• Nenhum resultado encontrado

Standardisation of an indirect enzyme-linked immunosorbent assay for the detection

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2017

Share "Standardisation of an indirect enzyme-linked immunosorbent assay for the detection "

Copied!
6
0
0

Texto

(1)

Standardisation

 

of

 

an

 

indirect

 

enzyme

linked

 

immunosorbent

 

assay

 

for

 

the

 

detection

  

of

 

Brucella

 

antibodies

 

in

 

milk

 

from

 

water

 

buffalo

 

(

Bubalus

 

bubalis

)

 

in

 

Italy

 

Manuela

 

Tittarelli,

 

Barbara

 

Bonfini,

 

Fabrizio

 

De

 

Massis,

 

Armando

 

Giovannini

 

&

 

Massimo

 

Scacchia

 

Summary 

An  indirect  enzyme‐linked  immunosorbent  assay (ELISA) was evaluated for the detection  of  Brucella  antibodies  in  milk  from  water  buffalo (Bubalus bubalis Linnaeus, 1758). The  test accuracy was evaluated on milk samples  from the Campania Region in Italy. A total of  100 negative  samples  were  collected  from  10 officially brucellosis‐free herds in Salerno  Province,  while  30 positive  samples  were  collected  from  3 herds  in  Caserta  Province,  where animals gave positive  results to  the  official  tests  and  it  was  here  that  Brucella  abortus  biovar 1  had  been  isolated.  Test  sensitivity  was  100%,  with  a  confidence  interval (CI) of 90.8%‐100%, while specificity  was 98% (CI 93%‐99.4%) on individual milk  samples. To simulate bulk milk samples from  herds infected at various levels of infection,  dilutions from 1:10 to 1:100 of positive milk  samples in negative milk were also used. The  probability of detecting antibodies in positive  milk samples was higher than 50% up to a  dilution of 1:50 in negative milk. Considering  the average national water buffalo herd size,  the probability of identifying infection in a  water buffalo herd by bulk milk testing is 50%  (CI 33.1%‐66.9%) in the worst case scenario of a  single infected animal contributing to the bulk  milk. 

Keywords 

Brucella abortus,  Brucellosis,  Control, ELISA,  Enzyme‐linked  immunosorbent  assay,  Italy,  Milk, Water buffalo. 

Introduction

 

The regulations in force for the eradication of  brucellosis in buffalo and bovines in Italy (7)  are based on serological testing that need to be  conducted twice a year in individual blood  samples using the Rose Bengal test (RBT) and  complement fixation test (CFT). 

For water buffalo (Bubalus bubalis Linnaeus,  1758),  special  control  measures  applied  in  Italian regions with high prevalence of animal  brucellosis  (i.e. Calabria,  Campania,  Apulia  and Sicily) include the use of milk testing as a  complement  to  serological  tests  (8).  Milk  testing should be performed periodically, in  accordance with the guidelines of the National  Brucellosis Task Force, so as to increase the  sensitivity of the control system in place. 

In this context, the use of an indirect enzyme‐ linked immunosorbent assay (ELISA) for the  detection  of  Brucella  antibodies  on  water  buffalo bulk milk (m‐ELISA) can increase the  sensitivity of the diagnostic system. Moreover,  besides the intrinsic high sensitivity of ELISA  tests, the simplicity of milk ELISAs also means 

(2)

that repeated checks can be made, which also  may increase the sensitivity of the system as  well  as  the  chances  for  early  detection  of  brucellosis outbreaks. 

In a previous study (2), the authors presented  the results of development and validation of  an ELISA method for bulk cattle milk, which 

was  standardised  according  to  the 

requirements  set  by  Annex C  of  European  Commission Regulation (EC) 535/2002 dated  21 March 2002 (3). 

The aim of this study was to standardise the  m‐ELISA already described for cattle on milk  samples from water buffalo (2), as well as to  identify  the  cut‐off  point,  sensitivity  and  specificity  of  the  test  in  relation  to  water  buffalo. 

In field activities, milk testing is not normally  performed  on  individual  milk  samples  but  rather on bulk milk. Therefore, in order to 

simulate  bulk  milk  samples  from  herds 

infected at various levels of infection, dilutions  from 1:10 to 1:100 of positive milk samples in  negative milk were used, in accordance with  the method described in previous studies (2,  8). 

Materials

 

and

 

methods

 

Milk

 

samples

 

Negative milk samples were collected from  100 animals from 10 ‘officially brucellosis‐free’  water  buffalo herds  located in the  Salerno  Province of Italy. These animals gave negative  results to both the RBT and CFT performed  according  to  the  recommendations  of  the  Manual  of  diagnostic  tests  and  vaccines  for 

terrestrial animals of the World Organisation of 

Animal  Health  (Office  International  des 

Épizooties: OIE) (13). 

Positive  milk  samples  were  collected  from  30 animals  placed  in  three  infected  herds  located in Caserta Province. Brucella abortus  biovar 1  had  previously been isolated  from  each one of these herds. All milk samples were  stored at –20°C until tested. 

Using  the  method  described  in  previous 

studies (2, 9), these 30 samples from infected  animals were tested at various dilutions in 

negative milk, from dilutions 1:10 to 1:100, to  simulate the sensitivity of the method when  used on bulk milk samples. 

Reference

 

standards

 

Strong positive (C++) and weak positive (C+)  reference standard controls were produced by  adding purified water buffalo gamma globulin  serum (from an infected animal) in a pool of  negative milk samples. The negative reference  standard control (C–) was produced with bulk  milk sampled from ‘officially brucellosis‐free’  water  buffalo  herds.  Milk  donors  all  gave  negative results to serological tests (RBT and 

CFT)  performed  in  accordance  with  the 

recommendations provided in the Manual (13).  The  standardisation  of  m‐ELISA  kit  was 

performed  according  to  Commission 

Decision 2008/984/EC of 10 December 2008 (4),  using the OIESS  strong, weak positive and  negative  standard  sera,  diluted  in  negative  milk. Standard reference controls were freeze‐ dried in bottles, each containing 1.5 ml. 

Milk

 

enzyme

linked

 

immunosorbent

 

assay

 

Microplates NUNC‐immunoTMPlate PolySorpTM  Surface (NUNCTM, Roskilde) were used for the  m‐ELISA. Plates were coated with 100 μl per  well  of  smooth  lipopolysaccharide  (s‐LPS) 

antigen  diluted  in  buffer  carbonate‐

bicarbonate  0.06 M  pH 9.6  and  incubated  overnight at room temperature. Plates were  then  washed  with  buffered  saline  0.01 M  (phosphate  buffered  saline:  PBS)  +  0.05%  Tween 20, pH 7.2 (PBS Tween: PBST). Plates  were then saturated with 200 μl  PBS + 1%  yeast  extract,  incubated  for  1 h  at  room  temperature  and  then  washed  again.  Each  sample was tested in duplicate using 100 μl of  milk per well. After incubation and washing,  100 μl  per  well  of  monoclonal  bovine  IgG 

antibody  conjugated  with  peroxidase  were 

(3)

(OD) was measured using a microplate reader  with a wavelength of 450 nm. 

The  results  of  samples,  expressed  as  a  percentage of positivity (PP), were calculated  using the mean OD values, with the following  equation: 

  milk sample OD mean  (C–) OD mean 

PP =   ×100 

  (C++) OD mean –(C–) OD mean. 

 

Demographic

 

data

 

Demographic  data  on  Italian  water buffalo  populations were  collected  from the Italian  National Livestock Data Bank (BDN: 

Banca

 

Dati

 

Nazionale

). 

Statistical

 

analysis

 

The  optimal  cut‐off  value  was  determined  using a receiver operating characteristic (ROC)  curve (5, 10), using the PP values of tested  milk. The cut‐off value obtained was then used  to  calculate the  positive/negative  threshold.  Milk samples were classified as positive if their  PP  value  was  greater  or  equal  to  the  positive/negative threshold, and as negative if  the PP value was below the positive/negative  threshold. The repeatability and reproducibility  of  the  method,  expressed  as  CV%,  were  determined by analysing 33 and 66 replicates  of a positive sample, respectively. 

For the analysis of each level of dilution, a  Bayesian inference approach was applied (11,  12). The 95% Bayesian credibility intervals (CI)  of sensitivity were calculated for each dilution  level. The results of the Bayesian inference  were evaluated in relation to the application of  the test in Italian field conditions, considering  the ranges of herd size, the expected number  of milking animals contributing to the bulk  milk and  the prevalence in the worst case  hypothesis of a single infected milking buffalo  in the herd. 

A logistic regression analysis model was used  to model the probability of obtaining a positive  result in relation to the log of milk dilutions.  The number of positive and negative results  was used as the output variable and the logit  of milk dilution as the predictive variable. The 

goodness of fit of the model was evaluated  with the method of Osius and Rojek (6). 

Results

 

The calculation of the ROC curve provided a  cut‐off  value  of  17.1 PP,  for  which  the  sensitivity  and  specificity  of  the  m‐ELISA  resulted  100%  (CI 90.8%‐100%)  and  98%  (CI 93%‐99.4%), respectively (Figs 1 and 2). 

0% 20% 40% 60% 80% 100%

- 15 5 25 45 65 85 105 125 145 165 185 205 225 245 265 285 305 325 345 365 385 Pe rc e nta g e o f p o sitiv ity v a lue

S e n si ti v it y / sp e c if ic it y v a lu e

Sp e c ific ity Se nsitiv ity

Fig ure 1

Re c e ive r o p e ra ting c ha ra c te ristic (RO C ) c urve o f m ilk e nzym e -linke d imm uno so rb e nt a ssa ys o n 100 ne g a tive a nd 30 p o sitive ind ivid ua l m ilk sa m p le s

-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 P e rc e n ta g e p o si ti v it y v a lu e

c ut-o ff ne g a tiv e sa m p le s p o sitiv e sa m p le s

Fig ure 2

Pe rc e nta g e p o sitivity (PP) va lue s d istrib utio n o f m ilk e nzym e -linke d im m uno so rb e nt a ssa ys o n 100 ne g a tive a nd 30 p o sitive ind ivid ua l m ilk sa m p le s

(C ut-o ff p o int = 17.1)

The  distribution  of  uncertainty  due  to  the  sample size, for sensitivity and specificity, are  shown in Figures 3 and 4, respectively. The  tests  of  repeatability  and  reproducibility  resulted in a value of 2.6% for repeatability  and 2.9% for reproducibility. 

C ut-o ff Po sitive sa m p le s

(4)

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Se nsitiv ity

C

o

n

fi

d

e

n

c

e

Fig ure 3

Se nsitivity o f m ilk e nzym e -linke d im m uno so rb e nt a ssa ys o n te n p o sitive m ilk sa m p le s

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Sp e c ific ity

C

o

n

fi

d

e

n

c

e

Fig ure 4

Sp e c ific ity o f m ilk e nzym e -linke d

imm uno so rb e nt a ssa ys o n 100 ne g a tive m ilk sa m p le s

The results of dilutions in negative milk of the  30 milk samples from single infected animals,  expressed as a percentage of samples correctly  identified as positive at the given dilution, are  shown in Table I and Figure 5, together with  95%  CI.  The  results  of  dilutions  of  milk  samples show that the probability of detecting  antibodies  is  50% (CI 33.1%‐66.9%) up to a  dilution of 1:50. 

0% 20% 40% 60% 80% 100%

1:1 1:20 1:40 1:60 1:80 1:100

Re c ip ro c a l d ilutio n

P

e

rc

e

n

ta

g

e

o

f

sa

m

p

le

s

c

o

rr

e

c

tl

y

id

e

n

ti

fi

e

d

Fig ure 5

Re sults o f d ilutio ns o f 30 ind ivid ua l p o sitive milk sa m p le s

(Pe rc e nta g e o f sa m p le s c o rre c tly id e ntifie d a s p o sitive b y m ilk e nzym e -linke d im m uno so rb e nt a ssa y a nd 95% c o nfid e nc e inte rva ls)

The probability of obtaining a positive result  by increasing the sample dilution (individual  positive  milk  samples)  followed  a  logistic  regression model defined by an intercept (β0) =  4.152 (standard error [SE] = 0.68; p<0.001) and a  log dilution (β1) = 2.59 (SE = 0.402; p<0.001)  (Fig. 6). The model was significant to deviance  analysis (p<0.001), as well as to the goodness of  fit evaluation (p = 0.388). 

Discussion

 

and

 

conclusions

 

Special  control  measures  applied  in  Italian 

regions  with  high  prevalence  of  animal 

brucellosis  (i.e. Calabria,  Campania,  Apulia   and Sicily) consider the use of milk testing for  water  buffalo,  in  addition  to  the  already  compulsory serological testing (8). Milk testing 

should  be  performed  periodically,  in 

accordance with the guidelines of the National  Brucellosis Task Force, in order to increase the  sensitivity of the control system in place. 

Ta b le I

Pe rc e nta g e o f p o sitive m ilk sa m p le s c o rre c tly id e ntifie d b y the m ilk e nzym e -linke d im m uno so rb e nt a ssa y a t va rio us d ilutio n, with 95% up p e r a nd lo we r c o nfid e nc e le ve ls

Dilutio n 1:1 1:10 1:20 1:30 1:40 1:50 1:60 1:70 1:80 1:90 1:100 UC L 100% 90% 75% 73% 73% 67% 61% 61% 51% 41% 34% % 100% 80% 60% 57% 57% 50% 43% 43% 33% 23% 17% LC L 91% 63% 42% 39% 39% 33% 27% 27% 19% 12% 7%

(5)

Fig ure 6

Lo g istic re g re ssio n m o d e l (a nd 95% c o nfid e nc e inte rva ls) o f ind ivid ua l p o sitive m ilk d ilutio ns in ne g a tive m ilk a nd p ro b a b ility o f p o sitive re sult to the m ilk e nzym e -linke d im m uno so rb e nt a ssa y

To  comply  with  these  special  rules,  the  National Reference Centre for Brucellosis, has  standardised a test for brucellosis in milk from  water  buffalo  (m‐ELISA),  using  a  method  described by De Massis et al. (2). 

The m‐ELISA, when used on milk samples  from  individual  infected  animals,  has  a  sensitivity of 100%. It is necessary to clarify,  however, that the value of sensitivity should  be interpreted taking into account the broad  range  of  confidence  in  the  distribution  of  positive  results  (CI 90.8%‐100%).  Indeed,  in  field activities, one of the major advantages of  using the ELISA is that it can be used with  bulk milk samples and therefore it is important  to define the effects of milk sample dilutions  on test performances. 

When  performed  on  diluted  samples,  the 

m‐ELISA resulted in a sensitivity value of 50%  (CI 33.1%‐66.9%) at a dilution of 1:50 (Table I,  Fig. 5).  The  probability  of  identifying  the  infection  in  a  single  animal  by  bulk  milk  testing is higher than 50% up to a dilution of  1:50. This scenario would also represent the  worst case of a single infected milking water  buffalo in a herd in which 50 water buffalo are  lactating.  However, considering  the  fertility  rate observed experimentally in water buffalo  (46.7%; CI 38.9%‐54.6%) by Campanile et al. (1),  this scenario would mean bulk milk testing in  a herd of 107 animals (CI 92‐129 animals). 

Considering  that  the  average  Italian  water  buffalo  herd  size  in  October  2010  was  of  121 animals, with a minimum of one animal in 

the autonomous province of Bolzano and a  maximum of 180 animals in Campania (Fig. 7),  the average probability of detecting a positive  herd at national level using m‐ELISA, where a 

single  infected  animal  is  present  and 

contributes to the bulk milk, is 50% (CI 33.1%‐ 66.9%), ranging from 100% (CI 90.8%‐100%) in 

Bolzano  to  33.3%  (CI 19.2%‐51.4%)  in 

Campania. 

Fig ure 7

Distrib utio n o f num b e r o f w a te r b uffa lo b y he rd in the re g io ns o f Ita ly

However,  the  simplicity  of  milk  ELISAs 

enables the performance of repeated checks  which may also increase the sensitivity of the  diagnostic  system  in  place,  as  well  as  the  chances  for  early  detection  of  brucellosis  outbreaks.  Further  studies  are  required  to  estimate  the  increase  in  sensitivity  of  the  diagnostic system through repeating bulk milk  sampling over time. 

Acknowledgments

 

Our gratitude is extended to Romolo Salini for  his  valuable  assistance  in  the  statistical  analysis. 

Me a n numb e r o f b uffa lo p e r fa rm

0 1-50 51-100 101-150 151-180

300 km 10

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

–3.0 –2.5 –2.0 –1.5 –1.0 –0.5 0.0 Log (Dil)

(6)

References

 

1. C a m p a nile G ., Ne g lia G ., G ra ssi C ., G a sp a rrini B., Di Pa lo R. & Zic a re lli G . 2005. Influe nc e o f b o d y c o nd itio n sc o re , b lo o d a m m o nia a nd se rum ure a le ve ls o n c o nc e p tio n ra te in Ita lia n Me d ite rra ne a n b uffa lo e s. Ital J Anim Sc i, 4, 313-315.

2. De Ma ssis F., Bo nfini B., Za g hini M. & Titta re lli M. 2005. Eva lua tio n o f a n ind ire c t ELISA fo r the d e te c tio n o f Bruc e lla a ntib o d ie s in c o w’ s milk. Ve t Ital, 4 1, 90-96 (w w w .izs.it/ ve t_ita lia na / 2005/ 41_2/ 90.p d f a c c e sse d o n 21 De c e m b e r 2010).

3. Euro p e a n C o m m issio n (EC ) 2002. C o m m issio n Re g ula tio n No . 535/ 2002 o f 21 Ma rc h 2002 a m e nd ing Anne x C to C o unc il Dire c tive 64/ 432/ EEC a nd a m e nd ing De c isio n 2000/ 330/ EC . Off J, L 0 8 0, 23.03.2002, 22-28 (e ur-le x.e uro p a .e u/ Le xUriSe rv/ Le xUriSe rv.d o ? uri=O J:L:2002:080:0022:0028:e n:p d f a c c e sse d o n 21 De c e m b e r 2010).

4. Euro p e a n C o m m issio n (EC ) 2008. C o m m issio n De c isio n 2008/ 984/ EC o f 10 De c e m b e r 2008 a m e nd ing Anne x C to C o unc il Dire c tive 64/ 432/ EEC a nd De c isio n 2004/ 226/ EC a s re g a rd s d ia g no stic te sts fo r b o vine b ruc e llo sis. Off J, L 3 5 2, 31.12.2008, 38-45 (e ur-le x.e uro p a .e u/ Le xUriSe rv/ Le xUriSe rv.d o ? uri=O J:L:2008:352:0038:0045:e n:p d f a c c e sse d o n 21 De c e m b e r 2010).

5. G a rd ne r I.A. & G re ine r M. 1999. Ad va nc e d m e tho d s fo r te st va lid a tio n a nd inte rp re ta tio n in ve te rina ry m e d ic ine . Fre ie Unive rsita t Be rlin, 74 p p .

6. Ho sm e r D.W. & Le m e sho w S. 2000. Ap p lie d lo g istic re g re ssio n, 2nd Ed . Jo hn Wile y & So ns, Ne w Yo rk, 373 p p .

7. Ita lia n Ministry o f He a lth 1994. De c re to Ministe ria le 27 a g o sto 1994, n. 651. Re g o la m e nto c o nc e rne nte il p ia no na zio na le p e r la e ra d ic a zio ne d e lla b ruc e llo si ne g li a lle va m e nti b o vini. Gazz

Uff, 2 7 7, 26 No ve m b e r 1994.

8. Ita lia n Ministry o f He a lth 2006. O rd ina nza d e l Ministe ro d e lla Sa lute 14 no ve m b re 2006. Misure stra o rd ina rie d i p o lizia ve te rina ria in m a te ria d i tub e rc o lo si, b ruc e llo si b o vina e b ufa lina , b ruc e llo si o vi-c a p rina , le uc o si in C a la b ria , C a m p a nia , Pug lia e Sic ilia . Gazz Uff, 2 8 5, 7 De c e m b e r 2006.

9. Nie lse n K., Sm ith P., G a ll D., Pe re z B., C o sm a C ., Mue lle r P., Tro ttie r J., C o te G ., Bo a g L. & Bo sse J. 1996. De ve lo p m e nt a nd va lid a tio n o f a n ind ire c t e nzym e im m uno a ssa y fo r d e te c tio n o f a ntib o d y to

Bruc e lla ab o rtus in milk. Ve t Mic ro b io l, 5 2, 165-173.

10. Sie g e l S. & C a ste lla n N.J. 1988. No np a ra m e tric sta tistic s fo r the b e ha vio ra l sc ie nc e s, 2nd Ed . Mc G ra w-Hill, Ne w Yo rk, 312 p p .

11. Sivia D.S. 1996. Da ta a na lysis. A Ba ye sia n tuto ria l. C la re nd o n Pre ss, O xfo rd , 189 p p .

12. Vo se D. 2000. Risk a na lysis: a q ua ntita tive g uid e , 2nd Ed . Jo hn Wile y & So ns, C hic he ste r, 418 p p .

Imagem

Fig ure  1
Fig ure  5
Fig ure  7

Referências

Documentos relacionados

Estatisticamente, não foi observada diferença entre os pacientes com leucemias e linfoma, em relação às concentrações séricas de IL-1β, porém entre os pacientes com

As it was not relevant to know the absolute temperature value during the welding, but it was necessary to know the infrared emissions variations, the graphs

Julgamos este objetivo parcialmente alcançado, pois não conseguimos assistir a um trabalho de parto de um bebê com prematuridade extrema, dificultando nossa

This study investigated occurrences of anti- Neospora caninum and anti- Toxoplasma gondii IgG antibodies by means of the enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) and

3: comparison between positivity percentages obtained in Western blotting (WB), enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) and the indirect immunofluorescence antibody test (IFAT)

An indirect competitive enzyme-linked immunosorbent assay (ic-ELISA) for ochratoxin A (OTA) detection in green, roasted and instant coffees was developed using anti-OTA

“ser”- os que se encontram incorporados ao ordenamento do estado consti- tucional de direito, como direito sobre o direito, na forma de vínculos e limites jurídicos à produção e

Percebe-se que, mesmo sendo a informação parte importante na educação sobre sexualidade e prevenção das DST/AIDS, a disseminação do conhecimento para promover o sexo seguro e