Using the PCR method to identify foodborne pathogens and determine their prevalence in ukrainian food products of animal and plant origin

Abstract

Збудники харчових захворювань спричиняють серйозні проблеми у сфері охорони здоров'я у кожній країні. У зв’язку з цим, мікробіологічне дослідження включено в управління безпечністю харчового ланцюга. Молекулярні методи і переважно полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР) вважаються високочутливими, специфічними та швидкими методами виявлення збудників у сировині та продуктах харчування. У цьому дослідженні описано використання спеціально розроблених високоспрецифічних ПЛР-праймерів для виявлення 5 поширених і особливо небезпечних збудників харчових отруєнь і захворювань та встановлення рівня їхнього поширення в продовольчій продукції тваринного та рослинного походження. Дослідження включали ідентифікацію стійких до метициліну Staphylococcus aureus (MRSA) та Cronobacter spp. (E. sakazakii) із сирого молока, шига-токсинпродукуючої кишкової палички (STEC) з туш яловичих та свинячих, Bacillus cereus, Clostridium perfringens з різних видів рослинної та тваринної сировини і продуктів їх переробки – фруктів, овочів, ягід, сушених та консервованих продуктів, харчоконцентратів, напівконсервів. Всього було досліджено 397 зразків продовольчої продукції для виявлення цих збудників за допомогою класичних бактеріологічних методів та ПЛР. Встановлено, що в досліджуваній вітчизняній продукції тваринного та рослинного походження поширення харчових патогенів було наступним: Staphylococcus aureus (MRSA) та Cronobacterspp. (E. sakazakii) в сирому молоці корів у 6,5% та 19,4% випадків відповідно; шига-токсинпродукуючих кишкових паличок (STEC) з туш яловичих та свинячих у 8,1% та 5,7%; Bacillus cereus та Clostridium perfringens в різних видах рослинної та тваринної си ровини і продуктах її переробки становлять в середньому 27,5% та 7,7% відповідно. До переваг генетично-молекулярних методів, до яких відноситься ПЛР, слід віднести їх швидкість, а також специфічність ідентифікації мікроорганізмів за особливостями генетичних ділянок генів, які несуть інформацію про їх фактори патогенності. Встановлено, що швидкість визначення наведених патогенів при використанні ПЛР порівняно з класичними методами зростає щонайменше в 5–9 разів. Ці дані будуть корисними для оцінки мікробіологічного ризику та допоможуть органам влади розробити стратегії щодо зменшення ризику для здоров'я споживачів.

Foodborne pathogens cause serious health problems in every country. That is why controlling the safety of the food chain includes microbiological tests. Molecular methods, mainly polymerase chain reaction (PCR), are considered highly sensitive, specific, and rapid to detect pathogens in raw materials and food. This study describes the use of specially designed and highly specific primers for PCR to detect 5 common and especially dangerous disease and food poisoning agents and to determine their occurrence in food of animal and plant origin. The studies included identifying methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and Cronobacter spp. (E. sakazakii) found in raw milk, Shiga-toxin-producing Escherichia coli (STEC) from beef and pork carcasses, Bacillus cereus and Clostridium perfringens from various types of plant and animal raw materials and products of their processing (fruit, vegetables, berries, dried and preserved products, food concentrates, semi-preserved food). A total of 397 food samples have been investigated to detect these pathogens using classical bacteriological methods and PCR. The prevalence of foodborne pathogens in the studied products of animal and plant origin was as follows: Staphylococcus aureus (MRSA) and Cronobacterspp. (E. sakazakii) in raw cow’s milk in 6.5% and 19.4% of cases, respectively; Shiga-toxin-producing Escherichia coli (STEC) from beef and pork carcasses in 8.1% and 5.7%, respectively; Bacillus cereus and Clostridium perfringens from different plant and animal raw materials and their processing products averaged 27.5% and 7.7%, respectively. Molecular genetic methods, which the PCR method belongs to, have such advantages as rapidity and specificity of identifying microorganisms by the features of the genetic regions that carry information about their pathogenic factors. It has been found that by the PCR method, these pathogens are detected at least 5–9 times faster than by the classical methods. These data will be useful to assess the microbiological risk and will help the governmental authorities develop strategies to reduce risks to consumers’ health