Clostridium botulinum -Clostridium botulinum

Clostridium botulinum
Clostridium botulinum 01.png
Clostridium botulinum obarvené hořečkovou fialkou .
Vědecká klasifikace Upravit
Doména: Bakterie
Kmen: Firmicutes
Třída: Clostridia
Objednat: Clostridiales
Rodina: Clostridiaceae
Rod: Clostridium
Druh:
C. botulinum
Binomické jméno
Clostridium botulinum
van Ermengem, 1896

Clostridium botulinum je gram -pozitivní, tyčinkovité , anaerobní , sporulující , pohyblivá bakterie se schopností produkovat neurotoxin botulinum .

Botulotoxin může způsobit botulismus ; závažné ochablé paralytické onemocnění u lidí a jiných zvířat a je nejsilnějším toxinem známým lidstvu, přirozeným nebo syntetickým, se smrtelnou dávkou 1,3–2,1 ng/kg u lidí.

C. botulinum je různorodá skupina patogenních bakterií původně seskupených podle jejich schopnosti produkovat botulotoxin a nyní známá jako čtyři odlišné skupiny, C. botulinum skupiny I – IV, stejně jako některé kmeny Clostridium butyricum a Clostridium baratii , jsou bakterie zodpovědné za produkci botulotoxinu.

C. botulinum je zodpovědný za potravinový botulismus (požití předem vytvořeného toxinu), dětský botulismus (střevní infekce C. botulinum vytvářející toxiny ) a botulismus v ráně (infekce rány C. botulinum ). C. botulinum produkuje tepelně odolné endospory, které se běžně nacházejí v půdě a jsou schopné přežít za nepříznivých podmínek.

C. botulinum je běžně spojován s vypouklými konzervami ; vyboulené, znetvořené plechovky mohou být způsobeny vnitřním zvýšením tlaku způsobeného plynem produkovaným bakteriemi.

Mikrobiologie

C. botulinum je grampozitivní , tyčinkovitá, sporotvorná bakterie . Je to povinný anaerob , což znamená, že kyslík je pro buňky jedovatý. Nicméně, C. botulinum toleruje stopy kyslíku kvůli enzym superoxid dismutáza , což je důležitá antioxidační ochrana v téměř všech buňkách vystavených kyslíku. C. botulinum je schopen produkovat neurotoxin pouze během sporulace, což se může stát pouze v anaerobním prostředí. C. botulinum je rozdělen do čtyř odlišných fenotypových skupin (I-IV) a je také klasifikován do sedmi sérotypů (A – G) na základě antigenicity produkovaného botulotoxinu.

Skupiny

Psychologické rozdíly a sekvenování genomu na úrovni 16S rRNA podporují rozdělení druhu C. botulinum do skupin I-IV.

Skupiny C. botulinum
Skupina Sérotypy
I (proteolytický) Všechny typy A a proteolytické kmeny typů B a F
II (neproteolytický) Všechny typy E a neproteolytické kmeny typů B a F
III Typ C a D
IV Typ G

Jedním ze zásadních rozdílů mezi skupinou I a skupinou II je to, že skupina C. botulinum skupiny I může lyžovat nativní bílkoviny, jako jsou koagulované vaječné bílky , částice vařeného masa, zatímco skupina II to nedokáže. Skupina II však může fermentovat různé sacharidy, jako je sacharóza a manóza , a oba mohou degradovat odvozený protein, želatinu . Lidský botulismus je převážně způsoben C. botulinum skupiny I nebo II . Organismy skupiny III způsobují hlavně onemocnění zvířat. U skupiny IV C. botulinum nebylo prokázáno, že způsobuje onemocnění lidí nebo zvířat.

Botulotoxin

Hlavní článek: botulotoxin

Produkce neurotoxinu je sjednocujícím rysem druhu. Bylo identifikováno osm typů toxinů, kterým bylo přiděleno písmeno (A – H), z nichž některé mohou u lidí způsobit onemocnění. Jsou odolné vůči degradaci enzymy nacházejícími se v gastrointestinálním traktu. To umožňuje, aby požité toxiny byly absorbovány ze střev do krevního oběhu. Všechny druhy botulotoxinu jsou však rychle zničeny zahříváním na 100 ° C po dobu 15 minut (900 sekund). Botulotoxin, jedna z nejjedovatějších známých biologických látek, je neurotoxin produkovaný bakterií Clostridium botulinum . C. botulinum zpracovává osm antigenně odlišitelných exotoxinů (A, B, C1, C2, D, E, F a G).

Většina kmenů produkuje jeden typ neurotoxinu , ale byly popsány kmeny produkující více toxinů. C. toxiny B a F produkující C. botulinum byly izolovány z případů lidského botulismu v Novém Mexiku a Kalifornii . Typ toxinu byl označen Bf, protože toxin typu B byl nalezen v přebytku oproti typu F. Podobně byly hlášeny kmeny produkující toxiny Ab a Af.

Důkazy naznačují, že geny neurotoxinu byly předmětem horizontálního přenosu genů , pravděpodobně z virového ( bakteriofágového ) zdroje. Tuto teorii podporuje přítomnost integračních míst lemujících toxin v některých kmenech C. botulinum . Tato integrační místa jsou však degradována (kromě typů C a D), což naznačuje, že C. botulinum získalo toxinové geny poměrně daleko v evoluční minulosti. Přesto k dalším přenosům stále dochází prostřednictvím plazmidů a dalších mobilních prvků, na nichž jsou geny umístěny.

Typy botulotoxinu

Pouze botulotoxiny typů A, B, E, F a H způsobují onemocnění u lidí. Typy A, B a E jsou spojeny s nemocemi přenášenými potravinami, zatímco typ E je specificky spojen s rybími produkty. Typ C produkuje v ptácích krk a typ D způsobuje botulismus u jiných savců. S typem G není spojena žádná nemoc. „Zlatým standardem“ pro stanovení typu toxinu je myší biologický test, ale geny pro typy A, B, E a F lze nyní snadno diferencovat pomocí kvantitativní PCR . Jelikož zatím není k dispozici žádný antitoxin typu H, objevený v roce 2013 a zdaleka nejsmrtelnější, podrobnosti jsou drženy pod rouškou.

Několik kmenů z organismů geneticky identifikovaných jako jiné druhy Clostridium způsobilo lidský botulismus: C. butyricum produkovalo toxin typu E a C. baratii produkovalo toxin typu F. Schopnost C. botulinum přirozeně přenášet neurotoxinové geny na jiné clostridie je znepokojivá, zejména v potravinářském průmyslu , kde jsou konzervační systémy navrženy tak, aby zničily nebo inhibovaly pouze C. botulinum, ale ne jiné druhy Clostridium .

Fenotypové skupiny Clostridium botulinum
Vlastnosti Skupina I Skupina II Skupina III Skupina IV
Druhy toxinů A, B, F B, E, F C, D G
Proteolýza + - slabý -
Sacharolýza - + - -
Hostitel nemoci člověk člověk zvíře -
Toxinový gen chromozom/plazmid chromozom/plazmid bakteriofág plazmid
Blízcí příbuzní C. sporogenes
C. putrificum 		C. butyricum
C. beijerinickii 		C. haemolyticum
C. novyi typ A 		C. subterminale
C. haemolyticum

Laboratorní izolace

V laboratoři je C. botulinum obvykle izolován v růstovém médiu tryptózosulfit cykloserin (TSC) v anaerobním prostředí s méně než 2% kyslíku. Toho lze dosáhnout několika komerčně dostupných souprav , které používají chemickou reakci nahradit O 2 s CO 2 . C. botulinum je mikroorganismus kladný na lipázu, který roste mezi pH 4,8 a 7,0 a nemůže použít laktózu jako primární zdroj uhlíku, což jsou vlastnosti důležité pro biochemickou identifikaci.

Historie taxonomie

Genomické informace
ID genomu NCBI 726
Ploidy haploidní
Velikost genomu 3,91 Mb
Počet chromozomů 1
Rok dokončení 2007

C. botulinum byl poprvé rozpoznán a izolován v roce 1895 Emile van Ermengem z domácí šunky, která se podílela na vypuknutí botulismu. Izolát byl původně pojmenován Bacillus botulinus , podle latinského slova pro klobásu, botulus . („Otrava klobásou“ byla běžným problémem v Německu 18. a 19. století a byla s největší pravděpodobností způsobena botulismem.) Izoláty z následných ohnisek byly vždy shledány jako anaerobní spory, takže Ida A. Bengtson navrhla, aby organismus byl zařazen do rodu Clostridium , protože rod Bacillus byl omezen na aerobní tyčinky vytvářející spory.

Od roku 1959 jsou všechny druhy produkující botulinové neurotoxiny (typy A – G) označovány jako C. botulinum . Existuje značný fenotypový a genotypový důkaz k prokázání heterogenity v rámci druhu . To vedlo k reklasifikaci kmenů C. botulinum typu G na nový druh, C. argentinense .

Kmeny skupiny I C. botulinum , které neprodukují botulotoxin, se označují jako C. sporogenes .

Kompletní genom C. botulinum byl sekvenován v Wellcome Trust Sanger Institute v roce 2007.

Patologie

Potravinový botulismus

"Známky a příznaky botulismu přenášeného potravinami obvykle začínají mezi 18 a 36 hodinami poté, co se toxin dostane do vašeho těla, ale mohou se pohybovat od několika hodin do několika dnů, v závislosti na množství požitého toxinu."

  • Dvojité vidění
  • Rozmazané vidění
  • Padající víčka
  • Nevolnost, zvracení a křeče v břiše
  • Nezřetelná řeč
  • Potíže s dýcháním
  • Obtížné polykání
  • Suchá ústa
  • Svalová slabost
  • Zácpa
  • Snížené nebo žádné hluboké reakce šlach, například v koleni

Raněný botulismus

Většina lidí, u kterých se vyvine botulismus v ráně, si injekčně podá léky několikrát denně, takže je obtížné určit, jak dlouho trvá, než se příznaky a symptomy vyvinou poté, co se toxin dostane do těla. Mezi nejčastější u lidí, kteří si injekčně podávají heroin z černého dehtu, patří příznaky a symptomy botulismu:

  • Obtížné polykání nebo mluvení
  • Slabost obličeje na obou stranách obličeje
  • Rozmazané nebo dvojité vidění
  • Padající víčka
  • Potíže s dýcháním
  • Ochrnutí

Kojenecký botulismus

Pokud je dětský botulismus spojen s jídlem, jako je med, problémy obvykle začínají do 18 až 36 hodin po vstupu toxinu do těla dítěte. Příznaky a příznaky zahrnují:

  • Zácpa (často první známka)
  • Nehybné pohyby způsobené svalovou slabostí a problémy s ovládáním hlavy
  • Slabý pláč
  • Podrážděnost
  • Slintání
  • Padající víčka
  • Únava
  • Obtížné sání nebo krmení
  • Ochrnutí

Blahodárné účinky botulotoxinu

Purifikovaný botulotoxin naředí lékař k léčbě:

  • Vrozený náklon pánve
  • Spazmodická dysfázie (neschopnost svalů hrtanu)
  • Achalasie (striktura jícnu)
  • Strabismus (zkřížené oči)
  • Ochrnutí obličejových svalů
  • Selhání děložního čípku
  • Bliká často
  • Dodávka léků proti rakovině

Střevní toxémie dospělých

Velmi vzácná forma botulismu, která se vyskytuje stejnou cestou jako dětský botulismus, ale je mezi dospělými. Vyskytuje se zřídka a sporadicky. Příznaky a příznaky zahrnují:

  • Bolest břicha
  • Rozmazané vidění
  • Průjem
  • Dysartrie
  • Nerovnováha
  • Slabost v pažích a oblasti rukou

C. botulinum v různých geografických lokalitách

Řada kvantitativních výzkumů pro C. botulinum výtrusy v prostředí navrhli výskytu specifických typů toxinů v daných zeměpisných oblastí, které zůstávají nevysvětlené.

Severní Amerika

Typ A C. botulinum převládá ve vzorcích půdy ze západních oblastí, zatímco typ B je hlavním typem nacházejícím se ve východních oblastech. Organismy typu B byly proteolytického typu I. Sedimenty z oblasti Velkých jezer byly zkoumány po vypuknutí botulismu u komerčně chovaných ryb a byly detekovány pouze spory typu E. V průzkumu byly kmeny typu A izolovány z půd, které byly neutrální až zásadité (průměrné pH 7,5), zatímco kmeny typu B byly izolovány z mírně kyselých půd (průměrné pH 6,23).

Evropa

C. botulinum typu E převládá ve vodních sedimentech v Norsku a Švédsku, Dánsku, Nizozemsku, na baltském pobřeží Polska a v Rusku. Typ E- botulinum byl navržen jako skutečný vodní organismus, což bylo naznačeno korelací mezi úrovní kontaminace typu E a zaplavením země mořskou vodou. Jak půda vysychala, hladina typu E se snižovala a typ B se stal dominantním.

V půdě a sedimentu ze Spojeného království převládá C. botulinum typu B. Obecně je výskyt v půdě obvykle nižší než v sedimentu . V Itálii průzkum provedený v blízkosti Říma zjistil nízkou úroveň kontaminace; všechny kmeny byly proteolytické C. botulinum typů A nebo B.

Austrálie

Bylo zjištěno, že C. botulinum typu A je obsažen ve vzorcích půdy z horských oblastí Victoria . Organismy typu B byly detekovány v mořském bahně z Tasmánie . Typ A C. botulinum byl nalezen na předměstí Sydney a typy A a B byly izolovány z městských oblastí. V dobře definované oblasti oblasti Darling-Downs v Queenslandu studie ukázala prevalenci a perzistenci C. botulinum typu B po mnoha případech botulismu u koní .

Použití a detekce

C. botulinum se používá k přípravě léčiv Botox , Dysport , Xeomin a Neurobloc používaných k selektivní paralyzaci svalů k dočasnému uvolnění svalové funkce. Má další lékařské účely „ mimo označení “, jako je léčba silné bolesti obličeje, jako je ta způsobená neuralgií trojklaného nervu .

Botulotoxin produkovaný C. botulinum je často považován za potenciální biologickou zbraň, protože je tak účinný, že zabití člověka zabere přibližně 75 nanogramů ( LD 50 1 ng/kg, za předpokladu, že průměrný člověk váží ~ 75 kg); 1 kilogram by stačil na zabití celé lidské populace . Pro srovnávací účely by čtvrtina typického zrna hmotnosti písku (350 ng) botulotoxinu představovala smrtelnou dávku pro člověka.

Test "ochrana myší" nebo "biologický test na myši" určuje typ přítomného C. botulotoxinu pomocí monoklonálních protilátek . K detekci toxinu lze také použít enzymaticky spojený imunosorbentní test ( ELISA ) s protilátkami značenými digoxigeninem a kvantitativní PCR může detekovat toxinové geny v organismu.

Podmínky růstu a prevence

Viz také: Botulismus § Prevence

C. botulinum je půdní bakterie. Spory mohou přežít ve většině prostředí a je velmi těžké je zabít. Mohou přežít teplotu vroucí vody na úrovni hladiny moře, a proto je mnoho potravin konzervováno tlakovým varem, který dosahuje ještě vyšších teplot, dostatečných k usmrcení spór. Tato bakterie je v přírodě široce distribuována a lze předpokládat, že je přítomna na všech povrchech potravin. Jeho optimální teplota růstu je v mezofilním rozmezí. Ve formě spór je to tepelně odolný patogen, který může přežít v potravinách s nízkým obsahem kyselin a růst za vzniku toxinů. Toxin útočí na nervový systém a zabije dospělého v dávce kolem 75 ng. Tento toxin se detoxikuje držením jídla při 100 ° C po dobu 10 minut.

Otrava botulismem může nastat v důsledku konzervovaných nebo domácích konzervovaných potravin s nízkým obsahem kyselin, které nebyly zpracovány ve správných konzervačních dobách a/nebo tlaku. Růstu bakterie lze zabránit vysokou kyselostí , vysokým poměrem rozpuštěného cukru , vysokými hladinami kyslíku, velmi nízkými hladinami vlhkosti nebo skladováním při teplotách pod 3 ° C (38 ° F) u typu A. Například v konzervovaná zelenina s nízkým obsahem kyselin, jako jsou zelené fazolky, která nejsou dostatečně zahřátá, aby zabila spory (tj. prostředí pod tlakem), může poskytnout médium bez kyslíku pro růst a produkci toxinu. Nakládané okurky jsou však dostatečně kyselé, aby zabránily růstu; i když jsou spory přítomny, nepředstavují pro spotřebitele žádné nebezpečí.

Med , kukuřičný sirup a další sladidla mohou obsahovat spory, ale spory nemohou růst ve vysoce koncentrovaném cukrovém roztoku; když je však sladidlo naředěno v trávicím systému s nízkým obsahem kyslíku a nízkých kyselin kojence, spory mohou růst a produkovat toxin. Jakmile kojenci začnou jíst pevnou stravu, trávicí šťávy se stanou příliš kyselými na to, aby bakterie mohla růst.

Kontrola botulismu v potravě způsobená C. botulinum je téměř výhradně založena na tepelné destrukci (zahřívání) spór nebo inhibici klíčení spor do bakterií a umožnění buňkám růst a produkovat toxiny v potravinách. Podmínky vedoucí k růstu závisí na různých faktorech prostředí . Růst C. botulinum je rizikem v potravinách s nízkým obsahem kyselin, jak je definováno tím, že má pH nad 4,6, ačkoli růst je výrazně zpomalen pro pH pod 4,9.

Na počátku 21. století bylo hlášeno několik případů a specifických podmínek pro udržení růstu s pH pod 4,6. ale při vyšší teplotě.

Diagnóza

Lékaři mohou zvážit diagnózu botulismu na základě klinického obrazu pacienta, který klasicky zahrnuje akutní nástup bilaterálních kraniálních neuropatií a symetrickou sestupnou slabost. Mezi další klíčové rysy botulismu patří absence horečky, symetrické neurologické deficity, normální nebo pomalý srdeční tep a normální krevní tlak a žádné smyslové deficity kromě rozmazaného vidění. Pečlivá anamnéza a fyzické vyšetření jsou prvořadé pro diagnostiku typu botulismu a pro vyloučení dalších stavů s podobnými nálezy, jako je Guillain-Barreův syndrom , mrtvice a myasthenia gravis . V závislosti na uvažovaném typu botulismu mohou být indikovány různé testy pro diagnostiku.

Potravinový botulismus: měla by být provedena analýza séra na toxiny biologickým testem na myších, protože demonstrace toxinů je diagnostická.

Botulismus rány: Je třeba se pokusit izolovat C. botulinum z místa rány, protože růst bakterií je diagnostický.

Enterální a kojenecký botulismus dospělých: izolace a růst C. botulinum ze vzorků stolice je diagnostický. Kojenecký botulismus je diagnóza, která se na pohotovosti často vynechává.

Další testy, které mohou být užitečné při vyloučení jiných podmínek, jsou:

Léčba

V případě diagnózy nebo podezření na botulismus by měli být pacienti okamžitě hospitalizováni, i když diagnóza a/nebo testy čekají na vyřízení. Pokud je podezření na botulismus, pacienti by měli být okamžitě léčeni antitoxinovou terapií, aby se snížila úmrtnost. Důrazně se také doporučuje okamžitá intubace, protože respirační selhání je primární příčinou úmrtí na botulismus.

V Kanadě jsou v současné době k dispozici pouze 3 antitoxinové terapie, které jsou přístupné prostřednictvím programu Health Canada Special Access Program (SAP). Tyto 3 typy antitoxinových terapií jsou: 1) GlaxoSmithKline trivalentní typy ABE, 2) NP-018 (heptavalentní) typy A až G a 3) BabyBIG®, botulismus, imunoglobulin, intravenózní (lidský) (BIG-IV) pro dětské pacienty věk jednoho roku.

Výsledky se pohybují od jednoho do tří měsíců, ale s rychlými intervencemi se úmrtnost na botulismus pohybuje od méně než 5 procent do 8 procent.

Očkování

Kdysi existovala formalinem ošetřená toxoidní vakcína proti botulismu (sérotypy AE), ale v roce 2011 byla ukončena kvůli klesající síle zásoby toxoidů. Původně byl určen pro osoby s rizikem expozice. Několik nových vakcín je ve vývoji.

Reference

externí odkazy