Salmonella Serotiplerinin Konvansiyonel ve Moleküler Yöntemler ile Belirlenmesi
Determination of Salmonella Serotypes by Conventional and Molecular Methods
Burcu DALYAN CİLO1, Faruk KARAKEÇİLİ2, Revasiye GÜLEŞEN3, Belkıs LEVENT3, Cüneyt ÖZAKIN1,
Suna GEDİKOĞLU1
1 Uludağ Üniversitesi Tıp Fakültesi, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, Bursa.
1 Uludag University Faculty of Medicine, Department of Medical Microbiology, Bursa, Turkey.
2 Erzincan Üniversitesi Mengücek Gazi Eğitim ve Araştırma Hastanesi, Enfeksiyon Hastalıkları Bölümü, Erzincan.
2 Erzincan University Mengucek Gazi Educational and Research Hospital, Department of Infectious Diseases,
Erzincan, Turkey.
3 Türkiye Halk Sağlığı Kurumu, Mikrobiyoloji Referans Laboratuvarları Daire Başkanlığı, Ankara.
3 Turkish Public Health Agency, National Microbiology Reference Laboratory, Ankara, Turkey.
ÖZET
Salmonella enterica serotiplerinin belirlenmesi epidemiyolojik çalışmalar açısından önem taşımaktadır. Salmonella serotipleri, hücre duvarında yer alan somatik (O) ve flajel (H) antijenleri temel alınarak belirlenir. Bu çalışmanın amacı multipleks polimeraz zincir reaksiyonu (mPCR) yöntemi ile belirlenen moleküler serotiplendirme sonuçlarının konvansiyonel serotiplendirme sonuçları ile karşılaştırılmasıdır. Konvansiyonel serotiplendirme Ulusal Enterik Patojenler Laboratuvar Sürveyans Ağı (UEPLA) kapsamında Sağlık Bakanlığı Refik Saydam Hıfzıssıhha Merkezi Başkanlığı'nda yapılmıştır. Referans laboratuvarı tarafından 14 farklı serotipte tanımlanmış toplam 100 Salmonella suşu, Salmonella serogrupları (A, B, C1, D, E) ve Vi antijen gen bölgelerine özgü primerler kullanılarak mPCR yöntemi ile moleküler olarak serogruplandırılmıştır. H antijenleri (H: a, -b, -d, -g,m, -i, -r, -z10) ve iki antijen kompleksinde yer alan (H: 1,2, -1,5, -1,6, -1,7 ve H: enx, enz15) antijenleri kodlayan fliC ve fliB genlerine yönelik ardışık dört mPCR yöntemi uygulanarak serotipler belirlenmiştir. Multipleks PCR sonuçları, konvansiyonel yöntem ile belirlenen serogruplar ile %100 uyum göstermiş; serogruplara yönelik mPCR'nin duyarlılık ve özgüllüğü %100 olarak bulunmuştur. Moleküler yöntemle elde edilen antijenik formüle göre belirlenen serotiplendirmede; 2 (%2) izolatta kesin sonuç, 91 (%91) izolatta muhtemel sonuç, 7 (%7) izolatta ise tamamlanamayan formül elde edilmiştir. Klinik mikrobiyoloji laboratuvarlarında en sık izole edilen Salmonella serotipleri olan S.Enteritidis, S.Typhimurium ve S.Paratyphi için moleküler serotiplendirme sonuçları muhtemel sonuç olarak değerlendiriliştir. Bu serotipler için mPCR ile elde edilen antijenik formüle göre belirlenen muhtemel sonuçlar epidemiyolojik veriler göz önünde bulundurularak yorumlandığında elde edilen sonuçların konvansiyonel serotiplendirme sonuçları ile uyumlu olduğu gözlenmiştir. Moleküler yöntem ile kesin sonuç elde edilen S.Typhi'nin serogruplandırma ve serotiplendirilmesi açısından mPCR'nin duyarlılığı %100 olarak bulunmuştur. Multipleks PCR klinik laboratuvarlarda izole edilen suşların tanımlanmasında konvansiyonel serotiplendirmeye göre daha ucuz ve daha hızlı bir yöntem olarak değerlendirilmektedir. Moleküler tiplendirme ile bütün serotiplerin kesin olarak belirlenmesi mümkün olmadığından, bugün için moleküler tiplendirme konvansiyonel serotiplendirmenin alternatifi değildir. Ancak konvansiyonel serotiplendirme sonuçları alınıncaya kadar veri sunması bakımından yararlı görünmektedir.
Anahtar sözcükler: Salmonella; serotiplendirme; multipleks polimeraz zincir reaksiyonu.
ABSTRACT
Determination of Salmonella enterica serotypes is crutial for epidemiological studies. Salmonella serotypes are defined on the basis of somatic (O) and flagellar (H) antigens, both of which are present in the cell wall of Salmonella. The aim of this study was to compare the results of molecular serotyping obtained by multiplex polymerase chain reaction (mPCR) with conventional serotyping results. Conventional serotyping has been performed in Ministry of Health Refik Saydam Hygiene Center as part of the National Laboratory of Enteric Pathogenes Surveillance Network (UEPLA). A total of 100 Salmonella strains, thay comprise 14 different serotypes by the reference laboratory have been investigated by using specific primers for Salmonella serogroups (A, B, C1, D and E) and Vi antigen gene clusters via mPCR method. Serotypes have been determined by applying four sequential mPCR targeting the fliC and fliB genes encoding the H1 antigens (H1: a, -b, -d, -g,m, -i, -r, -z10) and H2 antigen complexes (H2: 1,2, -1,5, -1,6, -1,7 and H: enx, enz15). The results of mPCR showed 100% consistency with the serogroups determined by the conventional method. Both sensitivity and specificity of mPCR according to each serogroups were found to be 100%. Results of serotyping that have been determined with the molecular antigenic formula showed accurate results for 2 (2%), probable results for 91 (91%) and incomplete formula for 7 (7%) isolates. Molecular serotyping results of the most common isolated Salmonella serotypes of which S.Enteritidis, S.Typhimurium and S.Paratyphi from clinical microbiology laboratories have been determined as probable results. Antigenic formula of these serotypes that detected using mPCR were considered to be consistent with the results of conventional serotyping when interpreted with epidemiologic data. The sensitivity of mPCR to identify S.Typhi which have been determined as accurate result with molecular serotyping was 100% for serogrouping and serotyping. Multiplex PCR is cheaper and faster for the serotyping of strains isolated in clinical laboratories, compared to the conventional methods. However since it is not possible to detect all serotypes by using molecular typing, this technique can not be currently considered as an alternative for conventional serotyping. Nevertheless molecular typing could be beneficial in providing the preliminary results earlier.
Key words: Salmonella; serotyping; multiplex polymerase chain reaction.
Geliş Tarihi (Received): 13.03.2013 • Kabul Ediliş Tarihi (Accepted): 16.07.2013
GİRİŞ
Salmonella enfeksiyonları, tüm dünyada önemini koruyan halk sağlığı sorunlarındandır. Salmonella serotiplerinin belirlenmesi, ulusal sürveyansın yönelimi, suşların epidemiyolojik olarak sınıflandırılması, salgınların incelenmesi ve uluslararası bir dil oluşması açısından önem taşır1,2.
Salmonella izolatları, Kauffmann-White şeması kullanılarak, hücre duvarında bulunan; somatik (O) antijeni ve flajel (H) antijenlerine göre serotiplendirilir. Özgül Salmonella antiserumları ile lam veya tüp aglütinasyon tekniği kullanılarak mikroorganizmanın önce "O" somatik antijenine göre serogrubu, daha sonra "H" kirpik antijeninin tanımlanması ile serotipi belirlenir1.
Konvansiyonel serotiplendirme; zaman alan, yorumlanması subjektif olabilen ve bu nedenle iyi eğitimli kişilerce çalışılması gereken, yüksek kaliteli çok sayıda antiserum gerektiren, pahalı bir yöntemdir2,3. Kaynakları sınırlı olan laboratuvarlarda bu koşulların sağlanması zor olduğundan, serotiplendirmenin referans laboratuvarlarında yapılması önerilmektedir4. Ancak özellikle salgın durumlarında serotiplerin hızlı bir şekilde belirlenmesi gereklidir. Bu nedenle, son yıllarda serotiplerin belirlenmesinde moleküler yöntemlerin kullanılmasıyla ilgili çok sayıda çalışma yapılmıştır5,6,7,8,9,10,11,12,13,14. Bu çalışmada; Salmonella serotiplerinin multipleks polimeraz zincir reaksiyonu (mPCR) ile belirlenmesi, referans laboratuvarı serotiplendirme sonuçları ile uyumunun değerlendirilmesi ve mPCR yöntemi ile Salmonella tiplendirmesinin laboratuvar hizmetinde uygulanabilirliğinin gösterilmesi amaçlanmıştır.
GEREÇ ve YÖNTEM
Bakteriyel İzolatlar
Çalışmaya, 2005-2010 yılları arasında Uludağ Üniversitesi Tıp Fakültesi, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı Bakteriyoloji Laboratuvarında izole edilen 100 Salmonella suşu dahil edildi. Çalışma, Uludağ Üniversitesi Tıp Fakültesi Araştırma Etik Kurulu onayı (Karar No: 2010-3/3) ile gerçekleştirildi.
Hasta örneklerinden izole edilen, Phoenix (BD Diagnostics, ABD) otomatize sisteminde BD PHOENIX™ NMIC/ID-55 paneli ile Salmonella spp. olarak tanımlanan suşlar, mikrobank (Mast Diagnostics, UK) içerisinde -20°C'de saklandı. Çalışma için seçilen suşların, 69'u dışkı, 22'si kan, 6'sı idrar, 3'ü balgam örneklerinden izole edilmişti.
Konvansiyonel Serotiplendirme
Serotiplendirme Ulusal Enterik Patojenler Laboratuvar Sürveyans Ağı (UEPLA) kapsamında, Refik Saydam Hıfzıssıhha Merkezi Başkanlığı Ulusal Enterik Patojenler Referans Laboratuvarında yapıldı.
Moleküler Çalışma
Seçilen ve mikrobankta saklanan suşlar %5 koyun kanlı Colombia Agar (BD, Almanya) plağında canlandırıldı. Saf olarak üretilen Salmonella kolonileri distile su ile McFarland 5 bulanıklığında süspanse edildi. Hazırlanan bakteri süspansiyonundan 500 µl ependorf tüpe alınarak -80°C'de 24 saat bekletildi. Süspansiyon iyice çözülene kadar oda sıcaklığında bekletildikten sonra, 99°C'de, 15 dakika kuru ısı bloğunda (Wealtec Corp. HB-1) tutuldu. 11.000xg'de 3 dakika, 4°C'de santrifüj edildi. 200 µl süpernatan alınarak yeni bir ependorfa aktarıldı. Spektrofotometrede (THERMO NanoDrop 2000c UV-Vis Spectrophotometer) DNA kantitasyonu yapıldı.
"O" antijenlerini belirlemek için yapılan mPCR için; primerler A, B, C1, D ve E serogruplarına özgül rfb gen bölgeleri ve Vi pozitif izolatları tespit etmek için viaB geni hedef alınarak seçildi2,7,9,10. H antijenlerini belirlemek için Salmonella H antijenlerine yönelik primerler; faz 1 H antijenleri H: a, -b, -d, -i, -g,m, -r, -z10 ve faz 2 H antijenleri H: -1,2, -1,5, -1,6, -1,7, -e,n,x, -e,n,z15'e yönelik olarak seçildi9,11. Yanlış negatif sonuçları önlemek için internal kontrol olarak oriC bölgesine yönelik P1-P2 primerleri kullanıldı2. "O" antijenlerine yönelik mPCR yöntemi, H1 antijenlerine yönelik üç farklı mPCR yöntemi ve H2 antijenlerine yönelik mPCR yöntemi ardışık olarak uygulandı. Elektroforez 100 V akımda, 50 dakika olarak gerçekleştirildi.
BULGULAR
Çalışmaya alınan 100 Salmonella izolatı, serotiplendirme sonucu bilinmeden, ardışık beş farklı mPCR ile değerlendirilmiştir. Serogruplara özgül mPCR ile suşların 14'ünde serogrup B'ye, 17'sinde serogrup C1'e, 65'inde serogrup D'ye özgül bantlar görülmüştür. Konvansiyonel serotiplendirme sonuçlarıyla karşılaştırıldığında "O" grup mPCR'nin serogrup B, C1 ve D'deki izolatları saptamadaki duyarlılığı %100 olarak bulunmuştur. Serogrupların belirlenmesinde mPCR'nin özgüllüğü %100 olarak değerlendirilmiştir. Çalışılan suşlar arasında grup A ve E'de yer alan suşa rastlanmazken, 4 izolatta serogruba özgül bant elde edilememiştir. Konvansiyonel serotiplendirme sonucunda, bu suşların çalışmamızda hedef primeri olmayan C2-C3 grubundan olduğu görülmüştür.
P1-P2 primerleri kullanılarak elde edilen PCR ürünleri, tüm Salmonella suşlarında saptanmıştır. H1-1 mPCR ile iki izolatta "d" antijeni saptanmış, bu izolatlar serolojik tiplendirme ile S.Typhi olarak, "b" antijeni saptanan iki izolat da S.Paratyphi B olarak belirlenmiştir. H1-2 mPCR ile 69 izolatta "g,m" antijenleri saptanmış, bu izolatların 63'ü konvansiyonel yöntemle S.Enteritidis, 2'si S.Montevideo, 1'i S.Othmarchen, 3'ü S.Agona olarak; "i" antijeni saptanan 11 izolatın ise 9'u S.Typhimurium, 2'si S.Kentucky olarak serotiplendirilmiştir.
H1-3 mPCR ile 10 izolatta "r" antijeni saptanmış, konvansiyonel olarak bu suşların 8'i S.Infantis, 2'si S.Virchow olarak; "z10" antijeni saptanan bir suş ise S.Mbandaka olarak serotiplendirilmiştir. H2 mPCR ile "1,2,-1,5,-1,6,-1,7" antijenleri saptanan 22 suşun konvansiyonel yöntemle 9'u S.Enteritidis, 8'i S.Infantis, 2'si S.Virchow, 2'si S.Paratyphi B, 1'i S.Blockey olarak; "e,n,x,-e,n,z15" antijenleri saptanan bir suş ise S.Mbandaka olarak serotiplendirilmiştir (Tablo I).
Ardışık beş mPCR ile antijenik formülleri belirlenen suşların, Kauffmann-White şemasına göre serotipleri belirlenmeye çalışılmıştır. Elde edilen antijenik formüle göre, kesin olarak bir suşu işaret eden izolatlar kesin sonuç, birden fazla serotipi işaret edenler muhtemel sonuç, antijenik formülü tam olarak belirlenemeyen suşlar ise tamamlanamayan formül olarak Tablo I'de sunulmuştur. Buna göre izolatların 2'si (%2) kesin sonuç, 91 (%91)'i muhtemel sonuç, 7 (%7)'si ise tamamlanamayan formül olarak değerlendirilmiştir.
mPCR ile 2 izolatta, serogrup D, H1:d ve Vi antijenleri saptanmıştır. Bu bulgular bir araya getirildiğinde ortaya çıkan antijenik formülün yalnızca S.Typhi serotipi ile uyumlu olduğu saptanmıştır. Konvansiyonel serotiplendirmeyle karşılaştırıldığında mPCR yönteminin S.Typhi'yi saptamadaki duyarlılık ve özgüllüğü %100 olarak belirlenmiştir.
Muhtemel sonuç olarak değerlendirilen suşlarla uyumlu serotiplerin, ülkemizde ve laboratuvarımızda görülme sıklığı dikkate alındığında, serogrup D, H1:g,m antijenleri saptanan 63 suş S.Enteritidis, serogrup B, H1:i, H2:1,2,-1,5,-1,6,-1,7 antijenleri saptanan 9 izolat S.Typhimurium, serogrup B, H1:b, H2:1,2,-1,5,-1,6,-1,7 antijenleri saptanan 2 izolat ise S.Paratyphi B olarak yorumlanmıştır. Konvansiyonel serotiplendirme sonuçlarının da bununla uyumlu olduğu izlenmiştir.
TARTIŞMA
Salmonella türlerinin serolojik tiplendirmesi zaman alıcı, zahmetli ve pahalı bir yöntemdir. Bu nedenle, son yıllarda serotiplendirmede moleküler yöntemlerin kullanılmasıyla ilgili çok sayıda çalışma yapılmıştır5,6,7,8,9,10,11,12,13,14. Serogrupların belirlenmesine yönelik çalışmalarda, mPCR yönteminin Salmonella'ların serogruplandırılması açısından duyarlılığı ve özgüllüğü yüksek bir yöntem olduğu saptanmıştır2,6,7,9,11,15. Çalışmamızda mPCR'nin serogrup B, C1 ve D grubundaki izolatları saptamadaki duyarlılık ve özgüllüğü diğer çalışmalardakine benzer şekilde %100 olarak bulunmuştur.
Çalışmamızda iki izolatta O:D, H1:d ve Vi antijenleri saptanarak, serotipinin S.Typhi olduğu belirlenmiştir. mPCR yönteminin S.Typhi serotipini saptamadaki duyarlılık ve özgüllüğü %100 olarak bulunmuştur. Lim ve arkadaşları2 mPCR'nin S.Typhi'yi saptamadaki duyarlılık ve özgüllüğünü benzer şekilde %100 olarak saptamışlardır.
Multipleks PCR ile O:B, H1:b, H2:1,2,-1,5,-1,6,-1,7 antijenleri saptanan iki izolat S.Paratyphi B, S.Limete, S.Canada, S.Uppsala'yla uyumlu bulunmuştur. Ancak diğer serotiplerin epidemiyolojik verilere göre ülkemizde görülme olasılığı zayıf olduğundan bu suşlar S.Paratyphi B olarak değerlendirilmiş, konvansiyonel serotiplendirmenin de aynı sonucu verdiği gözlenmiştir. Lim ve arkadaşları2 O:B, H1:b primerleriyle S.Paratyphi B'nin, bu antijenleri taşıyan çok sayıda serotipten ayırt edilemeyeceğini saptamışlardır. Çalışmamızda, H2 mPCR ile muhtemel serotip sayısı azaltılmakla beraber, antijen kompleksindeki antijenlerin ayrı ayrı belirlenememesi, S.Paratyphi B'nin kesin olarak serotiplendirilmesi için yeterli olmamaktadır.
Çalışmamızda mPCR ile 63 izolatın O:D, H1:g,m antijenlerini taşıdığı saptanmıştır. Dünyada ve ülkemizde yapılan çalışmalarda16,17,18 en sık izole edilen serotip olması nedeniyle bu izolatlar S.Enteritidis olarak yorumlanmıştır. Serolojik tiplendirme sonuçları, bu suşların S.Enteritidis olduğunu doğrulamıştır. Ancak kullandığımız fliC(g,m) primeriyle; "g,m" antijenleri, yalnız "g" ya da "m" antijeni ya da "g,m" antijenlerini içeren antijen kombinasyonlarının varlığında aynı büyüklükte PCR ürünleri oluşmuştur. Epidemiyolojik verilere dayanılarak, bu antijenleri taşıyan diğer serotipler dışlanabilmekle birlikte, nadiren izole edilebilme olasılığından dolayı, yöntemin S.Enteritidis'in serotiplendirilmesinde tek başına yeterli olmadığı, konvansiyonel serotiplendirme veya farklı primerlerle yapılacak mPCR testleriyle desteklenmesi gerektiği düşünülmüştür. Agron ve arkadaşları19, S.Enteritidis'e özgül SdfI lokusuna yönelik primeri kullanarak S.Enteritidis suşlarını konvansiyonel yöntemle %100 korele olarak saptamışlardır.
Sekiz suşta mPCR ile O:B, H1:i, H2:1,2,-1,5,-1,6,-1,7 antijenleri saptanarak S.Typhimurium ve S.Lagos'la uyumlu olduğu belirlenmiştir. Epidemiyolojik veriler doğrultusunda bu izolatlar S.Typhimurium olarak yorumlanmış ve serotiplendirme sonuçları, görüşümüzü desteklemiştir. Ancak kullandığımız H2 mPCR ile antijen komplekslerindeki antijenler ayrı ayrı belirlenemediğinden, aynı O ve H1 antijen yapısındaki serotipler kesin olarak ayırt edilememiştir. Echeita ve arkadaşları20 çalışmalarında, H2:1,2, H2:1,5, H2:1,7, H2:e,n,z15, H2:e,n,x antijenlerinin her birine özgül PCR ürünleri oluşturmuşlardır. Çalışmamızda, mPCR ile 10 izolatta O:C1, H1:r, H2:1,2,-1,5,-1,6,-1,7 antijenleri saptanarak elde edilen formülün, ülkemizde sık izole edilen S.Infantis ve S.Virchow'la ayrıca S.Nigeria ve S.Colindale ile uyumlu olduğu belirlenmiş; ancak yöntemin bu suşların serotiplendirilmesinde yeterli özgüllüğe sahip olmadığı sonucuna varılmıştır.
Çalışmamızda serotiplendirilen izolatların %2'si kesin, %91'i muhtemel sonuç olarak değerlendirilmiştir. Herrera-Leon ve arkadaşları7 ardışık üç mPCR yöntemiyle suşların %84.6'sını kesin, %13.2'sini muhtemel sonuç olarak serotiplendirmişlerdir. Bu durum farklı primer kombinasyonları kullanılarak kesin olarak saptanabilecek suş sayısının artırılabileceğini göstermektedir.
Moleküler yöntemlerin uygulandığı çeşitli çalışmalarda, konvansiyonel yöntemin zaman alıcı ve pahalı bir yöntem olduğu vurgulanmaktadır3,12,13. Ülkemizde serotiplendirme için gerekli süre referans laboratuvarı tarafından 10-12 gün olarak belirlenmiştir. Çalışmamızda, bakteriyolojik olarak tanımlanmış ve saklanmış suşların, canlandırılmasından sonra 48 saatte serotiplerinin belirlenebildiği saptanmıştır. 2010 Bütçe Uygulama Talimatı'na göre Salmonella serotiplendirmesi 61 TL olarak ücretlendirilmektedir. Çalışmamızda 100 suşun serotiplendirilmesi için gerekli maliyet 550 TL olarak hesaplanmış ve konvansiyonel serotiplendirmeye göre oldukça ucuz olduğu belirlenmiştir. Aynı serogrupta yer alan ve minör antijenik farklılıklarla birbirinden ayrılan suşların değerlendirilmesinde, mPCR yönteminin tarama testi olarak kullanılmasıyla çok sayıda antiserumla yapılması gereken aglütinasyon testlerine gereksinim azalacağından, zaman ve maliyet açısından kazanç sağlanabileceği düşünülmektedir.
Sonuç olarak, Salmonella'ların serogruplandırılmasında mPCR, duyarlılığı ve özgüllüğü yüksek bir yöntemdir. Moleküler tiplendirmeyle bütün serotiplerin belirlenmesi mümkün olmadığından, mPCR yöntemi konvansiyonel serotiplendirmenin alternatifi değildir. Ancak farklı primerlerle alternatif kombinasyonlar oluşturularak belirlenebilecek serotiplerin sayısı artırılabilir. Temel PCR ekipmanlarıyla uygulanabilecek bu yöntem, pahalı ve yorucu olan konvansiyonel serotiplendirmeye olan ihtiyacımızı azaltacaktır.
KAYNAKLAR
İletişim (Correspondence):
Uzm. Dr. Burcu Dalyan Cilo,
Uludağ Üniversitesi Tıp Fakültesi,
Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı,
Görükle, 16059 Bursa, Türkiye.
Tel (Phone): +90 224 295 4142,
E-posta (E-mail): bdalyan@yahoo.com