Rapid detection of gastrointestinal pathogens in water using the FilmArray® system
Abstract
We investigated the capabilities of the FilmArray gastrointestinal panel to detect bacterial and
parasitical agents in contaminated river water. The FilmArray system is based upon molecular
methods using a nested multiplex PCR to detect a predefined range of pathogens (virus,
bacteria, parasites, yeasts, biotoxins) depending on the detection panel selected. The FDA has
currently approved five of the panels for use in clinical diagnostics: respiratory – EZ and RP2;
blood culture identification; meningitis encephalitis; and gastrointestinal. In addition to these
panels FilmArray also has a Biothreat panel that FFI uses as part of the screening process at
our CBRE laboratory. FilmArray uses a simple short sample preparation step prior to the pouch
being inserted into the analytical instrument. Analysis time per sample is just 1 hour.
We wanted to compare FilmArray’s gastrointestinal panel against standard methods for
detecting waterborne pathogens causing gastroenteritis. We carried out all the experiments
using Campylobacter jejuni, Yersinia enterocolitica, Giardia duodenalis and Cryptosporidium
parvum. These agents were chosen because they are zoonotic (can infect animals and people)
as well as being known causes of waterborne disease outbreaks in the Nordic region and
further afield. Standard culture-based detection and identification methods for these agents
require laboratory personnel with considerable experience and knowledge of the different
methods used for each pathogen given that these methods are not straightforward and have
long turnaround times (more than 24 hours in some cases).
We contaminated autoclaved surface water, obtained from a local river, with low and high levels
of the four biological agents. We then compared detection sensitivity between the different
methods. Moreover, FilmArray was able to detect the pathogens at the concentrations used in
this study when samples were subject to filtration prior to analysis. However, the sample size
investigated needs to be increased. FilmArray has the benefit of simpler sample preparation and
shorter analysis times compared to the conventional methods tested. The next step would be to
carry out further work on a wider range of sample concentrations using a sufficiently large
sample size to ensure that statistically significant limits of detection could be ascertained.
Another question to be addressed is whether FilmArray will work as well in the field under less
ideal conditions compared to its performance on a laboratory bench. This will establish whether
this analytical tool would be appropriate for use in a deployable laboratory unit to support food
safety controls as well as epidemiological investigations of disease outbreaks.
FilmArray is a simple-to-use analysis system capable of simultaneously detecting multiple
pathogens in complex samples. This makes it ideal for rapid screening in cases where time and
or resources are limited with regard to sample preparation and analysis. Vi har gjort innledende undersøkelser av ytelsen til multiplex PCR-systemet FilmArray med
tanke på hurtig påvisning av gastrointestinale («mage-tarm») parasitter og bakterier i forurenset
elvevann.
FilmArray-systemet baserer seg på gjenkjennelse av nukleinsyrer (nestet multiplex PCR) som
er spesifikke for et forhåndsdefinert sett med 15–25 utvalgte patogener (bakterier, virus,
parasitter). Ulike testreagenser (paneler) er utviklet for ulike diagnostiske formål og med ulike
typer klinisk prøvemateriale, herunder luftveispanelet (respiratory panel), blodpanelet (blood
culture identification panel), hjernepanelet (meningitis encephalitis panel) og mage-tarm-panelet
(gastrointestinal panel). Videre finnes det et eget panel for påvisning av høypatogene
biotrussel-agens i miljøprøver (biothreat panel) som benyttes rutinemessig ved FFIs CBRElaboratorium.
I vår studie ble mage-tarm-panelet til FilmArray sammenliknet med konvensjonelle
standardmetoder. Alle testene i studien ble utført med to bakteriearter (Yersinia enterocolitica
og Campylobacter jejuni) og to parasittarter (Giardia lamblia og Cryptosporidium parvum).
Agensene har flere fellestrekk: De smitter mellom dyr og mennesker (zoonotiske), de er
krevende å påvise med standard metodikk og de er hyppig årsak til utbrudd av
næringsmiddelbåren mage-tarm-sykdom hos mennesker.
Vi gjennomførte tester på forurenset overflatevann fra Nitelva. Vannet ble kontaminert med to
ulike (høy/lav) konsentrasjoner av de fire utvalgte agensene. Deretter utførte vi
sammenliknende eksperimenter med ulike metoder for prøvepreparering og analyse.
Resultatene viste at FilmArray overveiende hadde like god påvisningsevne sammenliknet med
de konvensjonelle metodene og ved de aktuelle konsentrasjonene som ble benyttet. En utvidet
studie med bruk av flere paralleller og konsentrasjoner vil være nødvendig for å fastsette
statistisk gyldige deteksjonsgrenser. Videre vil det være relevant å undersøke hvor egnet
instrumentet er under mer primitive feltforhold og som del av flyttbare laboratorier i forbindelse
med næringsmiddelkontroll, diagnostikk og utbruddsoppklaring.
FilmArray er et enkelt analysesystem for direkte påvisning av multiple biologiske agens i
komplekse prøver ved at den integrerer prøvepreparering, DNA/RNA-ekstraksjon, amplifisering
og analyse i et enkelt og lukket system. Dette har klare fordeler dersom en har behov for hurtig
screening av en prøve for multiple agens og har begrenset med infrastruktur til
prøvepreparering.
Collections
Related items
Showing items related by title, author, creator and subject.
-
Base defence demonstration at Trident Juncture 2018 – TACT unmanned systems for base and force protection
Author::Mathiassen, Kim; Author::Hyndøy, Jens Inge; Author::Østevold, Einar; Author::Valaker, Sigmund; Author::Danielsen, Tone; Author::Baksaas, Magnus; Author::Olsen, Lars Erik; Author::Thoresen, Marius; Author::Ruud, Else-Line; Author::Selvåg, Jarle; Author::Sandrib, Jarle (2019-09-16)Trident Juncture 2018 (TRJE18) var en høyprofilert militærøvelse i Norge høsten 2018. Sammen med NATO Allied Command Transformation (ACT) arrangerte Forsvarets forskningsinstitutt (FFI) en stor arena for demonstrasjoner ... -
Studying the effect of source proximity in sperm whales and continous sonar in pilot whales using operational sonars - the 3S-2019-OPS cruise report
Author::Kvadsheim, Petter H.; Author::Lam, Frans-Peter A.; Author::Isojunno, Saana; Author::Wensveen, Paul J.; Author::Ijssemuide, Sander P. van; Author::López, Lucia Martina Martin; Author::Riet, Martijn W. G. van; Author::McGhee, Elizabeth Henderson; Author::Siemensma, Marije L.; Author::Bort, Jacqueline; Author::Burslem, Alexander; Author::Hansen, Rune Roland; Author::Miller, Patrick J. O. (2020-07)The 3S project is an international collaborative effort with the aim to investigate behavioral reactions of cetaceans to naval sonar signals. The objectives of the third phase of the project are to investigate if exposure ... -
Military use of space - WP1 space-based geospatial intelligence
Author::Eldhuset, Knut; Author::Lensjø, Øyvind K.; Author::Weydahl, Dan Johan; Author::Olsen, Richard; Author::Broek, Bert van der (TNO); Author::Dekker, Robert (TNO); Author::van Persie, Mark (NLR); Author::Noorbergen, Hein (NLR); Author::Oostdijk, Arjen (NLR); Author::van Swol, Rob (NLR) (2017-12-18)SMART MILSpace er et prosjekt hvor Norge og Nederland samarbeider strategisk om militær romforskning. Prosjektet startet i 2013, og del en ble avsluttet desember 2016. Dette er en sluttrapport som oppsummerer arbeidet som ...