Gıda patojenleri için dijital PCR ile hızlı tespit yöntemlerinin geliştirilmesi

Abstract

Gıdalar besleyici ve metabolize edilebilen substratlar olarak değerlendirildiğinde bu özellikleri nedeniyle birçok mikroorganizmanın büyümesi için uygun ortam sağlamaları kaçınılmazdır. Kontamine yiyecek veya içeceklerin tüketilmesi ile gıda kaynaklı patojenlerin meydana getirebileceği birçok hastalık mevcuttur ve dünya üzerinde hem gelişmiş hem de gelişmekte olan ülkelerde halk sağlığı için yaygın ve ciddi bir tehdit olmaya devam etmektedir. Bu hastalıkların şiddeti basit akut semptomlarla ilgili olabileceği gibi ciddi ve yaşamı tehdit edici seviyelere erişebilir. Patojen mikroorganizma bulaşlarını önlemek ve dolayısıyla insan sağlığı açısından oluşabilecek ciddi durum ve ölümleri engellemek amacıyla gıdalar için üretim aşamasından tüketim aşamasına kadar gerekli kalite kontrol programlarının uygulanması son derece önemli bir süreçtir. Kalite kontrolde kullanılabilecek geleneksel yöntemler kültüre dayalıdır. Bu yöntemler basit, kolaylıkla adapte edilebilir ve genel olarak ucuzdur. Kültüre dayalı yöntemlerde sırasıyla bakterinin kültür ortamında büyütülmesi, bu ortamdan izole edilmesi, izolasyon sonrası biyokimyasal ve/veya serolojik tanımlama yapılması ve bazı durumlarda subspesifik tanımlama yapılma aşamaları gerçekleşmektedir. Bu nedenle kültüre dayalı tanımlama uzun zaman almaktadır. Bu yöntemlerin, fenotipik özelliklerin ortaya konmasındaki yetersizlikleri, kültüre alınmamış mikroorganizmaların belirlenememesi ve sonuca birkaç günde ulaşılabiliyor olması gibi dezavantajları insanları hızlı, daha güvenilir, hassas metotların geliştirilmesine yöneltmiştir. Bu yöntemlerin büyük çoğunluğu antikor ve nükleik asit tabanlı teknikleri kapsamakla birlikte geleneksel yöntemlerin modifikasyonu ile oluşan teknikleri de içermektedir. Patojen mikroorganizmaların tespitinde son yıllarda nükleik asit tabanlı teknikler oldukça önem kazanmıştır. Bunlardan en öne çıkanları Polimeraz Zincir Reaksiyonu (PCR) tekniklerine dayanmaktadır. Gıda patojenlerinin tespitinde gıda mikrobiyoloji laboratuvarları tarafından kullanılan PCR testleri mevcuttur. Geleneksel PCR yöntemi elektroforez gibi görüntüleme sistemlerine ihtiyaç duyar. İkinci nesil PCR olarak tabir edilebilecek Real Time-PCR tekniğinde, elektroforez gibi işlemlere gerek kalmadan çoğalan ürün aynı anda floresan sinyali ile görüntülenebilmesi yanında kantitasyona da olanak sağlayabilmektedir. Birçok doğrulanmış ve ticarileşmiş farklı özgüllüğe, doğruluğa ve hassasiyet limitine sahip ticari Real Time-PCR testi mevcuttur. Teorik olarak PCR, bir kopya nükleik asitten iki saatten az bir zamanda milyonlarca kopya üretebilmektedir. Fakat gıdalardaki inhibitörlerin varlığı hassasiyeti düşürmektedir. Sonuca ulaşmak 30-90 dakika gibi bir zaman almakla birlikte hassasiyet limitleri 103-104 kob/g civarındadır. Bu nedenle mikrobiyal zenginleştirme yöntemleri ile sistemi kombine etmek düşük patojen sayısı nedeniyle negatif sonuç alınması, fizyolojik olarak strese girmiş veya yaralı patojen hücrelerin tespit zorluğu ve ölü hücrelerden gelebilecek deoksiribonükleik asitin (DNA) elimine edilememesi gibi birçok limitasyonla baş edilebilmek mümkün olacaktır. Kısmen yapılacak bir ön zenginleştirme işlemi ile hassasiyet limitleri bu yöntemde düşürülebilmektedir. Fakat bu işlem sonuç alma süresini uzatmaktadır. Ön zenginleştirme işlemi mikroorganizmanın çeşidine göre 6-8 saatten 48 saate kadar uzayabilmektedir. Uluslararası Standardizasyon Örgütü'ne göre Salmonella için bu süre 18-20 saat, Listeria monocytogenes için ise 25-26 saat olarak belirtilmiştir. Teknolojinin gelişmesiyle bir öncekine göre daha avantajlı sistemler geliştirilmekte ve birçok farklı sistem kullanıcıların onayına sunulmaktadır. Nükleik asitlerin biyolojik ve moleküler biyolojik çalışmalarda doğru ve kesin bir şekilde kantite edilmesi, üzerinde çalışılan ve birçok alanda uygulaması olan önemli bir konudur. Dijital PCR bu iş için oldukça geniş kullanım yelpazesine ulaşmış yeni bir platform olarak görülmektedir. Bu yöntemle herhangi bir referans standarda veya dışsal kontrole ihtiyaç duyulmadan doğrudan nükleik asit kantitasyonu yapılabilmektedir ve yöntem Real Time-PCR sistemi ile aynı primer prob yapısını kullanmaktadır. Real Time-PCR yönteminden farklı olarak inhibitörlere daha dayanıklı olması ve yöntem gereği reaksiyon içerisindeki 1 kopyayı tespit edebilecek hassasiyete sahip olabilmesi dijital PCR yöntemini daha avantajlı duruma getirmiştir. Bu çalışmada yaygın kullanılan Real Time-PCR sistemi yerine sonuç alma süresini azaltacak bir yöntem araştırması yapılmıştır. 3. nesil PCR olarak da adlandırılan ve bir kopyaya kadar hassas sonuç verebilme yeteneğine sahip Droplet Dijital PCR (ddPCR) sistemi ile Salmonella spp. türlerini ve Listeria monocytogenes'i yüksek hassasiyette tespit edebilecek minimum zenginleştirme aşamasına sahip bir yöntem geliştirmek üzerine çalışılmıştır. Salmonella spp. için gıda matrisi olarak çiğ kıyma örnekleri, Listeria monocytogenes için süt örnekleri seçilmiştir. Çalışma sonucunda Salmonella spp. için 25 g örnekte 1.39 kob hassasiyette sonuç alınırken Listeria monocytogenes için 1.35 kob hassasiyette sonuçlar alınmıştır.