Detección de enterotoxinas estafilocócicas mediante ELISA

Detección de enterotoxinas estafilocócicas mediante ELISA

Apartados de este ejercicio

A.- Enzimolnmunoensayo o inmunoanálisis enzimático
B.- Intoxicación estafilocócica
C.- Detección de enterotoxinas estafilocócicas: "Transia Plate Staphylococcal Enterotoxins Kit"
D.- Supuesto Práctico
E.- Detección de enterotoxinas estafilocócicas tanto en colonias típicas como en alimentos
F.- Interpretación de resultados del supuesto práctico
G.- Comprobar respuestas

 

 


A.- Enzimolnmunoensayo o inmunoanálisis enzimático

Estos ensayos se han convertido en una de las pruebas inmunológicas rápidas más empleadas para la detección de antígenos (microorganismos o sus toxinas).

Enzimolnmunoensayo o inmunoanálisis enzimático (ELISA; Enzyme Linked Immunosorbent Assay).

En este tipo de ensayos la visualización del complejo antígeno-anticuerpo se realiza mediante el empleo de enzimas.

El anticuerpo se conjuga con una enzima con lo que, a través de la acción que dicha enzima ejerce sobre un substrato, es posible visualizar el complejo Ag-Ac mediante, entre otros, desarrollo de color.


Se han desarrollado múltiples variantes de los enzimoinmunoensayos: directo, indirecto, competitivo, tipo sandwich, etc., Los que se usan para detectar antígenos y por tanto microorganismos y/o sus toxinas son, principalmente, el ELISA en sandwich y el ELISA competitivo.

En el ELISA sandwich se unen dos anticuerpos al antígeno, se recubre el pocillo con un primer anticuerpo anti-patógeno. En dicho pocillo se aplica la muestra problema en la que si se encuentra el patógeno (o sus antígenos) serán retenidos en el pocillo al ser reconocido por el primer anticuerpo. Después se hace un lavado que elimina el material no retenido se aplica una solución con un segundo anticuerpo anti-patógeno marcado. Así pues cada molécula de antígeno estará unida a un anticuerpo en la base que lo retiene (Anticuerpo de captura) y un segundo anticuerpo, al menos, que lo marca (Anticuerpo de marcado):

- El anticuerpo primario (Ac de captura), unido a la fase sólida, que es el que reconoce al antígeno.

- El anticuerpo secundario (Ac marcado), conjugado con la enzima que reconoce a su vez el complejo formado antígeno-anticuerpo.

En el ELISA competitivo el antígeno va a competir con el anticuerpo marcado por la unión al anticuerpo que está unido a la fase sólid (Ac de captura). Esto implica que en las muestras positivas habrá ausencia de color ya que los que se une al Ac de captura es el antígeno y no se une el Ac marcado.

 

ELISA SANDWICH


En este ejercicio veremos un ELISA tipo sandwich para la detección de enterotoxinas estafilocócicas tanto en alimentos como en cultivos bacterianos: "Transia Plate Staphylococcal Enterotoxins Kit"

 

 


B.- Intoxicación estafilocócica

Intoxicación estafilocócica
La intoxicación alimentaria por estafilococo (estafiloenterotoxicosis; estafiloenterotoxemia) es el nombre de la enfermedad causada por las enterotoxinas que producen algunas cepas (cepas toxigénicas) de Staphylococcus aureus.

La presentación de los síntomas en esta enfermedad se deben a la ingestión de la toxina preformada en el alimento. Su aparición es usualemnte rápida, entre 1 y 7 horas después de la ingestión, y, en la mayoría de los casos, aguda.

Los síntomas más comunes incluyen náuseas, vómitos, arcadas, espasmos abdominales y diarrea. En los casos más graves se puede presentar dolor de cabeza y colapso. Normalmente los síntomas desaparecen de forma espontánea en un plazo de unas 48 horas.

Staphylococcus aureus y enterotoxinas estafilocócicas

Staphylococcus aureus
es una especie bacteriana integrada por cocos (de 0,8-1,0 mm de diámetro) Gram positivos. Son inmóviles y no forman esporas. Anaerobios facultativos y catalasa positivos.

Se incluye dentro del Orden Bacillales en la Familia Staphylococcaceae. El género Staphylococcus se compone de mas de 40 especies (entre las que destaca S. aureus) que están presentes en la mucosa y en la piel de los humanos y de otros mamíferos y aves.

No todas las cepas de S. aureus son capaces de producir la intoxicación estafilocócica. Solo las cepas que producen una enterotoxina y que se conocen como S. aureus enterotoxigénico.

La intoxicación se produce por el consumo de alimentos en los que se ha multiplicado S. aureus enterotoxigénico y ha producido toxinas en el propio alimento. Es necesario que S. aureus enterotoxigénico se encuentre en niveles de al menos 106 UFC/g para que se produzca suficiente cantidad de toxina para provocar síntomas en el consumidor.

Estas cifras de 106 UFC/g se alcanzan con facilidad si los alimentos una vez elaborados no se mantienen a temperaturas adecuadas (o refrigeración o por encima de 60ºC) o bien si se almacenan durante demasiado tiempo.

Las enterotoxinas son proteínas de cadena simple no ramificada compuestas por cantidades relativamente grandes de lisina, tirosina, ácido aspártico y ácido glutámico. Los pesos moleculares oscilan entre 28 000 y 35 000 daltons, son solubles en agua y presentan una alta termoestabilidad.

Actualmente se diferencian por su actividad serológica no menos de 7 enterotoxinas que se designan A, B, C1, C2, C3, D y E. La enterotoxina del serotipo A es la que con más frecuencia aparece en los brotes de intoxicación alimentaria y le siguen en orden decreciente las de los serotipos C1, B, D y E.

Significado en los alimentos


Dado que es un microorganismo presente en la flora normal de los animales de sangre caliente (más del 50 % de las personas son portadoras de S.aureus en fosas nasales, garganta, manos, pelo, etc.) y se trata de una especie muy sensible a la acción del calor y de los desinfectantes, su presencia en determinados niveles en los alimentos indica higiene defectuosa por mala manipulación. Si, además, los S. aureus aislados son cepas enterotoxigénicas, suponen un riesgo para la salud.
Las causas más frecuentemente asociadas con la contaminación de los alimentos con S. aureus son:
- Higiene personal deficitaria; no lavarse las manos adecuadamente, tocarse la nariz, etc.
- Refrigeración inadecuada; ya que no es capaz de multiplicarse por debajo de 7 ºC.
- Preparación de los alimento con mucha antelación.
- Cocinado inadecuado; ya que es sensible a la acción el calor.
etc.
Puede ocurrir que no se detecte S. aureus en un alimento o que el número detectado sea pequeño y que, sin embargo, exista cantidad detectable suficiente de enterotoxina estafilocócica. En este caso, los microorganismos que originaron la toxina han podido ser destruídos por el procesado de los alimentos, mientras que la toxina, por su termorresistencia, permanece en el alimento.

 

 


C.- Detección de enterotoxinas estafilocócicas

 

"Transia Plate Staphylococcal Enterotoxins Kit"


Los alimentos contaminados suelen tener altos niveles de estafilococos enterotoxigénicos (106 UFC/g). Los alimentos involucrados deben ser análizados para ver si el estafilococo está presente. La presencia de un número importante de estafilococos en el alimento permite sospechar que la toxina está presente. Si bien, la prueba más concluyente es la detección de la toxina en las muestras de los alimentos sospechosos.

Se han desarrollado y utilizado con éxito en la detección de enterotoxinas varios métodos serológicos tanto para determinar la enterotoxigenicidad de S. aureus aislado de los alimentos, así como para separar y detectar la toxina directamente en las muestras de alimentos.

Uno de estos métodos es el 'Transia Plate Staphylococcal Enterotoxins Kit'.

Es un kit para la detección de enterotoxinas totales (SETs) de Staphylococcus aureus validado por AENOR. Está basado en un enzimoinmunoensayo (ELISA) tipo sandwich en microplaca. Es un ensayo cualitativo y el límite de detección de enterotoxinas totales (A, B, C1, C2, C3, D y E) es de 0.25 a 1.0 ng/g en función del tipo de alimento ya que la eficacia de la extracción varía dependiendo de la composición de los alimentos.

Por esto, no es posible estimar la cantidad de enterotoxina presente en una muestra positiva.

 


D.- Supuesto Práctico

Durante la tarde del mismo día, 1.364 niños de 16 escuelas de Texas presentaron infección estafilocócica (sobre un total de 5.824 que habían comido en esas 16 escuelas). Los alimentos habían sido preparados en una cocina central y transportados en camiones.

Los estudios revelaron que el 95% de los niños que enfermaron habían comido el siguiente menú: una ensalada de pollo, macarrones, hamburgusa y tarta de chocolate o helado.

Análisis realizados


Se recogieron muestras de todos los tipos de alimentos servidos en aquella comida para su análisis. Los análisis realizados fueron:

a) Recuento de S. aureus en cada uno de los alimentos servidos y análisis de las colonias típicas aisladas para comprobar si son capaces de producir enterotoxinas:

a1) Recuento de S.aureus. Sirve para conocer el nivel de contaminación con S. aureus en cada uno de los alimentos servidos.

a2) Análisis de las colonias típicas de S. aureus aisladas en el recuento para comprobar si son capaces de producir enterotoxinas. Sirve para comprobar si las colonias típicas aisladas son capaces de producir enterotoxinas, es decir corresponden a cepas enterotoxigénicas de S. aureus.

b) Análisis de la presencia/ausencia de enterotoxinas en cada uno de los alimentos servidos. Sirve para comprobar si los alimentos contienen enterotoxinas preformada.

Recuento de S. aureus


Se realizó por el recuento de S. aureus coagulasa positivos mediante siembra en placa por extensión en superficie en agar Baird Parker y confirmación de colonias sospechosas mediante prueba de la coagulasa. Este método de recuento se estudiará con detalle en la unidad 7.

Los recuentos obtenidos fueron los siguientes:

Tipo de alimento

Recuento S. aureus coagulasa positivos (UFC/g)

Ensalada de pollo

1,7 x 106

Macarrones

2,6 x 102

Hamburguesa

2 x 104

Tarta de chocolate

7,3 x 102

Helado

<100

 


E.- Detección de enterotoxinas estafilocócicas tanto en colonias típicas como en alimentos

Se diferencian dos fases: la preparación de las muestras y el inmunoensayo ELISA:

- Preparación de las muestras (cultivos bacterianos) a partir de las colonias típicas de S. aureus aisladas en el recuento
- Preparación de las muestras a partir de los alimentos
- Detección de enterotoxinas mediante ELISA

Preparación de las muestras a partir de las colonias típicas de S. aureus aisladas en el recuento (sobrenadantes cultivos)

Las colonias de S. aureus aisladas en en el recuento, se subcultivan en 10 mL de caldo de cultivo durante 24 horas a 37 ºC.

Posteriormente se centrifugan a 3000g durante 10min y el sobrenadante se recoge.

Los sobrenadantes recogidos se filtran a través de una membrana de 0.2 micras de tamaño de poro.
Finalmente, al sobrenadante filtrado se le añade suero descomplementado de conejo.

Estos sobrenadantes filtrados constitiyen la muestra donde se anallizará la presencia o no de enterotoxinas estafilocócicas.

Preparación de las muestras a partir de los alimentos (sobrenadantes alimentos)


Las muestras de los alimentos se homogeneizan con tampón de extracción según las indicaciones del fabricante para cada tipo de alimento.

La mezcla se centrifuga a 3000g durante 10min y el sobrenadante se recoge.

Los sobrenadantes recogidos se filtran a través de una membrana de 0.2 micras de tamaño de poro.
Finalmente, al sobrenadante filtrado se le añade suero descomplementado de conejo.

Estos sobrenadantes filtrados constitiyen la muestra donde se anallizará la presencia o no de enterotoxinas estafilocócicas.


Los sobrenadantes tanto de los extractos de los alimentos como los sobrenadantes de los cultivos de las colonias seleccionadas fueron denominados de manera abreviada de la siguiente manera:

Tipo de alimento

Sobrenadantes alimentos

Sobrenadantes cultivos
Colonias típicas de S. aureus
seleccionadas

Ensalada de pollo

Ext-1

A-1, A-2, A-3, A-4, A-5, A-6, A-7, A-8, A-9

Macarrones

Ext-2

B-1, B-2, B-3, B-4, B-5, B-6, B-7, B-8, B-9

Hamburguesa

Ext-3

C-1, C-2, C-3, C-4, C-5, C-6, C-7, C-8, C-9

Tarta de chocolate

Ext-4

D-1, D-2, D-3, D-4, D-5

Helado

Ext-5


Detección de enterotoxinas mediante ELISA con el kit "Transia Plate Staphylococcal Enterotoxins Kit"


Componentes del Kit:

  • Microplaca de 96 pocillos rompibles (12 tiras x 8 pocillos ) recubiertos con anticuerpos anti-enterotoxinas.
  • Tampón de lavado
  • Mezcla de congugados anti-enterotoxinas-peroxidasa
  • Sustrato: peróxido de urea
  • Cromógeno: trimetilbenzidina
  • Solución Stop: ácido sulfúrico.
  • 2 Controles positivos: enterotoxinas totales (tóxico)+ suero descomplementado de conejo.
  • Control negativo: medio de cultivo

1) Cargar la microplaca; recubierta de anticuerpos específicos contra las enterotoxinas totales de S. aureus (anticuerpos captura) con 100 µl de cada uno de los sobrenadantes en la siguiente distribucción:

Sobrenadantes cultivos

  • Pocillos A1 a A9 con sobrenadantes cultivos de las colonias de Ensalada de pollo
  • Pocillos B1 a B9 con sobrenadantes cultivos de las colonias de Macarrones
  • Pocillos C1 y C9 con sobrenadantes cultivos de las colonias de Hamburguesa
  • Pocillos D1 a D5 con sobrenadantes cultivos de las colonias de Tarta chocolate

Sobrenadantes alimentos

  • Pocillo F1, G1 y H1 con sobrenadante de Ensalada de pollo
  • Pocillo F2, G2 y H2 con sobrenadante de Macarrones
  • Pocillo F3, G3 y H3 con sobrenadante de Hamburgesa
  • Pocillo F4, G4 y H4 con sobrenadante de Tarta de chocolate
  • Pocillo F5, G5 y H5 con sobrenadante de Helado

Controles

  • Pocillo F10, G10 y H10 con Control positivo 1 (sobrenadante cultivo positivo)
  • Pocillo F11, G11 y H11 con Control negativo
  • Pocillo F12, G12 y H12 con Control positivo 2 (sobrenadante alimento positivo)

 

2) Primera incubación. Incubar la placa a 18-25ºC durante 30 minutos con agitación (600 rpm) para permitir la unión entre las enteroxinas (antígnenos) y los anticuerpos de la placa.
3) Lavado. Situar la placa en la lavadora de placas y lavar los pocillos 5 veces con solución tampón de lavado.  
4) Añadir anticuerpos conjugados. Añadir 100 µl de los anticuerpos anti-enterotoxinas conjugados con enzima peroxidasa (anticuerpos marcados).

5) Segunda incubación. Incubar la placa a 18-25ºC durante 30' en cámara húmeda para permitir la unión entre los anticuerpos conjugados y las enterotoxinas previamente unidas a los anticuerpos de los pocillos.

6) Lavado. Lavar la placa como en el punto 3).

7) Añadir el sustrato. Añadir a todos los pocillos 100 µl del substrato (peróxido de urea) / cromógeno (trimetilbenzidina).

8) Tercera incubación. Incubar la placa a 18-25 ºC durante otros 30 minutos para permitir que el enzima actue sobre el sustrato originando un compuesto coloreado.

9) Añadir la solución de parada. Parar la reacción añadiendo 50 µl de la solución stop (ácido sulfúrico). NO LAVAR ENTRE LA TERCERA INCUBACIÓN Y LA ADICIÓN DE LA SOLUCIÓN DE PARADA.

10) Leer las placas
. Medir la absorbancia de los pocillos a 450 nm.Esperar hasta que el lector haya leído todos los pocillos, haya medido la absorbancia en cada pocillo y muestre los resultados.
Interpretación de los resultados

Para considerar que el ensayo se ha realizado correctamente, debe cumplirse que las absorbancias de los controles positivo y negativo entén dentro de los rangos siguientes:

    • Absorbancia Control NEGATIVO < 0.30
    • Absorbancia Control POSITIVO > 0.50

Si las validaciones se cumplen comparar la absorbancia de las muestras (AbsX) con la del control negativo:

  • En los sobrenadantes cultivos; Si AbsX muestra > Abs media control negativo + 0.10 MUESTRA POSITIVA
  • En los sobrenadantes alimentos; Si AbsX muestra > Abs media control negativo + 0.20 MUESTRA POSITIVA

 

 


F.- Interpretación de resultados del supuesto práctico

Resultados obtenidos del ELISA

La absorbancia obtenida en cada uno de los pocillos de la placa donde se colocaron las muestras se muestran a continuación.



Preguntas


1º. Para interpretar los resultados conteste a las siguientes preguntas haciendo clic en los radiobotones de la opción correcta


1.- A la vista de los resultados obtenidos en los controles considera que:

a) el ensayo debe ser invalidado ya que los resultados de los controles postiivos 1 y 2 son muy dispersos.
b) las validaciones que proporcionan los controles son correctas.
c) el ensayo debe ser repetido porque no está correctamente validado por los controles.

2.- Se ha detectado la presencia de enterotoxinas en:

a) las muestras de ensalada de pollo.
b) sobrenadantes de colonias de S. aureus aisladas de apartir de los cuatros los alimentos analizados.
c) las dos respuestas anteriores son correctas.

3.- La presencia de colonias de S. aureus no productoras de enterotoxinas significa:

a) un fallo en la lectura y/o interpretación del ensayo ELISA, ya que todos los S. aureus que contaminan los alimentos suelen ser enterotoxigénicos.
b) que estas cepas producen enterotoxinas, pero en cantidades muy elevadas que escapan al límite de detección de este método.
c) una contaminación de estos alimentos por cepas de S.aureus no enterotoxigénicas.

4.- Los resultados obtenidos en las muestras de hamburguesa (recuentos en placa de S. aureus, análisis de producción de enterotoxinas de las colonias aisladas en el recuento y análisis de la presencia de enterotoxinas en el alimento), indican:

a) que este alimento es el causante del brote ya que todas las colonias de S. aureus aisladas en el recuento y analizadas en cuanto a la producción de enterotoxina se refiere, son todas enterotoxigénicas.
b) que hubo una contaminación y posterior multiplicación de estafilococos no enterotoxigénicos.
c) que el alimento está contaminado por S. aureus enterotoxigénico, pero que el nivel de contaminación no es suficiente para producir suficiente cantidad de toxina para provocar síntomas en el consumidor.

5.- Se identifica como alimento causante de la epidemia:

a) No es posible determinar cuál fue el alimento implicado ya que en todos (menos en el helado) se han aislado colonias de S. aureus enterotoxigénico.
b) Solamente a la ensalada de pollo por que ha sido el único alimento donde se ha detectado la presencia de enterotoxinas, que es la prueba concluyente.
c) Solamente a la ensalada de pollo por tener recuentos de S. aureus altos (superiores a 106 UFC/g) y colonias productoras de enterotoxina.


G.- Comprobar respuestas


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