Screening productos alimenticios para la Clase 1 integrones y Gene Cassettes
Summary
This protocol describes the detection of class 1 integrons and their associated gene cassettes in foodstuffs.
Abstract
Antibiotic resistance is one of the greatest threats to health in the 21st century. Acquisition of resistance genes via lateral gene transfer is a major factor in the spread of diverse resistance mechanisms. Amongst the DNA elements facilitating lateral transfer, the class 1 integrons have largely been responsible for spreading antibiotic resistance determinants amongst Gram negative pathogens. In total, these integrons have acquired and disseminated over 130 different antibiotic resistance genes. With continued antibiotic use, class 1 integrons have become ubiquitous in commensals and pathogens of humans and their domesticated animals. As a consequence, they can now be found in all human waste streams, where they continue to acquire new genes, and have the potential to cycle back into humans via the food chain. This protocol details a streamlined approach for detecting class 1 integrons and their associated resistance gene cassettes in foodstuffs, using culturing and PCR. Using this protocol, researchers should be able to: collect and prepare samples to make enriched cultures and screen for class 1 integrons; isolate single bacterial colonies to identify integron-positive isolates; identify bacterial species that contain class 1 integrons; and characterize these integrons and their associated gene cassettes.
Introduction
El descubrimiento de los antibióticos fue uno de los mayores logros científicos del siglo 20. Sin embargo, el uso y abuso de antibióticos ha llevado a la rápida evolución de las bacterias resistentes a los antibióticos, y estos ahora representan una seria amenaza para la salud pública en el siglo 21. El surgimiento de cepas bacterianas resistentes a la mayoría de las opciones de tratamiento plantea la posibilidad de que estamos entrando en una era en que los medicamentos antimicrobianos ya no son eficaces 1,2.
La maquinaria genética que confiere resistencia a los antibióticos es un sistema antiguo, anterior a los seres humanos y las presiones de selección de antibióticos por millones de años 3. Elementos genéticos móviles, tales como plásmidos, transposones, islas genómicas, elementos y integrones conjugativos integradores pueden difundir los genes de resistencia a antibióticos (ARG), tanto dentro como entre las especies bacterianas 4. De éstos, los integrones han jugado un papel central en la propagación de ARG, a pesar de lahecho de que se basan en plásmidos y transposones para la movilización y la inserción en los genomas bacterianos 5. Los integrones capturan casetes de genes usando un integrón-integrasa, y luego expresan casetes utilizando un integrón codificado promotor 6,7 (Figura 1). Integrón gen casetes son pequeños elementos móviles que consisten en cuadros individuales abiertos de lectura (ORF), cuyos productos pueden conferir resistencia a los antibióticos o desinfectantes 8. 1 integrones de clase son los integrones más comúnmente recuperados de aislados clínicos 5, donde han adquirido colectivamente más de 130 diferentes casetes de genes de resistencia a antibióticos 9.
La difusión de la clase 1 integrones en comensales y patógenos bacterias humanas asociadas genera corrientes de desechos humanos que contienen un gran número de estos elementos genéticos 10. Se estima que 10 19 bacterias que contienen integrones de clase 1 se liberan a través de los lodos de depuradora cada año in el Reino Unido 11. Por lo tanto, no es sorprendente que la clase 1 integrones que confieren resistencias a antibióticos están siendo detectados en la microbiota de las aves silvestres, peces y otra fauna nativa 12-14. Liberar integrones de nuevo en el medio ambiente plantea un importante problema de salud pública, ya que la adquisición de nuevos cassettes genéticos y reordenamientos complejos con otros elementos móviles persiste, especialmente en las plantas de tratamiento de aguas residuales y otros cuerpos de agua 15-18. El entorno natural, entonces se convierte en un campo de reclutamiento fértil para nuevos determinantes de resistencia y patógenos oportunistas 19,20. Bacterias que contiene integrón-Novel y nuevas ARGs pueden rodear de nuevo en la comunidad humana a través del agua y alimentos contaminados 21,22. Vigilancia de ARGs ambientales es una estrategia clave para la comprensión y el manejo de la resistencia a los antibióticos en el futuro 23. En particular, se debe prestar atención a los alimentos que se comen crudos oligeramente cocidos, ya que estos presentan la mayor amenaza para la transmisión de nuevos elementos móviles y agentes patógenos.
En este protocolo, un enfoque simplificado para la detección, identificación y caracterización de integrones de clase 1 y de sus cassettes genéticos asociados en los productos alimenticios se indica (Figura 2). Usando una combinación de cultivo y reacción en cadena de polimerasa (PCR), integrones se pueden detectar rápidamente en comunidades bacterianas complejas y aislamientos individuales. Se dan métodos para la identificación de las especies de bacterias y la conformación y la identidad de los casetes de genes integrón-asociado. El método es adecuado para una amplia variedad de alimentos vegetales y animales, y los ejemplos de los flujos de trabajo típicos se indican para cada uno de estos tipos de alimentos.
Protocol
Representative Results
Discussion
La identificación de los integrones y sus cassettes genéticos asociados es potencialmente un paso clave en la predicción de la aparición de nuevos agentes patógenos oportunistas, el seguimiento de las vías para los patógenos en la cadena alimentaria humana, y la identificación de una nueva resistencia y virulencia determinantes 8,21,26. El objetivo de este trabajo fue describir un enfoque simplificado para el cribado de muestras para la clase 1 integrones, caracterizando sus matrices de cassette y la …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gracias a Michaela Hall, Larissa Bispo y Gustavo Tavares para la asistencia técnica.
Materials
| GoTaq Colourless Mastermix | Promega | M7132 | Used in all PCRs |
| RNAse (Ribonuclease A from bovine pancreas) | Sigma | R6513-10MG | Used in all PCRs |
| HinFI restriction enzyme | Promega | R6201 | Used to digest 16S rDNA PCR poducts. Enzyme comes with optimal buffer and BSA |
| 100 bp ladder | GE Healthcare | 27400701 | Used as a size standard on all agarose gels |
| GelRed DNA stain | Biotium | 41003 | CAUTION: Personal protection must be worn when handling this material |
| Guanidinium Thiocyanate | Life Technologies | AM9422 | CAUTION: Personal protection must be worn when handling this material |
| CLS-TC Solution | MP Biomedicals | 6540409 | Resuspension solution used at the begining of the genomic DNA extraction |
| Lysing Matrix E FastPrep tubes | MP Biomedicals | 116914500 | Tube required for mechanical disruption of bacterial cell walls. This code is used for packs of 500 tubes, smaller quantities are available. |
| binding matrix | MP Biomedicals | 116540408 | Diluted 1:5 with 6M guanidinium thiocyanate and used in the genomic DNA extraction method. |
| Fast Prep machine | MP Biomedicals | Number of options available | MP Biomedicals has a number of FastPrep machines available to purchase. Visit http://www.mpbio.com for more information |
References
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