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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein chromogenes Substrat, das den
direkten Nachweis von pathogenen Bakterien der Gattung Listeria,
genauer gesagt der Spezies Listeria monocytogenes, gestattet.
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Die
Erfindung betrifft auch die Kombination von zwei Substraten, von
denen das eine eine beträchtliche
Spezifität
für die
Spezies Listeria monocytogenes und das andere gegebenenfalls eine
Spezifität
für die Gattung
Listeria aufweist. Außerdem
betrifft sie ein Kulturmedium, das solch ein Substrat oder solch
eine Substratkombination enthält.
Schließlich
betrifft sie ein Nachweisverfahren, bei dem solche Kulturmedien
verwendet werden.
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Seit
vielen Jahren werden bestimmte Substrate verwendet, um den Nachweis
des Vorhandenseins bzw. Fehlens von Enzymaktivitäten, die für Mikroorganismen charakteristisch
sind, zu gestatten. Aufgrund der Auswahl der Substrate, nämlich ob
eine Reaktion stattfindet oder nicht, kann die Spezies einer Gruppe
von Mikroorganismen charakterisiert oder zwischen Stämmen und/oder
Spezies einer gegebenen Gattung von Mikroorganismen unterschieden
werden.
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Synthetische
Enzymsubstrate, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet
werden, setzen sich aus zwei Teilen zusammen, nämlich einem ersten Teil, der
für die
nachzuweisende Enzymaktivität
spezifisch ist und im Folgenden Zielteil genannt wird, und einen
zweiten Teil, der als Marker dient und im Folgenden Markerteil genannt
wird.
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Diese
bestimmten Substrate können
fluoreszierend oder chromogen sein. Eigentlich ist es der zweite Teil,
der Markerteil, wo das Produkt seiner Reaktion mit einer oder mehreren
anderen Verbindungen – siehe
in diesem Zusammenhang die Patentanmeldung PCT/FR99/00781, die an
die Anmelderin ausgegeben wurde – der fluoreszierend oder chromogen
ist, wenn er nicht mehr mit dem ersten Teil, dem Zielteil, kombiniert
ist.
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Die
Isolation und Identifikation des Bakteriums Listeria monocytogenes
ist ein wesentliches Problem bei der Überwachung der Landwirtschafts- und Nahrungshygiene
und der medizinischen Bakteriologie. Unter den Bakterien der Gattung
Listeria ist nur von der Spezies Listeria monocytogenes bekannt,
dass sie humanpathogen ist. Sie kann Listeriose verursachen, die
manchmal (in 25 bis 30 % aller Fälle)
bei immungeschwächten
Personen, Kleinkindern oder schwangeren Frauen tödlich ist. Die anderen Listeria-Spezies
sind nicht pathogen oder nur tierpathogen. Dies ist insbesondere
bei Listeria ivanovii der Fall.
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Obwohl
in den letzten Jahrzehnten die Gefahr der Listeriose beim Menschen
in den meisten entwickelten Ländern
zurückgegangen
ist, wird von der modernen Gesellschaft immer mehr Sicherheit gefordert,
wobei zwar sporadisch auftretende Fälle akzeptiert, Epidemien jedoch
nicht toleriert werden können.
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In
Frankreich wird zum Beispiel bei der Politik der Risikobekämpfung der
nachgelagerte Bereich (Kontaminationsrate in den Verarbeitungsprodukten)
gegenüber
dem vorgelagerten Bereich (Kontamination der landwirtschaftlichen
Produkte) mit Vorrang behandelt. Demgemäß wären 15 bis 60 % der Geflügelschlachtkörper, 3
bis 36 % der Schweineschlachtkörper
und 7 bis 28 % der Rinderschlachtkörper mit Listeria kontaminiert.
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Im
Rahmen der Diagnose von bakteriellen Infektionen beim Menschen ist
es jedoch wichtig, Listeria monocytogenes eindeutig von den anderen
Bakterien der Gattung Listeria spp., die nicht pathogen sind, zu unterscheiden.
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Der
Nachweis und die Isolation von Listeria spp., werden traditionellerweise
mit selektiven Kulturmedien durchgeführt. Die selektiven Medien
Palcam (Van Netten et al., J. Food Microbiol. (1988), 6, S. 187-188) und
Oxford (Curtis et al., Lett. Appl. Microbiol. (1989), 8, S. 85-98) gehören zu den
am häufigsten
verwendeten Medien. Mit diesen Medien können alle Spezies der Gattung
Listeria spp. nachgewiesen werden. So müssen mit den typischen Kolonien,
die beobachtet werden, anschließend
ergänzende
Identifikationstests, wie mikroskopische und/oder biochemische und/oder
immunologische und/oder genetische Tests, durchgeführt werden, um
eine Zugehörigkeit
zu der Spezies Listeria monocytogenes zu bestätigen.
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Nun
werden aber durch diese zusätzlichen
Arbeitsschritte die Analysedauer verlängert und die Analysekosten
erhöht.
Sie erfordern eine Vielzahl von Reaktanten und die Durchführung von
Arbeiten durch Fachkräfte.
Außerdem
stellen dadurch, dass Kolonien, die einer Identifikation unterzogen
werden, zufällig
entnommen werden, die zusätzlichen
Arbeitsschritte häufig
eine Fehlerquelle dar oder sind zumindest der Grund für weniger
Genauigkeit und Verlässlichkeit
der Ergebnisse. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Listeria monocytogenes-Kolonien
auf dem Isolationsmedium im Vergleich zu anderen Kolonien, die von
anderen Listeria-Spezies gebildet werden, stark in der Minderheit
sind.
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In
dem an die Anmelderin ausgegebenen Patent EP-B-0.496.680 wird ein
bakteriologisches Analyseverfahren zur Differenzierung der Spezies Listeria
monocytogenes von anderen Bakterien der Gattung Listeria beschrieben.
Gemäß diesem
Verfahren wird ein Nachweismedium verwendet, das ein chromogenes
oder fluorogenes Substrat, das von einem Glycinaminopeptidase genannten
Enzym hydrolysiert werden kann, umfasst. Das verwendete Medium kann
auch gegebenenfalls ein Fermentationssubstrat und/oder ein reduzierbares
Substrat und/oder ein enzymatisch hydrolysierbares Substrat enthalten,
wie das α-Mannosidase-Substrat, dessen
chemische Transformation es gestattet, die in der zu analysierenden
Probe vorhandene Listeria-Spezies zu charakterisieren.
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Diese
sehr interessante Methode weist insofern einen Hauptnachteil auf,
als die Spezies Listeria monocytogenes die einzige Spezies ist,
die keine enzymatische Glycinaminopeptidase-Aktivität aufweist.
Es kann daher die gesamte Gattung Listeria nachgewiesen werden,
mit Ausnahme der Spezies Listeria monocytogenes, die pathogen ist.
Der Nachweis von Listeria monocytogenes durch eine negative Aktivität ist daher
nicht einfach, da bei der Verwendung eines Negativtests Spezifität fehlt,
wenn eine Mutante vorliegt oder wenn die anderen Spezies einem Druck
ausgesetzt sind und nicht mit einer normalen Aktivität reagieren.
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In
der Publikation „Seperation
of pathogenic and apathogenic Listeria monocytogenes by 3 in-vitro
reaction" [Unterscheidung
zwischen pathogenen und apathogenen Listeria monocytogenes durch
3 In-vitro-Reaktionen],
Groves, R. D. et al., Journal of Clinical Microbiology, Bd. 5, Nr.
6, 1977, wird die Verwendung von Substanzen, die aufgrund ihrer
Spaltung durch ein spezifisches Enzym aktiviert werden, jedoch nicht
die Verwendung von Esterasesubstraten, beschrieben.
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In
der Publikation „Enhance
haemolysis agar EHA an improved selective and differential medium
for isolation of Listeria monocytogenes" [„Enhanced
haemolysis agar" (EHA),
ein verbessertes Selektiv- und Differentialmedium für die Isolation
von Listeria monocytogenes], Cox, L. J. et al., Food Microbiology
(London), Bd. 8, Nr. 1, 1998, die ein Verfahren zur Isolation von
Bakterien der Gattung Listeria monocytogenes betrifft, wird die
Verwendung von Esterasesubstraten weder beschrieben noch nahegelegt.
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In
der Druckschrift FR 2 687 028 wird ein Kulturmedium für den Nachweis
von Bakterien der Gattung Salmonella und nicht von Listeria monocytogenes
beschrieben.
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In
der Publikation „Comparison
of five typing methods for the epidemiological study of Listeria
monocytogenes" [Vergleich
von fünf
Bestimmungsmethoden für
die epidermiologische Untersuchung von Listeria monocytogenes],
Kerouaton et al., International Journal of Food Microbiology, Bd.
43, Nr. 1-2, werden Verfahren zur Unterscheidung zwischen mehreren
Stämmen
von Listeria monocytogenes, jedoch nicht für den spezifischen Nachweis
des Vorhandenseins von Listeria monocytogenes beschrieben.
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In
der Publikation „Haemolysins
and extra cellular enzymes of Listeria monocytogenes and Listeria ivanovii" [Haemolysine und
extrazelluläre
Enzyme von Listeria monocytogenes und Listeria ivanovii], Barclay R.
et al., Journal of Medical Microbiology, Bd. 30, Nr. 2, 1989, wird
die Verwendung von Esterasesubstraten für den Nachweis von Bakterien
der Gattung Listeria beschrieben, jedoch keine Differenzierung zwischen
Listeria monocytogenes und Listeria ivanovii gestattet.
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Außerdem ist
es bekannt, chromogene Medien, mit denen die für die Gattung Listeria spezifische β-Glucosidaseaktivität nachgewiesen
werden kann, zu verwenden.
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So
wird in den Patenten der Vereinigten Staaten Nr. 5,962,251 und
US 5,364,767 ein Verfahren
zur Identifikation von Mikroorganismen, das zwei Chromogene umfasst,
beschrieben; die Verwendung von Esterasesubstrat für die Identifikation
von Listeria monocytogenes wird jedoch nicht beschrieben.
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Weiterhin
ist es für
eine genauere Unterscheidung, bei der ebenfalls chromogene Medien
verwendet werden, möglich,
zwischen den Spezies Listeria monocytogenes und Listeria ivanovii
und anderen Listerien dadurch zu unterscheiden, dass man die für Phosphatidylinositol
spezifische Phospholipase-C-Aktivität (PI-PLC) nachweist.
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Es
wurde nämlich
nachgewiesen, dass die PI-PLC von gewissen Spezies der Gattung Listeria,
wie Listeria monocytogenes und Listeria ivanovii in das Kulturmedium
sezerniert wird (Leimeister-Wächter
et al., Mol. Microbiol. (1991) 5(2), S. 361-366; J. Mengaud et al.,
Mol. Microbiol. (1991) 5(2), S. 367-372 und Goldfine et al., Infection
and Immunity (1992) 60(10), S. 4059-4067). Man weiß auch,
dass diese beiden Spezies mit Hilfe von indirekten Verfahren identifiziert
werden können
(Notermans et al., App. und Env. Microbiology (1991), Bd. 57 Nr.
9, S. 2666-2670.
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In
der Patentanmeldung WO-A-99/04032 wird ein Kulturmedium, das ein
für Listeria
monocytogenes und für
Listeria ivanovii spezifisches chromogenes Substrat enthält, beschrieben;
es handelt sich um ein Phosphatidylinositolderivat, wie das Ammoniumsalz
von 5-Brom-4-chlor-3-indolyl-myo-inositol-1-phosphat,
das einen direkten Nachweis von diesen beiden Spezies, also in einem
Schritt, und daher ihre Unterscheidung von anderen Listeria-Spezies
ermöglicht.
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Auch
in den folgenden Schriften beruft man sich auf die Verwendung von
PI-PLC für
den bakteriologischen Nachweis:
- • WO-A-98/38332,
die im Wesentlichen ein Verfahren und einen Test für den Nachweis
von PI-PLC mittels eines Substrats, das von solch einem Enzym gespalten
wird, wobei eines der Spaltprodukte des Substrats chromogen ist
und die Identifikation von pathogenen Listerien gestattet, betrifft,
sowie
- • WO99/48899,
in der eine auf 4-Methylumbelliferon basierende fluorogene Verbindung
vorgeschlagen wird, mit der eine Enzymaktivität, PI-PLC, die in zahlreichen
Spezies Clostridium species, Listeria ivanovii, Staphylococcus aureus,
Bacillus cereus, Bacillus thuringiensis und auch Listeria monocytogenes
vorliegt, nachgewiesen werden kann.
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In
dieser letztgenannten Schrift wird die Tatsache, dass die Phospholipase-C-Enzymaktivität nicht
für Listeria
monocytogenes spezifisch ist, da sie auch in anderen Spezies, auch
in einer anderen Listerie, nämlich Listeria
ivanovii vorliegt, postuliert.
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Es
ist jedoch anzumerken, dass chromogene Esterasesubstrate einfacher
zu synthetisieren und preisgünstiger
sind als PI-PLC-Substrate. Außerdem
ist es vorteilhaft, statt einem natürlichen Substrat ein chromogenes
Substrat zu verwenden, da der visuelle Nachweis einfacher ist: statt
einem Hof um die Kolonien treten gefärbte Kolonien auf. Dieser Vorteil
findet sich auch bei Kulturen, die aus einer Mehrzahl von Mikroorganismen
bestehen: jede Kolonie hat seine spezifische Farbe, während sich
der Hof um zwei unterschiedliche Kolonien erstrecken kann.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Nachweisverfahren
vorzuschlagen, das es ermöglicht,
zwischen der Spezies Listeria monocytogenes und allen anderen Listeria-Spezies
zu unterscheiden. Dieses Ergebnis wird dadurch erhalten, dass man mindestens
eine metabolische Aktivität,
die bis jetzt nicht für
den Nachweis von Listerien und die Unterscheidung von Listeria monocytogenes
von anderen Spezies der Gattungen Listeria verwendet wurde, nachweist.
Es handelt sich um eine Esteraseaktivität, die stark von Listeria monocytogenes
und sehr schwach bei den anderen Spezies der gleichen Gattung ausgeprägt ist und
zweitens um mindestens eine Aktivität, die bei allen oder einigen
Listerien vorliegt, wie Osidase oder Phosphatase oder Aminopeptidase,
mit der der Farbkontrast zwischen Listeria monocytogenes und den
anderen Spezies der gleichen Gattung verstärkt werden kann. Auf diese
Spezies und Weise ist es möglich,
Listeria monocytogenes und andererseits Listeria ivanovii und Listeria
innocua, bei denen es sich um die am häufigsten isolierten Spezies
handelt und deren enzymatische Eigenschaften denen von Listeria
monocytogenes sehr ähnlich
sind, auseinanderzuhalten.
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Zu
diesem Zweck betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines
Substrats zum direkten Nachweis von pathogenen Listeria monocytogenes
Bakterien, wobei die Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass
das Substrat durch eine Esteraseaktivität, die sich von der für Phosphatidylinositol
(PI-PLC) spezifischen Phospholipase-C-Aktivität unterscheidet, gespalten
wird, wobei die Esteraseaktivität
für Listeria
monocytogenes spezifisch ist, und dass es einen Zielteil umfasst,
der aus einer Fettsäure
mit einer Kohlenstoffkette einer Länge von 4 bis 20 Kohlenstoffatomen
zusammengesetzt ist.
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Ist
die PI-PLC-Aktivität
eine Esteraseaktivität,
so ist Listeria ivanovii esterasenegativ während sie PI-PLC-positiv ist
und kann daher mit Listeria monocytogenes verwechselt werden. Im
Gegensatz zum Stand der Technik und zum Nachweis von PI-PLC, wo
nicht zwischen Listeria monocytogenes und anderen Listerien unterschieden
werden kann, gestattet die vorliegende Erfindung einen spezifischeren
Nachweis von Listeria monocytogenes.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
ist die Esteraseaktivität
eine spezifische Enzymaktivität, d.
h. sie spaltet die Esterbindung zwischen dem Markerteil und dem
Zielteil, die das Substrat bilden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
ist die gespaltene Bindung eine Esterbindung zwischen einer vom
Markerteil getragenen Alkoholfunktion und einer den Zielteil bildenden
organischen Säure.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
ist der Markerteil aus einem Chromogen zusammengesetzt, wie etwa
einem Indoxyl, das aus einem der folgenden Bestandteile zusammengesetzt
sein kann:
- • 5-Brom-3-indoxyl
oder
- • 5-Brom-4-chlor-3-indoxyl
oder
- • 6-Chlor-3-indoxyl
oder
- • 5-Brom-6-chlor-3-indoxyl
oder
- • 6-Brom-3-indoxyl.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
ist der Zielteil aus einer Fettsäure
mit einer Kohlenstoffkette einer Länge von 4 bis 10 Kohlenstoffatomen
zusammengesetzt.
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Das
Substrat ist vorzugsweise aus 5-Brom-4-chlor-3-indolylbutyrat, 5-Brom-4-chlor-3-indolyloctanoat, 5-Brom-4-chlor-3-indolylnonanoat
oder 5-Brom-4-chlor-3-indolyldecanoat
zusammengesetzt.
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Gemäß einer
Ausführungsvariante
ist das Substrat mit mindestens einem anderen Substrat gekoppelt, das
das Ermitteln mindestens einer anderen Enzymaktivität der gesamten
oder eines Teils der Spezies Listeria ermög licht.
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Falls
zwei Substrate vorliegen, weist das Substrat, das das Ermitteln
der Esteraseaktivität,
mit Ausnahme des Enzyms PI-PLC, ermöglicht, eine andere Färbung als
das andere Substrat auf, was das Ermitteln einer anderen Enzymaktivivität als die
vorangehend definierten Esteraseaktivität ermöglicht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
ist die andere Enzymaktivität
der gesamten oder eines Teils der Spezies Listeria eine Osidase-,
Phosphatase- oder Aminopeptidaseaktivität.
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Der
Markerteil des anderen Substrats basiert vorzugsweise auf:
- • 5-Brom-3-indoxyl
oder
- • 5-Brom-4-chlor-3-indoxyl
oder
- • 6-Chlor-3-indoxyl
oder
- • 5-Brom-6-chlor-3-indoxyl
oder
- • 6-Brom-3-indoxyl.
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Bezüglich des
6-Chlor-3-indoxyls ist solch ein Molekül besonders gut in dem Patent
US-A-5,364,767 beschrieben, wo es im Wesentlichen mit N-Acetyl-β-D-galactosaminid,
mit N-Acetyl-β-D-glucosaminid,
mit Butyrat, mit Octanoat, mit dem p-Toluidinphosphatsalz, mit Sulfat
oder mit β-D-Glucopyranosid kombiniert
ist. Es kann auch auf 5-Brom-6-chlor-3-indoxyl basieren.
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Gemäß einer
Ausführungsvariante
ist das andere Substrat aus Folgendem zusammengesetzt:
- • 5-Brom-6-chlor-3-indolyl-β-D-glucosid
oder
- • 6-Chlor-3-indolyl-β-D-glucosid
oder
- • 6-Chlor-3-indolyl-β-D-cellobiosid
oder
- • 6-Chlor-3-indolyl-N-acetyl-β-D-glucosaminid
oder
- • 6-Chlor-3-indolyl-α-D-mannosid
oder
- • 6-Chlor-3-indolylphosphat.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Reaktionsmediums
zum direkten Nachweis von Listeria monocytogenes, wobei mindestens
ein Substrat wie oben definiert verwendet wird.
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Genauer
gesagt weist das Substrat, das das Ermitteln einer sich von der
PI-PLC-Aktivität
unterscheidenden Esteraseaktivität
ermöglicht,
eine Konzentration von 20 mg/l bis 3 g/l oder vorzugsweise von 50
mg/l bis 1 g/l, oder vorzugsweise von 100 bis 600 mg/l, oder ungefähr 250 mg/l,
auf.
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Genauer
gesagt umfasst das Medium mindestens ein anderes Substrat, das das
Ermitteln einer anderen Aktivität,
wie etwa einer Osidase-, Phosphatase- oder Aminopeptidaseaktivität, ermöglicht,
in einer Konzentration von 10 mg/l bis 500 my/l, vorzugsweise von
50 bis 300 mg/l, und noch stärker
bevorzugt von 100 bis 200 mg/l, auf.
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Das
Medium ist vorzugsweise ein Agar-Agar-Medium oder ein flüssiges Medium.
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Gemäß einer
Ausführungsvariante
beinhaltet das Medium ein Mittel, das es ermöglicht, Listeria monocytogenes
von Listeria welshimeri und Listeria seeligeri zu unterscheiden,
nämlich:
- • Zugabe
mindestens eines durch Listeria welshimeri und Listeria seeligeri
und nicht durch Listeria monocytogenes azidifizierten Kohlenhydrats
(zum Beispiel Xylose und/oder D-Tagatose) oder
- • Zugabe
mindestens eines durch Listeria monocytogenes und eventuell Listeria
innocua und/oder Listeria ivanovii und/oder Listeria grayii azidifizierten
Kohlenhydrats oder
- • Zugabe
mindestens eines Substrats, das das Aufdecken einer für mindestens
Listeria welshimeri und Listeria seeligeri jedoch nicht für Listeria
monocytogenes spezifischen Osidase-(β-Maltosidase) und/oder Phosphatase-
und/oder Aminopeptidase-(L-glycinaminopeptidase)-Aktivität ermöglicht,
oder
- • Zugabe
mindestens eines natürlichen
Substrats aus Phospholipase (PLC), wie etwa Phosphatidylinositol (PI)
und/oder Phosphatidylcholin (PC).
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform
umfasst das Medium ein selektives Mittel, das es ermöglicht,
Listeria monocytogenes von mindestens den folgenden Spezies zu unterscheiden
- • Staphylococcus
aureus,
- • Bacillus
thuringiensis,
- • Enterococcus
faecalis,
- • Escherichia
coli,
- • Pseudomonas
aeruginosa und
- • Candida
albicans.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
ist das selektive Mittel aus mindestens einem der folgenden Bestandteile
zusammengesetzt:
- • Lithiumchlorid,
- • Ceftazidim,
- • Amphoterizin
B,
- • Fosfomyzin
und/oder
- • Colistin.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Nachweis
von pathogenen Bakterien der Spezies Listeria monocytogenes, das
Folgendes umfasst:
- • Beimpfung eines wie oben definierten
Kulturmediums mit einer Probe, die die pathogenen Bakterien enthalten
kann,
- • Inkubation
des mit der Probe beimpften Kulturmediums und
- • Bestimmung
der Anwesenheit der pathogenen Bakterien anhand der charakteristischen
Farbe und Intensität
des Substrats oder der Substrate.
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Gemäß einer
Ausführungsvariante
wird die Probe, die pathogene Bakterien enthalten kann, vor dem Beimpfen
eines wie oben definierten Kulturmediums angereichert.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsvariante
des Verfahrens wird die Bestimmung der Anwesenheit der pathogenen
Bakterien anhand der charakteristischen Farbe und Intensität des Substrats
oder der Substrate nach 18 bis 24 Stunden Inkubation vorgenommen.
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Schließlich schlägt die Erfindung
eine Verwendung eines Substrats vor, das aus einem wie oben definierten
Zielteil und einem hemmenden Teil zur spezifischen Hemmung von Listeria
monocytogenes während der
Freisetzung des hemmenden Teils zusammengesetzt ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft daher im Wesentlichen den Nachweis der
humanpathogenen Spezies Listeria monocytogenes im Vergleich zu den
anderen Spezies der Gattung Listeria.
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Die
enzymatische Esteraseaktivität
ist ein gutes Nachweismittel für
die Spezies Listeria monocytogenes im Vergleich zu den anderen Spezies
der Gattung Listeria, mit Ausnahme der spezifischeren, PI-PLC genannten,
Esteraseaktivität.
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Der
oben beschriebene Stand der Technik zeigt also die fehlende Spezifität von PI-PLC,
die für
eine Spezies von Lipiden spezifisch ist, zwischen z. B. der Spezies
Listeria monocytogenes und Listeria ivanovii. PI-PLC hydrolysiert
die Phosphatidylinositolderivate zwischen dem Glycerin und dem anorganischen
Phosphat. Bei dem chromogenen Substrat schneidet das Enzym wie unten
beschrieben zwischen dem Marker und dem an das Inositol gebundenen
anorganischen Phosphat.
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Die
in der vorliegenden Erfindung verwendeten Esterasen hydrolysieren
die Lipide, die eine oder mehrere Fettsäuren, deren Kettenlänge vorzugsweise
7 bis 10 Kohlenstoffatome beträgt,
enthalten. Diese Esterasen hydrolysieren wie unten beschrieben die
Esterbindungen zwischen einem Alkohol und einer organischen Fettsäure.
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Versuch 1: Prüfung von
mehreren Esterasesubstraten, die den gleichen chromogenen Marker,
jedoch unterschiedliche Fettsäurekettenlängen aufweisen
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Bei
den geprüften
chromogenen Esterasesubstraten handelt es sich um:
- • 5-Brom-3-indolyl-octanoat,
im Folgenden Blue-C8 genannt,
- • 5-Brom-3-indolyl-nonanoat,
im Folgenden Blue-C9 genannt sowie
- • 5-Brom-3-indolyl-decanoat,
im Folgenden Blue-C10 genannt.
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In
einer Mischung aus 40 % Dimethylsulfoxid und 60 Polyoxyethylensorbitanmonolaurat
(Tween 20) wird eine Stammlösung
von Jedem Substrat zu 40 g/l hergestellt. Drei Medien des Typs Columbia
werden mit einem ausreichenden Volumen überschichtet, um zu einer Substratendkonzentration
von 250 mg/l zu gelangen. Dieses Medium wurde ausgehend von einer
Suspension Stärke
2 auf der McFarland-Skala mit Mikroorganismen aus der Sammlung der
Anmelderin oder der Sammlung ATCC durch Isolation in Form von drei Rundskalen
isoliert. Die Schalen wurden 48 Stunden lang bei 37°C inkubiert.
Die gebildeten Kolonien wurden nach 24 und 48 Stunden Inkubation
visuell geprüft.
Die Farbe dieser Kolonien sowie die Intensität der Färbung wurden aufgezeichnet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 unten dargestellt:
Tabelle
1: Vergleichende Untersuchung von mehreren Esterasesubstraten, die
den gleichen chromogenen Marker, jedoch unterschiedliche Fettsäurekettenlängen aufweisen
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In
Tabelle 1 oben sowie in den folgenden Tabellen bedeutet F die Farbe
der Kolonien nach der Inkubation, I die Intensität dieser Farbe, das Symbol „-" ist gleichbedeutend
mit der Abwesenheit von Farbe oder Intensität, und ID schließlich definiert
die Inkubationsdauer. Es ist anzumerken, dass die Intensität der Farbe eine
willkürliche
Skala ist, die jedoch allen biologischen Proben und geprüften Medien
gemeinsam ist. Diese Skala ist für
diesen Versuch sowie für
alle folgenden Versuche gültig.
Sie kann folgendermaßen
definiert werden:
- • 0 bedeutet keine Aktivität,
- • 0,1
bedeutet Spuren von Farben,
- • 0,5
bedeutet sehr schwache Farbe,
- • 1
bedeutet deutliche Farbe, jedoch mit schwacher Intensität,
- • 1,5
bedeutet Farbe zwischen Farbe 1 und Farbe 2,
- • 2
bedeutet klare Farbe mit mittlerer Intensität,
- • 2,5
bedeutet Farbe zwischen Farbe 2 und Farbe 3,
- • 3
bedeutet intensive Farbe,
- • 3,5
bedeutet Farbe zwischen Farbe 3 und Farbe 4,
- • 4
bedeutet hochintensive Farbe.
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Nur
die Stämme
von L. monocytogenes, L. innocua, L. seeligeri und L. welshimeri
weisen eine graue Farbe auf; bei diesen Stämmen ist daher eine Esteraseaktivität ausgeprägt. Es ist
anzumerken, dass unabhängig
von der untersuchten Fettsäurekettenlänge intensitätsmäßig eine
Abweichung von ungefähr
einer Einheit zwischen den Stämmen
von L. monocytogenes, die die höchsten
Intensitäten
aufweisen, und den Stämmen
von L. innocua, L. welshimeri und L. seeligeri, die die niedrigsten
Intensitäten
aufweisen, vorliegt.
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Für die weiteren
Beispiele werden jedoch nur die von Octanoat und Nonanoat abgeleiteten
Derivate untersucht werden.
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Außerdem kann
beobachtet werden, dass nur die Stämme von Listeria monocytogenes
nach 24 Stunden eine Farbe aufweisen. Es ist daher möglich, Listeria
monocytogenes von anderen Listeria-Spezies in Abhängigkeit
von der Inkubationstemperatur zu unterscheiden.
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Versuch 2: Prüfung von
mehreren Esterasesubstraten, die unterschiedliche chromogene Marker
auf Basis von Indoxyl aufweisen und als Fettsäure Octansäure beinhalten:
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Bei
den geprüften
chromogenen Esterasesubstraten handelt es sich um:
- • 5-Brom-3-indolyl-octanoat,
im Folgenden Blue-C8 genannt,
- • 5-Brom-4-chlor-3-indolyl-octanoat,
im Folgenden X-C8 genannt,
- • 6-Chlor-3-indolyl-octanoat,
im Folgenden Rose-C8 genannt, sowie
- • 5-Brom-6-chlor-3-indolyl-octanoat,
im Folgenden Magenta-C8 genannt.
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In
einer Mischung aus 40 % Dimethylsulfoxid und 60 % Tween 20 wird
eine Stammlösung
von jedem Substrat zu 40 g/l hergestellt. Vier Medien des Typs Columbia
werden mit einem ausreichenden Volumen überschichtet, um zu einer Substratendkonzentration
von 250 mg/l zu gelangen. Dieses Medium wurde ausgehend von einer
Suspension Stärke
2 auf der McFarland-Skala mit Mikroorganismen aus der Sammlung der
Anmelderin oder der Sammlung ATCC durch Isolation in Form von drei
Rundskalen isoliert. Die Schalen wurden 48 Stunden lang bei 37°C inkubiert.
Die gebildeten Kolonien wurden nach 24 und 48 Stunden Inkubation
visuell geprüft.
Die Farbe dieser Kolonien sowie die Intensität der Färbung wurden aufgezeichnet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 unten dargestellt:
Tabelle
2: Vergleichende Untersuchung von mehreren Esterasesubstraten, die
unterschiedliche chromogene Marker auf Basis von Indoxyl und als
Fettsäuren
Octansäure
aufweisen
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Unabhängig von
dem verwendeten Substrat wird die Abweichung der Intensität zwischen
den Stämmen
von Listeria monocytogenes und Listeria innocua beibehalten. Diese
Abweichung ist jedoch bei den Markern 5-Brom-4-chlor-3-indoxyl und
5-Brom-3-indoxyl stärker
ausgeprägt.
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Der
beste Kontrast und die stärksten
Intensitäten
werden mit dem Marker 5-Brom-4-chlor-3-indoxyl, der zu einer türkisen Farbe
führt,
erhalten.
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Versuch 3: Nachweis einer
Esteraseaktivität
in einem Flüssigmedium:
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Bei
den geprüften
chromogenen Esterasesubstraten handelt es sich um:
- • 5-Brom-4-chlor-3-indolyl-acetat,
im Folgenden X-C2 genannt,
- • 3-Indolyl-acetat,
im Folgenden Y-C2 genannt,
- • 5-Brom-4-chlor-3-indolyl-butyrat,
im Folgenden X-C4 genannt,
- • 5-Brom-4-chlor-3-indolyl-octanoat,
im Folgenden X-C8 genannt,
- • 5-Brom-6-chlor-3-indolyl-octanoat,
im Folgenden M-C8 genannt sowie
- • 6-Chlor-3-indolyl-octanoat,
im Folgenden R-C8 genannt.
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Diese
Substrate wurden in Näpfchen
des Typs API-Teststreifen (geschütztes
Warenzeichen) lyophilisiert. Vor der Verwendung werden die in diesen
Näpfchen
enthaltenen Substrate durch Zugabe eines Inokulationsmediums des
Typs agarfreies Columbia-Medium wieder gelöst. Diese Näpfchen werden ausgehend von einer
Suspension Stärke
2 auf der McFarland-Skala mit Mikroorganismen aus der Sammlung der
Anmelderin oder der Sammlung ATCC beimpft. Die Teststreifen wurden
acht Stunden lang bei 37°C
inkubiert. Die gebildeten Kolonien wurden nach 4, 6 bzw. 8 Stunden
Inkubation visuell geprüft.
-
Die
Intensität
der Farbe dieser Kolonien wurde aufgezeichnet. Die Ergebnisse sind
in Tabelle 3 unten dargestellt:
Tabelle
3: Vergleichende Untersuchung von mehreren Esterasesubstraten, die
aus unterschiedlichen Chromogenen auf Basis von Indoxyl und aus
Fettsäuren
mit unterschiedlichen Kettenlängen
zusammengesetzt sind
-
In
Flüssigmedien
sind die Substrate, die eine Kettenlänge von unter vier Kohlenstoffatomen
aufweisen, nicht unterscheidungsfähig genug, um zwischen den
unterschiedlichen Listeria-Spezies untereinander zu unterscheiden.
Im Gegensatz dazu ermöglichen
die Substrate X-C4 und X-C5
unter den geprüften
Arbeitsbedingungen, zu einem Farbkontrast zwischen L. monocytogenes
einerseits und den anderen Spezies der Gattung andererseits zu gelangen.
Es weisen nämlich
nur L. welshimeri und L. seeligeri Farbe auf, diese Farben sind
jedoch sehr schwach. Man kann sich „eine Positivitätsschwelle" des Tests von gleich
1 vorstellen. Für
Intensitäten
unter 1 würde
der Prüfstamm
als negativ für
den Test bezeichnet werden; für
Intensitäten über 1 wäre der Prüfstamm positiv.
Im vorhandenen Fall würde
es sich also um einen Stamm von L. monocytogenes handeln.
-
Versuch 4: Gleichzeitiger
Nachweis einer Esteraseaktivität
und einer Osidaseaktivität
in einem Agar-Agar-Medium:
-
Es
wurden verschiedene Paare von chromogenen Esterasesubstraten und
chromogenen Osidasesubstraten geprüft, nämlich:
- • 5-Brom-3-indolyloctanoat
und 6-Chlor-3-indolyl-β-D-glucosid,
Bezeichnung: Paar 1,
- • 5-Brom-3-indolyloctanoat
und 6-Chlor-3-indolyl-β-D-cellobiosid,
Bezeichnung: Paar 2,
- • 5-Brom-3-indolyloctanoat
und 6-Chlor-3-indolyl-N-acetyl-β-D-glucosaminid, Bezeichnung:
Paar 3,
- • 5-Brom-3-indolyloctanoat
und 6-Chlor-3-indolyl-α-D-mannosid,
Bezeichnung: Paar 4,
- • 5-Brom-4-chlor-3-indolylnonanoat
und 6-Chlor-3-indolyl-α-D-glucosid, Bezeichnung:
Paar 5,
- • 5-Brom-4-chlor-3-indolylnonanoat
und 6-Chlor-3-indolyl-β-D-cellobiosid, Bezeichnung:
Paar 6,
- • 5-Brom-4-chlor-3-indolylnonanoat
und 6-Chlor-3-indolyl-N-acetyl-β-D-glucosaminid, Bezeichnung:
Paar 7 und
- • 5-Brom-4-chlor-3-indolylnonanoat
und 6-Chlor-3-indolyl-α-D-mannosid, Bezeichnung:
Paar 8.
-
In
einer Mischung aus 40 % Dimethylsulfoxid und 60 % Tween 20 wird
eine Stammlösung
von jedem Esterasesubstrat zu 40 g/l hergestellt. Außerdem wird
eine Stammlösung
von jedem Osidasesubstrat in Dimethylsulfoxid hergestellt. Acht
Medien des Typs Columbia werden mit einem ausreichenden Volumen
der Stammlösung
des Esterasesubstrats, das an jedes der oben beschriebenen paare
angepasst ist, durch Überschichten
versetzt, um zu einer Substratendkonzentration von 250 mg/l zu gelangen.
Parallel dazu werden diese acht Medien auch mit einem ausreichenden
Volumen des Osidasesubstrats, das an jedes der oben beschriebenen
Paare angepasst ist, versetzt, um je nach Substrat zu einer Endkonzentration
zwischen 100 und 200 mg/l zu gelangen. Dieses Medium wird ausgehend
von einer Suspension Stärke
2 auf der McFarland-Skala durch Isolation in Form von drei Rundskalen
mit Mikroorganismen aus der Sammlung der Anmelderin oder der Sammlung
ATCC beimpft. Die Schalen wurden 48 Stunden lang bei 37°C inkubiert.
Die gebildeten Kolonien wurden nach 24 und 48 Stunden Inkubation
visuell geprüft.
-
Die
Farbe der Kolonien sowie die Intensität dieser Farbe wurden aufgezeichnet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 unten dargestellt:
Tabelle
4: Vergleichende Untersuchung von unterschiedlichen Paaren von chromogenen
Substraten, mit denen gleichzeitig eine Esteraseaktivität und eine
Osidaseaktivität
in einem Agar-Agar-Medium nachgewiesen werden kann
-
Unabhängig von
den geprüften
Substratpaaren liegt ein Farbunterschied zwischen den Stämmen von Listeria
monocytogenes und den Stämmen
von Listeria innocua und Listeria ivanovii vor.
-
Der
stärkste
Kontrast wird mit 5-Brom-4-chlor-3-indolyl-nonanoat und einem Osidasesubstrat
auf Basis von 6-Chlor-3-indolyl, unabhängig von der Zielaktivität, erzielt.
Man kann daher von vornherein alle unterschiedlichen Spezies von
Esterasesubstraten und Osidasesubstraten paarweise verwenden, egal,
ob es sich um α-Osidasen
oder um β-Osidasen
handelt.
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Man
kann jedoch beobachten, dass die besten Ergebnisse mit 6-Chlor-3-indolyl-β-D-glucosid, 6-Chlor-3-indolyl-N-acetyl-β-D-glucosaminid
und 6-Chlor-3-indolyl-α-D-mannosid
erhalten werden.
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Versuch 5: Gleichzeitiger
Nachweis einer Esteraseaktivität
und einer Phosphataseaktivität
in einem Agar-Agar-Medium:
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Ein
Agar-Agar-Medium des Typs Columbia wurde nacheinander mit zwei Stammlösungen von
zwei Substraten, nämlich
5-Brom-4-chlor-3-indolyloctanoat (X-C8) (Endkonzentration in Medium:
250 mg/l) und 6-Chlor-3-indolyl-phosphat
(Rose P) (Endkonzentration in Medium: 750 mg/l) durch Überschichten
versetzt. Die Stammlösung
von 5-Brom-4-chlor-3-indolyloctanoat wurde wie in den vorhergehenden
Beispielen hergestellt, und die von 6-Chlor-3-indolyl-phosphat wurde
zu 50 g/l in Dimethylsulfoxid hergestellt.
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Dieses
Medium wurde anschließend
ausgehend von einer Suspension Stärke 2 auf der MCFarland-Skala
durch Isolation in drei Rundskalen mit Mikroorganismen aus der Sammlung
der Anmelderin oder der Sammlung ATCC beimpft. Die Schalen wurden
48 Stunden lang bei 37°C
inkubiert. Die gebildeten Kolonien wurden nach 24 und 48 Stunden
Inkubation visuell geprüft.
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Die
Farbe der Kolonien sowie die Intensität dieser Farbe wurden aufgezeichnet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 unten dargestellt:
Tabelle
5: Gleichzeitiger Nachweis einer Esterase- und einer Phosphataseaktivität
-
Die
gleichzeitige Untersuchung dieser beiden Aktivitäten gestattet die Auseinanderhaltung
von zwei Listeria-Gruppen, und zwar einerseits L. monocytogenes,
L. seeligeri und L. welshimeri und andererseits L. grayi, L. innocua
und L. ivanovii. Dieses Nachweissystem kann noch durch Variieren
der Formulierung des Mediums verbessert werden, wie dies in Versuch
6 beschrieben werden wird, oder man kann L. monocytogenes von allen
anderen Spezies der Gattung Listeria auseinanderhalten.
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Versuch 6: Nachweis von
Listeria monocytogenes im Vergleich zu Listeria welshimeri und Listeria
seeligeri in einem Agar-Agar-Medium, das ein Esterasesubstrat und
ein Osidasesubstrat enthält:
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Bei
dem geprüften
Paar der chromogenen Esterasesubstrate und der chromogenen Osidasesubstrate handelt
es sich um das folgende: 5-Brom-4-chlor-3-indolyl-octanoat
und 6-Chlor-3-indolyl-N-acatyl-β-D-glucosaminid.
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Die
Medien und die Substratstammlösungen
wurden wie in den vorhergehenden Beispielen hergestellt. Dieses
Basismedium wird in vier Medien aufgeteilt, die jeweils mit Folgendem
versetzt werden:
- • 40 g/l Xylose, Bezeichnung:
Medium 1,
- • 40
g/l Tagatose, Bezeichnung: Medium 2,
- • eine
Mischung aus 45 g/l Kohlenhydrate mit 30 g/l Xylose und 15 g/l Tagatose,
Bezeichnung: Medium 3,
- • eine
Mischung aus 65 g/l Kohlenhydrate mit 35 g/l Xylose und 30 g/l Tagatose,
Bezeichnung: Medium 4.
-
Dieses
Medium wurde anschließend
ausgehend von einer Suspension Stärke 2 auf der McFarland-Skala
durch Isolation in drei Rundskalen mit Mikroorganismen aus der Sammlung
der Anmelderin beimpft. Die Schalen wurden 48 Stunden lang bei 37°C inkubiert.
Die gebildeten Kolonien wurden nach 24 und 48 Stunden Inkubation
visuell geprüft.
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Die
Farbe der Kolonien sowie die Intensität dieser Farbe wurden aufgezeichnet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 unten dargestellt:
Tabelle
6: Verbesserung der Spezifität
für L.
monocytogenes gegenüber
L. welshimeri und L. seeligeri durch Zusatz einer sehr hohen Kohlenhydratkonzentration
-
Der
Zusatz von Kohlenhydraten in hohen Konzentrationen (40 g/l oder
darüber)
gestattet die Unterscheidung von L. monocytogenes von allen anderen
Listeria-Spezies, und dies ausschließlich aufgrund eines Farbkriteriums.
Trotzdem wurde gezeigt, dass es möglich war, zu einer Unterscheidung
zwischen Spezies zu gelangen, und zwar durch Verwendung von niedrigeren
Konzentrationen bis zu 10 g/l, wie dies der Inhalt des Patents FR-B-2.708.285
beweist. Im Unterschied zu diesem Patent liegt hier jedoch ein Farbwechsel
durch Hemmung einer Enzymaktivität
und nicht eine abgeleitete Farbe, die sich von der Grundfarbe des
Markers unterscheidet, vor.
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Versuch 7: Zusatz von
selektiven Mitteln zur Hemmung von grampositiven Bakterien, bei
denen es sich nicht um Listerien handelt, und von gramnegativen
Bakterien sowie Hefen:
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Das
Basismedium des Typs Columbia enthält:
- • 5-Brom-4-chlor-3-indolyloctanoat
in einer Konzentration von 250 mg/l, das durch eine Stammlösung in
einer Mischung aus 40 Dimethylsulfoxid und 60 % Polyoxyethylensorbitanmonolaurat
(Tween 20) bereitgestellt wird,
- • 5-Brom-6-chlor-3-indolyl-β-N-acetylglucosaminid
in einer Konzentration von 150 mg/l, das durch eine Stammlösung in
DMSO bereitgestellt wird,
- • Xylose
in einer Konzentration von 10 g/l und Tagatose in einer Konzentration
von 5 g/l, sowie
- • eine
Selektionsmischung, die folgendermaßen definiert ist: Lithiumchlorid
in einer Konzentration von 5 g/l, Ceftazidim in einer Konzentration
von 20 mg/l, Amphoterizin B einer Konzentration von 4 mg/l, Fosfomycin in
einer Konzentration von 10 mg/l und Colistin in einer Konzentration
von 5 mg/l.
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Dieses
Medium wurde anschließend
ausgehend von einer Suspension Stärke 2 auf der McFarland-Skala
durch Isolation in drei Rundskalen mit Mikroorganismen aus der Sammlung
der Anmelderin beimpft. Die Schalen wurden 48 Stunden lang bei 37°C inkubiert.
Die gebildeten Kolonien wurden nach 24 und 48 Stunden Inkubation
visuell geprüft.
Die Farbe der Kolonien sowie die Intensität dieser Farbe wurden aufgezeichnet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 unten dargestellt:
Tabelle
7: Vergleich von Medien mit oder ohne selektive(n) Mittel(n)
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In
Tabelle 7 oben bedeutet F die Farbe der Kolonien nach der Inkubation,
I die Intensität
dieser Farbe, das Symbol „–" ist gleichbedeutend
mit der Abwesenheit von Farbe oder Intensität, und ID schließlich definiert die
Inkubationsdauer. Es ist anzumerken, dass die Intensität der Farbe
eine willkürliche
Skala ist, die jedoch allen biologischen Proben und geprüften Medien
gemeinsam ist.
-
Es
kann angemerkt werden, dass in GegenwSpezies von selektiven Mitteln
die geprüften
störenden Bakterien
und Hefen (also diejenigen, bei denen es sich nicht um Listeria
handelt) insgesamt kein Wachstum aufweisen und daher gehemmt sind.
Das Vorhandensein von selektiven Mittel modifiziert die Farben der
geprüften
Listeria-Stämme
nicht.
-
Dieser
Versuch zeigt ebenfalls, dass auch ohne selektive Mittel die Unterscheidung
zwischen Listeria monocytogenes einerseits und den geprüften störenden Bakterien
und Hefen, also inklusive den anderen Listerien, andererseits möglich ist,
was mit den im Stand der Technik beschrieben Substraten und Kultur-
oder Reaktionsmedien nicht der Fall war.