Agenti patogeni di origine alimentare Screening utilizzando Magneto-fluorescente nanosensore: Rilevazione rapida di e. Coli O157: H7
Summary
L’obiettivo generale del presente protocollo è di sintetizzare funzionale Nanosensori per il portatile, conveniente, e rilevamento rapido di specificamente mirati batteri patogeni attraverso una combinazione di rilassamento magnetico e le modalità di emissione di fluorescenza.
Abstract
Enteroemorragica Escherichia coli O157: H7 è stato collegato ad entrambi a base acquosa e malattie di origine alimentare e resta una minaccia nonostante i metodi di screening di cibo e di acqua utilizzata attualmente. Mentre i metodi convenzionali di rilevazione batterica, come reazione a catena della polimerasi (PCR) e analisi enzima-collegate dell’immunosorbente (ELISA) in grado di rilevare specificamente patogeni contaminanti, richiedono preparazione dei campioni ampi e lunghi periodi di attesa. Inoltre, queste pratiche richiedono impostazioni e strumenti di laboratorio sofisticati e devono essere eseguite da professionisti qualificati. Nel presente accordo, un protocollo è proposto per una più semplice tecnica diagnostica che caratterizza la combinazione unica di parametri magnetici e fluorescente in una piattaforma basata su nanoparticelle. La proposta multiparametrica magneto-fluorescente nanosensori (MFnS) in grado di rilevare e. coli O157: H7 contaminazione con appena 1 unità formanti colonie presenti in soluzione entro meno di 1 h. Inoltre, la capacità di MFnS di rimanere altamente funzionale in supporti complessi come latte ed acqua del lago è stata verificata. Ulteriori specificità analisi inoltre sono state usate per dimostrare la capacità di MFnS di rilevare solo i batteri specifici, anche in presenza di specie batteriche simili. L’abbinamento delle modalità magnetica e fluorescente permette per la rilevazione e la quantificazione di contaminazione da agenti patogeni in una vasta gamma di concentrazioni, esibendo le sue alte prestazioni nella rilevazione di contaminazione sia precoce e tardiva-stadio. L’efficacia, convenienza e portabilità della MFnS li rendono un candidato ideale per lo screening di point-of-care per contaminanti batterici in una vasta gamma di impostazioni, dai bacini acquatici per gli alimenti in commercio confezionati.
Introduction
La presenza persistente di contaminazione batterica in entrambi il cibo prodotto commercialmente e fonti d’acqua ha creato la necessità di piattaforme diagnostiche sempre più rapide e specifiche. 1 , 2 alcuni dei più comuni contaminanti batterici responsabili della contaminazione di cibo e acqua sono dei generi Salmonella, Staphylococcus, Listeria, Vibrio, Shigella, Bacillus ed Escherichia. 3 , 4 contaminazione batterica di questi agenti patogeni spesso provoca sintomi quali febbre, colera, gastroenterite e diarrea. 4 contaminazione delle fonti d’acqua spesso ha effetti drastici e negativi sulle comunità senza accesso all’acqua sufficientemente filtrata e contaminazione degli alimenti ha portato ad un gran numero di malattie e sforzi di richiamo del prodotto. 5 , 6
Al fine di ridurre l’occorrenza di malattie causate dalla contaminazione batterica, ci sono stati una serie di sforzi per sviluppare metodi che acqua e cibo possono essere efficientemente acquisiti prima della vendita o consumo. 3 tecniche come la PCR,1,7,8,9,10 ELISA,11,12 (amplificazione isotermica mediata da loop LAMPADA),13,14 , tra gli altri,15,16,17,18,19,20,21, 22,23,24 recentemente sono state usate per il rilevamento di vari agenti patogeni. Rispetto al tradizionale batteriche metodi di coltura, queste tecniche sono molto più efficiente per quanto riguarda la specificità e l’ora. Tuttavia, queste tecniche ancora lottano con falsi positivi e negativi, procedure complesse e costo. 1 , 3 , 25 è per questo motivo che multiparametriche magneto-fluorescente nanosensori (MFnS) sono proposti come metodo alternativo per rilevazione batterica.
Questi nanosensori unicamente insieme coppia rilassamento magnetico e modalità fluorescente, permettendo per una piattaforma dual-rilevazione che sia rapida e accurata. Utilizzando e. coli O157: H7 come contaminante campione, la capacità di MFnS per rilevare appena 1 CFU in minuti è dimostrata. Patogeno-specifiche anticorpi sono usati per aumentare la specificità e la combinazione delle modalità sia magnetiche che fluorescente permette per la rilevazione e quantificazione di contaminanti batterici in entrambi gli intervalli di bassa e alta contaminazione. 16 nel caso di contaminazione batterica, i nanosensori saranno sciame intorno i batteri a causa della capacità di targeting degli anticorpi patogeni specifici. L’associazione tra i nanosensori magnetico e batteri limita l’interazione tra il nucleo di ferro magnetico e i protoni dell’acqua circostante. Questo provoca un aumento i tempi di rilassamento T2, come registrato da una relaxometer magnetica. Come la concentrazione di batteri in soluzione aumenta, i nanosensori disperdono con l’aumento del numero di batteri, con conseguente più bassi valori di T2. Al contrario, l’emissione di fluorescenza aumenterà in proporzione con la concentrazione dei batteri, dovuto il numero aumentato di nanosensori direttamente legati al patogeno. Centrifugazione dei campioni e l’isolamento del pellet batterico, conserverà solo le nanoparticelle direttamente collegate ai batteri, rimuovendo qualsiasi nanosensori digalleggiante e direttamente correlare l’emissione di fluorescenza con il numero di batteri presenti nella soluzione. Una rappresentazione schematica di questo meccanismo è rappresentata nella Figura 1.
Questa piattaforma di MFnS è stata progettata con lo screening di point-of-care nella mente, con conseguente caratteristiche portatile e a basso costo. MFnS sono stabili a temperatura ambiente e sono necessarie solo in concentrazioni molto basse per accuratezza nel rilevamento di contaminanti batterici. Inoltre, dopo la sintesi, uso del MFnS è semplice e non richiede l’utilizzo di professionisti qualificati nel settore. Infine, questa piattaforma diagnostica permette per il targeting altamente personalizzabile, fornendo un mezzo da cui questa una piattaforma può essere utilizzata per rilevare gli agenti patogeni di tutti i tipi, in molti contesti diversi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo protocollo è stato progettato per produrre completamente funzionale MFnS semplicemente come possibile. Tuttavia, ci sono molti punti chiave in cui alterazione del protocollo può essere utile, a seconda dell’obiettivo finale dell’utente. Ad esempio, l’uso di anticorpi differenti consentirebbe per il targeting di molti altri agenti patogeni. Inoltre, questo protocollo non è limitato all’uso di anticorpi come molecole di targeting. Qualsiasi molecola che ha affinità di legame spec…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è supportato da K-INBRE P20GM103418, Kansas soia Commissione (KSC/PSU 1663), ACS PRF 56629-UNI7 e PSU polimero chimica avvio fondo, tutti a SS. Ringraziamo il videografo di università, il signor Jacob Anselmi, per il suo eccezionale lavoro con il video. Ringraziamo anche il signor Roger Heckert e la signora Katha Heckert per il loro generoso sostegno per la ricerca.
Materials
| Ferrous Chloride Tetrahydrate | Fisher Scientific | I90-500 | |
| Ferric Chloride Hexahydrate | Fisher Scientific | I88-500 | |
| Ammonium Hydroxide | Fisher Scientific | A669S-500 | |
| Hydrochloric Acid | Fisher Scientific | A144S-500 | |
| Polyacryllic Acid | Sigma-Aldrich | 323667-100G | |
| EDC | Thermofisher Scientific | 22980 | |
| NHS | Fisher Scientific | AC157270250 | |
| Anti-E. coli O111 antibody | sera care | 5310-0352 | |
| Anti-E. coli O157:H7 antibody [P3C6] | Abcam | ab75244 | |
| DiI Stain | Fisher Scientific | D282 | |
| Nutrient Broth | Difco | 233000 | |
| Freeze-dried E. coli O157:H7 pellet | ATCC | 700728 | |
| Magnetic Relaxomteter | Bruker | mq20 | |
| Zetasizer | Malvern | NANO-ZS90 | |
| Plate Reader | Tecan | Infinite M200 PRO | |
| Magnetic Column | QuadroMACS | 130-090-976 | |
| Centrifuge | Eppendorf | 5804 Series | |
| Centrifuge (accuSpin Micro 17) | Fisher Scientific | 13-100-676 | |
| Floor Model Shaking Incubator | SHEL LAB | SSI5 | |
| Analytical Balance | Metler Toledo | ME104E | |
| Digital Vortex Mixer | Fisher Scientific | 02-215-370 | |
| Open-Air Rocking Shaker | Fisher Scientific | 02-217-765 |
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