Bedeutung des Protokolls
C. jejuni und C. coli waren die beiden wichtigsten Campylobacter-Arten, die bei Geflügel22 und Tierlebern23,24 vorkamen. In dieser Studie wurden die Fleischproben von Hühnerteilen (Beine, Flügel und Oberschenkel), Hühnerleber und Rinderleber nach dem Zufallsprinzip in verschiedenen Zeiträumen und von verschiedenen Einzelhandelsgeschäften und Herstellern zur Isolierung von Campylobacter spp. gesammelt. Von den insgesamt 49 isolierten Campylobacter-Stämmen wurden 36 als C. jejuni und 13 als C. coli identifiziert, wobei keine anderen Campylobacter-Arten gefunden wurden, was mit anderen Berichtenübereinstimmt 25.
Der Assay basiert auf der spiralförmigen Zellmorphologie und der charakteristischen korkenzieherartigen Motilität von Campylobacter spp. Eine einfache, aber effektive, passive Filtrationstechnik26,27, die seine spiralförmige Zellmorphologie (lang, schlank, 0,2-0,9 x 0,5-5 μm) und seine starke Korkenziehermotilität ausnutzte, wurde verwendet, um Campylobacter von einer Mischung von Hintergrundorganismen zu trennen. Die hohe Motilität von Campylobacter ermöglichte es den Zellen, die Membranfilter zu passieren und sich zu günstigen Bedingungen im Agarmedium zu bewegen, während andere Hintergrundmikroorganismen aus den Fleischprodukten nicht passieren konnten. Diese Methode ist relativ kostengünstig, schnell und selektiv, wodurch sie für den Einsatz in einer Vielzahl von Umgebungen geeignet ist, einschließlich lebensmittelverarbeitender Einrichtungen, klinischer Labors und Forschungslabors.
Ein oft zitierter Pionierartikel besagt, dass der 0,45-μm-Filter so gut funktionierte, dass 0,65 μm nicht ausgewertet wurden28. Die Ergebnisse dieser vorliegenden Studie zeigen, dass der Filter mit einer Porengröße von 0,65 μm signifikant besser abschneidet als der Porenfilter mit einer Porengröße von 0,45 μm, was zu einer 29-fachen Erhöhung der Anzahl der aus der Anreicherung gewonnenen Zellen führt. Dies ist wichtig, da die ausgewählten Filter keine reduzierte Selektivität aufweisen, wie zuvor berichtet29. Da bekannt ist, dass die Filterung die Menge an Campylobacter im Vergleich zur direkten Beschichtung30 signifikant reduziert, verbessert die Vergrößerung der Pore die Rückgewinnung des Mikroorganismus, was mit den zuvor berichteten Ergebnissen übereinstimmt21. Dies ist von Bedeutung, da alle Zellen, die die Filter durchliefen, gleichmäßige Campylobacter-Kolonien bildeten, was darauf hindeutet, dass beide Filter ausreichten, um den Durchgang anderer Mikroflora und Nahrungspartikel zu verhindern. Darüber hinaus weist das FSIS-Flussdiagramm7 auf das Potenzial für eine verlängerte Ergebnisproduktion aufgrund von erneuten Streifen von Isolaten auf Campy-Cefex-Platten, die Antibiotika enthalten, hin. Im Gegensatz dazu hat das in diesem Manuskript beschriebene Protokoll, das die Verwendung von Filtration und selektiver Anreicherung mit Cefoperazon, Cycloheximid, Trimethoprim und Vancomycin kombiniert, kein erneutes Streifen erforderlich.
Die derzeit angewandte Methode steht im Einklang mit den aktuellen FSIS-Probenahme- und Verifizierungsprogrammen17. Da der Grad der Campylobacter-Kontamination gering sein kann (153 KBE/450 g Huhn), wird die Spülung zentrifugiert, um die Probe um den Faktor vier zu konzentrieren, was die Empfindlichkeit des Assays erhöht. Nach der Konzentration des Rinsats um den Faktor 4x werden die Proben 48 Stunden lang angereichert und mit dem Molecular Detection System (MDS) gescreent, um die von FSIS-Labors verwendete Methode zu replizieren (Daten nicht gezeigt). Insbesondere konnte die beschriebene Methode noch keine positiven Stämme innerhalb von 24 Stunden identifizieren, die vom Molecular Detection System mit 48 Stunden Anreicherung nachgewiesen wurden (Daten nicht gezeigt). Schließlich besteht ein zusätzlicher Vorteil dieses Protokolls darin, dass es Informationen zu den Bakterienarten liefern und feststellen kann, ob es sich bei Campylobacter um C. coli, C. jejuni oder C. lari handelt, während das in MLG 41.07 übernommene MDS nur eine binäre positive/negative Reaktion auf Campylobacter liefern kann.
Kritische Schritte
Das Protokoll für die Isolierung und Identifizierung von Campylobacter erfordert Präzision bei der Zentrifugation, Filtration und molekularen Analyse. Genaue Verdünnungen, richtige Inkubationsbedingungen und die sorgfältige Einhaltung der qPCR-Assay-Bedingungen sind entscheidend für eine zuverlässige Speziesidentifizierung.
Als mikroaerophiles Bakterium ist Campylobacter sehr zerbrechlich und empfindlich gegenüber verschiedenen Umweltbelastungen und erfordert einzigartige anspruchsvolle Bedingungen für das Wachstum 31,32,33. In Lebensmittelproben, die typischerweise längere Transport- und Lagerzeiten durchlaufen, befinden sich viele Campylobacter-Zellen möglicherweise in einem Ruhezustand oder einem subletalen/tödlichen Verletzungszustand34,35. Daher ist es wichtig, die gestressten Zellen aus ihren Nahrungsmatrizen zu gewinnen und sie zu einer höheren Konzentration zu züchten. Im ersten Schritt des Verfahrens verwendeten wir Bolton-Bouillon, ergänzt mit Pferdeblut und Antibiotika zur selektiven Anreicherung von Campylobacter aus der Nahrung. Das Zusatzblut diente als Sauerstofflöschmittel, um die nachteiligen Auswirkungen freier Sauerstoffradikale zu überwinden36. Die Antibiotika wurden verwendet, um das Wachstum der Hintergrundmikroflorazu hemmen 37.
Um die Expositionszeit von Campylobacter gegenüber Umgebungssauerstoff zu minimieren, wurde eine Inkubationszeit von 15 Minuten gewählt, damit die Zellen den Filter durchlaufen können. Auch die Feuchtigkeit der Brucella-Agarplatte unter dem Filter spielte eine wichtige Rolle bei der Durchgangsgeschwindigkeit. Insbesondere die Ergebnisse der Tests von Agarplatten, die 0 h, 1 h, 2 h und 3 h getrocknet wurden, deuteten darauf hin, dass ein hoher Feuchtigkeitsgehalt im Filter das Passieren von Zellen verhinderte. Ebenso entscheidend ist die präzise Platzierung von Filtern und Tropfen auf den Platten und Filtern, die beide den Erfolg der Isolierung von Zellen beeinflussen.
Mögliche Fallstricke und Einschränkungen
Obwohl ein strukturierter Ansatz zur Isolierung und Identifizierung von Campylobacter-Arten aus rohen Hühnerproben vorgestellt wird, verdienen mehrere Einschränkungen dieses Protokolls Beachtung. Externe Verunreinigungen, unzureichend getrocknete Platten, Verstopfung der Filter, die die mikrobielle Bewegung behindern, Einschluss der Mikroorganismen im Pellet, unvollständige Abdichtung der atmosphärischen Kammer und Tropfen, die sich über die Filtergrenzen hinaus ausbreiten, gehören zu den Hauptfallstricken.
Eine unzureichende Trennung der Mikroorganismen von den Lebensmitteloberflächen oder ihr Einschluss in der Masse der Probe kann ihre Isolierung mit dieser Methode behindern. Darüber hinaus stellt die Abhängigkeit von der mikrobiellen Motilität für den Durchgang durch passive Filter eine bemerkenswerte Einschränkung dar. Es ist möglich, dass die Filtermembranen einige weniger bewegliche Campylobacter-Stämme zurückhielten, da sich gezeigt hat, dass Filter die Abscheidungseffizienz mikrobieller Krankheitserreger in Lebensmitteln verringern können38. Weitere Einschränkungen umfassen die Chargennatur von Zentrifugations- und Filtrationsprozessen, die Anfälligkeit für Filterverstopfungen und die Ineffizienz bei der Dispergierung des gebildeten Pellets, was sich auf die Genauigkeit der mikrobiellen Belastungen auswirkt. Diese Einschränkungen unterstreichen zusammen die Notwendigkeit von Vorsicht und ergänzenden Methoden, um eine umfassende Analyse zu gewährleisten, insbesondere wenn es um verschiedene Probentypen geht oder Hochdurchsatzfähigkeiten angestrebt werden.
Vorschläge zur Fehlerbehebung
Um potenziellen Problemen vorzubeugen, stellen Sie zunächst sicher, dass alle Materialien den erforderlichen Qualitätsstandards entsprechen und nicht abgelaufen sind. Beheben Sie verstopfte Filter, indem Sie möglicherweise eine zusätzliche Filtration einsetzen, um große Verunreinigungen zu entfernen, die den Durchgang des Campylobacters durch die Nitrozellulosemembran einschränken könnten. Wenn eine Kontamination beobachtet wird, stellen Sie sicher, dass die Tropfen nicht zu nahe am Rand des Filters platziert wurden und die Flüssigkeit den Agar erreichen konnte, indem sie um den Filter herum und nicht durch die Poren gingen. Wenn nach der Anreicherung kein ausreichendes Wachstum vorhanden ist, überprüfen Sie, ob die Dichtungen der atmosphärischen Behälter dicht und undicht sind.
Mögliche Verfeinerung und Erweiterung
Die Erforschung alternativer Filtermaterialien kann die mikrobielle Durchquerung verbessern und es ermöglichen, dieses Protokoll für die Isolierung anderer beweglicher Mikroorganismen aus heterogenen Gemischen wie Lebensmitteln zu erweitern. Es ist ratsam, Kontrollen zu identifizieren, die weniger bewegliche Campylobacter-Varianten beibehalten, ohne die Spezifität negativ zu beeinflussen. Während der in dieser Studie verwendete Multiplex-qPCR-Assay nachweislich in der Lage ist, C.lari nachzuweisen, können18 andere Campylobacter-Spezies von Interesse in diesen Assay aufgenommen werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch die Bewertung verschiedener Parameter und Einstellungen die geeigneten Bedingungen für die filterbasierte Isolierung und die Identifizierung von C. jejuni und C. coli auf Speziesebene aus Lebensmitteln geschaffen wurden. Die Methode hat sich als empfindlich, spezifisch, robust und kostengünstig erwiesen. Durch die Anwendung auf echte Lebensmittelproben konnte das Protokoll 36 C. jejuni - und 13 C. coli-Stämme aus 79 Fleischverpackungen isolieren.
Das Protokoll steht im Einklang mit der FSIS-Richtlinie 10,250.117, die das Verfahren für die Probenahme von rohen Hühnerteilen beschreibt, und MLG 41.076 zur Isolierung und Identifizierung von Campylobacter. Die Daten deuten darauf hin, dass eine 4-fache Konzentration der Probe und deren Anreicherung für 24 Stunden, gepaart mit Filtration und Plattierung, isolierte, bestätigte Kolonien innerhalb von 48 Stunden im Gegensatz zu 96 Stunden ergibt. Das Protokoll ist mit DNA-basierten Methoden wie der Genomsequenzierung kompatibel, um eine umfassende Charakterisierung von Campylobacter-Stämmen zu ermöglichen, einschließlich ihrer antimikrobiellen Resistenzprofile, Virulenzvorhersagen und phylogenetischen Beziehungen. Das Protokoll stellt eine vielversprechende Alternative für die effiziente Rückgewinnung und Isolierung von Campylobacter spp. aus rohem Geflügel dar, die epidemiologische Studien und Interventionen im Bereich der öffentlichen Gesundheit erleichtern kann.