for Rapid Detection of Salmonella on Fresh Produce

This protocol describes a simple adhesive-tape-based approach for sampling of tomato and other fresh produce surfaces, followed by rapid whole cell detection of Salmonella using fluorescence in situ hybridization (FISH).

Kombination von Klebstoff-tape-basierten Sampling und Fluoreszenz In situ Hybridisierung zum schnellen Nachweis von Salmonellen On Fresh Produce

This protocol describes a simple approach for adhesive-tape-based sampling of tomato and other fresh produce surfaces, followed by on-tape fluorescence in ...

Immunologie und Infektion

Optical Detection of E. coli Bacteria by Mesoporous Silicon Biosensors

A label-free optical biosensor based on a nanostructured porous Si is designed for rapid capture and detection of Escherichia coli K12 bacteria, as a model microorganism. The biosensor relies on direct binding of the target bacteria cells onto its surface, while no pretreatment (e.g.&#160;by cell lysis) of the studied sample is required. A mesoporous Si thin film is used as the optical transducer element of the biosensor. Under white light illumination, the porous layer displays well-resolved Fabry-P&#233;rot fringe patterns in its reflectivity spectrum. Applying a fast Fourier transform (FFT) to reflectivity data results in a single peak. Changes in the intensity of the FFT peak are monitored. Thus, target bacteria capture onto the biosensor surface, through antibody-antigen interactions, induces measurable changes in the intensity of the FFT peaks, allowing for a &#39;real time&#39; observation of bacteria attachment.
The mesoporous Si film, fabricated by an electrochemical anodization process, is conjugated with monoclonal antibodies, specific to the target bacteria. The immobilization, immunoactivity and specificity of the antibodies are confirmed by fluorescent labeling experiments. Once the biosensor is exposed to the target bacteria, the cells are directly captured onto the antibody-modified porous Si surface. These specific capturing events result in intensity changes in the thin-film optical interference spectrum of the biosensor. We demonstrate that these biosensors can detect relatively low bacteria concentrations (detection limit of 104 cells/ml) in less than an hour.

Optical Detection of E. coli Bacteria by Mesoporous Silicon Biosensors

A label-free optical biosensor for rapid bacteria detection is introduced. The biosensor is based on a nanostructured porous Si, which is designed to directly capture the target bacteria cells onto its surface. We use monoclonal antibodies, immobilized onto the porous transducer, as the capture probes. Our studies demonstrate the applicability of these biosensors for the detection of low bacterial concentrations within minutes with no prior sample processing (such as cell lysis).

Optische Detektion von<em&gt; E. coli</em&gt; Bakterien durch Mesoporous Silicon Biosensoren

A label-free optical biosensor based on a nanostructured porous Si is designed for rapid capture and detection of Escherichia coli K12 bacteria, as a ...

Biotechnik

Development of an Electrochemical DNA Biosensor to Detect a Foodborne Pathogen

Vibrio parahaemolyticus (V. parahaemolyticus) is a common foodborne pathogen that contributes to a large proportion of public health problems globally, significantly affecting the rate of human mortality and morbidity. Conventional methods for the detection of V. parahaemolyticus such as culture-based methods, immunological assays, and molecular-based methods require complicated sample handling and are time-consuming, tedious, and costly. Recently, biosensors have proven to be a promising and comprehensive detection method with the advantages of fast detection, cost-effectiveness, and practicality. This research focuses on developing a rapid method of detecting V. parahaemolyticus with high selectivity and sensitivity using the principles of DNA hybridization. In the work, characterization of synthesized polylactic acid-stabilized gold nanoparticles (PLA-AuNPs) was achieved using X-ray Diffraction (XRD), Ultraviolet-visible Spectroscopy (UV-Vis), Transmission Electron Microscopy (TEM), Field-emission Scanning Electron Microscopy (FESEM), and Cyclic Voltammetry (CV). We also carried out further testing of stability, sensitivity, and reproducibility of the PLA-AuNPs. We found that the PLA-AuNPs formed a sound structure of stabilized nanoparticles in aqueous solution. We also observed that the sensitivity improved as a result of the smaller charge transfer resistance (Rct) value and an increase of active surface area (0.41 cm2). The development of our DNA biosensor was based on modification of a screen-printed carbon electrode (SPCE) with PLA-AuNPs and using methylene blue (MB) as the redox indicator. We assessed the immobilization and hybridization events by differential pulse voltammetry (DPV). We found that complementary, non-complementary, and mismatched oligonucleotides were specifically distinguished by the fabricated biosensor. It also showed reliably sensitive detection in cross-reactivity studies against various food-borne pathogens and in the identification of V. parahaemolyticus in fresh cockles.

A protocol for the development of an electrochemical DNA biosensor comprising a polylactic acid-stabilized, gold nanoparticles-modified, screen-printed carbon electrode to detect Vibrio parahaemolyticus is presented.

Entwicklung der eine elektrochemische DNA-Biosensor, einem Foodborne Krankheitserreger zu erkennen

Vibrio parahaemolyticus (V. parahaemolyticus) is a common foodborne pathogen that contributes to a large proportion of public health problems globally, ...

A High-throughput Platform for the Screening of Salmonella spp./Shigella spp.

Fecal-oral transmission of acute gastroenteritis occurs from time to time, especially when people who handled food and water are infected by Salmonella spp./Shigella spp. The gold standard method for the detection of Salmonella spp./Shigella spp. is direct culture but this is labor-intensive and time-consuming. Here, we describe a high-throughput platform for Salmonella spp./Shigella spp. screening, using real-time polymerase chain reaction (PCR) combined with guided culture. There are two major stages: real-time PCR and the guided culture. For the first stage (real-time PCR), we explain each step of the method: sample collection, pre-enrichment, DNA extraction and real-time PCR. If the real-time PCR result is positive, then the second stage (guided culture) is performed: selective culture, biochemical identification and serological characterization. We also illustrate representative results generated from it. The protocol described here would be a valuable platform for the rapid, specific, sensitive and high-throughput screening of Salmonella spp./Shigella spp.

A High-throughput Platform for the Screening of Salmonella spp./Shigella spp.

Salmonella spp./Shigella spp. are common pathogens attributed to diarrhea. Here, we describe a high-throughput platform for the screening of Salmonella spp./Shigella spp. using real-time PCR combined with guided culture.

Eine High-Throughput-Plattform für das Screening von Salmonella spp. /Shigella spp.

Fecal-oral transmission of acute gastroenteritis occurs from time to time, especially when people who handled food and water are infected by Salmonella ...

Amplification of Escherichia coli in a Continuous-Flow-PCR Microfluidic Chip and Its Detection with a Capillary Electrophoresis System

Polymerase chain reaction (PCR) is a traditional method employed for the amplification of a target gene that has played an important role in biomolecular diagnostics. However, traditional PCR is very time-consuming because of the low-temperature variation efficiency. This work proposes a continuous-flow-PCR (CF-PCR) system based on a microfluidic chip. The amplification time can be greatly reduced by running the PCR solution into a microchannel placed on heaters set at different temperatures. Moreover, as capillary electrophoresis (CE) is an ideal way to differentiate positive and false-positive PCR products, a CE system was built to achieve efficient separation of the DNA fragments. This paper describes the process of amplification of Escherichia coli (E. coli) by the CF-PCR system built in-house and the detection of the PCR products by CE. The results demonstrate that the target gene of E. coli was successfully amplified within 10 min, indicating that these two systems can be used for the rapid amplification and detection of nucleic acids.

Amplification of Escherichia coli in a Continuous-Flow-PCR Microfluidic Chip and Its Detection with a Capillary Electrophoresis System

This protocol describes how to build a continuous-flow-polymerase chain system based on a microfluidic chip and how to build a capillary electrophoresis system in the lab. It presents a simple method for the analysis of nucleic acids in the lab.

Amplifikation von Escherichia coli in einem Continuous-Flow-PCR-Mikrofluidik-Chip und deren Detektion mit einem Kapillarelektrophorese-System

Polymerase chain reaction (PCR) is a traditional method employed for the amplification of a target gene that has played an important role in biomolecular ...

Detection of Live Escherichia coli O157:H7 Cells by PMA-qPCR

A unique open reading frame (ORF) Z3276 was identified as a specific genetic marker for E. coli O157:H7. A qPCR assay was developed for detection of E. coli O157:H7 by targeting ORF Z3276. With this assay, we can detect as low as a few copies of the genome of DNA of E. coli O157:H7. The sensitivity and specificity of the assay were confirmed by intensive validation tests with a large number of E. coli O157:H7 strains (n = 369) and non-O157 strains (n = 112). Furthermore, we have combined propidium monoazide (PMA) procedure with the newly developed qPCR protocol for selective detection of live cells from dead cells. Amplification of DNA from PMA-treated dead cells was almost completely inhibited in contrast to virtually unaffected amplification of DNA from PMA-treated live cells. Additionally, the protocol has been modified and adapted to a 96-well plate format for an easy and consistent handling of a large number of samples. This method is expected to have an impact on accurate microbiological and epidemiological monitoring of food safety and environmental source.

Detection of Live Escherichia coli O157:H7 Cells by PMA-qPCR

A qPCR assay was developed for detection of Escherichia coli O157:H7 targeting a unique genetic marker, Z3276. The qPCR was combined with propidium monoazide (PMA) treatment for live cell detection. This protocol has been modified and adapted to a 96-well plate format for easy and consistent handling of numerous samples

Erkennung von Live-<em&gt; Escherichia coli</em&gt; O157: H7-Zellen durch PMA-qPCR

A unique open reading frame (ORF) Z3276 was identified as a specific genetic marker for E. coli O157:H7. A qPCR assay was developed for detection of E. ...

Biologie

Diagnose von bakteriellen Atemwegsinfektionen beim Menschen mittels isothermer Amplifikation

Rapid Detection of Bacterial Pathogens Causing Lower Respiratory Tract Infections via Microfluidic-Chip-Based Loop-Mediated Isothermal Amplification

Respiratory tract infections (RTIs) are among the most common problems in clinical settings. Rapid and accurate identification of bacterial pathogens will provide practical guidelines for managing and treating RTIs. This study describes a method for rapidly detecting bacterial pathogens that cause respiratory tract infections via multi-channel loop-mediated isothermal amplification (LAMP). LAMP is a sensitive and specific diagnostic tool that rapidly detects bacterial nucleic acids with high accuracy and reliability. The proposed method offers a significant advantage over traditional bacterial culturing methods, which are time-consuming and often require greater sensitivity for detecting low levels of bacterial nucleic acids. This article presents representative results of K. pneumoniae infection and its multiple co-infections using LAMP to detect samples (sputum, bronchial lavage fluid, and alveolar lavage fluid) from the lower respiratory tract. In summary, the multi-channel LAMP method provides a rapid and efficient means of identifying single and multiple bacterial pathogens in clinical samples, which can help prevent the spread of bacterial pathogens and aid in the appropriate treatment of RTIs.

Autor im Rampenlicht: Weiterentwicklung des schnellen Nachweises von Atemwegserregern mit mikrofluidischem Chip 

Various bacterial pathogens can cause respiratory tract infections and lead to serious health issues if not detected accurately and treated promptly. Rapid and accurate detection of these pathogens via&#160;loop-mediated isothermal amplification provides effective management and control of respiratory tract infections in clinical settings.

Schneller Nachweis von bakteriellen Krankheitserregern, die Infektionen der unteren Atemwege verursachen, durch mikrofluidische Chip-basierte schleifenvermittelte isotherme Amplifikation

Respiratory tract infections (RTIs) are among the most common problems in clinical settings. Rapid and accurate identification of bacterial pathogens will ...

Foodborne Krankheitserreger Screening mit Magneto-fluoreszierende Nanosensor: Schnellnachweis von E. Coli O157: H7

Zusammenfassung

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Farbmetrische Papierbasierte Erkennung von

Der Nachweis von lebensmittelbedingten bakteriellen Erregern von Individual Filth Flies

Kombination von Klebstoff-tape-basierten Sampling und Fluoreszenz In situ Hybridisierung zum schnellen Nachweis von Salmonellen On Fresh Produce

Optische Detektion von

Entwicklung der eine elektrochemische DNA-Biosensor, einem Foodborne Krankheitserreger zu erkennen

Eine High-Throughput-Plattform für das Screening von Salmonella spp. /Shigella spp.

Amplifikation von Escherichia coli in einem Continuous-Flow-PCR-Mikrofluidik-Chip und deren Detektion mit einem Kapillarelektrophorese-System

Erkennung von Live-

Schneller Nachweis von bakteriellen Krankheitserregern, die Infektionen der unteren Atemwege verursachen, durch mikrofluidische Chip-basierte schleifenvermittelte isotherme Amplifikation

Schneller Nachweis von bakteriellen Krankheitserregern, die Infektionen der unteren Atemwege verursachen, durch mikrofluidische Chip-basierte schleifenvermittelte isotherme Amplifikation