DESARROLLO DE UN MÉTODO DE DETECCIÓN PARA EVALUAR LA CONTAMINACIÓN POR CEPAS DE ESCHERICHIA COLI
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- María Pilar del Río Rico
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1 DESARROLLO DE UN MÉTODO DE DETECCIÓN PARA EVALUAR LA CONTAMINACIÓN POR CEPAS DE ESCHERICHIA COLI PRODUCTORA DE TOXINA SHIGA (STEC) DE IMPACTO NACIONAL (STEC O174) EN MUESTRAS DE CARNE DEVELOPMENT OF A SCREENING METHOD TO ASSESS CONTAMINATION BY ESCHERICHIA COLI SHIGA TOXIN-PRODUCING (STEC) STRAINS WITH NATIONAL IMPACT (STEC O174) IN MEAT SAMPLES Cecilia Cundon (Microbiología, Facultad de Ciencias Veterinarias, Universidad de Buenos Aires [FCV, UBA]), María Valeria Rumi (Microbiología, Facultad de Ciencias Veterinarias, Universidad de Buenos Aires [FCV, UBA]), Edith Marey (Tecnología, Protección e Inspección Veterinaria de Alimentos, Facultad de Ciencias Veterinarias, Universidad de Buenos Aires [FCV, UBA]), Fernanda Roldán (Tecnología, Protección e Inspección Veterinaria de Alimentos, Facultad de Ciencias Veterinarias, Universidad de Buenos Aires [FCV, UBA]), Clotilde S. Canosa Montero (Microbiología, Coordinación de Análisis de Productos Alimenticios y Conexos [APAC], DLA/DGLyCT/Senasa), Jessica Babich (Microbiología, Coordinación de Análisis de Productos Alimenticios y Conexos [APAC], DLA/DGLyCT/Senasa), Daniela Rocchi (Microbiología, Coordinación de Análisis de Productos Alimenticios y Conexos [APAC], DLA/DGLyCT/Senasa), Verónica Sinatra (Microbiología, Coordinación de Análisis de Productos Alimenticios y Conexos [APAC], DLA/DGLyCT/ Senasa), María Cecilia Kiernicki (Microbiología, Coordinación de Análisis de Productos Alimenticios y Conexos [APAC], DLA/DGLyCT/Senasa), Susana Binotti (Microbiología, Coordinación de Análisis de Productos Alimenticios y Conexos [APAC], DLA/DGLyCT/Senasa), Andrea Calzetta Resio (Tecnología, Protección e Inspección Veterinaria de Alimentos, Facultad de Ciencias Veterinarias, Universidad de Buenos Aires [FCV, UBA]) y Adriana Bentancor (Microbiología, Facultad de Ciencias Veterinarias, Universidad de Buenos Aires [FCV, UBA]) Resumen El síndrome urémico hemolítico (SUH), una enfermedad transmitida por alimentos, es la principal causa de insuficiencia renal aguda y la segunda causa de insuficiencia renal crónica y de trasplante renal en niños en la Argentina. Actualmente, afecta a 13,8 de cada niños menores de 5 años, el registro más alto en el mundo, con 450 notificaciones anuales de casos. Este síndrome origina los costos más elevados para el Sistema Nacional de Salud y compromete la confianza del consumidor en los sistemas de control. La especie Escherichia coli comprende un conjunto de bacterias con características y patogenicidad diferente, por ello se categoriza a sus cepas en diferentes patotipos, como las E. coli enterotoxicas (ETEC), E. coli enteropatógenas (EPEC), E. coli enteroinvasivas (EIEC), E. coli shigatoxigénico (STEC), E. coli enteroagregativas (EAggEC) y E. coli de adherencia difusa (ADEC). Se considera que STEC es el agente etiológico más frecuente del SUH. Dentro de este patotipo STEC asociado a SUH se destaca el serotipo STEC O157:H7 que representa el 60 % de dichos aislamientos. Otros serogrupos STEC no-o157 representan el 40 % de los aislamientos de STEC provenientes de SUH. La prevalencia de cada serotipo depende de cada país. Abstract Hemolytic uremic syndrome (HUS) is a foodborne illness which is the leading cause of acute kidney failure and the second leading cause of chronic kidney failure and kidney transplantation in children in Argentina. Currently, our country has the highest record of HUS worldwide, with 450 cases per year affecting 13.8/100,000 children younger than 5 years old (Rivas, 2013). This illness determines the highest costs for the National Health System, compromising consumer s trust in control systems. While recognizing multiple etiological agents, Escherichia coli Shiga toxin-producer (STEC) is considered the main cause of HUS, mainly associated with serotype O157:H7, however non-o157 serogroups are frequent. Within the latter, four serogroups are prevalent in Argentina: O145, O121, O26 and O174 (Rivas, 2013). Of these, serogroup O174, stands out as a local problem due to its clinical prevalence and it is not considered in any European or American diagnostic protocols. STEC infections in Argentina, in view of their endemic nature, high incidence and diffuse outbreaks, differ from those reported in other regions, which are referential in their regulatory standards. Diagnosis of 33
2 Dentro de los no-o157, los cuatro serogrupos prevalentes en la Argentina son O145, O121, O26 y O174. De ellos, el serogrupo O174 se destaca como problemática local y no está cubierto por protocolos de diagnóstico europeos ni americanos. Las infecciones por STEC en la Argentina, por su naturaleza endémica, su alta incidencia y la presentación de brotes difusos, difieren de las de otras regiones referenciales en materia normativa. El diagnóstico de O174 en alimentos, dado su impacto para la salud de nuestra población, debería ser incluido en los protocolos de diagnóstico utilizados en la actualidad. El objetivo de este proyecto es evaluar técnicas diagnósticas específicas de este serogrupo. O174 in foods should be included given its impact on health, as a part of diagnostic panels. The aim of this project is to assess specific diagnostic techniques for this serogroup. Keywords: Shiga toxin-producing Escherichia coli, hemolytic uremic syndrome, Non-O157, O174, diagnostic, food, agri-food safety and quality. Palabras clave: Escherichia coli productora de toxina Shiga, síndrome urémico hemolítico, No-O157, O174, diagnóstico, alimentos, calidad e inocuidad agroalimentarias. El presente artículo refiere a un proyecto por desarrollarse en el marco de los Premios Senasa 2013 a la Investigación, Transferencia y Comunicación en Sanidad, Calidad e Inocuidad Agroalimentarias (rubro Investigación y Transferencia de Equipos Consolidados). Escherichia coli es miembro de la microbiota intestinal de humanos y animales (Bergey et al., 2005). Algunas cepas poseen un conjunto de factores de virulencia que, de estar presentes, pueden originar enfermedades intestinales y extraintestinales (Nataro y Kaper, 1998). Un tipo particular de E. coli se caracteriza por la producción de toxinas Shiga (Karmali, 1989). E. coli shigatoxigénica (STEC) es un patógeno endémico en la Argentina con alto impacto en el sistema de salud. STEC presenta genes que codifican para las toxinas Shiga (stx1, stx2 y variantes) responsables del daño del endotelio vascular sistémico, junto con marcadores de virulencia adicionales que definen el potencial de riesgo de cada cepa (Parma et al., 2000; Chinen et al., 2001,2009; Gómez et al., 2002; Gioffre et al., 2002; Rivas et al., 2003; Lucchesi et al., 2006; Jure et al., 2010; Miccio et al., 2011). Al ser reconocida esta enfermedad dentro de aquellas transmitidas por alimentos, se iniciaron sistemas de vigilancia activa internacionales que permiten correlacionar cepas de campo, alimentos, portadores, reservorios y casos clínicos (Caprioli et al., 2005; Rangel et al., 2005; Beutin, 2006; Miliwebsky et al., 2007; Rumi et al., 2007, 2008, 2012; Blanco Crivelli et al., 2013, Brusa et al., 2013). El ganado ha sido señalado como el principal reservorio de cepas STEC, incluidos los serotipos relacionados con el O157:H7 y los no-o157 (Blanco et al., 2004; Kassenborg et al., 2004). Potencialmente, el vehículo para STEC son los alimentos crudos o elaborados contaminados en algún punto de su proceso con materia fecal de animales portadores (Riley et al., 1985). En el nivel regional, la fuente de infección frecuente corresponde a los alimentos cárneos y lácteos deficientemente cocidos o sin pasteurizar (Rivas, et al., 2006, 2008). El sistema nacional de salud, mediante su centro de referencia, ha determinado los serotipos prevalentes de impacto nacional. Entre los primeros cuatro serotipos prevalentes no-o157 se evidencia O174, a diferencia de los EE. UU. y Europa (Rivas et al., 2013). Considerando que la epidemiología de las infecciones por STEC en la Argentina es distinta de las detectadas en otros países, con brotes difusos y casos esporádicos, el análisis de los agentes etiológicos implicados es relevante, oportuno y pertinente. El serogrupo O174, de impacto local, no está incluido en los paneles previstos tanto por la Unión Europea como por los EE. UU. (USDA /FSIS MLG 5.04, 2008; USDA /FSIS MLG 5B.00, 2010). De esta forma, su diagnóstico escapa de los sistemas de control agroalimentario y genera una ventana de incertidumbre en los procesos de aseguramiento de inocuidad para el mercado interno (Código Alimentario Argentino, 2010). Merece destacarse que la identificación y clasificación precisa de los microorganismos patógenos es de valor crítico en la evaluación epidemiológica de un brote y en la identificación de potenciales fuentes de infección (Rangel et al., 2005; Rivas et al., 2006). En este sentido, las técnicas microbiológicas tradicionales no permiten evaluar la identidad de los clones circulantes; por ello, los sistemas contemporáneos de vigilancia epidemiológica utilizan cada vez más los métodos basados en el ADN para identificar o caracterizar microorganismos patógenos (Bergey et al., 2005). 34
3 Uno de los objetivos de este trabajo es desarrollar un sistema de detección del serogrupo O174 que pueda implementarse en forma complementaria al tamizaje realizado con las normas vigentes (ISO/TS N.º y MLG 5B.03) y que permita identificar la contaminación de dicho serogrupo en alimentos. Se espera desarrollar un protocolo de trabajo validado que posibilite identificar, mediante el rastrillaje de las muestras, aquellas contaminadas con STEC O174, aplicarlo en muestras problema y evaluar la prevalencia de dicho serogrupo en alimentos stx+. Para ello se cuenta con un cepario propio, el de la Facultad de Ciencias Veterinarias de la UBA, que incluye aislamientos de este serogrupo obtenidos de diversas fuentes (alimentos, bovinos y roedores) así como otros aislamientos de STEC y de E. coli no STEC. Entre los objetivos de este trabajo está, además, el de evaluar los aislamientos de O174 mediante la caracterización de sus factores de virulencia. La metodología propuesta se basa en los protocolos de trabajo descriptos en Trullols Soler (2006), De Smedt (1998) y la Guía para validación de métodos de ensayo del Organismo Argentino de Acreditación (2003) y contempla: - Desarrollar un sistema de detección por PCR (convencional y real time) de STEC serogrupo O174 a partir de precultivos de alimentos y su evaluación en una selección de cepas que incluye al menos 15 aislamientos diferentes de STEC O174, y 30 serogrupos no-o174 (cepario propio, Facultad de Ciencias Veterinarias, UBA). - Validar el sistema de detección por PCR convencional intralaboratorio, determinando el rango de trabajo, el límite de detección y el de corte y estableciendo la selectividad del sistema, su inclusividad y su exclusividad. - Determinar la robustez del sistema con los análisis estadísticos correspondientes, utilizando Statistix.8.0, χ 2, test de diferencia de proporciones y su estudio probabilístico. - Desafiar el sistema de detección con cepas STEC O174 y una cepa STEC en interacción, en concentraciones de proporciones variables. - Aplicar el método en precultivos stx+ según norma ISO/TS N.º y MLG: 5B.03 (USDA/FSIS/ OPHS) detectados por el laboratorio central de alimentos de Senasa. - Aplicar el sistema a precultivos previamente obtenidos a partir de muestreos de carne molida en mercados de expendio minorista y que se mantienen congeladas en el laboratorio de Tecnología Protección e Inspección Veterinaria de Alimentos de la Facultad de Ciencias Veterinarias de la UBA. - Aislar cepas STEC O174 de las fuentes analizadas mediante el sistema de pooles (Bentancor et al., 2006) y determinar su perfil de virulencia mediante protocolos de PCR (Pollard et al., 1990; Tyler et al., 1991; Pierard et al., 1998; Paton y Paton, 1998, 2002; Jelacic et al., 2003; Zheng et al., 2008; Scheutz et al., 2013). Estos protocolos han sido previamente validados con el sistema de calificación externa europeo, dirigido por el Instituto Serum Statem de Dinamarca y por el laboratorio de la Cátedra de Microbiología de la Facultad de Ciencias Veterinarias de la UBA, incluyendo el panel de tipos y subtipos de STEC y la determinación de otras E. coli diarreogénicas (EQA4, 2013). E. coli ha sido estudiada por su continua adaptación y emergencia de clones con nuevos factores de virulencia. La adquisición de genes de virulencia en forma transversal mediante diversos mecanismos y su recombinación mantienen en una continua evolución a esta especie bacteriana. Un ejemplo de ello ha sido la emergencia de un clon del serotipo O104:H4, cuyos factores de virulencia permitían identificarla como E. coli enteroagregativa (AggEC), que adquirió la capacidad de producir toxina Shiga sumando ambos caracteres patógenos, lo cual determinó un brote que afectó población adulta sana europea con alto número de muertes, características nuevas para ese serotipo. Sobre la base del evento de transferencia de genes ocurrido por O104 en Europa se identificarán factores de virulencia adicionales, entre ellos los genes marcadores característicos de otras cepas de E. coli diarreogénicas, inve, aggr, aaic, afac, eae, est, elt, asta, daae, con fines de vigilancia y factores de virulencia adicionales que contribuyen a la adhesión o aportan caracteres de virulencia a las cepas STEC: saa, subab, ehxa, iha, lpfa, toxb identificando el perfil de virulencia adicional a stx en las cepas O174 aisladas (EQA4, 2013). - Transferir el sistema al laboratorio central de Senasa. En síntesis, este proyecto busca generar una técnica replicable para la identificación de microorganismos relevantes de impacto local. Por ello reviste interés nacional y podrá ser aplicada por laboratorios de diagnóstico no solo de alimentos, sino también de diagnóstico clínico, que alcancen cualquiera de los dos niveles de equipamiento, PCR convencional o tiempo real. Se trata de una propuesta innovadora, con impacto potencial elevado para contribuir a los estándares de inocuidad de carnes y sus subproductos, a escala nacional y regional. La metodología propuesta es sensible y adecuada para la detección del patógeno, y establece la posibili- 35
4 dad de obtener datos suficientes para considerar posibles modificaciones a la normativa vigente en materia de control de cárnicos. El proyecto tiene el impacto potencial de mejorar la inocuidad de carnes mediante una valoración de las prácticas productivas nacionales a lo largo de la cadena agroalimentaria a través de indicadores moleculares. Asimismo, el protocolo será factible de ser empleado en laboratorios clínicos aplicados a otros tipos de muestras. Por tanto, sus resultados permitirán desarrollar actividades de transferencia concretas, relevantes y oportunas frente a un problema de inocuidad agroalimentaria básico por su estrecha interdependencia entre la salud humana y la sanidad animal bajo el concepto un mundo, una salud que merece ser observado en forma abarcativa, del campo al plato y que está comprendida dentro de la misión y visión del Senasa. Bibliografía Administración Nacional de Medicamentos, Alimentos y Tecnología Médica, Código Alimentario Argentino Ley /07/69 Capítulo VI. Artículo 255 (Resolución Conjunta SPRyRS y SAGPyA N.º 79 y 500/04) [en línea]. Dirección URL: < anmat.gov.ar/codigoa/capitulo_vi_carneos_actualiz_ pdf>. Beutin, L. (2006), Emerging Enterohaemorrhagic Escherichia coli, Causes and Effects of the Rise of a Human Pathogen, Journal of veterinary medicine. B, Infectious Diseases and Veterinary Public Health, vol. 53, n. 7, pp Bentancor, A. et al. (2007), Shiga toxin-producing and attaching and effacing Escherichia coli in cats and dogs in a high hemolytic uremic syndrome incidence region in Argentina, FEMS Microbiology Letters, vol. 267, n. 2, pp Blanco, M. et al. (2004), Virulence genes and intimin types of Shiga-toxin-producing Escherichia coli isolated from cattle and beef products in Argentina, Instituto de Microbiología, vol. 7, n. 4, pp Blanco Crivelli, X. et al. (2012), Synanthropic rodents as possible reservoirs of shigatoxigenic Escherichia coli strains, Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, n. 2, p Brusa, V. et al. (2013), Shiga toxin-producing Escherichia coli in beef retail markets from Argentina, Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, n. 2, p Caprioli, A.; Morabito, S.; Brugere, H. y E. Oswald (2005), Enterohaemorrhagic Escherichia coli: emerging issues on virulence and modes of transmission, Veterinary Research, vol. 36, n. 3, pp Chinen, I. et al. (2001), Isolation and characterization of Escherichia coli O157:H7 from retail meats in Argentina, Journal of Food Protection, vol. 64, n. 9, pp Chinen, I. et al. (2009), Shiga toxin-producing Escherichia coli O157 in beef and chicken burgers, and chicken carcasses in Buenos Aires, Argentina, International Journal of Food Microbiology, vol. 132, n. 2-3, pp De Smedt, J. M. (1998), AOAC validation of qualitative and quantitative methods for microbiology in foods. Association of Official Agricultural Chemists, International Journal of Food Microbiology, vol. 45, n. 1, pp Etcheverría, A. I. et al. (2010), Occurrence of Shiga-producing E. coli (STEC) on carcasses and retail beef cuts in the marketing chain of beef in Argentina, Meat Science, vol. 86, n. 2, pp Gioffre, A. et al. (2002), Detection of Shiga toxin-producing Escherichia coli by PCR in cattle in Argentina. Evaluation of two procedures, Veterinary Microbiology, vol. 87, n. 4, pp Gomez, D. et al. (2002), Aislamiento y caracterización de Escherichia coli productora de Toxina Shiga en hamburguesas supercongeladas y quesos de pasta blanda, Revista Argentina de Microbiología, vol. 34, n. 2, pp Holt, J. G.; Krieg, N. R. y P. H. A. Sneath (eds.) (1984), Bergey s Manual of Systematic Bacteriology, Volumen 1: Gram-negative Bacteria of general, medical, or industrial importance. Baltimore, Wilkins & Wilkins. Jelacic, J. K. et al. (2003), Shiga toxin-producing Escherichia coli in Montana: bacterial genotypes and clinical profiles, Journal of Infectious Diseases, vol. 188, n. 5, pp Jure, M. et al. (2010), Detección, aislamiento y caracterización de Escherichia coli productora de toxina Shiga a partir de carne molida fresca proveniente de carnicerías de Concepción, Provincia de Tucumán, Revista Argentina de Microbiología, vol. 42, n. 4, pp Karmali, M. A. (1989), Infection by verocytotoxin-producing Escherichia coli, Clinical Microbiology Reviews, vol. 2, n. 1, pp Kassenborg, H. D. et al. (2004), Emerging Infections Program FoodNetWorking Group. Farm visits and undercooked hamburgers as major risk factors for sporadic Escherichia coli O157:H7 infection: data from a case-control study in 5 FoodNet sites, Clinical Infectious Diseases, vol. 38, n. 3, pp
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