Identification of pathogenic parasites (Yersinia pestis and Bacillus anthracis) in food using DNA microarrays as a microbial analysis tool

  • Luis Eduardo Cagua Montaño Miracle State University (UNEMI) https://orcid.org/0000-0002-5084-1460
  • Víctor Hugo Rea Sánchez Miracle State University (UNEMI)
  • Anthony Lizandro Tubun Vargas Miracle State University (UNEMI)
  • Keidy Dhamar Rodríguez Cruz Miracle State University (UNEMI)
  • Génesis Solange Astudillo Hinostroza Miracle State University (UNEMI)
  • Luis Alfredo Coello Meneses Miracle State University (UNEMI)
  • Rodrigo José Pazmiño Pérez Clinical and Microbiological Laboratory “PAZMIÑO
  • Carlos Enrique Pazmiño Clinical and Microbiological Laboratory “PAZMIÑO
  • Jennifer Paola Rodas Pazmiño Leon Becerra Miracle Hospital
Keywords: pathogens, food, microarray, Yersinia pestis, Bacillus anthracis

Abstract

Microarray technology is based on the ability to simultaneously analyze a number of DNA sequences. The objective was to recognize Yersinia pestis and Bacillus anthracis in food using DNA microarrays to expose the bioinformatics tool in the study of pathogens. The microchip has an accuracy that can detect even a single gene-specific RNA molecule out of 100,000 different RNAs. Samples were analyzed in duplicate, then the average intensity of 10 negative spots was subtracted, resulting in 2,240 probes obtained from the total fluorescent intensity (TFI) data. Subsequently, the positive signals selected were total fluorescent intensity values greater than 20,000. Among the different strains of Yersinia pestis, 300 positive probes for each type of Y. pestis were used for evaluation, of which only 37 specific probes were selected. Of the different Bacillus anthracis strains used in the evaluation, a total of 800 positive probes were obtained for each strain of B. anthracis, of which only 37 B. anthracis-specific probes were selected. The specificity and sensitivity of the selected probes were examined from the 37 Y. pestis probes and 83 B. anthracis probes, which were mixed with a panel of foodborne bacterial pathogens and then amplified. The specificity and sensitivity results of the probes showed strong positive signals, therefore, they could be considered as potentially specific probes in microbial analysis.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Luis Eduardo Cagua Montaño, Miracle State University (UNEMI)

Miracle State University (UNEMI)

Víctor Hugo Rea Sánchez, Miracle State University (UNEMI)

Miracle State University (UNEMI)

Anthony Lizandro Tubun Vargas, Miracle State University (UNEMI)

Miracle State University (UNEMI)

Keidy Dhamar Rodríguez Cruz, Miracle State University (UNEMI)

Miracle State University (UNEMI)

Génesis Solange Astudillo Hinostroza, Miracle State University (UNEMI)

Miracle State University (UNEMI)

Luis Alfredo Coello Meneses, Miracle State University (UNEMI)

Miracle State University (UNEMI)

Rodrigo José Pazmiño Pérez, Clinical and Microbiological Laboratory “PAZMIÑO

Clinical and Microbiological Laboratory “PAZMIÑO

Carlos Enrique Pazmiño, Clinical and Microbiological Laboratory “PAZMIÑO

Clinical and Microbiological Laboratory “PAZMIÑO

Jennifer Paola Rodas Pazmiño, Leon Becerra Miracle Hospital

Leon Becerra Miracle Hospital

References

Arakaki, A., Shibusawa, M., Hosokawa, M., y Matsunaga, T. (2010). Preparación de ADN genómico de una sola especie de bacteria magnetotáctica no cultivada mediante amplificación de desplazamiento múltiple. Microbiología aplicada y medioambiental, 76(5), 1480-1485. https://doi.org/10.1128/AEM.02124-09

Busch, U. (Ed.). (2010). Métodos biológicos moleculares en el análisis de alimentos. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-642-10716-0_1

Cao, B., Liu, X., Yu, X., Chen, M., Feng, L., y Wang, L. (2014). Un nuevo microarre-glo de oligonucleótidos para la detección de Legionella spp patógenas y no patógenas. PLoS One, 9(12), e113863. https://doi.org/10.1371/jour-nal.pone.0113863

Galicia de Castro, A. (2013). Qué son y para qué se utilizan los BioChips. MoleQla: revista de Ciencias de la Universidad Pablo de Olavide, (10), 16-17. https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=4270390

Goji, N., MacMillan, T., y Amoako, K. K. (2012). Un microarray de nueva generación para la detección e identificación simultánea de Yersinia pestis y Bacillus ant-hracis en los alimentos. Revista de patógenos, 2012,1-8. https://doi.org/10.1155/2012/627036

González-García, T. K. (2015). Tecnología de microarreglos aplicada a la plataforma GeneTitan ®. Revista de Especialidades Médico-Quirúrgicas, 20(4), 335-339. https://www.redalyc.org/pdf/473/47345919002.pdf

Gui, J., y Patel, I. (2011). Avances recientes en tecnologías moleculares y su apli-cación en la detección de patógenos en alimentos con especial referencia a la Yersinia. Revista de patógenos, 2011, 1-11. https://doi.org/10.4061/2011/310135

Huertas, C., Urbano, E., y Torres, M. (2019). Diagnóstico molecular una alternativa para la detección de patógenos en alimentos. Revista Habanera de Ciencias Médicas, 18(3), 513-522. http://scielo.sld.cu/pdf/rhcm/v18n3/1729-519X-rhcm-18-03-513.pdf

Kim, D., Lee B., Kim, Y., Rhee, S., y Kim, Y. C. (2010). Detección de bacterias enteropatógenas representativas, Vibrio spp., Escherichia coli, Salmonella spp. y Yersinia enterocolitica, mediante un microarray de oligonucleótidos basado en el factor de virulencia. Revista de microbiología, 48(5), 682-688. https://doi.org/10.1007/s12275-010-0119-5

Kostić, T., Stessl, B., Wagner, M., Sessitsch, A., y Bodrossy, L. (2010). Microarray de diagnóstico microbiano para patógenos transmitidos por los alimentos y el agua. Biotecnología microbiana, 3(4), 444-454. https://doi.org/10.1111/j.1751-7915.2010.00176.x

Nishi, K., Isobe, S. I., Zhu, Y., y Kiyama, R. (2015). Bioensayos basados en fluorescencia para la detección y evaluación de materiales alimentarios. Sensores, 15(10), 25831-25867. https://doi.org/10.3390/s151025831

Palomino-Camargo, C., y González-Muñoz, Y. (2014). Técnicas moleculares para la detección e identificación de patógenos en alimentos: ventajas y limitaciones. Revista Peruana de Medicina Experimental y Salud Pública, 31, 535-546. http://www.scielo.org.pe/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1726-46342014000300020

Parkhill, J., Wren, B. W., Thomson, N. R., Titball, R.W., Holden, M. T. G., Prentice, M. B., Sebaihia, M., James, K. D., Churcher, C., Mungall, K. L., Baker, S., Basham, D., Bentley, S. D., Brooks, K., Cerdeño-Tárraga, A. M., Chillingworth, T., Cronin, A., Davies, R. M., Davis, P.,… Barrel, B. G. (2001). Secuencia del genoma de Yersinia pestis, el agente causante de la peste. Naturaleza, (413), 523-527. https://doi.org/10.1038/35097083

Ranjbar, R., Karami, A., Farshad, S., Giammanco, G. M., y Mammina, C. (2014). Métodos de tipificación utilizados en la epidemiología molecular de los patógenos microbianos: guía práctica. La nueva microbiológica, 37(1), 1-15. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24531166/

Ranjbar, R., Behzadi, P., Najafi, A., y Roudi, R. (2017). Microarrays de ADN para la detección e identificación rápida de bacterias transmitidas por los alimentos y el agua: Del laboratorio seco a húmedo. La revista abierta de microbiología, 11, 330-338. https://doi.org/10.2174/1874285801711010330

Rasooly, A., y Herold, K. E. (2008). Detección y análisis de patógenos microbianos alimentarios utilizando tecnologías de microarrays de ADN. Patógenos y enfermedades transmitidas por los alimentos, 5(4), 531-550. https://doi.org/10.1089/fpd.2008.0119

Read, T. D., Peterson, S. N., Tourasse, N., Baillie, L. W., Paulsen, I. T., Nelson, K. E., Tettelin, H., Fouts, D. E., Eisen, J. A., Gill, S. R., Holtzapple, E. K., Okstad, O. A., Helgason, E., Rilstone, J., Wu, M., Kolonay, J. F., Beanan, M. J., Dodson, R. J., Brinkac, L. M., Gwinn, M., … Fraser, C. M. (2003). La secuencia del genoma de Bacillus anthracis Ames y la comparación con bacterias estrechamente relacionadas. Naturaleza, 423(6935), 81-86. https://doi.org/10.1038/nature01586

Rodrigo, M. A. M., Zitka, O., Krejcova, L., Hynek, D., Masarik, M., Kynicky, J., ... y Kizek, R. (2014). Microarray electroquímico para la identificación de patógenos: Una revisión. Revista internacional de Ciencia Electroquímica, 9, 3431-3439. http://electrochemsci.org/papers/vol9/90703431.pdf

Rodríguez, W., y Vargas, J. (2019). Biochips, aplicaciones convencionales e innovación: Una revisión documental. Investigación e Innovación en Ingenierías, 7(2), 96-106. https://doi.org/10.17081/invinno.7.2.3086

Sarengaowa, Hu, W., Feng, K., Jiang, A., Xiu, Z., Lao, Y., Li, Y., y Long, Y. (2020). Un chip genético sintetizado in situ para la detección de patógenos transmitidos por los alimentos en melón y lechuga recién cortados. Fronteras en Microbiología, 10:3089. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.03089

Sharp, N. J., Vandamm, J. P., Molineux, I. J., y Schofield, D. A. (2015). Detección rápida de Bacillus anthracis en matrices alimentarias complejas mediante bioluminiscencia mediada por fagos. Revista de protección de Alimentos, 78(5), 963-968. https://doi.org/10.4315/0362-0

Steenbergen, J., Tanaka, S. K., Miller, L. L., Halasohoris, S. A., y Hershfield, J. R. (2017). Actividad in vitro e in vivo de la omadaciclina contra dos patógenos bioamenazantes, Bacillus anthracis y Yersinia pestis. Agentes antimicrobianos y quimioterapia, 61(5), e02434-16. https://doi.org/10.1128/AAC.02434-16

Suo, B., He, Y., Paoli, G., Gehring, A., Tu, S. I., y Shi, X. (2010). Desarrollo de un microarreglo basado en oligonucleótidos para detectar múltiples patógenos transmitidos por los alimentos. Sondas moleculares y celulares, 24(2), 77-86. https://doi.org/10.1016/j.mcp.2009.10.005

Todd, E. (2014). Enfermedades transmitidas por los alimentos: Visión general de los peligros biológicos y las enfermedades transmitidas por los alimentos en Y. Motarjemi, E. Todd, G. Moy (Eds.), Enciclopedia de Seguridad Alimentaria (Vol. 1, pp. 221-242). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-378612-8.00071-8

Torres, I. (2014). “Microarrays” de ARN [Tesis de pregrado, Universidad de Jaén]. http://tauja.ujaen.es/bitstream/10953.1/542/1/TFG_TorresGodino%2cIsabel.pdf

Uçar, A., Yilmaz, M., y Çakiroglu, F. (2016). Seguridad alimentaria - Problemas y soluciones. En H. Makun. (Ed.), Importancia, prevención y control de las enfermedades relacionadas con la alimentación (pp. 1-27). InTech. https://doi.org/10.5772/60612

Vale F. F. (2016). Microarrays/chips de ADN para la detección de patógenos transmitidos por el agua en S. Bourlat (Ed.) Genómica Marina. Métodos de biología molecular (Vol. 1452, pp. 143–153). Prensa Humana. https://doi.org/10.1007/978-1-4939- 3774-5_9

Woubit, A., Yehualaeshet, T., Habtemariam, T., y Samuel, T. (2012). Nuevas herramientas genómicas para la detección específica y en tiempo real de amenazas biológicas y patógenos transmitidos por los alimentos que se encuentran con frecuencia. Revista de protección de Alimentos, 75(4), 660–670. https://doi.org/10.4315/0362-028X.JFP-11-480

Wojciechowski, J., Danley, D., Cooper, J., Yazvenko, N., y Taitt, C. R. (2010). Detección electroquímica multiplexada de Yersinia pestis y enterotoxina estafilocócica B utilizando un microarreglo de anticuerpos. Sensores, 10(4), 3351-3362. https://doi.org/10.3390/s100403351

Zwietering, M., Jacxsens, L., Membré, J. M., Nauta, M., y Peterz, M. (2016). Importancia de las pruebas microbianas de los productos acabados en la gestión de la seguridad alimentaria. Control de alimentos, 60, 31-43. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2015.07.002
Published
2022-06-05
How to Cite
Cagua Montaño, L. E., Rea Sánchez, V. H., Tubun Vargas, A. L., Rodríguez Cruz, K. D., Astudillo Hinostroza, G. S., Coello Meneses, L. A., Pazmiño Pérez, R. J., Enrique Pazmiño, C., & Rodas Pazmiño, J. P. (2022). Identification of pathogenic parasites (Yersinia pestis and Bacillus anthracis) in food using DNA microarrays as a microbial analysis tool. REDIELUZ, 12(1), 106-114. https://doi.org/10.5281/zenodo.6817597
Section
Ciencias Exactas, Naturales y Agropecuarias