Unterscheidung von Salmonella Serogruppen per FTIR-Spektroskopie

Ein Bericht aus unserem Laboralltag

Dr. Helene Oberreuter, Dr. Jörg Rau

 

Salmonellen gehören weltweit zu den häufigsten bakteriellen Infektionserregern bei Mensch und Tier. Zur Aufklärung salmonellenbedingter Krankheitsausbrüche ist die Differenzierung der verschiedenen Salmonellentypen (Serovare) entscheidend. Mithilfe Infrarotspektroskopie wurde eine Unterscheidung auf Serogruppenebene für die in unserer Praxis der Probenanalyse wichtigsten 10 Serogruppen erarbeitet.

 

Salmonella Typhimurium auf XLD-Nährmedium.

Salmonella Typhimurium auf XLD-Nährmedium.

 

Zur Unterscheidung verschiedener Salmonellentypen wird in vielen Laboren die Serotypisierung nach dem weltweit einheitlichen White – Kauffmann – Le Minor Schema [1] durchgeführt. Durch den Nachweis unterschiedlicher Kombinationen von antigenen Zellwand-Polysacchariden und Geißelantigenen (sogenannten O- und H-Phasen) mithilfe von Antiseren wurden bislang über 2500 Serovare in 46 O-Serogruppen definiert.
Als schnelle, einfache und kostengünstige Methode zur Feindifferenzierung von Mikroorganismen auch unterhalb des Artniveaus (verschiedene Serogruppen, Pathogenitätsfaktoren, Impfstämme) wurde die Fourier-Transformations-Infrarot- (FTIR) Spektroskopie bereits erfolgreich etabliert [2, 3, 4, 5].

 

Salmonella Typhimurium auf XLD-Nährmedium ─ Kolonien im auflichtmikroskopischen Bild.

Salmonella Typhimurium auf XLD-Nährmedium ─ Kolonien im auflichtmikroskopischen Bild.

 

Zusammenfassung

Für die in unserer Praxis der Probenanalyse wichtigsten 10 O-Serogruppen wurde eine Unterscheidung per FTIR - Spektroskopie mit Unterstützung durch Künstliche Neuronale Netze (NeuroDeveloper, Fa. Synthon) erarbeitet. Dazu wurden von 290 aus Lebensmitteln oder veterinärmedizinischen Proben isolierten Salmonellen Infrarotspektren erstellt, von denen ein Teil zum Methodenaufbau verwendet wurde, während der andere Teil (das Testset) zur Überprüfung der Klassifizierungsgenauigkeit diente. Anschließend wurden beide Gruppen vertauscht und somit eine Kreuzvalidierung durchgeführt. Im Ergebnis wurden in der Doppelbestimmung 94,0 % der Salmonelleninfrarotspektren als richtig, 2,5 % als fraglich und 3,5 % als falsch zugeordnet. Die Serogruppen D1, D2 und D3 ließen sich nicht voneinander abgrenzen. Einzelne Serogruppen wie E1, F und G1-G2 wurden mit einer Genauigkeit von 100 % identifiziert.

 

Infokasten

Salmonellen

Diese stäbchenförmigen Enterobakterien werden häufig durch meist tierische Lebensmittel wie rohe Eier bzw. Eierspeisen, Fleisch- und Milchprodukte übertragen. Sie kommen auch in verunreinigtem Wasser, im Boden, auf Pflanzen und in menschlichen oder tierischen Fäkalien vor. Des Weiteren beherbergen Reptilien oft Salmonellen ohne Krankheitserscheinungen zu zeigen. Zu den Symptomen einer Salmonellose gehören nach 12 Stunden bis drei Tagen Inkubationszeit hauptsächlich (ggf. blutige) Durchfälle, Fieber und Erbrechen, die meist nach ca. vier bis sieben Tagen von selbst wieder abklingen.

 

Fazit

Damit eignet sich die FTIR-Spektroskopie für Salmonellen als schnelle Screening-Methode zur Unterscheidung der wichtigsten O-Antigene. 97 % der am CVUA Stuttgart zwischen 2011 und 2014 aus Lebensmitteln isolierten Salmonella-Isolate (n=101) werden hiermit erfasst. So kann im Zuge unserer Salmonellenidentifizierung eine rasche Differenzierung der wichtigsten O-Serogruppen erfolgen, ohne dass Antiseren bevorratet werden müssen. Die Methode kann zur Abtrennung weiterer O-Serogruppen unkompliziert erweitert werden.

 

Quellen

[1] Grimont PAD & Weill F-X, 2007. WHO Collaborating Centre for Reference and Research on Salmonella, Institut Pasteur.
[2] Wenning M & Scherer S, 2013. Appl Microbiol Biotechnol 97(16): 7111–20
[3] Kuhm AE et al., 2009. Appl Environ Microbiol 75(18):5809-13
[4] Mauder N, 2013. Unterscheidung von Escherichia coli O-Antigenen mittels Infrarotspektroskopie. Poster, EHEC-Workshop, Wildbad Kreuth
[5] Mauder N & Rau J, 2014. Aspects of Food Control and Animal Health 2014-01

 

Bildernachweis

CVUA Stuttgart.

 

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Bericht erschienen am 13.08.2015 16:05:40