Document Type : Food Hygiene
Authors
Department of Food Hygiene, Faculty of Veterinary Medicine, Amol University of Special Modern Technologies, Amol, Iran
Abstract
Keywords
باکتری استافیلوکوکوس اورئوس یکی از مهمترین باکتریهای بیماریزا برای انسان و دام به شمار میرود که انواع مختلفی از انتروتوکسینها را تولید میکند و در میان توکسینهای خارج سلولی (اگزوتوکسینها)، توکسینهای استافیلوکوکوس اورئوس بالاترین پتانسیل ایجاد مسمومیت را دارند. در حال حاضر بیش از 15 انتروتوکسین استافیلوکوکی شناخته شده است. این انتروتوکسینها، اگزوپروتئینهای مقاوم به حرارت با وزن مولکولی 26000 تا 30000 دالتون هستند که سندرم گاستروانتریت در انسان ایجاد میکنند. زنجیرهای پلیپپتیدی منفرد توسط یک پل دی سولفیدی به یکدیگر متصل شده و حلقه سیستینی ویژهای را به وجود میآورند و تصور میشود که این حلقه قسمت سمی مولکول باشد. از بین انتروتوکسینهای مختلف نوع A و D اغلب عامل مسمومیتهای غذایی هستند و انتروتوکسین A در ایجاد مسمومیت غذایی نسبت به سایر انتروتوکسینهای استافیلوکوکی بیشترین نقش را دارد (1).
بیماریهای ناشی از غذا یکی از شایعترین و عمدهترین مشکلات بهداشتی – تغذیهای در جهان امروز است که مواد غذایی مختلف در ایجاد آن دخیل میباشند. از جمله مواد غذایی که آلودگی آن موجب بروز مسمومیتهای شدید میشود فرآوردههای قنادی به خصوص شیرینیهای حاوی خامه هستند. فرآوردههای قنادی بخش مهمی از تولیدات غذایی خرده فروشی را در کشور تشکیل میدهند. با توجه به بالا بودن مصرف شیرینیهای خامهدار ضروری است که کنترلهای بهداشتی و میکروبیولوژیکی به منظور بالا بردن زمان ماندگاری و حفظ کیفیت این فرآوردهها و در نهایت تامین سلامت مصرفکنندگان اعمال گردد. با توجه به گزارشات موارد متعدد در رابطه با عفونتها و مسمومیتهای ناشی از مصرف مواد غذایی آلوده و اهمیت انتروتوکسینهای استافیلوکوکی در بهداشت عمومی و بخشهای غذایی، توجه به سلامت غذا و ارائه راهکارهایی جهت حفظ هر چه بیشتر سلامت مواد غذایی در جامعه رو به گسترش است.
استفاده از روشهای سنتی کشت دارای نواقصی از جمله مدت زمان نسبتاً طولانی برای رشد باکتری و فقدان حساسیت لازم در مورد سلولهای زنده غیر قابل کشت میباشد (11). همچنین، نمیتوان سویههای تولیدکننده انتروتوکسین را از سویههای غیر مسمومیتزا تشخیص داد. PCR زمان واقعی به عنوان یک روش جایگزین امکان تشخیص و تعیین کمی سریع، حساس و اختصاصی عوامل بیماریزا را فراهم میآورد. علاوه بر این، این تکنیک از طریق پیش تیمار نمونه با عوامل متصل شونده به DNA مانند پروپیدیوم مونو آزید، قادر به تمایز بین DNA سلولهای مرده و زنده میباشد (19). از آنجا که پروپیدیوم مونوآزید تنها به درون غشاهای سلولی آسیبدیده نفوذ مینماید، این تکنیک بر اساس سالم بودن یا آسیب دیده بودن سلولهای باکتریایی عمل مینماید (14). پیش تیمار نمونه با پروپیدیوم مونوآزید (PMA) و سپس انجام PCR کمی به طور موفقیتآمیزی برای تشخیص پاتوژنهای باکتریایی مانند لیستریامونوسیتوژنز (17)، اشرشیاکلیO157:H7 (6،7) و کامپیلوباکتر ژژوانی (9) به کار رفته است. نکته قابل ملاحظه در خصوص این روش آنست که PMAدر مورد همه سلولهای باکتریایی یکسان عمل نمیکند و در برخی موارد نتایج دور از واقعیت میباشد. لذا تأثیرگذاری PMA بر باکتریهای مختلف باید به طور اختصاصی برای هر باکتری بررسی گردد. معدودی از مطالعات به جستجوی استافیلوکوکوس اورئوس در مواد غذایی پرداختهاند لیکن هنوز گزارشی مبنی بر بررسی وضعیت آلودگی نمونههای واقعی مواد غذایی جمع آوری شده از بازار مصرف جهت اهداف نظارتی و کنترل بهداشتی در دسترس نیست (2،4،21). در این مطالعه به جستجو و شمارش استافیلوکوکوس اورئوس تولید کننده انتروتوکسینهای A-E در محصولات خامهای قنادی با استفاده از روش نوین PCR کمی در ترکیب با پروپیدیوم مونوآزید جهت تفکیک سلولهای زنده از مرده و شمارش دقیقتر و نزدیک به واقعیت باکتری پرداخته شد.
تهیه نمونه: تعداد 100 نمونه شیرینی خامهای به مدت 2 ماه و به صورت تصادفی از کارگاههای قنادی شهر آمل تهیه شد. نمونهها در شرایط و ظروف استریل و درکنار کیسة یخ به آزمایشگاه منتقل و تا زمان انجام آزمایشات دریخچال در دمای1±4 درجه سانتیگراد (کمتر از 24 ساعت) نگهداری شدند.
تهیه مواد شیمیایی: کلیه مواد شیمیایی و محیطهای کشت از شرکت مرک (دارمستاد، آلمان) تهیه شد.
شمارش باکتری نمونهها در محیط کشت: نسبت 1 به 10 از نمونهها در محلول رینگر استریل تهیه شد، از رقتهای مختلف آن بر روی محیط کشت اختصاصی (برد پارکر آگار) کشت و به مدت 24-18 ساعت در 35 درجه سانتیگراد گرمخانهگذاری گردید. کلنیهای سیاه رنگ، براق و انحنادار شمارش و در ادامه آزمونهای تاییدی (کشت در محیط مانیتول سالت آگار و تست کاتالاز و کواگولاز) انجام شد.
تیمار با پروپیدیوم مونوآزید: اسلوری نمونهها با نسبت 1 به 10 در محلول رینگر در 10000 دور در دقیقه به مدت 30 دقیقه در 4 درجه سانتیگراد سانتریفوژ و پلت باکتریایی جداسازی گردید. پروپیدیوم مونوآزید (PMA) در دیمتیل سولفوکساید 20 درصد جهت به دست آوردن محلول استوک 20 میلی مول حل و تا زمان استفاده در دمای 20– درجه سانتیگراد در تاریکی نگهداری شد. محلول استوک به 500 میکرولیتر از پلت باکتری تا رسیدن به غلظت نهایی 150 میکرومول افزوده شد (این غلظت بر اساس نتایج آزمونهایی که با غلظتهای مختلف PMA برای استافیلوکوکوس اورئوس انجام شده بود به دست آمد). پس از افزودن PMA، نمونهها به مدت 5 دقیقه در تاریکی در دمای اتاق قرار گرفته و برای افزایش نفوذ PMA به سلول تکان داده شد. سپس، نمونهها به مدت 15 دقیقه با استفاده از سیستم فعال سازی نوری در معرض نور قرار گرفتند. پس از ایجاد اتصالات عرضی از طریق القای نوری، سلولها در 7000 دور در دقیقه به مدت 5 دقیقه در4 درجه سانتیگراد سانتریفوژ شده و محلول رویی دور ریخته شد. پلت به دست آمده برای جداسازی DNA مورد استفاده قرار گرفت (2).
استخراجDNA: محلول استخراج Tripure (Roche, United States) جهت استخراج DNA به کار رفت و کلیه مراحل مطابق دستورالعمل شرکت تولید کننده انجام شد.
انجام PCR: پرایمرهای به کار رفته جهت انجام PCR (جدول 1) از شرکت تکاپوزیست (تهران، ایران) تهیه شد. جهت به دست آوردن منحنی ذوب پرایمرها دامنه حرارتی 95-70 درجه سانتیگراد با شیب 1 درجه سانتیگراد در دقیقه اعمال شد. واکنش Real Time PCR جهت جستجوی ژن مولد انتروتوکسینهای استافیلوکوکی با استفاده از محلول Power SYBR Green (ایالات متحده(Applied Biosystems, انجام شد، مستر میکس تهیه شده شامل پرایمرهای forward وreverse به میزان1 میکرولیتر، الگوی DNA (غلظت نهایی 10 نانوگرم در میکرولیتر)، 10 میکرولیتر مسترمیکس Power SYBR Green و آب فاقد نوکلئاز بود. واکنش در یک ترموسایکلر ABI PRISM 7,500 Sequence Detection System, Applied Biosystems, انجام شد. شرایط چرخه حرارتی واکنش به صورت زیر بود: یک سیکل در 50 درجه سانتیگراد به مدت 2 دقیقه، یک سیکل در 95 درجه سانتیگراد به مدت 2 دقیقه، 40 چرخه در 95 درجه سانتیگراد به مدت 15 ثانیه و 60 درجه سانتیگراد به مدت 1 دقیقه.
آنالیز آماری نتایج حاصله: دادهها با استفاده از نرم افزار SPSS نسخه 22، نمودار فراوانی و مربع کای مورد آنالیز قرار گرفت. جهت اطمینان از تکرارپذیری نتایج، تیمار نمونهها در سه تکرار انجام شد.
نتایج شمارش استافیلوکوکوس اورئوس در نمونهها به روشهای کشت معمولی، qPCR و PMA-qPCR در جدول 2 آمده است. همانطور که نتایج نشان میدهد، نتایج شمارش با کشت معمولی به نتایج PMA-qPCRبسیار نزدیک است (05/0<P)، لیکن دادههای به دست آمده از qPCR که مجموع سلولهای مرده و زنده را شمارش مینماید از نتایج دو روش دیگر تعداد بیشتری باکتری را نشان می دهد (05/0>P). تعداد سلولهای مرده با تفریق تعداد سلولهای زنده (نتایج qPCR-PMA) از تعداد کل سلولها (نتایج qPCR) به دست میآید.
نتایج به دست آمده نشان میدهد که روش PMA-qPCR قادر است سلولهای زنده استافیلوکوکوس اورئوس را در ماده غذایی تشخیص داده و شمارش نماید و سلولهای مرده را از تولید سیگنال بازدارد. در جدول 3 تعداد سلولهای استافیلوکوکوس اورئوس حامل ژنهای انتروتوکسینهای استافیلوکوکی که به روش qPCR و PMA-qPCR شمارش گردیدهاند، آورده شده است.
کارآیی روش جدید PMA-qPCR در مواد غذایی تلقیح شده به طور مصنوعی مانند سبزیجات و سالاد، شیر پاستوریزه، غلات مورد استفاده در غذای کودک و برنج مورد بررسی قرار گرفته است، لیکن معدودی از مطالعات به طور مستقیم به بررسی وضعیت آلودگی ماده غذایی پرداختهاند. از آنجا که استافیلوکوکوس اورئوس بیماریزا و مولد انتروتوکسین میباشد، جستجوی آن در مواد غذایی از جنبه ایمنی و بهداشت بسیار حائز اهمیت است. تکنیک به کار رفته در این مطالعه واجد پتانسیل جستجو و شمارش سلولهای زنده استافیلوکوکوس اورئوس، تمایز میان استافیلوکوکوس اورئوس توکسینزا و غیر توکسینزا و نیز جستجوی سویههای زنده استافیلوکوکوس اورئوس مولد پنج انتروتوکسین شایع استافیلوکوکی (A-E) میباشد. همچنین، این تکنیک ابزار مناسبی جهت ارزیابی وضعیت آلودگی مواد غذایی به انواع استافیلوکوکوس اورئوس انتروتوکسیژنیک میباشد. در برخی از مطالعات از اتیدیوم مونوآزید (EMA) جهت تفکیک سلولهای زنده از مرده استفاده شده است، اما جمع بندی نتایج مطالعات مختلف نشان میدهد PMA دارای قدرت نفوذ انتخابی بیشتری به داخل سلولهای مرده با دیواره سلولی آسیب دیده میباشد لیکن EMA علاوه بر سلولهای مرده میتواند به داخل سلولهای زنده نیز نفوذ نماید (20).
مطابق استاندارد ملی ایران (7)، تعداد استافیلوکوکوس اورئوس در یک دهم گرم شیرینی تر باید صفر باشد. با توجه به اینکه تعداد باکتری برای تولید میزان توکسین مورد نیاز جهت ایجاد مسمومیت غذایی استافیلوکوکی بیشتر از 106 واحد تشکیل دهنده کلنی در گرم میباشد (7)، حساسیت روش به کار رفته در این مطالعه جهت جستجوی تعداد اندک استافیلوکوکوس اورئوس (کمتر از10 واحد تشکیل دهنده کلنی در گرم) میباشد قابل ملاحظه به نظر میرسد. دادههای به دست آمده از qPCR که مجموع سلولهای مرده و زنده را شمارش نموده است از نتایج دو روش دیگر (کشت معمولی و PMA-qPCR) تعداد بیشتری باکتری را نشان میدهد. PMAفاقد توانایی حذف سیگنالها از سلولهای زنده میباشد بدین ترتیب سلولهای مرده با افزودن PMA طی PMA-qPCR شمارش نمیگردند (22). حساسیت روش PMA-qPCR برای سلولهای مختلف باکتریایی متفاوت است و مطالعات مختلف برای جنسها و گونههای مختلف باکتریایی نتایج متفاوتی را گزارش مینمایند.
نتایج مطالعه Kobayashiو همکاران در سال 2009 طی بررسی توانایی PMAدر تمایز سلولهای سالم از سلولهای مرده استافیلوکوکوس اورئوس و استافیلوکوکوس اپیدرمیس نشان داد که PMA از تولید سیگنال توسط سلولهای آسیب دیده و مرده جلوگیری نموده است و دادههای qPCRمنعکس کننده تعداد باکتریهای زنده بدون تأثیرپذیری از حضور سلولهای مرده میباشد (10).
Elizaquívelو همکاران در سال 2013 به ارزیابی تأثیر ضدمیکربی اسانس آویشن شیرازی بر باکتریهای اشرشیاکلی O157:H7، سالمونلا انتریکا و لیستریا مونوسیتوژنز در سبزیجات برگی پرداخته و جهت شمارش انتخابی سلولهای زنده از تکنیک PMA- qPCR استفاده نمودند. نتایج مطالعه ایشان نشان داد که روش فوق به طور کارایی تنها باکتریهای بیماریزای زنده را جستجو مینماید (4). دادههای به دست آمده در مطالعه حاضر نیز کارایی این تکنیک را در شمارش سلولهای زنده استافیلوکوکوس اورئوس تائید مینماید. اما چنانکه پیشتر ذکر گردید تکنیک qPCRدر ترکیب با PMAدر مورد همه سلولهای باکتریایی با کیفیت یکسان عمل نمیکند و در برخی موارد نتایج با نتایج حاصل از کشت معمولی قرابت ندارد. به طور مثال در مطالعه Azizkhani در سال 2016 تأثیر ضد میکربی اسانس آویشن شیرازی بر باکتریهای بیماریزای گوشت چرخ شده با استفاده از روش PMA-qPCR مورد ارزیابی قرار گرفت. مطابق نتایج به دست آمده برای ترکیبهای مختلف سلولهای زنده و مرده در گوشت چرخ شده تلقیح شده به طور مصنوعی، تعداد باکتریها در گوشت چرخشده 104 × 27/3 واحد تشکیل دهنده کلنی در گرم بود. مقادیر به دست آمده از PMA-qPCR برای سالمونلا انتریکا و اشرشیاکلیO157:H7، با تعداد سلولهای زنده شمارش شده روی پلیت مرتبط بود. لیکن در خصوص لیستریامونوسیتوژنز، تعداد سلولهای زنده در همه موارد بیشتر از تعداد واقعی تخمین زده شد و برای نمونه حاوی 100 درصد سلولهای مرده، تکنیک PMA-qPCR همچنان وجود 8/3 درصد سلول زنده را نشان می داد (2). احتمال میرود که تکنیک PMA-qPCR که در خصوص برخی از باکتریها با کارایی و اعتمادپذیری بالا عمل میکند در مورد برخی دیگر کاربردی نباشد. در این رابطه نتایج مشابهی توسط Lovdal و همکاران در سال 2011 به دست آمد (12). به نظر میرسد علت این امر تفاوتهای جزیی در دیواره سلولی و گرم مثبت یا گرم منفی بودن باکتری باشد (16).
Zhangو همکاران در سال 2014، جهت تفکیک سلولهای زنده از مرده و حذف سیگنالهای کاذب حاصل از DNAسلولهای مرده طی شمارش باکتری باسیلوس سرئوس از روش PCR multiplex همراه با PMAاستفاده نمودند. محدوده جستجو برای سلولهای مرده باسیلوس سرئوس بدون تیمار با PMA در کشت خالص باکتری 102 × 4 واحد تشکیل دهنده کلنی در میلی لیتر، 101 × 5/7 واحد تشکیل دهنده کلنی در میلی لیتر برای سلولهای زنده باسیلوس سرئوس بدون تیمار با PMAو 101 × 5/7 واحد تشکیل دهنده کلنی در میلی لیتر برای سلولهای زنده باسیلوس سرئوس تیمارشده با PMAبود. مطابق نتایج این مطالعه روش PCR multiplex در ترکیب با PMA، ابزار ارزیابی سریع، مطمئن و واجد کارایی تشخیصی بالا در کنترل میکربی نمونههای غذایی میباشد (22). Forghaniو همکاران در سال 2015 نیز پژوهشی مشابه جهت شمارش سلولهای زنده باسیلوس سرئوس، سویههای انتروتوکسینزا و تهوعزا، در مواد غذایی انجام دادند. یافتهها نشان داد که استفاده از PCR در ترکیب با PMA نتایج قابل اعتمادتری نسبت به روش معمولی کشت حاصل مینماید (6). در پژوهش حاضر نیز اختلاف معناداری میان دادههای حاصل از شمارش به روش کشت معمولی و PMA-qPCR مشاهده نشد.
Zhang و همکاران در سال 2015 از تکنیک PMA-qPCR جهت جستجو و شمارش سلولهای زنده استافیلوکوکوس اورئوس در شیر خشک و محصولات گوشتی تلقیح شده با باکتریهای استافیلوکوکوس اورئوس، باسیلوس سرئوس و سالمونلا انتریکا استفاده نمودند. نتایج نشان داد که تیمار سلول با PMA قبل از استخراج DNAموجب حذف نتایج مثبت کاذب با تاثیر بسیار ناچیز بر سلولهای زنده میگردد. آستانه جستجو و شمارش در مطالعه ایشان 102 × 0/3 واحد تشکیل دهنده کلنی در گرم شیر خشک بود (21). در حالی که در پژوهش حاضر قدرت جستجو بالاتر بود. ممکنست بالا بودن تعداد و تنوع میکروارگانیسمهای موجود در نمونه به عنوان عامل مداخلهگر و کاهشدهنده حساسیت تکنیک عمل نماید. واضح است که انجام مطالعات بیشتری جهت بررسی این مساله نیاز است.
نتیجه گیری: به طور کلی با توجه به نتایج به دست آمده، تکنیک PMA-qPCRروشی کارآ و سریع جهت شمارش سلولهای استافیلوکوکوس اورئوس در مواد غذایی میباشد. این روش به عنوان ابزار تشخیصی قابل اعتماد و دارای دقت و حساسیت بالا و هزینه نه چندان زیاد قابلیت کاربرد در آنالیز میکربی مواد غذایی و نیز تشخیصهای بالینی را دارد. در کلیه مطالعات انجام شده توسط سایر محققین که پیشتر به آنها اشاره شد تأثیر بازدارندگی PMAاز تولید سیگنال توسط سلولهای مرده طی qPCR مورد تأیید قرار گرفته است اما هیچ کدام از این پژوهشها روش PMA-qPCR را در نمونههای بالینی یا غذایی جهت کاربرد واقعی این تکنیک و یا بررسی وجود سویههای انتروتوکسیژنیک استافیلوکوکوس اورئوس در مواد غذایی عرضه شده در بازار مصرف گزارش ننمودهاند. این مطالعه نخستین کاری است که در راستای اهداف نظارتی و کنترل کیفیت مواد غذایی در سطح وسیع انجام شده و با توجه به مدت زمان کوتاه حصول نتایج و صحت و دقت قابل ملاحظه این روش امید است در آینده نزدیک در آزمایشگاههای کنترل کیفیت مواد غذایی دستگاههای نظارتی به کار گرفته شود.
این طرح تحقیقاتی با استفاده از اعتبارات ویژه پژوهشی (گرنت شماره 437/8/پ) دانشگاه تخصصی فناوریهای نوین آمل انجام گردیده است.
بین نویسندگان تعارض در منافع گزارش نشده است.
جدول 1. پرایمرهای مورد استفاده جهت بررسی ﻓﺮاواﻧﻲ ژنﻫﺎی مولد انتروتوکسین در استافیلوکوکوس اورئوس.
نام پرایمر |
توالی (5’à3’) |
طول (bp) |
مرجع |
sea-F sea–R |
ATGGTGCTTATTATGGTTATC CGTTTCCAAAGGTACTGTATT |
120 |
(12) |
seb-F seb–R |
GTATGGTGGTGTAACTGAGC CCAAATAGTGACGAGTTAGG |
164 |
(13) |
sec-F sec–R |
TTTTTGGCACATGATTTAATTT CAACCGTTTTATTGTCGTTG |
257 |
(12) |
sed-F sed–R |
CCAATAATAGGAGAAAATAAAAG ATTGGTATTTTTTTTCGTTC |
|
(13) |
see-F see–R |
CAGTACCTATAGATAAAGTTAAAACAAGC TAACTTACCGTGGACCCTTC |
178 |
(12) |
16S rRNA-F 16S rRNA –R |
GCTGCCCTTTGTATTGTC AGATGTTGGGTTAAGTCCC |
278 |
(14) |
جدول 2. نتایج شمارش استافیلوکوکوس اورئوس (لگاریتم واحدهای تشکیل دهنده کلنی در گرم) در نمونههای شیرینی به روش کشت معمولی، qPCR و PMA-qPCR.
زمان نمونه گیری |
کشت معمولی |
qPCR |
PMA-qPCR |
هفته اول |
a*25/0±7/2 |
b16/0±2/3 |
a27/0±81/2 |
هفته دوم |
a18/0±85/2 |
b23/0±71/3 |
a24/0±78/2 |
هفته سوم |
a31/0±65/2 |
b15/0±52/3 |
a19/0±72/2 |
هفته چهارم |
a12/0±83/2 |
b35/0±91/3 |
a32/0±9/2 |
هفته پنجم |
a19/0±91/1 |
b21/0±77/2 |
a15/0±85/1 |
هفته ششم |
a3/0±80/1 |
b26/0±69/2 |
a21/0±91/1 |
هفته هفتم |
a22/0±59/2 |
b13/0±82/3 |
a35/0±63/2 |
هفته هشتم |
a17/0±75/2 |
b20/0±91/2 |
a11/0±84/2 |
*حروف انگلیسی در هر سطر نشان دهنده تفاوت معنادار بین دادههای آن سطر می باشد(05/0>P).
جدول 3. نتایج شمارش استافیلوکوکوس اورئوس انتروتوکسیژنیک (لگاریتم واحدهای تشکیل دهنده کلنی در گرم) در نمونههای شیرینی به روش qPCR و PMA-qPCR.
نوع انتروتوکسین |
PMA-qPCR |
qPCR |
SEA |
a*11/0±72/1 |
b16/0±03/1 |
SEB |
0 |
0 |
SEC |
a2/0±85/1 |
b14/0±2/1 |
SED |
a19/0±65/0 |
b08/0±11/0 |
SEE |
a15/0±37/1 |
b04/0±90/0 |
فاقد انتروتوکسین |
a18/0±05/2 |
a13/0±53/1 |
*حروف انگلیسی در هر سطر نشان دهنده تفاوت معنادار بین دادههای آن سطر می باشد (005/0>P).
References