Listeria monocytogenes is a pathogen of major concern to the food industry and the potential cause of severe infections such as listeriosis. Early detection of this foodborne pathogen is important in order to eliminate its potential hazards. So, immunomagnetic separation (IMS) has been suggested as a means of reducing the total analysis time and for improving the sensitivity of detection. Atomic force microscopy (AFM) has been used for measuring the topographic properties of sample surfaces at nanometer scale. In this study, we used AFM to confirm both the sensitivity and the specificity of IMS. Regarding AFM analysis, the length and the width of the bacteria, which were in agreement with literature values, were found to be 2.993 $\mu\textrm{m}$ and 0.837 $\mu\textrm{m}$, respectively. As a result, AFM helped us both characterize and measure the bacterial and bead structures.
A model system for the immnunochemical detection of Escherichia coli O157:H7 using a combined immunomagnetic separation (IMS) and test-strip liposome immunoassay (LIA) procedure was developed. Immunomagnetic beads coated with anti-E. coli O157 IgG antibodies were used to separate the E. coli O157 (including the H7 serotype) from culture. Immunoliposomes, whose surface was conjugated to goat anti-E. coli O157:H7 IgG and which encapsulated the marker dye, sulforhodamine B, were used as a detection label. The test strip, onto which antibodies to goat IgG were immobilized, was the immunosensor capturing immunoliposomes that did not bind to E. coli O157:H7 on the immunomagnetic bead-E. coli O157:H7 complexes. In experiments, pure cell culture suspensions of $10^5 E.$ coli O157:H7 organisms per ml produced a measurable signal inhibition, whereas a weak yet detectable signal inhibition occurred with $10^3CFU/ml$. The inhibition signals increased, when the incubation time for IMS was extended to 90 min and higher IgG-tag density (0.4mol%) was used on the liposomes. With 0.2 and 0.4mol% IgG-tagged liposomes, the IMS-LIA procedure showed more improved signal inhibitions than those of a direct (no IMS) LIA. The combined assay, which measures the instantaneous signal from immunoliposomes, can be completed within 90 min, making it significantly faster than conventional plating methods and enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Accordingly, it is quite feasible to use the combined immunoassay format of IMS and dye-loaded immunoliposomes for the detection of E. coli O157:H7.
Immunomagnetic separation of virus coupled with .reverse transcription-polymerase chain reaction (IMS-PCR) was performed with infectious hematopoietic necrosis virus (IHNV). A DNA fragment of expected size was synthesized in the RT-PCR with total RNA extracted from IHNV inoculated CHSE-214. In a SDS-PAGE analysis, a protein band of over 70kDa was detected from non-infected cells and cells inoculated with IHNV and infectious pancreatic necrosis virus (IPNV). This protein was detected in the Western blot analysis probably because of non-specific reaction to monoclonal antibody against IHNV nucleocapsid protein. In the immunomagnetic separation, magnetic beads coated with monoclonal antibody against the IHNV nucleocapsid protein was incubated with supernatant from IHNV inoculated CHSE-214 cells. During this process, the non-specifically reacting protein could be removed by washing the magnetic bead with PBS in the presence of an external magnetic field, and viral proteins were detected from the remaining, cleaned magnetic beads. It was necessary to extract viral RNA from the captured virus particles before RT-PCR, and no DNA product was detected when the captured virus was only heated 5 min at $95^{\circ}C$. A PCR-product of expected size was synthesized from IMS-PCR with magnetic beads double coated either by goat anti-mouse IgG antibody -monoclonal antibody or streptavidin - biotin conjugated monoclonal antibody.
The ability to detect Salmonella spp. is essential in the prevention of foodborne illness. This study examined a Salmonella spp. detection method involving the application of immunomagnetic separation and immunoliposomes (IMS/IL) encapsulating sulforhodamine B (SRB), a fluorescent dye. A quantitative assay was conducted by measuring the fluorescence intensity of SRB that was produced from an immunomagnetic bead-Salmonella spp.-immunoliposome complex. The results indicated detection limits of $2.7{\times}10^{5}$ and $5.2{\times}10^{3}$ CFU/ml for Salmonella enterica subsp. enterica serovar Enteritidis (S. Enteritidis) and Salmonella enterka subsp. enterka serovar Typhimurium (S. Typhimurium), respectivley. The signal/noise ratio was improved by using 4% skim milk as a wash solution rather than 2% BSA. In addition, higher fluorescence intensity was obtained by increasing the liposome size. Compared with the conventional plating method, which takes 3-4 days for the isolation and identification of Salmonella spp., the total assay time of to h only including 6 h of culture enrichment was necessary for the Salmonella detection by IMS/IL. These results indicate that the IMS/ IL has great potential as an alternative rapid method for Salmonella detection.
Cryptosporidium can cause gastrointestinal diseases worldwide, consequently posing public health problems and economic burden. Effective techniques for detecting contaminated oocysts in water are important to prevent and control the contamination. Immunomagnetic separation (IMS) method has been widely employed recently due to its efficiency, but, it is costly. Sucrose floatation technique is generally used for separating organisms by using their different specific gravity. It is effective and cheap but time consuming as well as requiring highly skilled personnel. Water turbidity and parasite load in water sample are additional factors affecting to the recovery rate of those 2 methods. We compared the efficiency of IMS and sucrose floatation methods to recover the spiked Cryptosporidium oocysts in various turbidity water samples. Cryptosporidium oocysts concentration at 1, $10^1$, $10^2$, and $10^3$ per $10{\mu}l$ were spiked into 3 sets of 10 ml-water turbidity (5, 50, and 500 NTU). The recovery rate of the 2 methods was not different. Oocyst load at the concentration < $10^2$ per 10 ml yielded unreliable results. Water turbidity at 500 NTU decreased the recovery rate of both techniques. The combination of sucrose floatation and immunofluorescense assay techniques (SF-FA) showed higher recovery rate than IMS and immunofluorescense assay (IMS-FA). We used this SF-FA to detect Cryptosporidium and Giardia from the river water samples and found 9 and 19 out of 30 (30% and 63.3%) positive, respectively. Our results favored sucrose floatation technique enhanced with immunofluorescense assay for detecting contaminated protozoa in water samples in general laboratories and in the real practical setting.
Waseem, Shahid;Udomsangpetch, Rachanee;Bhakdi, Sebastian C.
Journal of Magnetics
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v.21
no.1
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pp.125-132
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2016
High gradient magnetic separation (HGMS) is the most commonly used magnetic cell separation technique in biomedical science. However, parameters determining target cell capture efficiencies in HGMS are still not well understood. This limitation leads to loss of information and resources. The present study develops a bead-capture theory to predict capture efficiencies in HGMS. The theory is tested with CD3- and CD14-positive cells in combination with paramagnetic beads of different sizes and a generic immunomagnetic separation system. Data depict a linear relationship between normalized capture efficiency and the bead concentration. In addition, it is shown that key biological functions of target cells are not affected for all bead sizes and concentrations used. In summary, linear bead-capture theory predicts capture efficiency ($E_t$) in a highly significant manner.
Human pathogenic viruses such as hepatitis A and E virus (HAV and HEV), which lead to acute liver failure and death, are foodborne pathogens associated with the consumption of virus-contaminated meats, filter-feeding bivalves, fruits, and salads. Two of the three swine farms examined in this study had HAV and HEV positive stool samples in a nested RT-PCR assay. The use of the immunomagnetic separation (IMS) facilitated the separation of HAV through interactions between the ligand on the virion surface and the antibody from the swine feces containing both HAV and HEV. The nested RT-PCR analysis was performed for the detection of HAV obtained from hepatocarcinoma cell line (PLC/PRF/5) contaminated with eluent fraction of IMS. This indicated that IMS has the potential to simultaneously isolate and concentrate target viruses by changing antibodies linked on the magnetic beads.
Colloidal semiconductor CdSe-ZnS core-shell nanocrystal quantum dot (Qdot) are luminescent inorganic fluorophores that show potential to overcome some of the functional limitations encountered with organic dyes in fluorescence labeling applications. Salmonella Enteritidis has emerged as a major cause of human salmonellosis worldwide since the 1980s. A rapid, specific, and sensitive method for the detection of Salmonella Enteritidis was developed using Qdot as a fluorescence marker coupled with immunomagnetic separation. Magnetic beads coated with anti-Salmonella Enteritidis antibodies were employed to selectively capture the target bacteria, and biotin-conjugated anti-Salmonella antibodies were added to form sandwich immune complexes. After magnetic separation, the immune complexes were labeled with Qdot via biotin-streptavidin conjugation, and fluorescence measurement was carried out using a fluorescence measurement system. The detection limit of the Qdot method was a Salmonella Enteritidis concentration of $10^3$ colony-forming units (CFU)/mL, whereas the conventional fluorescein isothiocyanate-based method required over $10^5CFU/mL$. The total detection time was within 2 h. In addition to the potential for general nanotechnology development, these results suggest a new rapid detection method of various pathogenic bacteria from a complex food matrix.
Hepatitis A virus (HAV) infection leads to acute liver failure and death through the intake of contaminated food. The polymerase chain reaction (PCR) has been used to detect HAV in food samples. HAV detection takes a long time, however, due to the virus concentration step required before PCR assay. In this study, a rapid method of detecting the HAVs present in lettuce using immunomagnetic separation combined with quantum dots (IMS-QDs) assay was developed. The detection limit of IMS-QDs for HAV was 10 $TCID_{50}/mL$, similar to the result that was obtained using RT-PCR combined with PEG or IMS. The application of IMS-QDs assay completed the viral detection within one hour, but this was not possible using PEG combined with RT-PCR. In conclusion, IMS-QDs assay is a rapid and efficient method for detecting HAV at a low concentration in agricultural products.
Feasibility tests on using liposomes for detecting food-borne pathogenic bacteria were studied with E. coli 0157:H7 as a model analyte. lmmunoliposomes, whose surface was conjugated with anti-E. coli 0157:H7 IgG and which encapsulated the marker dye, sulforhodamine B, were used for the detection label. Among the feasibility tests, the first test was to use a test-strip on which antibodies to anti-E. coli O157:H7 IgG were immobilized. In this format, immunoliposomes that did not bind to E. coli O157:H7 in sample were captured and then exhibited a visible signal which was inversely related with the number of E. coli O157:H7 in sample. The second test was a direct liposome assay followed by immunomagnetic separation. In this format, immunoliposomes which were bound to E. coli O157:H7 were lysed with detergent and produced a signal which was proportionally related with the number of E. coli O157:H7 in sample. The results from both formats indicate that liposomes can be utilized as a detection label.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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