Dit protocol beschrijft de detectie van klasse 1 integrons en hun bijbehorende gencassettes in levensmiddelen.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Dit protocol beschrijft de detectie van klasse 1 integrons en hun bijbehorende gencassettes in levensmiddelen.
Antibioticaresistentie is een van de grootste bedreigingen voor de gezondheid in de 21ste eeuw. De verwerving van resistentiegenen via laterale genoverdracht is een belangrijke factor in de verspreiding van diverse resistentiemechanismen. Onder de DNA-elementen die laterale overdracht vergemakkelijken, zijn de klasse 1-integrons grotendeels verantwoordelijk voor de verspreiding van antibioticaresistentiedeterminanten onder gramnegatieve ziekteverwekkers. In totaal hebben deze integrons meer dan 130 verschillende antibioticaresistentiegenen verworven en verspreid. Met het voortgezette gebruik van antibiotica zijn klasse 1-integrons alomtegenwoordig geworden in commensaal en pathogeen micro-organismen van mensen en hun gedomesticeerde dieren. Als gevolg hiervan zijn ze nu te vinden in alle menselijke afvalstromen, waar ze nieuwe genen blijven verwerven en het potentieel hebben om via de voedselketen terug te keren in de mens. Dit protocol beschrijft een gestroomlijnde benadering voor het detecteren van klasse 1-integrons en hun geassocieerde resistentiegencassettes in levensmiddelen, met behulp van cultivering en PCR. Met behulp van dit protocol zouden onderzoekers in staat moeten zijn om: monsters te verzamelen en voor te bereiden om verrijkte culturen te maken en te screenen op klasse 1-integrons; enkele bacteriekolonies te isoleren om integron-positieve isolaten te identificeren; bacteriesoorten te identificeren die klasse 1-integrons bevatten; en deze integrons en hun geassocieerde gencassettes te karakteriseren.
De ontdekking van antibiotica was een van de grootste wetenschappelijke prestaties van de 20 ste eeuw. Echter, het gebruik en misbruik van antibiotica heeft geleid tot de snelle evolutie van antibiotica resistente bacteriën, en die nu een ernstige bedreiging voor de volksgezondheid in de 21e eeuw poseren. De opkomst van bacteriestammen resistent tegen de meeste behandelingen verhoogt de mogelijkheid we betreden een tijdperk waarin antimicrobiële geneesmiddelen zijn niet langer effectief 1,2.
De genetische machines die antibiotica-resistentie is een oud systeem, die dateren van vóór de mens en antibiotische selectie druk door miljoenen jaren 3. Mobiele genetische elementen, zoals plasmiden, transposons, genomische eilanden, integratieve conjugatieve elementen en integronen kan verspreiden antibiotica resistentiegenen (ARG), zowel binnen als tussen bacteriesoorten 4. Hiervan hebben integrons een centrale rol in de verspreiding van ARG gespeeld, ondanksfeit dat ze vertrouwen op plasmiden en transposons voor de mobilisatie en het inbrengen in bacteriële genomen 5. Integronen vastleggen gencassettes via een integron-integrase, en vervolgens tot expressie cassettes middels een integron gecodeerd promoter 6,7 (figuur 1). Integron gen cassettes zijn kleine mobiele elementen bestaande uit enkele open reading frames (ORF), waarvan de producten kan resistentie tegen antibiotica of ontsmettingsmiddelen 8. Klasse 1 integronen zijn de integronen meest hersteld van klinische isolaten 5, waar ze gezamenlijk hebben verworven meer dan 130 verschillende antibioticumresistentiegen cassettes 9.
De verspreiding van klasse 1 integronen in-menselijke geassocieerd commensale en pathogene bacteriën genereert afvalstromen mens dat een groot aantal van deze genetische elementen 10 bevatten. Naar schatting 10 19 bacteriën die klasse 1 integronen bevatten, worden vrijgegeven via zuiveringsslib elk jaar in het Verenigd Koninkrijk 11. Het is daarom niet verwonderlijk dat klasse 1 integronen verlenen antibioticaresistenties worden nu gedetecteerd in microbiota van wilde vogels, vissen en andere inheemse dieren 12-14. Vrijgeven integronen terug in het milieu vormt een belangrijke bedreiging voor de volksgezondheid, omdat de verwerving van nieuw gen cassettes en complexe herschikkingen met andere mobiele elementen blijft optreden, met name in zuiveringsinstallaties en andere waterlichamen 15-18. De natuurlijke omgeving wordt dan een vruchtbare werven voor nieuwe weerstand determinanten en opportunistische pathogenen 19,20. Novel-Integron met bacteriën en nieuwe gegeven argumenten terug omcirkelen in de menselijke gemeenschap via besmet water en voedsel 21,22. Bewaking van het milieu ARGs is een belangrijke strategie voor het begrijpen en beheren van resistentie tegen antibiotica in de toekomst 23. In het bijzonder moet aandacht worden besteed aan levensmiddelen die rauw worden gegeten oflichtvaardig gekookt, omdat deze presenteren de grootste bedreiging voor de overdracht van nieuwe mobiele elementen en ziekteverwekkers.
In dit protocol, een gestroomlijnde benadering voor het detecteren, identificeren en karakteriseren van klasse 1 integronen en bijbehorende gencassettes in levensmiddelen worden beschreven (Figuur 2). Met een combinatie van kweken en polymerase kettingreactie (PCR), kan integrons snel worden gedetecteerd in complexe bacteriële en individuele isolaten. Werkwijzen voor het identificeren van de soorten bacteriën en de conformatie en identiteit van het Integron geassocieerde gencassettes gegeven. De werkwijze is geschikt voor een breed scala van plantaardige en dierlijke voedingsmiddelen en voorbeelden zijn werkstromen voor elk van deze soorten voedsel.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Levensmiddelen die rauw worden gegeten of licht gekookt zijn van de meeste zorg voor de gezondheid van de mens. Voorbeelden zijn salade groenten, fruit, schaal- en schelpdieren.
1. Sample Collection
2. Verrijkte Cultuur Voorbereiding
3. Screening Cultures for integrons
NB: Standaard PCR protocols worden in deze methode gebruik buffers geleverd met het enzym, en een uiteindelijke MgCl2 concentratie van 2,5 mM. Indien nodig, heeft Lorenz (2011) 24 PCR-optimalisatie en het oplossen van problemen methoden geschetst in een eerdere uitgave van dit tijdschrift.
4. Screening van Single Kolonies voor klasse 1 integrons
5. Genomic DNA Winning van Integron-positieve Single Colonies behulp Bead Beating 25
6. Diagnostische PCR en DNA sequentiebepaling
OPMERKING: Degenomisch DNA bereid in deel 5 zal worden gebruikt voor diagnostische PCR, en de positieve test voor klasse 1 integronen bevestigen.
7. Mapping en karakterisering van integronen en Cassette Arrays
OPMERKING: Klasse 1 integronen afkomstig uit menselijke gedomineerde ecosystemen zijn waarschijnlijk de meest voorkomende integronen in al uw monsters. Deze integronen allemaal een recente single origin, en daarom een sterk geconserveerde DNA-sequentie 5.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Screening van gemengde culturen en bacteriële isolaten van intI1
Primerpaar HS463a / HS464 PCR kan worden gebruikt om de aanwezigheid van de klasse 1 integron-integrase gen, intI1 (figuur 1) te detecteren. Deze primer set werkt goed voor het detecteren intI1 in gemengde culturen, en wordt ook gebruikt om bacteriële kolonies geoogst uit platen uitgespreid (figuur 2) te screenen. Positieve isolaten moet een sterke band te genereren bij 471 bp me...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De identificatie van integronen en de bijbehorende gen cassettes is potentieel een belangrijke stap in het voorspellen van de opkomst van nieuwe opportunistische pathogenen, tracking paden voor ziekteverwekkers in de menselijke voedselketen, en het identificeren van nieuwe weerstand en virulentiedeterminanten 8,21,26. Het doel van dit artikel was om een gestroomlijnde aanpak voor het screenen van monsters voor klasse 1 integronen, het karakteriseren van de cassette arrays en het identificeren van de soorten...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets relevant te onthullen.
Dankzij Michaela Hall, Larissa Bispo en Gustavo Tavares voor technische bijstand.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| GoTaq Colourless Mastermix | Promega | M7132 | Gebruikt in alle PCR's |
| RNAse (Ribonuclease A uit runderpancreas) | Sigma | R6513-10MG | Gebruikt in alle PCR's |
| HinFI restrictie-enzym | Promega | R6201 | Wordt gebruikt om 16S rDNA PCR-producten te verteren. Enzym wordt geleverd met optimale buffer en BSA |
| 100 bp ladder | GE Healthcare | 27400701 | Wordt gebruikt als maatstandaard op alle agarosegels |
| GelRed DNA-kleurstof | Biotium | 41003 | VOORZICHTIG: Persoonlijke bescherming moet worden gedragen bij het hanteren van dit materiaal |
| Guanidiniumthiocyanaat | Life Technologies | AM9422 | VOORZICHTIG: Persoonlijke bescherming moet worden gedragen bij het hanteren van dit materiaal |
| CLS-TC-oplossing | MP Biomedicals | 6540409 | Resuspenderingsoplossing die wordt gebruikt aan het begin van de genomische DNA-extractie |
| Lysing Matrix E FastPrep-buizen | MP Biomedicals | 116914500 | Buis die nodig is voor mechanische vernietiging van bacteriële celwanden. Deze code wordt gebruikt voor verpakkingen van 500 buizen, kleinere hoeveelheden zijn beschikbaar. |
| Bindingsmatrix | MP Biomedicals | 116540408 | Verdund 1:5 met 6 M guanidiniumthiocyanaat en gebruikt in de genomische DNA-extractiemethode. |
| Fast Prep-machine | MP Biomedicals | Aantal beschikbare opties | MP Biomedicals heeft een aantal FastPrep-machines beschikbaar om te kopen. Bezoek http://www.mpbio.com voor meer informatie |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.