Ten protokół opisuje wykrywanie integronów klasy 1 i związanych z nimi kaset genowych w produktach spożywczych.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje wykrywanie integronów klasy 1 i związanych z nimi kaset genowych w produktach spożywczych.
Oporność na antybiotyki jest jednym z największych zagrożeń dla zdrowia w XXIwieku. Nabywanie genów oporności poprzez boczny transfer genów jest głównym czynnikiem rozprzestrzeniania się różnych mechanizmów oporności. Wśród elementów DNA ułatwiających transfer boczny, integrony klasy 1 są w dużej mierze odpowiedzialne za rozprzestrzenianie się determinantów oporności na antybiotyki wśród patogenów Gram-ujemnych. W sumie integrony te nabyły i rozpowszechniły ponad 130 różnych genów oporności na antybiotyki. Przy ciągłym stosowaniu antybiotyków, integrony klasy 1 stały się wszechobecne w komensalach i patogenach ludzi i ich udomowionych zwierząt. W związku z tym można je teraz znaleźć we wszystkich strumieniach ludzkich odchodów, gdzie nadal nabywają nowe geny i mają potencjał, aby powrócić do ludzi poprzez łańcuch pokarmowy. Protokół ten szczegółowo opisuje uproszczone podejście do wykrywania integronów klasy 1 i związanych z nimi kaset genów oporności w środkach spożywczych przy użyciu hodowli i PCR. Korzystając z tego protokołu, naukowcy powinni być w stanie: zbierać i przygotowywać próbki do tworzenia wzbogaconych kultur i badań przesiewowych pod kątem integronów klasy 1; izolować pojedyncze kolonie bakteryjne w celu identyfikacji izolatów integron-dodatnich; identyfikować gatunki bakterii, które zawierają integrony klasy 1; i scharakteryzować te integrony i związane z nimi kasety genowe.
Odkrycie antybiotyków było jednym z największych osiągnięć naukowychXX wieku. Jednak stosowanie i nadużywanie antybiotyków doprowadziło do szybkiej ewolucji bakterii opornych na antybiotyki, które obecnie stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia publicznego w XXIwieku. Wzrost liczby szczepów bakteryjnych opornych na większość opcji leczenia zwiększa prawdopodobieństwo, że wkraczamy w erę, w której leki przeciwdrobnoustrojowe nie są już skuteczne1,2.
Genetyczna maszyneria, która nadaje odporność na antybiotyki, to starożytny system, wyprzedzający ludzi i presję selekcji antybiotyków o miliony lat3. Ruchome elementy genetyczne, takie jak plazmidy, transpozony, wyspy genomowe, integracyjne elementy sprzężone i integrony, mogą rozprzestrzeniać geny oporności na antybiotyki (ARG) zarówno w obrębie gatunków bakterii, jak i między nimi4. Spośród nich integrony odegrały kluczową rolę w rozprzestrzenianiu się ARG, pomimo faktu, że opierają się na plazmidach i transpozonach do mobilizacji i insercji do genomów bakteryjnych5. Integrony wychwytują kasety genów za pomocą integrazy integronowej, a następnie wyrażają kasety za pomocą promotora kodowanego przez integron6,7 (ryc. 1). Kasety genowe Integron to małe ruchome elementy składające się z pojedynczych otwartych ramek odczytu (ORF), których produkty mogą nadawać oporność na antybiotyki lub środki dezynfekujące8. Integrony klasy 1 to integrony najczęściej odzyskiwane z izolatów klinicznych5, w których łącznie pozyskały ponad 130 różnych kaset genów opornościna antybiotyki 9.
Rozprzestrzenianie się integronów klasy 1 na związane z człowiekiem bakterie komensalne i chorobotwórcze generuje strumienie ludzkich odchodów, które zawierają dużą ilość tych elementów genetycznych10. Szacuje się, że każdego roku w Wielkiej Brytanii11 bakterii zawierających integrony klasy 1 uwalnianych jest do osadów ściekowych11 . Nic więc dziwnego, że integrony klasy 1 nadające oporność na antybiotyki są obecnie wykrywane w mikrobiocie dzikich ptaków, ryb i innych rodzimych dzikich zwierząt12-14. Uwalnianie integronów z powrotem do środowiska stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia publicznego, ponieważ nadal dochodzi do pozyskiwania nowych kaset genowych i złożonych rearanżacji z innymi ruchomymi elementami, szczególnie w oczyszczalniach ścieków i innych zbiornikach wodnych15-18. Środowisko naturalne staje się wówczas żyznym gruntem rekrutacyjnym dla nowych determinantów oporności i oportunistycznych patogenów19,20. Nowe bakterie zawierające integrony i nowe ARG mogą powrócić do społeczności ludzkiej poprzez skażoną wodę i żywność21,22. Nadzór nad środowiskowymi ARG jest kluczową strategią dla zrozumienia oporności na antybiotyki i zarządzania nią w przyszłości23. W szczególności należy zwrócić uwagę na środki spożywcze, które są spożywane na surowo lub lekko ugotowane, ponieważ stanowią one największe zagrożenie dla przenoszenia nowych elementów ruchomych i patogenów.
W tym protokole przedstawiono uproszczone podejście do wykrywania, identyfikacji i charakterystyki integronów klasy 1 i związanych z nimi kaset genowych w produktach spożywczych (Rysunek 2). Wykorzystując kombinację hodowli i reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR), integrony można szybko wykryć w złożonych zbiorowiskach bakteryjnych i pojedynczych izolatach. Podano metody identyfikacji gatunków bakterii oraz konformacji i tożsamości kaset genów związanych z integronem. Metoda jest odpowiednia dla szerokiej gamy pokarmów roślinnych i zwierzęcych, a dla każdego z tych rodzajów żywności podano przykłady typowych przepływów pracy.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Pokarmy, które są spożywane na surowo lub lekko ugotowane, są najbardziej niepokojące dla ludzkiego zdrowia. Przykłady obejmują warzywa sałatkowe, owoce, skorupiaki i skorupiaki.
1. Pobieranie próbek
2. Wzbogacone przygotowanie kultury
3. Badanie przesiewowe kultur dla integronów
UWAGA: Standardowe protokoły PCR są używane w całej tej metodologii, używając dostarczanych z enzymem i końcowego stężenia MgCl2 2,5 mM. W razie potrzeby Lorenz (2011)24 przedstawił metody optymalizacji PCR i rozwiązywania problemów we wcześniejszym wydaniu tego czasopisma.
4. Badania przesiewowe pojedynczych kolonii pod kątem integronów klasy 1
5. Ekstrakcja genomowego DNA pojedynczych kolonii integron-dodatnich za pomocą bicia koralików25
6. Diagnostyczne PCR i sekwencjonowanie DNA
UWAGA: Genomowe DNA przygotowane w sekcji 5 będzie używane do wszystkich diagnostycznych PCR oraz do potwierdzenia pozytywnego testu na integrony klasy 1.
7. Mapowanie i charakterystyka całkowników i tablic kasetowych
UWAGA: Integrony klasy 1 pochodzące z ekosystemów zdominowanych przez człowieka prawdopodobnie będą najpowszechniejszymi integronami we wszystkich twoich próbkach. Wszystkie te integrony mają niedawne pojedyncze pochodzenie i dlatego mają wysoce konserwatywną sekwencję DNA5.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przesiewowe badanie kultur mieszanych i izolatów bakteryjnych pod kątem obecności intI1
Zestaw starterów HS463a/HS464 PCR może być wykorzystany do wykrywania obecności genu integrazji integronu klasy 1, intI1 (Rysunek 1). Ten zestaw starterów sprawdza się w wykrywaniu intI1 w kulturach mieszanych i jest również stosowany do przesiewania kolonii bakteryjnych pobranych z płyt z wysianą kulturą (Rysunek 2). Izolaty dodatnie powinny dawać pojedynczy...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Identyfikacja integronów i związanych z nimi kaset genowych jest potencjalnie kluczowym krokiem w przewidywaniu pojawienia się nowych patogenów oportunistycznych, śledzeniu szlaków patogenów w łańcuchu pokarmowym człowieka oraz identyfikacji nowych determinantów oporności i wirulencji8,21,26. Celem pracy było opisanie uproszczonego podejścia do badań przesiewowych próbek pod kątem integronów klasy 1, scharakteryzowanie ich układów kasetowych i identyfikacja gatunków bakterii, w których występują. Kluczowe krok...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic istotnego do ujawnienia.
Podziękowania dla Michaela Hall, Larissy Bispo i Gustavo Tavaresa za pomoc techniczną.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| GoTaq Bezbarwny Mastermix | Promega | M7132 | Stosowany we wszystkich PCR |
| RNAzy (rybonukleaza A z trzustki bydlęcej) | Sigma | R6513-10MG | Stosowany we wszystkich PCR |
| Enzym restrykcyjny HinFI | Promega | R6201 | Stosowany do trawienia produktów 16S rDNA PCR. Enzym jest dostarczany z optymalnym buforem i |
| drabinką BSA 100 pz | GE Healthcare | 27400701 | Stosowany jako wzorzec rozmiaru na wszystkich żelach agarozowych |
| GelRed DNA barin | Biotium | 41003 | UWAGA: Podczas pracy z tym materiałem należy nosić środki ochrony osobistej |
| Tiocyjanian guanidyny | Technologies | AM9422 | UWAGA: Podczas obchodzenia się z tym materiałem należy nosić środki ochrony osobistej |
| CLS-TC Rozwiązanie | MP Biomedicals | 6540409 | Roztwór do ponownego zawieszania stosowany na początku ekstrakcji genomowego DNA |
| Lysing Matrix E FastPrep probówki | MP Biomedicals | 116914500 | Tube wymagane do mechanicznego rozbijania ścian komórkowych bakterii. Ten kod jest używany dla opakowań po 500 tubek, dostępne są mniejsze ilości. |
| Macierz wiążąca | MP Biomedicals | 116540408 | Rozcieńczony w stosunku 1:5 6 M tiocyjanianem guanidyny i stosowany w metodzie ekstrakcji genomowego DNA. |
| Maszyna Fast Prep | MP Biomedicals | Liczba dostępnych opcji | MP Biomedicals posiada wiele maszyn FastPrep dostępnych do zakupu. Więcej informacji można znaleźć na stronie http://www.mpbio.com |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.