Fast detection of Salmonella based on viral peptides

Abstract

Salmonella is a genus of Gram-negative bacteria that are widely distributed in nature, and most of which are associated with foodborne diseases and outbreaks. The high diversity and distribution in the environment, various routes of infection, survival capacity in several environmental conditions, and increased antibiotic resistant strains, make these bacteria a priority target for control and detection in the for-health care services, food industry, agriculture and livestock. However, the Salmonella detection is performed through traditional detection methods, which in turn suffer from various limitations, like the higher limits of detection, low sensitivity and specificity, are time consuming, unable to distinguish viable cells from nonviable cells, higher costs, time-consuming and have complicated procedures. The development of novel detection methods that overcome these difficulties is urgent, requiring the application of highly specific recognition agents, such as bacteriophages (phages), which are viruses capable of specifically infect bacterial host. The tail fibers proteins (TFP) from tailed phages (which are the most abundant phages) are responsible for phage attachment and therefore by the early specific bacterial host recognition. The application of the TFP as tool in methods is one of the most promising approaches for creating new detection methods. In this work, it was identified and cloned genes from multivalent PVP-SE1 phage and PVP-SE2 that could encode TFP in fusion with aceGFP fusion partner, for posterior expression in E. coli (BL21 DE3) cells with and without chaperones from T4 phage or PVP-SE2 phage, using as a control approach the expression of gp37 and gp12 T4 TFP in the presence T4 chaperones, as described in the literature. From the cloned and expressed genes was identified only one TFP (the gp27 of PVP-SE2 phage) that recognized Salmonella, regardless of the chaperones use or not. The gp27 showed high specificity in Salmonella Enteritidis (one of the most prevalent serotypes) identification, and ability to identify 68% of serotypes from of Salmonella enterica subspecies I (highly broad and diverse group that includes most prevalent zoonotic Salmonella bacteria). Concluding, the TFP gp27 is a powerful tool for future applications in Salmonella high efficient-detection methods, and as adjuvant in Salmonella therapy due to its possible agglutination properties.

Salmonela consiste num género de bactérias Gram-negativas que se encontram amplamente distribuídas pela natureza, e das quais a maioria está associada a doenças e surtos de origem alimentar. A elevada diversidade e distribuição no meio ambiente, variadas vias de infeção, capacidade de sobrevivência face a várias condições ambientais, e aumento de estirpes resistentes a antibióticos, fazem destas bactérias um alvo de controlo e deteção prioritário para os serviços de saúde, indústria alimentar, agricultura e pecuária. Contudo, a deteção de Salmonella é efetuada através de métodos de deteção tradicionais, que por sua vez sofrem de variadas limitações, desde os elevados limites de deteção, baixa sensibilidade e especificidade, são morosos, incapacidade de distinguir células viáveis de células não viáveis, altos custos, morosos e com procedimentos complicados. O desenvolvimento de novos métodos de deteção que ultrapassem estas dificuldades torna-se urgente, sendo necessário a aplicação de agentes de reconhecimento altamente específicos, como por exemplo os bacteriófagos (fagos), que são vírus com capacidade de infetar especificamente bactérias. As proteínas presentes nas extremidades das fibras de fagos com cauda (“Tail fiber proteins” -TFP) são as responsáveis pela adsorção do fago à bactéria e, portanto, pelo reconhecimento específico da bactéria hospedeira. A aplicação das TFP como ferramenta de deteção é umas das abordagens mais promissoras para a criação de novos métodos de deteção. Neste trabalho foram identificados e clonados genes do fago multivalente PVP-SE1 e fago PVPSE2 que possam codificar TFP, com o parceiro de fusão aceGFP, de modo a expressar em células E. coli BL21 (DE3) com e sem chaperones do fago T4 e fago PVP-SE2, usando como abordagem controlo (já descrita na literatura) a expressão das TFP gp37 e gp12 de fago T4 na presença de chaperones também do fago T4. Dos genes clonados e expressados apenas foi identificada uma TFP (gp27 do fago PVP-SE2) capaz de reconhecer Salmonella, independentemente do uso ou não de chaperones. A gp27 demonstrou elevada especificidade na identificação de Salmonella Enteritidis (um dos serotipos mais prevalentes), assim como capacidade de identificação de 68% de serotipos da subespécie I de Salmonella enterica (grupo altamente alargado e diversificado que inclui a maioria das bactérias de Salmonella zoonóticas e prevalentes). Em suma, a TFP gp27 constitui uma poderosa ferramenta com futuras aplicações em métodos de deteção de Salmonella com alta eficiência, e adjuvante na terapia de Salmonella devido às propriedades aglutinantes que possa apresentar.