ES2223216A1 - Metodo para la deteccion e identificacion rapida de bacterias patogenas transmisibles por alimentos mediante la reaccion en cadena de la polimerasa en tiempo real. - Google Patents
Metodo para la deteccion e identificacion rapida de bacterias patogenas transmisibles por alimentos mediante la reaccion en cadena de la polimerasa en tiempo real.Info
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Abstract
Método para la detección e identificación rápida de Salmonella spp. mediante la reacción en cadena de la polimerasa en tiempo real El método comprende (i) preparar un conjunto de tubos conteniendo cada tubo una mezcla de reacción específica para la bacteria a detectar (Salmonella spp.), (ii) programar un aparato para el control simultáneo de múltiples amplificaciones de ácido nucléico que comprende un termociclador, una fuente de luz y un sensor para obtener un conjunto de señales, (iii) interpretar las señales obtenidas, y (iv) determinar simultáneamente la presencia o ausencia de dicha bacteria en las muestras ensayadas, mediante el empleo de oligonucleótidos (iniciadores y sondas marcadas) específicos para dicha bacteria. De interés especial en la industria agro-alimentaria y de distribución de alimentos, para la detección de bacterias patógenas, tales como Salmonella spp..
Description
Método para la detección e identificación rápida
de Salmonella spp. mediante la reacción en cadena de la
polimerasa en tiempo real.
La invención se relaciona, en general, con la
detección e identificación de bacterias patógenas, transmisibles
por los alimentos, tales como Salmonella spp., mediante la
reacción en cadena de la polimerasa en tiempo real.
La detección de bacterias patógenas transmisibles
por alimentos, tales como Salmonella spp., constituye una
tarea muy importante en el campo de la medicina y de la higiene
pública y tiene mucho interés en la industria agroalimentaria,
tanto la productora como la distribuidora de productos
alimenticios (materias primas y/o productos elaborados), por lo que
se han descrito diversos métodos para su detección e
identificación.
El Código Alimentario Español establece una
normativa en la que, para cada alimento, se especifican los
microorganismos cuya presencia debe ser detectada, así como las
técnicas recomendadas para estos análisis. En general, estas
técnicas utilizan metodologías convencionales basadas en el
cultivo del microorganismo, que requieren el
pre-enriquecimiento en caldo durante
24-48 horas, el sub-cultivo en
medios selectivos durante otras 24-48 horas, y,
finalmente, realizar una identificación bioquímica y de
serotipación, lo que requiere otras 24-48 horas;
es decir, en total deben transcurrir entre 72 y 96 horas antes de
obtener un resultado. Por otra parte, dicha metodología basada en
el cultivo del microorganismo no es totalmente fiable ya que
muchos microorganismos son difíciles de cultivar y, más aún, de
cuantificar, y, por el tiempo que emplea, requiere largos períodos
de almacenamiento de las materias primas y de los productos
elaborados, con su correspondiente impacto en los costes y posible
disminución de competitividad tanto a nivel nacional como
internacional. Lo mismo ocurre con las empresas de distribución,
en especial con las grandes superficies, que deben almacenar
grandes cantidades de productos, algunos de ellos perecederos, así
como con las empresas de hostelería que, en numerosas ocasiones,
se ven perjudicadas por el retraso en el control de los alimentos
que sirven. Por estos motivos, existe la necesidad de aumentar la
sensibilidad y al mismo tiempo la fiabilidad y rapidez en la
detección de los microorganismos que resultan perjudiciales para la
salud.
En algunos casos será necesario sólo aumentar la
sensibilidad del método para detectar de forma fiable y rápida la
presencia o ausencia del microorganismo (caso de las bacterias
patógenas Salmonella spp.), mientras que, en otros casos será
necesario, además, cuantificar los microorganismos eventualmente
presentes con el fin de establecer los límites de concentración a
partir de los cuales la presencia del microorganismo puede
representar un problema para la salud del consumidor.
En comparación con los métodos de cultivo de
microorganismos tradicionales, las técnicas moleculares,
especialmente la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) [Saiki,
R.K., et al., 1988. Science 239: 487-491] se están
revelando como un método fácil, sensible y ventajoso en su
relación costo-beneficio para detectar la presencia
de microorganismos. Estos métodos están desplazando rápidamente a
los métodos convencionales en el diagnóstico de múltiples
enfermedades, aunque en el área alimenticia están desarrollando sus
primeros avances con un valor únicamente cualitativo.
De los métodos moleculares, existen algunos
comercializados para detectar Salmonella spp. en alimentos,
uno mediante hibridación de ADN (Gene-Trak Systems,
Unipath), que es tan sensible como el cultivo pero emplea 50 horas,
y otros mediante amplificación de ácidos nucleicos (BAX, FOMS
Dupont y Probelia, Sanofi Diagnostic Pasteur) que requieren, al
menos, 24 horas. Ninguno de dichos métodos proporciona resultados en
el mismo día de la producción del alimento ni realizan una
cuantificación de la contaminación. Las técnicas de amplificación
utilizadas en ellos hacen uso de unos termocicladores
convencionales, cuyo tiempo para la realización de cada ciclo es
superior al minuto, y requieren, además, una detección
post-amplificación del producto amplificado, lo que
incrementa el tiempo necesario para obtener el resultado final y
hace más compleja la técnica.
Existe, por tanto, la necesidad de disponer de un
método rápido, que proporcione resultados en menos de 24 horas,
preferentemente entre 8 y 10 horas, preciso y fiable, que permita
la detección cualitativa y, si se desea, cuantitativa, de
microorganismos contaminantes eventualmente presentes en una
muestra de ensayo, y que permita detectar e identificar
simultáneamente uno o más microorganismos patógenos.
Este objetivo puede obtenerse mediante el empleo
de una reacción en cadena de la polimerasa en tiempo real (PCR en
tiempo real), que comprende amplificar el número de copias de un
fragmento del genoma de un microorganismo y la detección del
producto obtenido en cada paso de la reacción, empleando para ello
un aparato termociclador rápido con detección a tiempo real que
incorpora una conexión a un ordenador en el que se encuentra el
software necesario para el control de todos los procesos paso a
paso. Se trata de una técnica reciente cuya principal
característica reside en que la amplificación y el análisis ocurren
en el mismo tubo de reacción y se obtiene información durante todo
el tiempo en que transcurre la técnica sin necesidad de tener que
utilizar isótopos o geles de electroforesis, lo que permite reducir
el tiempo de detección de ácidos nucleicos de 5 horas a 20
minutos.
La invención se enfrenta, en general, con el
problema de desarrollar un método rápido, preciso y fiable, que
permita detectar e identificar, bacterias patógenas transmisibles
por alimentos, tales como Salmonella spp., basado en el
empleo de técnicas moleculares.
La solución proporcionada por esta invención se
basa en el diseño y desarrollo de una serie de reactivos
(oligonucleótidos iniciadores y sondas específicas) que, en
determinadas condiciones de reacción, permiten amplificar un
fragmento del genoma específico de Salmonella spp., y
detectar la presencia o ausencia de dichas bacterias en una muestra
de ensayo mediante PCR en tiempo real.
Brevemente, el método proporcionado por esta
invención para detectar e identificar, individual o
simultáneamente, Salmonella spp., en una muestra de ensayo,
mediante PCR en tiempo real, comprende la extracción del ADN
eventualmente presente en dicha muestra de ensayo, la
amplificación de una secuencia definida de ese ADN mediante PCR y la
detección continua de los productos amplificados. Para realizar
dicha amplificación y detección es necesario utilizar una serie de
reactivos y oligonucleótidos (iniciadores y sondas) específicos.
Por tanto, para amplificar y detectar cada microorganismo se ha
diseñado, por una parte, una pareja de iniciadores que permiten
amplificar una secuencia de nucleótidos diana presente en el
genoma bacteriano que se desea poner de manifiesto, y, por otra
parte, una pareja de sondas que permiten identificar con certeza
dicha secuencia diana, siendo dichas sondas complementarias a una
región presente en los productos de amplificación y estando
marcadas, una de ellas, con un fluoróforo y la otra con un
colorante que captura la energía liberada por el fluoróforo y la
emite a su vez en otra longitud de onda detectable por el sistema.
El termociclador rápido con detección a tiempo real, en cada paso
de la reacción realiza la duplicación del fragmento de ADN
mediante los iniciadores y una polimerasa termorresistente y a cada
uno de los dos fragmentos resultantes se unen las sondas. Estas
sondas adheridas al fragmento de ADN emitirán energía a una
determinada longitud de onda al ser excitadas. Este proceso (unión
iniciadores, duplicación del fragmento de ADN, unión de las sondas,
detección energía emitida) se repite un número determinado de
veces, típicamente unas 30 veces, obteniéndose al final gran
cantidad del producto amplificado. Con todas las medidas realizadas,
se realiza un análisis estadístico que determina el tipo de ADN
amplificado, por ejemplo, mediante análisis de la Temperatura de
Hibridación (Tm) y, si se desea, la concentración del mismo.
Para la puesta en práctica del método
proporcionado por esta invención, se requiere un termociclador
rápido a tiempo real, el cual, en una realización particular, está
unido a un sistema de detección por fluorescencia, lo que permite
la monitorización en tiempo real del proceso de amplificación tras
cada ciclo. Además, el análisis del producto final de PCR se
realiza una vez terminado el proceso de amplificación sin necesidad
de ninguna manipulación. Su integración junto con un ordenador
permite diseñar los programas de amplificación, detección y
análisis de los productos.
Un método como el proporcionado por esta
invención presenta la ventaja de que permite la detección e
identificación rápida, típicamente en menos de 24 horas, y,
habitualmente entre 8 y 10 horas, precisa y fiable, de
Salmonella spp., en una muestra de ensayo, así como la
cuantificación de los microorganismos eventualmente presentes en
dicha muestra de ensayo.
Un objeto de esta invención lo constituye un
método para la detección e identificación de Salmonella
spp., mediante PCR en tiempo real. Los oligonucleótidos
(iniciadores y sondas marcadas) utilizados en la realización de
dicho método, así como los kits que los contienen constituyen
objetos adicionales de esta invención.
La invención proporciona un método para la
detección e identificación rápida de Salmonella spp., en una
o más muestras de ensayo, mediante la reacción en cadena de la
polimerasa (PCR) en tiempo real, en adelante método de la invención,
que comprende:
- a)
- extraer el ADN presente en dicha muestra o muestras de ensayo;
- b)
- preparar un conjunto de tubos conteniendo cada tubo una mezcla de reacción específica para dicha bacteria a detectar e identificar, comprendiendo cada mezcla de reacción los reactivos necesarios para la amplificación enzimática de ADN e identificación de la bacteria a detectar e identificar;
- c)
- programar un aparato para el control simultáneo de múltiples amplificaciones de ácido nucleico que comprende (i) un termociclador que incluye un elemento que contiene una pluralidad de orificios en los que se introducen dichos tubos que contienen la mezcla de reacción para la amplificación enzimática de ADN e identificación de la bacteria a detectar e identificar, (ii) una fuente de luz ópticamente acoplada a dicho termociclador y adaptada para distribuir luz sobre dicha pluralidad de orificios, y (iii) un sensor adaptado para detectar simultáneamente la luz emitida desde dicha pluralidad de orificios, con el fin de obtener un conjunto de señales;
- d)
- interpretar dichas señales; y
- e)
- determinar simultáneamente la presencia o ausencia de dicha bacteria en dicha muestra o muestras ensayadas;
caracterizado
porque
- i)
- la mezcla de reacción para la amplificación enzimática de ADN e identificación específica de Salmonella spp. comprende un par de iniciadores identificados como SEQ. ID. Nº: 1 y SEQ. ID. Nº: 2, una sonda identificada como SEQ. ID. Nº: 3 unida a un fluoróforo y una sonda identificada como SEQ. ID. Nº: 4 unida a un colorante que captura la energía emitida por la activación del fluoróforo y la emite a una longitud de onda diferente; y
- ii)
- la presencia o ausencia de dicha bacteria en dicha muestra o muestras ensayadas se determina por la aparición de una curva de fusión específica de cada producto amplificado, obteniéndose dicha curva de fusión por hibridación de las sondas específicas para la identificación de dicha bacteria con el producto de amplificación obtenido en cada tubo, y, si se desea, determinar la temperatura de fusión característica de cada producto amplificado.
El método proporcionado por esta invención
permite detectar, identificar y, si se desea, cuantificar,
bacterias patógenas transmisibles por alimentos, tales como
Salmonella spp., en una o más muestras de ensayo, mediante
PCR en tiempo real. La muestra de ensayo puede ser cualquier
muestra que contiene ADN en la que se desea conocer la posible
contaminación por dichas bacterias. En una realización particular,
dicha muestra de ensayo es una muestra de un producto alimenticio,
por ejemplo, una muestra de una materia prima utilizada en la
producción de alimentos o una muestra de un producto alimenticio
procesado.
Antes de poner en contacto el ADN de las
bacterias eventualmente presentes en dicha muestra o muestras de
ensayo a analizar con la mezcla de reacción para la amplificación
enzimática de ADN, se procede a extraer la totalidad o parte del ADN
presente en las muestras de ensayo. La extracción del ADN se puede
realizar mediante métodos convencionales, incluyendo aquellos que
no precisan una purificación del ADN extraído. En una realización
particular, la extracción del ADN se realizó utilizando la resina
Chelex 100 (véanse los Ejemplos que acompaña a esta
descripción).
Para la puesta en práctica del método de la
invención se prepara un conjunto de tubos, en el que cada uno
contiene una mezcla de reacción específica para la bacteria a
detectar e identificar, comprendiendo cada mezcla de reacción los
reactivos necesarios para la amplificación enzimática de ADN e
identificación de la bacteria a detectar e identificar. En
general, dicha mezcla de reacción contiene los reactivos necesarios
para la realización del método de la invención, por ejemplo, agua
calidad PCR, dNTPs (dATP, dCTP, dGTP y dTTP), un tampón adecuado
para la reacción de amplificación enzimática, una ADN polimerasa
termoestable, una sal magnésica, etc., junto con un par de
iniciadores y un par de sondas marcadas específicos para la
bacteria a ensayar.
Los iniciadores utilizados en el método de la
invención permiten amplificar una secuencia de nucleótidos diana o
fragmento específico del genoma bacteriano que se desea poner de
manifiesto. En general, puede amplificarse cualquier fragmento del
genoma bacteriano que permita la identificación de una bacteria, a
nivel de género o especie, correspondiente. La pareja de sondas
marcadas permite identificar con certeza dicho fragmento específico
del genoma bacteriano a detectar y comprenden una secuencia de
nucleótidos complementaria a una región presente en los productos
de amplificación y un marcador. En una realización particular, una
de dichas sondas está marcada con un fluoróforo que actúa como
donador de energía y la otra sonda con un colorante que captura la
energía liberada por el fluoróforo y la emite a su vez en otra
longitud de onda detectable por el sistema presente en el aparato
para la puesta en práctica del método de la invención.
En una realización particular, la mezcla de
reacción para la amplificación enzimática de ADN e identificación
específica de Salmonella spp. comprende un par de
iniciadores identificados como SEQ. ID. Nº: 1 y SEQ. ID. Nº: 2, una
sonda identificada como SEQ. ID. Nº: 3 unida a un fluoróforo y una
sonda identificada como SEQ. ID. Nº: 4 unida a un colorante que
captura la energía emitida por la activación del fluoróforo y la
emite a una longitud de onda diferente. Dicho par de iniciadores
SEQ. ID. Nº: 1 y SEQ. ID. Nº: 2 permite la amplificación de un
fragmento de 457 pares de bases (pb) del gen invA/E de Salmonella
spp.
Como fluoróforo puede utilizarse cualquier grupo
o sustancia fluorescente capaz de donar energía tras ser activado,
y como colorante puede utilizarse cualquier compuesto capaz de
capturar la energía emitida por la activación del fluoróforo y
emitirla a una longitud de onda diferente. En una realización
particular, dicho fluoróforo es fluoresceína y dicho colorante que
captura la energía emitida por la activación del fluoróforo y la
emite a una longitud de onda diferente es el colorante Red640.
Ejemplos adicionales de fluoróforos y colorantes
que pueden utilizarse para la puesta en práctica del método de la
invención se recogen en la Tabla 1.
Marcador | |
Fluoróforo | Fluoresceína |
SybrGreen | |
TAMRA | |
Colorante | LC Red 640 |
LC Red 705 | |
Fluoresceína | |
Cy5 |
El método de la invención se realiza en un
aparato para el control simultáneo de múltiples amplificaciones de
ácido nucleico que comprende (i) un termociclador que incluye un
elemento que contiene una pluralidad de orificios en los que se
introducen dichos tubos que contienen la mezcla de reacción para
la amplificación enzimática de ADN e identificación de la bacteria
a detectar e identificar, (ii) una fuente de luz ópticamente
acoplada a dicho termociclador y adaptada para distribuir luz
sobre dicha pluralidad de orificios, tal como una fuente de
radiación láser; y (iii) un sensor adaptado para detectar
simultáneamente la luz emitida desde dicha pluralidad de orificios,
con el fin de obtener un conjunto de señales, tal como un detector
de fluorescencia. Dichos aparatos son conocidos [véase, por
ejemplo, la solicitud de patente europea EP 640 828 A].
El termociclador rápido con detección a tiempo
real, en cada paso de la reacción realiza la duplicación de un
fragmento de ADN (secuencia diana presente en el genoma bacteriano
que se desea detectar) mediante el empleo de los iniciadores
correspondientes y de una polimerasa termorresistente y, a cada
uno de los dos fragmentos resultantes, se unen las sondas marcadas.
Estas sondas adheridas al fragmento de ADN emitirán energía a una
determinada longitud de onda al ser excitadas. Este proceso (unión
de los iniciadores, duplicación del fragmento de ADN, unión de las
sondas, detección energía emitida) se repite un número determinado
de veces, típicamente unas 30 veces, obteniéndose al final gran
cantidad del producto amplificado. Con todas las medidas
realizadas, se realiza un análisis estadístico que determina el
tipo de ADN amplificado, por ejemplo, mediante análisis de la
Temperatura de Hibridación (Tm) y, si se desea, se determina la
concentración del mismo.
En una realización particular, el aparato
utilizado para la puesta en práctica del método de la invención
comprende un termociclador rápido a tiempo real unido a un sistema
de detección por fluorescencia, lo que permite la monitorización en
tiempo real del proceso de amplificación tras cada ciclo, tal como
el termociclador LightCycler (Roche Biochemiclas) [véase el
Ejemplo que acompaña a esta descripción]. En este caso, el análisis
del producto final de PCR se realiza una vez terminado el proceso
de amplificación sin necesidad de ninguna manipulación. Su
integración junto con un ordenador permite diseñar los programas de
amplificación, detección y análisis de los productos.
Tras interpretar las señales obtenidas se puede
determinar la presencia o ausencia de Salmonella spp. En
una realización particular, la presencia o ausencia de dicha
bacteria en dicha muestra o muestras ensayadas se determina por la
aparición de una curva de fusión específica de cada producto
amplificado, obteniéndose dicha curva de fusión por hibridación de
las sondas específicas para la identificación de dicha bacteria con
el producto de amplificación obtenido en cada tubo.
Adicionalmente, si se desea, se puede determinar la temperatura de
fusión característica de cada producto amplificado así como la
concentración del mismo.
El método de la invención permite detectar,
identificar y, si se desea, cuantificar, bacterias patógenas
transmisibles por alimentos, tales como Salmonella spp., en
muestras de ensayo, mediante PCR en tiempo real. Por tanto, dicho
método se puede aplicar al análisis microbiológico de todos los
alimentos susceptibles de transmitir infección a los consumidores
por dichas bacterias, permitiendo su detección en pocas horas,
generalmente en menos de 24 horas, típicamente entre 8 y 10 horas,
colaborando de este modo en la prevención de intoxicaciones
alimentarias causadas por dichas bacterias y acortando el tiempo de
almacenamiento previo a la comercialización del producto
alimenticio. Adicionalmente, dicho método también podría
utilizarse en Microbiología Clínica (humana y veterinaria) para
detectar la existencia de una posible infección causada por dichas
bacterias en un sujeto (persona o animal) a partir de una muestra
de ensayo que contiene ADN procedente de dicho sujeto.
En una realización particular, el método de la
invención se utiliza en la detección rápida (cualitativa y
cuantitativa) en alimentos del genoma de bacterias patógenas para
el hombre transmisibles por alimentos (Salmonella spp.). Los
alimentos que pueden ser analizados pueden ser tanto materias
primas, por ejemplo, leche, huevos, carnes, verduras, etc., como
sus derivados, alimentos procesados o no, aceites, salsas, etc.,
tanto en las empresas productoras como en las distribuidoras y
hostelería.
\newpage
Un método para la detección e identificación de
bacterias patógenas tal como el proporcionado por esta invención
presenta, entre otras, las siguientes ventajas:
- a)
- requiere un tiempo sustancialmente inferior a los métodos habitualmente utilizados, típicamente entre 8 y 10 horas en comparación con los métodos convencionales que requieren entre 48 y 96 horas;
- b)
- una vez realizado el pre-enriquecimiento y la extracción del ADN, todo el proceso se lleva a cabo en el mismo tubo, evitando manipulaciones y contaminaciones externas;
- c)
- es un método cuantitativo, que no sólo detecta e identifica las bacterias eventualmente presentes en una muestra de ensayo sino que permite, además, si se desea, determinar la concentración de dichas bacterias presentes en la muestra de ensayo;
- d)
- es posible su automatización completa; y
- e)
- permite realizar la detección de varias bacterias simultáneamente.
La invención también proporciona un
oligonucleótido para la detección e identificación de bacterias
patógenas transmisibles por alimentos, tales como Salmonella
spp., en adelante oligonucleótido de la invención, que tiene
una secuencia de nucleótidos seleccionada del grupo formado por
las secuencias identificadas como SEQ. ID. Nº: 1, SEQ. ID. Nº: 2,
SEQ. ID. Nº: 3 y SEQ. ID. Nº: 4.
Asimismo, la invención proporciona una sonda
marcada, en adelante sonda marcada de la invención, que comprende
(i) un oligonucleótido, seleccionado del grupo formado por los
oligonucleótidos identificados como SEQ. ID. Nº: 3 y SEQ. ID. Nº: 4,
y (ii) un marcador, tal como un fluoróforo, por ejemplo,
fluoresceína, o un colorante capaz de capturar la energía emitida
por la activación del fluoróforo y emitirla a una longitud de onda
diferente, por ejemplo, el colorante Red640. En una realización
particular, dicha sonda marcada de la invención se selecciona del
grupo formado por:
el oligonucleótido identificado como SEQ. ID. Nº:
3 unido a fluoresceína,
el oligonucleótido identificado como SEQ. ID. Nº:
4 unido al colorante Red640, y sus mezclas.
La invención también proporciona un kit para la
detección e identificación rápida de Salmonella spp., y sus
mezclas, en una o más muestras de ensayo, mediante PCR en tiempo
real, que comprende, al menos, un oligonucleótido de la invención o
una sonda marcada de la invención. En una realización particular,
dicho kit comprende los oligonucleótidos identificados como SEQ.
ID. Nº: 1 y SEQ. ID. Nº: 2, y las sondas marcadas compuestas por el
oligonucleótido con la SEQ. ID. Nº: 3 unido a fluoresceína y el
oligonucleótido con la SEQ. ID. Nº: 4 unido al colorante
Red640.
En general, los kit de la invención contienen la
pareja de iniciadores correspondientes a la bacteria a detectar en
un tubo individualizado, al igual que la pareja de sondas marcadas
para dicha bacteria, con el fin de poder elegir entre realizar la
detección de una sola bacteria (usando solo el tubo de sus
iniciadores y el de sus sondas marcadas), o bien para la detección
simultánea de otras bacterias patógenas transmisibles por
alimentos, por ejemplo, Shigella spp. y/o Staphylococcus
aureus, dependiendo de las necesidades.
Los kits proporcionados por esta invención pueden
presentarse en forma de estuche conteniendo, además de unos
recipientes con uno o más de dichos oligonucleótidos y/o sondas
marcadas mencionados previamente, unos recipientes con la totalidad
o parte del resto de reactivos necesarios para la realización del
método en cuestión, por ejemplo, agua ultrapura, dNTPs (dATP,
dCTP, dGTP y dTTP), un tampón adecuado para la reacción de
amplificación enzimática, una ADN polimerasa termoestable (por
ejemplo, ADN polimerasa Taq), una sal magnésica (por ejemplo,
cloruro magnésico), etc. Adicional y opcionalmente, los kits
proporcionados por esta invención pueden incluir unos recipientes
con ADN de Salmonella spp., para su empleo como controles
positivos.
El siguiente ejemplo ilustra la invención y no
debe ser considerado como limitativo del alcance de la misma.
El equipo diagnóstico diseñado para la detección
de Salmonella spp. en productos alimenticios consiste en
varios tubos conteniendo cada uno de ellos los iniciadores, sondas
marcadas, ADN polimerasa termoestable, solución de MgCl_{2} y agua
bidestilada estéril, necesarios para llevar a cabo el método de
amplificación diseñado para dicho equipo. En este caso concreto,
el equipo utilizado incluye todos los componentes básicos para la
realización de la amplificación de hasta 100 muestras y controles.
El ADN control provisto está compuesto por una mezcla del ADN
extraído de cepas de laboratorio de todas las bacterias a
detectar.
La pareja de iniciadores correspondientes a la
bacteria a detectar (Salmonella spp.)se presenta en un tubo
individualizado, al igual que la pareja de sondas marcadas para
cada bacteria.
Para la realización del método se ha utilizado
una microcentrífuga, un termociclador LightCycler (Roche
Biochemicals), unas micropipetas y unas puntas de micropipetas con
filtro.
La planificación del método se recoge en la Tabla
2. Aunque el tiempo de manipulación se ha calculado para una sola
muestra, se pueden manipular varias muestras simultáneamente sin
apenas incrementar los tiempos.
Paso | Manipulación (min) | Tiempo (min) |
Preparación mezcla de reactivos y tubos de | 5 | 10 |
la reacción. Colocación en el termociclador | ||
Reacción PCR | 20 - 40 | 30 - 50 |
Análisis de datos | 0 - 5 | 5-10 |
Tiempo total del ensayo | 45 - 60 |
El método puede realizarse siguiendo el protocolo
estándar que se describe a continuación:
- 1.
- Toma de muestra (25 g del producto) y preparación mediante pre-enriquecimiento en agua de peptona tamponada durante 8-10 horas a 37ºC.
- 2.
- Extracción del ADN mediante su extracción con un método fiable, por ejemplo, usando la resina Chelex 100.
- 3.
- Amplificación y detección: Se prepara un capilar conteniendo los componentes necesarios para la reacción, ADN polimerasa termoestable, los cuatro dNTPs, MgCl_{2}, ADN extraído de la muestra, iniciadores y sondas marcadas específicos para la bacteria que se desea detectar. Adicionalmente, se prepara un tubo con el ADN control y los iniciadores y sondas de la(s) bacteria(s) a detectar.
- 4.
- Colocar los capilares preparados en el termociclador a tiempo real y programar la realización del proceso de amplificación y detección: temperatura, tiempo, número de ciclos y momento de lectura según el esquema.
- 5.
- Iniciar el programa (véase la Tabla 3).
Parámetros | Valores | ||
Ciclos | 35-45 | ||
Tipo | Cuantificación | ||
Segmento 1 | Segmento 2 | Segmento 3 | |
Temperatura (ºC) | 95 | 52 – 55 | 72 |
Tiempo incubación (s) | 0 | 1 – 10 | 10 – 20 |
Velocidad cambio | 20 | 20 | 20 |
Temperatura (ºC/s) | |||
Modo lectura | Ninguno | Individual | Ninguno |
Valores de lectura | F1 = 1; F2 = 10; F3 = 10 |
- 6.
- Al finalizar el programa, se analizan los resultados comenzando por el control positivo, continuando el análisis en caso de que éste fuera correcto. En caso contrario, se descarta el ensayo.
- 7.
- La presencia o ausencia de una bacteria se determina por la aparición de una curva de fusión específica entre las sondas y el amplicón de la bacteria buscada. En el capilar correspondiente a dicha bacteria, las sondas marcadas específicas se unirán sólo con el amplicón derivado de la bacteria buscada si ésta se encuentra presente y la curva de fusión que se produce al final del protocolo, tendrá una Tm concreta y única para ese mismo microorganismo. En las condiciones ensayadas, utilizando las parejas de iniciadores SEQ. ID. Nº: 1 y SEQ. ID. Nº: 2 para la detección de Salmonella spp.; y las parejas de sondas marcadas compuestas por el oligonucleótido con la SEQ. ID. Nº: 3 unido a fluoresceína y el oligonucleótido con IaSEQ. ID. Nº: 4 unido al colorante Red640, para la detección de Salmonella spp.; las Tm correspondientes se recogen en la Tabla 4.
Microorganismo | Iniciadores | Tm amplicón \pm SD (ºC) | Tm sondas \pm SD (ºC) |
Salmonella spp. | SEQ. ID. Nº: 1/ | 84,6\pm0,2 | 68,3\pm0,3 |
SEQ. ID. Nº: 2 |
Se realizó este ensayo para ilustrar la eficacia
del método de la invención en el análisis de un alimento para
poner de manifiesto una posible contaminación. Concretamente, se
describe el ensayo de una muestra de salsa mayonesa en la que se
pretende detectar una posible contaminación con Salmonella
spp.
Se recogen 25 g de la muestra de salsa mayonesa y
se homogeneizan en 225 ml de agua de peptona tamponada (pH 7,2) y
se incuba a 37ºC en agitación durante 8 horas. Transcurridas 8
horas de incubación, para extraer el ADN eventualmente presente en
la muestra de ensayo, se extrae una alícuota de 300 \mul con una
resina Chelex 100, para lo cual, se añaden 300 \mu de una
suspensión al 10% en agua de Chelex 100, se agita vigorosamente, se
incuba durante 45 minutos a 45ºC con agitación periódica de los
tubos para evitar la precipitación de la resina, se caliente a
95ºC durante 5 minutos y se centrifuga durante 5 minutos a 13.000 x
g, retirándose el sobrenadante que se utiliza en el siguiente paso
(Amplificación y detección).
El ADN extraído tal como se ha indicado
previamente se utilizará directamente para la amplificación y
detección, lo que se realiza en un tubo capilar cerrado con un
volumen total de 20 \mul. Para ello, en cada capilar se añaden los
componentes apropiados de la mezcla de amplificación en las
cantidades indicadas en la Tabla 5.
Volumen (\mul) | Concentración final | |
Light Cycler-DNA Master | 2 | 1X |
Solución de MgCl_{2} | 2,4 | 4 mM |
Iniciadores (10 \muM de cada uno) (a) | 1 + 1 | 0,5 \muM |
Sondas de hibridación (2 \muM) (b) | 1 + 1 | 0,1 \muM |
H_{2}O (PCR) | 9,6 | - |
ADN extraído | 2 | - |
Volumen total | 20 | - |
(a): SEQ. ID. Nº: 1 y SEQ. ID. Nº: 2 | ||
(b): SEQ. ID. Nº: 3 unido a fluoresceína y SEQ. ID. Nº: 4 unido a Red640 |
Una vez que se añadieron todos los componentes,
se mezclaron mediante un pulso en una microcentrífuga. A
continuación, los capilares se colocaron en el carrusel del
termociclador LightCycler (Roche Biochemicals) y fueron sometidos
al proceso de amplificación y detección, lo que requiere unos 30
minutos aproximadamente. Las condiciones para la PCR son las
siguientes:
Desnaturalización durante 10 segundos a 98ºC
Protocolo de Amplificación:
Parámetros | Valores |
Ciclos | 35 |
Tipo | Cuantificación |
Segmento 1 | Segmento 2 | Segmento 3 | |
Temperatura (ºC) | 95 | 52 | 72 |
Tiempo de incubación (s) | 0 | 5 | 10 |
Velocidad cambio Tª (ºC/s) | 20 | 20 | 20 |
Modo de lectura | Ninguno | Individual | Ninguno |
Valores de lectura | F1=1 F2=10 F3= 10 |
Tras la amplificación se aplicó un programa para
calcular la Tm, incrementando lentamente la temperatura (0,1ºC/s) y
midiendo la fluorescencia de forma continua. Las condiciones
fueron las siguientes:
Parámetros | Valores |
Ciclos | 1 |
Tipo | Fusión (melting) |
Segmento 1 | Segmento 2 | Segmento 3 | |
Temperatura (ºC) | 95 | 50 | 95 |
Tiempo de incubación (s) | 10 | 10 | 0 |
Velocidad cambio Tª (ºC/s) | 20 | 20 | 0,1 |
Modo de lectura | Ninguno | Ninguno | Continuo |
Valores de lectura | F1=1 F2=10 F3= 10 | ||
Finalmente se enfrió a 40ºC. |
Para interpretar los resultados, el software del
sistema analiza automáticamente los datos obtenidos, ofreciendo
los resultados en forma de curva de integración, permitiendo de
este modo obtener la Temperatura de Fusión (Tm) característica de
cada producto amplificado. En este caso, para la detección de
Salmonella spp. en las condiciones ensayadas, la Tm sondas
es de 68,3ºC.
Los valores de sensibilidad y especificidad
obtenidos en el termociclador LightCycler utilizando las parejas
de iniciadores seleccionadas para dicha bacteria (Salmonella
spp.) se recogen en la Tabla 6.
Microorganismo | Iniciadores | Sensibilidad (%) | Especificidad (%) |
Salmonella spp. | SEQ. ID. Nº: 1/ | 100 | 100 |
SEQ. ID. Nº: 2 |
Asimismo, los valores de sensibilidad y
especificidad obtenidos en el termociclador LightCycler utilizando
las parejas de sondas marcadas seleccionadas para dicha bacteria se
recogen en la Tabla 7.
Microorganismo | Iniciadores | Sensibilidad (%) | Especificidad (%) |
Salmonella spp. | SEQ. ID. Nº: 3/ | 100 | 100 |
SEQ. ID. Nº: 4 |
\vskip0.333000\baselineskip
<110> Universidad de Sevilla
\vskip0.333000\baselineskip
<120> Método para la detección e
identificación rápida de Salmonella spp. mediante la
reacción en cadena de la polimerasa en tiempo real
\vskip0.333000\baselineskip
<160> 4
\vskip0.333000\baselineskip
<170> Patentln version 2.0
\vskip0.333000\baselineskip
<210> 1
\vskip0.333000\baselineskip
<211> 20
\vskip0.333000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.333000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.333000\baselineskip
<223> Oligonucleótido iniciador Inv1
\vskip0.333000\baselineskip
<400> 1
\vskip0.333000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskiptgcctacaag catgaaatgg
\hfill20
\vskip0.333000\baselineskip
<210> 2
\vskip0.333000\baselineskip
<211> 19
\vskip0.333000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.333000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.333000\baselineskip
<223> Oligonucleótido iniciador Inv2
\vskip0.333000\baselineskip
<400> 2
\vskip0.333000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskipaaactggacc acggtgaca
\hfill19
\vskip0.333000\baselineskip
<210> 3
\vskip0.333000\baselineskip
<211> 23
\vskip0.333000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.333000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.333000\baselineskip
<223> Oligonucleótido InvFlu
\vskip0.333000\baselineskip
<400> 3
\vskip0.333000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskipccacgttcgg gcaattcgtt att
\hfill23
\vskip0.333000\baselineskip
<210> 4
\vskip0.333000\baselineskip
<211> 23
\vskip0.333000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.333000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.333000\baselineskip
<223> Oligonucleótido InvLCR
\vskip0.333000\baselineskip
<400> 4
\vskip0.333000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskipcgatagcctg gcggtgggtt ttg
\hfill23
Claims (11)
1. Un método para la detección e identificación
rápida de Salmonella spp., en una o más muestras de ensayo,
mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) en tiempo
real, que comprende:
- a)
- extraer el ADN presente en dicha muestra o muestras de ensayo;
- b)
- preparar un conjunto de tubos conteniendo cada tubo una mezcla de reacción específica para dicha bacteria a detectar e identificar, comprendiendo cada mezcla de reacción los reactivos necesarios para la amplificación enzimática de ADN e identificación de la bacteria a detectar e identificar;
- c)
- programar un aparato para el control simultáneo de múltiples amplificaciones de ácido nucleico que comprende (i) un termociclador que incluye un elemento que contiene una pluralidad de orificios en los que se introducen dichos tubos que contienen la mezcla de reacción para la amplificación enzimática de ADN e identificación de la bacteria a detectar e identificar, (ii) una fuente de luz ópticamente acoplada a dicho termociclador y adaptada para distribuir luz sobre dicha pluralidad de orificios, y (iii) un sensor adaptado para detectar simultáneamente la luz emitida desde dicha pluralidad de orificios, con el fin de obtener un conjunto de señales;
- d)
- interpretar dichas señales; y
- e)
- determinar simultáneamente la presencia o ausencia de dicha bacteria en dicha muestra o muestras ensayadas;
caracterizado porque
- i)
- la mezcla de reacción para la amplificación enzimática de ADN e identificación específica de Salmonella spp. comprende un par de iniciadores identificados como SEQ. ID. Nº: 1 y SEQ. ID. Nº: 2, una sonda identificada como SEQ. ID. Nº: 3 unida a un fluoróforo y una sonda identificada como SEQ. ID. Nº: 4 unida a un colorante que captura la energía emitida por la activación del fluoróforo y la emite a una longitud de onda diferente; y
- ii)
- la presencia o ausencia de dicha bacteria en dicha muestra o muestras ensayadas se determina por la aparición de una curva de fusión específica de cada producto amplificado, obteniéndose dicha curva de fusión por hibridación de las sondas específicas para la identificación de dicha bacteria con el producto de amplificación obtenido en cada tubo, y, si se desea, determinar la temperatura de fusión característica de cada producto amplificado.
2. Método según la reivindicación 1, en el que
dicha muestra o muestras de ensayo es una muestra de una materia
prima utilizada en la producción de alimentos o un producto
alimenticio procesado.
3. Método según la reivindicación 1, en el que
dicho fluoróforo es fluoresceína y dicho colorante que captura la
energía emitida por la activación del fluoróforo y la emite a una
longitud de onda diferente es el colorante Red640.
4. Método según la reivindicación 1, en el que
dicha fuente de luz ópticamente acoplada a dicho termociclador y
adaptada para distribuir luz sobre dicha pluralidad de orificios es
una fuente de radiación láser.
5. Método según la reivindicación 1, en el que
dicho sensor adaptado para detectar simultáneamente la luz emitida
desde dicha pluralidad de orificios es un detector de
fluorescencia.
6. Un oligonucleótido que tiene una secuencia de
nucleótidos seleccionada del grupo formado por las secuencias
identificadas como SEQ. ID. Nº: 1, SEQ. ID. Nº: 2, SEQ. ID. Nº: 3
y SEQ. ID. Nº: 4.
7. Una sonda marcada que comprende (i) un
oligonucleótido, seleccionado del grupo formado por los
oligonucleótidos identificados como SEQ. ID. Nº: 3 y SEQ. ID. Nº:
4, y (ii) un marcador.
8. Sonda según la reivindicación 7, en el que
dicho marcador es un fluoróforo o un colorante capaz de capturar la
energía emitida por la activación de un fluoróforo.
9. Sonda según la reivindicación 7, seleccionada
del grupo formado por: el oligonucleótido identificado como SEQ.
ID. Nº: 3 unido a fluoresceína, el oligonucleótido identificado
como SEQ. ID. Nº: 4 unido al colorante Red640, y sus mezclas.
10. Un kit para la detección e identificación
rápida de Salmonella spp., en una o más muestras de ensayo,
mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) en tiempo
real, que comprende, al menos, un oligonucleótido según la
reivindicación 6, o, al menos, una sonda marcada según cualquiera
de las reivindicaciones 7 a 9.
11. Kit según la reivindicación 10, que comprende
los oligonucleótidos identificados como SEQ. ID. Nº: 1 y SEQ. ID.
Nº: 2, y las sondas marcadas compuestas por el oligonucleótido con
la SEQ. ID. Nº: 3 unido a fluoresceína y el oligonucleótido con la
SEQ. ID. Nº: 4 unido al colorante Red640.
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NASTASI A. et al. Detection of Salmonella spp. in food by a rapid PCR-Hybridization procedure. Microbiologia. Julio 1999. Vol. 22, n 3, paginas 195-202. * |
NASTASI A. et al. Detection of Salmonella spp. in food by a rapid PCR-Hybridization procedure. Microbiologia. Julio 1999. Vol. 22, nº 3, páginas 195-202. * |
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