Clostridium botulinum -Clostridium botulinum

Clostridium botulinum
Clostridium botulinum 01.png
Clostridium botulinum barwione fioletem goryczki .
Klasyfikacja naukowa edytować
Domena: Bakteria
Gromada: Firmicutes
Klasa: Clostridia
Zamówienie: Clostridiales
Rodzina: Clostridiaceae
Rodzaj: Clostridium
Gatunek:
C. botulinum
Nazwa dwumianowa
Clostridium botulinum
van Ermengem, 1896

Toksyna jadu kiełbasianego jest Gram- dodatnich, w kształcie pręta , beztlenowe , zarodniki tworzące , ruchliwe bakteria z możliwością wytworzenia neurotoksyny botulinum .

Toksyna botulinowa może powodować zatrucie jadem kiełbasianym ; ciężka choroba porażenia wiotkiego u ludzi i innych zwierząt i jest najsilniejszą toksyną znaną ludzkości, naturalną lub syntetyczną, ze śmiertelną dawką 1,3-2,1 ng/kg u ludzi.

C. botulinum to zróżnicowana grupa bakterii chorobotwórczych początkowo pogrupowana ze względu na ich zdolność do wytwarzania toksyny botulinowej, a obecnie znana jako cztery odrębne grupy, C. botulinum grupy I–IV, a także niektóre szczepy Clostridium butyricum i Clostridium baratii . bakterie odpowiedzialne za produkcję toksyny botulinowej.

C. botulinum jest odpowiedzialny za zatrucie jadem kiełbasianym przenoszonym przez żywność (spożycie wytworzonej wcześniej toksyny), zatrucie jadem kiełbasianym niemowląt (zakażenie jelit wywołane przez C. botulinum tworzące toksynę ) oraz zatrucie jadem kiełbasianym (zakażenie rany C. botulinum ). C. botulinum wytwarza żaroodpornych endospory , które są powszechnie w glebie i są w stanie przeżyć w niekorzystnych warunkach.

C. botulinum jest powszechnie kojarzony z pęczniejącym jedzeniem w puszkach ; wypukłe, zniekształcone puszki mogą wynikać z wewnętrznego wzrostu ciśnienia spowodowanego przez gaz wytwarzany przez bakterie.

Mikrobiologia

C. botulinum jest Gram-dodatnią bakterią tworzącą przetrwalniki w kształcie pałeczki . Jest beztlenowcem , co oznacza, że tlen jest trujący dla komórek. Jednak C. botulinum toleruje śladowe ilości tlenu dzięki enzymowi dysmutazy ponadtlenkowej , który jest ważną obroną antyoksydacyjną w prawie wszystkich komórkach wystawionych na działanie tlenu. C. botulinum jest w stanie wytworzyć neurotoksynę tylko podczas sporulacji, co może mieć miejsce tylko w środowisku beztlenowym. C. botulinum dzieli się na cztery odrębne grupy fenotypowe (I-IV), a także na siedem serotypów (A-G) na podstawie antygenowości wytwarzanej toksyny botulinowej.

Grupy

Różnice fizjologiczne i sekwencjonowanie genomu na poziomie 16S rRNA wspierają podział gatunków C. botulinum na grupy I-IV.

Grupy C. botulinum
Grupa Serotypy
ja (proteolityczny) Wszystkie szczepy typu A i proteolityczne typu B i F
II (nieproteolityczny) Wszystkie szczepy typu E i nieproteolityczne typu B i F
III Typ C i D
IV Wpisz G

Jedną z podstawowych różnic między grupą I a grupą II jest to, że C. botulinum z grupy I może lizować białka natywne, takie jak skoagulowane białko jaja , cząstki gotowanego mięsa, podczas gdy grupa II nie może. Jednak grupa II może fermentować różne węglowodany, takie jak sacharoza i mannoza , a oba mogą degradować otrzymane białko, żelatynę . Zatrucie jadem kiełbasianym u ludzi jest głównie powodowane przez C. botulinum z grupy I lub II . Organizmy grupy III powodują głównie choroby u zwierząt. Nie wykazano, aby grupa IV C. botulinum powodowała choroby u ludzi lub zwierząt.

Toksyna botulinowa

Wytwarzanie neurotoksyn jest cechą jednoczącą tego gatunku. Zidentyfikowano osiem rodzajów toksyn , którym przypisano literę (A–H), z których kilka może powodować choroby u ludzi. Są odporne na degradację przez enzymy znajdujące się w przewodzie pokarmowym. Pozwala to na wchłanianie spożywanych toksyn z jelit do krwiobiegu. Jednak wszystkie rodzaje toksyny botulinowej są szybko niszczone przez ogrzewanie do 100°C przez 15 minut (900 sekund). Toksyna botulinowa, jedna z najbardziej trujących znanych substancji biologicznych, jest neurotoksyną wytwarzaną przez bakterię Clostridium botulinum . C. botulinum wytwarza osiem antygenowo rozróżnialnych egzotoksyn (A, B, C1, C2, D, E, F i G).

Większość szczepów wytwarza jeden rodzaj neurotoksyny , ale opisano szczepy wytwarzające wiele toksyn. Typy toksyn B i F wytwarzające C. botulinum zostały wyizolowane z przypadków zatrucia jadem kiełbasianym u ludzi w Nowym Meksyku i Kalifornii . Typ toksyny oznaczono jako Bf, ponieważ toksynę typu B stwierdzono w nadmiarze w stosunku do typu F. Podobnie opisano szczepy wytwarzające toksyny Ab i Af.

Dowody wskazują, że geny neurotoksyn były przedmiotem horyzontalnego transferu genów , prawdopodobnie ze źródła wirusowego ( bakteriofagowego ). Teoria ta jest poparta obecnością miejsc integracji flankujących toksynę w niektórych szczepach C. botulinum . Jednak te miejsca integracji są zdegradowane (z wyjątkiem typów C i D), co wskazuje, że C. botulinum nabył geny toksyny dość daleko w przeszłości ewolucyjnej. Niemniej jednak dalsze transfery nadal następują za pośrednictwem plazmidów i innych ruchomych elementów, na których znajdują się geny.

Rodzaje toksyny botulinowej

Tylko toksyny botulinowe typu A, B, E, F i H powodują choroby u ludzi. Typy A, B i E są związane z chorobami przenoszonymi przez żywność, podczas gdy typ E jest szczególnie związany z produktami rybnymi. Typ C powoduje u ptaków szyję zwisającą, a typ D powoduje zatrucie jadem kiełbasianym u innych ssaków. Żadna choroba nie jest związana z typem G. „Złotym standardem” określania typu toksyny jest test biologiczny na myszach, ale geny typów A, B, E i F można teraz łatwo odróżnić za pomocą ilościowej PCR . Ponieważ nie jest jeszcze dostępna antytoksyna typu H, odkryta w 2013 roku i zdecydowanie najbardziej zabójcza, szczegóły są trzymane w tajemnicy.

Kilka szczepów organizmów genetycznie zidentyfikowanych jako inne gatunki Clostridium spowodowało u ludzi zatrucie jadem kiełbasianym: C. butyricum wytwarzał toksynę typu E, a C. baratii wytwarzał toksynę typu F. Zdolność C. botulinum do naturalnego przenoszenia genów neurotoksyn do innych Clostridium jest niepokojąca, szczególnie w przemyśle spożywczym , gdzie systemy konserwujące są zaprojektowane do niszczenia lub hamowania tylko C. botulinum, ale nie innych gatunków Clostridium .

Grupy fenotypowe Clostridium botulinum
Nieruchomości Grupa I Grupa II Grupa III Grupa IV
Rodzaje toksyn A, B, F B, E, F PŁYTA CD g
Proteoliza + słaby
Sacharoliza +
Gospodarz choroby człowiek człowiek zwierzę
Gen toksyny chromosom/plazmid chromosom/plazmid fag plazmid
Bliscy krewni C. sporogenes
C. putrificum
C. butyricum
C. beijerinickii
C. haemolyticum
C. novyi typ A
C. subterminale
C. haemolyticum

Izolacja laboratoryjna

W laboratorium C. botulinum jest zwykle izolowany w pożywce hodowlanej z tryptozą siarczynową cykloseryną (TSC) w środowisku beztlenowym z mniej niż 2% tlenem. Można to osiągnąć za pomocą kilku komercyjnych zestawów, które wykorzystują reakcję chemiczną do zastąpienia O 2 CO 2 . C. botulinum jest lipaza dodatnim mikroorganizm, który rośnie między pH 4,8 i 7,0 i nie można użyć laktozy, jako główne źródło węgla, właściwości biochemicznych ważnych dla identyfikacji.

Historia taksonomii

Informacje genomowe
Identyfikator genomu NCBI 726
ploidalność haploidalny
Rozmiar genomu 3,91 Mb
Liczba chromosomów 1
Rok ukończenia 2007

C. botulinum został po raz pierwszy rozpoznany i wyizolowany w 1895 r. przez Emile van Ermengem z szynki domowej dojrzewającej zamieszanej w epidemię zatrucia jadem kiełbasianym. Izolat został pierwotnie nazwany Bacillus botulinus , od łacińskiego słowa oznaczającego kiełbasę, botulus . („Zatrucie kiełbasą” było powszechnym problemem w XVIII- i XIX-wiecznych Niemczech i było najprawdopodobniej spowodowane zatruciem jadem kiełbasianym.) Jednak izolaty z kolejnych ognisk zawsze okazywały się zarodnikami beztlenowymi , więc Ida A. Bengtson zaproponowała, aby Organizm należy umieścić w rodzaju Clostridium , ponieważ rodzaj Bacillus był ograniczony do tlenowych pałeczek tworzących zarodniki.

Od 1959 roku wszystkie gatunki wytwarzające neurotoksyny botulinowe (typy A–G) są określane jako C. botulinum . Istnieją znaczne dowody fenotypowe i genotypowe wykazujące heterogeniczność w obrębie gatunku . Doprowadziło to do przeklasyfikowania szczepów C. botulinum typu G na nowy gatunek, C. argentinense .

Szczepy grupy I C. botulinum , które nie wytwarzają toksyny botulinowej, określane są jako C. sporogenes .

Pełny genom C. botulinum został zsekwencjonowany w Wellcome Trust Sanger Institute w 2007 roku.

Patologia

Zatrucie jadem kiełbasianym przenoszonym przez żywność

„Oznaki i objawy zatrucia jadem kiełbasianym przenoszonym przez żywność zwykle zaczynają się między 18 a 36 godzinami po dostaniu się toksyny do organizmu, ale mogą trwać od kilku godzin do kilku dni, w zależności od ilości spożytej toksyny”.

  • Podwójne widzenie
  • Rozmazany obraz
  • Opadające powieki
  • Nudności, wymioty i skurcze brzucha
  • Bełkotliwa wymowa
  • Problemy z oddychaniem
  • Trudności w połykaniu
  • Suchość w ustach
  • Słabe mięśnie
  • Zaparcie
  • Zmniejszone lub brak głębokich reakcji ścięgien, np. w kolanie

Zatrucie jadem kiełbasianym

Większość osób, u których rozwija się zatrucie jadem kiełbasianym ran, wstrzykuje sobie leki kilka razy dziennie, więc trudno jest określić, ile czasu zajmuje pojawienie się oznak i objawów po dostaniu się toksyny do organizmu. Najczęściej występujące u osób, które wstrzykują heroinę z czarnej smoły, objawy zatrucia jadem kiełbasianym ran obejmują:

  • Trudności w połykaniu lub mówieniu
  • Osłabienie twarzy po obu stronach twarzy
  • Niewyraźne lub podwójne widzenie
  • Opadające powieki
  • Problemy z oddychaniem
  • Paraliż

Zatrucie jadem kiełbasianym u niemowląt

Jeśli botulizm niemowlęcy jest związany z pokarmem, takim jak miód, problemy zwykle zaczynają się w ciągu 18 do 36 godzin po dostaniu się toksyny do organizmu dziecka. Oznaki i objawy obejmują:

  • Zaparcia (często pierwszy znak)
  • Ruchy wiotkie z powodu osłabienia mięśni i problemów z kontrolowaniem głowy
  • Słaby płacz
  • Drażliwość
  • ślinienie się
  • Opadające powieki
  • Zmęczenie
  • Trudności w ssaniu lub karmieniu
  • Paraliż

Korzystne działanie toksyny botulinowej

Oczyszczona toksyna botulinowa jest rozcieńczana przez lekarza do leczenia:

  • Wrodzone pochylenie miednicy
  • Dysfazja spazmatyczna (niezdolność mięśni krtani)
  • Achalazja (zwężenie przełyku)
  • Zez (zez)
  • Paraliż mięśni twarzy
  • Niewydolność szyjki macicy
  • Często miga
  • Dostarczanie leków przeciwnowotworowych

Zatrucie jelit dorosłych

Bardzo rzadka forma zatrucia jadem kiełbasianym, która występuje tą samą drogą co zatrucie jadem kiełbasianym niemowląt, ale występuje u dorosłych. Występuje rzadko i sporadycznie. Oznaki i objawy obejmują:

  • Ból brzucha
  • Rozmazany obraz
  • Biegunka
  • Dyzartria
  • Brak równowagi
  • Osłabienie ramion i okolicy dłoni

C. botulinum w różnych lokalizacjach geograficznych

Szereg badań ilościowych pod kątem zarodników C. botulinum w środowisku sugeruje występowanie określonych typów toksyn na danych obszarach geograficznych, które pozostają niewyjaśnione.

Ameryka północna

Typ A C. botulinum dominuje w próbkach gleby z regionów zachodnich, podczas gdy typ B jest głównym typem występującym na obszarach wschodnich. Organizmy typu B były typu proteolitycznego I. Po wybuchach zatrucia jadem kiełbasianym wśród ryb hodowanych komercyjnie zbadano osady z regionu Wielkich Jezior i wykryto tylko zarodniki typu E. W badaniach szczepy typu A wyizolowano z gleb o odczynie obojętnym do zasadowego (średnie pH 7,5), natomiast szczepy typu B z gleb słabo kwaśnych (średnie pH 6,23).

Europa

C. botulinum typu E występuje powszechnie w osadach wodnych Norwegii i Szwecji, Danii, Holandii, na wybrzeżu Bałtyku Polski i Rosji. Zasugerowano, że C. botulinum typu E jest prawdziwym organizmem wodnym , na co wskazuje korelacja między poziomem skażenia typu E a zalaniem lądu wodą morską. W miarę wysychania ziemi poziom typu E obniżył się, a typ B stał się dominujący.

W glebie i osadach z Wielkiej Brytanii dominuje C. botulinum typu B. Na ogół częstość występowania jest zwykle mniejsza w glebie niż w osadach . We Włoszech badanie przeprowadzone w okolicach Rzymu wykazało niski poziom skażenia; wszystkie szczepy były proteolitycznymi C. botulinum typu A lub B.

Australia

Stwierdzono obecność C. botulinum typu A w próbkach gleby z górskich obszarów Wiktorii . Organizmy typu B wykryto w mule morskim z Tasmanii . C. botulinum typu A znaleziono na przedmieściach Sydney, a typy A i B wyizolowano z obszarów miejskich . Na dobrze określonym obszarze regionu Darling-Downs w Queensland badanie wykazało występowanie i przetrwanie C. botulinum typu B po wielu przypadkach zatrucia jadem kiełbasianym u koni .

Wykorzystanie i wykrywanie

C. botulinum służy do przygotowania leków Botox , Dysport , Xeomin i Neurobloc stosowanych do selektywnego paraliżowania mięśni w celu tymczasowego złagodzenia funkcji mięśni. Ma inne „ nierejestrowane ” cele medyczne, takie jak leczenie silnego bólu twarzy, na przykład spowodowanego neuralgią nerwu trójdzielnego .

Toksyna jadu kiełbasianego produkowane przez C. botulinum jest często uważane za potencjalne broni biologicznej , jak to jest tak silne, że potrzeba około 75 nanogramów zabić osoby ( LD 50 1 ng / kg, przy założeniu, że przeciętna osoba waży ~ 75 kg); 1 kilogram wystarczyłby do zabicia całej populacji ludzkiej . Dla celów porównawczych, jedna czwarta toksyny botulinowej o masie typowego ziarna piasku (350 ng) stanowiłaby dawkę śmiertelną dla człowieka.

Test „ochrony myszy” lub „biologiczny test myszy” określa rodzaj obecnej toksyny C. botulinum przy użyciu przeciwciał monoklonalnych . Do wykrywania toksyny można również zastosować test immunoenzymatyczny ( ELISA ) z przeciwciałami znakowanymi digoksygeniną , a ilościowy PCR może wykryć geny toksyny w organizmie.

Warunki wzrostu i profilaktyka

C. botulinum to bakteria glebowa. Zarodniki mogą przetrwać w większości środowisk i są bardzo trudne do zabicia. Mogą przetrwać temperaturę wrzącej wody na poziomie morza, dlatego wiele produktów spożywczych jest gotowanych pod ciśnieniem, które osiągają jeszcze wyższą temperaturę, wystarczającą do zabicia zarodników. Bakterie te są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie i można przypuszczać, że są obecne na wszystkich powierzchniach żywności. Jego optymalna temperatura wzrostu mieści się w zakresie mezofilnym . W postaci zarodników jest odpornym na ciepło patogenem, który może przetrwać w żywności o niskiej kwasowości i rozwijać się, wytwarzając toksyny. Toksyna atakuje układ nerwowy i zabije dorosłego w dawce około 75 ng. Toksyna ta jest detoksykowana przez przetrzymywanie żywności w temperaturze 100°C przez 10 minut.

Zatrucie jadem kiełbasianym może wystąpić z powodu żywności konserwowanej lub konserwowanej w domu, o niskiej kwasowości, która nie została przetworzona przy użyciu odpowiednich czasów konserwacji i/lub ciśnienia. Wzrostowi bakterii można zapobiec poprzez wysoką kwasowość , wysoki stosunek rozpuszczonego cukru , wysoki poziom tlenu, bardzo niski poziom wilgoci lub przechowywanie w temperaturach poniżej 3°C (38°F) dla typu A. Na przykład w warzywa w puszkach o niskiej kwasowości, takie jak zielona fasola , które nie są wystarczająco podgrzane, aby zabić zarodniki (tj. środowisko pod ciśnieniem), mogą zapewnić beztlenową pożywkę dla wzrostu zarodników i produkcji toksyny. Jednak pikle są wystarczająco kwaśne, aby zapobiec wzrostowi; nawet jeśli zarodniki są obecne, nie stanowią zagrożenia dla konsumenta.

Miód , syrop kukurydziany i inne słodziki mogą zawierać zarodniki, ale zarodniki nie mogą rosnąć w silnie stężonym roztworze cukru; jednak, gdy słodzik zostanie rozcieńczony w niskotlenowym i niskokwasowym układzie pokarmowym niemowlęcia, zarodniki mogą rosnąć i wytwarzać toksyny. Gdy tylko niemowlęta zaczynają jeść pokarmy stałe, soki trawienne stają się zbyt kwaśne, aby bakteria mogła się rozwijać.

Kontrola zatrucia jadem kiełbasianym przenoszonego przez żywność, wywołanego przez C. botulinum, opiera się prawie wyłącznie na termicznym niszczeniu (ogrzewaniu) zarodników lub hamowaniu kiełkowania zarodników do bakterii i umożliwianiu komórkom wzrostu i produkcji toksyn w żywności. Warunki sprzyjające wzrostowi uzależnione są od różnych czynników środowiskowych . Wzrost C. botulinum stanowi ryzyko w żywności o niskiej kwasowości, jak zdefiniowano przez posiadanie pH powyżej 4,6, chociaż wzrost jest znacznie opóźniony dla pH poniżej 4,9.

Na początku XXI wieku odnotowano pewne przypadki i specyficzne warunki podtrzymujące wzrost przy pH poniżej 4,6. ale w wyższej temperaturze.

Diagnoza

Lekarze mogą rozważyć rozpoznanie zatrucia jadem kiełbasianym na podstawie obrazu klinicznego pacjenta, który klasycznie obejmuje ostry początek obustronnych neuropatii czaszkowych i symetryczne osłabienie zstępujące. Inne kluczowe cechy zatrucia jadem kiełbasianym to brak gorączki, symetryczne deficyty neurologiczne, normalne lub wolne tętno i prawidłowe ciśnienie krwi oraz brak deficytów czuciowych, z wyjątkiem niewyraźnego widzenia. Dokładny wywiad i badanie fizykalne mają kluczowe znaczenie dla zdiagnozowania rodzaju zatrucia jadem kiełbasianym, a także wykluczenia innych stanów z podobnymi objawami, takich jak zespół Guillain-Barre , udar mózgu i miastenia . W zależności od rodzaju rozważanego zatrucia jadem kiełbasianym mogą być wskazane różne testy diagnostyczne.

Zatrucie jadem kiełbasianym przenoszonym przez żywność: należy przeprowadzić analizę surowicy pod kątem toksyn za pomocą testu biologicznego na myszach, ponieważ wykazanie toksyn ma charakter diagnostyczny.

Zatrucie jadem kiełbasianym rany: należy podjąć próbę izolacji C. botulinum z miejsca rany, ponieważ wzrost bakterii ma charakter diagnostyczny.

Zatrucie jadem kiełbasianym dorosłych i niemowląt: izolacja i wzrost C. botulinum z próbek kału ma charakter diagnostyczny. Botulizm niemowlęcy to diagnoza, której często brakuje na izbie przyjęć.

Inne testy, które mogą być pomocne w wykluczeniu innych warunków, to:

Leczenie

W przypadku rozpoznania lub podejrzenia zatrucia jadem kiełbasianym pacjenci powinni być natychmiast hospitalizowani, nawet jeśli diagnoza i/lub badania są w toku. W przypadku podejrzenia zatrucia jadem kiełbasianym pacjenci powinni być natychmiast leczeni antytoksyną w celu zmniejszenia śmiertelności. Wysoce zalecana jest również natychmiastowa intubacja, ponieważ niewydolność oddechowa jest główną przyczyną śmierci z powodu zatrucia jadem kiełbasianym.

W Kanadzie dostępne są obecnie tylko 3 terapie antytoksynowe, które są dostępne w ramach programu Health Canada Special Access Program (SAP). Trzy rodzaje terapii antytoksynowych to: 1) trzywalentne typy ABE firmy GlaxoSmithKline, 2) NP-018 (siedmiowalentne) typy od A do G oraz 3) BabyBIG®, dożylna (ludzka) globulina przeciw botulizmowi (BIG-IV) dla pacjentów pediatrycznych wiek jednego roku.

Wyniki wahają się od jednego do trzech miesięcy, ale przy szybkich interwencjach śmiertelność z powodu zatrucia jadem kiełbasianym waha się od mniej niż 5 procent do 8 procent.

Szczepionka

Kiedyś istniała traktowana formaliną szczepionka toksoidowa przeciwko zatruciu jadem kiełbasianym (serotypy AE), ale została przerwana w 2011 roku z powodu spadku siły działania toksoidów. Pierwotnie był przeznaczony dla osób zagrożonych narażeniem. Kilka nowych szczepionek jest w trakcie opracowywania.

Bibliografia

Zewnętrzne linki