Clostridium botulinum

Clostridium botulinum
Clostridium botulinum färgad med gentianaviolett .
Vetenskaplig klassificering
Domän:	Bakterie
Provins:	Bacillota
Klass:	Clostridia
Beställa:	Eubacteriales
Familj:	Clostridiaceae
Släkte:	Clostridium
Arter:	C. botulinum
Binomialt namn
Clostridium botulinum van Ermengem, 1896

Clostridium botulinum är en grampositiv , stavformad , anaerob , sporbildande , rörlig bakterie med förmågan att producera neurotoxinet botulinum .

Botulinumtoxinet kan orsaka botulism , en allvarlig slapp paralytisk sjukdom hos människor och andra djur, och är det mest potenta toxinet som mänskligheten känner, naturligt eller syntetiskt, med en dödlig dos på 1,3–2,1 ng/kg hos människor.

C. botulinum är en mångfaldig grupp av patogena bakterier som ursprungligen grupperades samman efter deras förmåga att producera botulinumtoxin och nu är kända som fyra distinkta grupper, C. botulinum grupperna I–IV, såväl som vissa stammar av Clostridium butyricum och Clostridium baratii , är de bakterier som är ansvariga för att producera botulinumtoxin.

C. botulinum är ansvarig för livsmedelsburen botulism (intag av förbildat toxin), spädbarnsbotulism (tarminfektion med toxinbildande C. botulinum ) och sårbotulism (infektion av ett sår med C. botulinum ). C. botulinum producerar värmebeständiga endosporer som vanligtvis finns i jord och som kan överleva under ogynnsamma förhållanden.

C. botulinum är vanligtvis förknippat med utbuktande konserver ; utbuktande, missformade burkar kan bero på en intern tryckökning orsakad av gas som produceras av bakterier.

Mikrobiologi

C. botulinum är en grampositiv , stavformad, sporbildande bakterie . Det är en obligat anaerob , vilket betyder att syre är giftigt för cellerna. C. botulinum tolererar dock spår av syre på grund av enzymet superoxiddismutas , som är ett viktigt antioxidantförsvar i nästan alla celler som exponeras för syre. C. botulinum kan producera neurotoxinet endast under sporulering, vilket bara kan ske i en anaerob miljö. C. botulinum delas in i fyra distinkta fenotypiska grupper (I-IV) och klassificeras även i sju serotyper (A–G) baserat på antigeniciteten hos det producerade botulinumtoxinet.

Grupper

Fysiologiska skillnader och genomsekvensering på 16S rRNA- nivå stöder uppdelningen av C. botulinum -arterna i grupper I-IV.

Grupper av C. botulinum

Grupp	Serotyper
I (proteolytisk)	Alla typ A och proteolytiska stammar av typ B och F
II (icke proteolytisk)	Alla typ E och icke-proteolytiska stammar av typ B och F
III	Typ C och D
IV	Typ G

En av de grundläggande skillnaderna mellan grupp I och grupp II är att C. botulinum grupp I kan lysera naturliga proteiner som koagulerad äggvita , kokta köttpartiklar, medan grupp II inte kan. Däremot kan grupp II fermentera olika kolhydrater som sackaros och mannos , och båda kan bryta ned det härledda proteinet gelatin . Human botulism orsakas huvudsakligen av grupp I eller II C. botulinum . Grupp III-organismer orsakar främst sjukdomar hos icke-mänskliga djur. Grupp IV C. botulinum har inte visats orsaka sjukdomar hos människor eller djur.

Botulinumtoxin

Huvudartikel: Botulinumtoxin

Neurotoxinproduktion är artens förenande egenskap. Åtta typer av gifter har identifierats som tilldelas en bokstav (A–H), varav flera kan orsaka sjukdom hos människor. De är resistenta mot nedbrytning av enzymer som finns i mag-tarmkanalen. Detta gör att intagna toxiner kan absorberas från tarmarna till blodomloppet. Alla typer av botulinumtoxin förstörs dock snabbt genom uppvärmning till 100 °C i 15 minuter (900 sekunder). Botulinumtoxin, ett av de giftigaste biologiska ämnena som är kända, är ett nervgift som produceras av bakterien Clostridium botulinum . C. botulinum utvecklar åtta antigeniskt urskiljbara exotoxiner (A, B, C1, C2, D, E, F och G).

De flesta stammar producerar en typ av neurotoxin , men stammar som producerar flera toxiner har beskrivits. C. botulinum som producerar B- och F-toxintyper har isolerats från mänskliga botulismfall i New Mexico och Kalifornien . Toxintypen har betecknats Bf eftersom typ B-toxinet hittades i överskott till typ F. På liknande sätt har stammar som producerar Ab- och Af-toxiner rapporterats.

Bevis tyder på att neurotoxin-generna har varit föremål för horisontell genöverföring , möjligen från en viral ( bakteriofag ) källa. Denna teori stöds av närvaron av integrationsställen som flankerar toxinet i vissa stammar av C. botulinum . Dessa integrationsställen är emellertid nedbrutna (förutom C- och D-typerna), vilket indikerar att C. botulinum förvärvade toxingenerna ganska långt i det evolutionära förflutna. Ändå sker ytterligare överföringar fortfarande via plasmiderna och andra mobila element som generna finns på.

Typer av botulinumtoxiner

Endast botulinumtoxin typ A, B, E, F och H orsakar sjukdom hos människor. Typerna A, B och E är förknippade med livsmedelsburna sjukdomar, medan typ E är specifikt förknippade med fiskprodukter. Typ C producerar limber-neck hos fåglar och typ D orsakar botulism hos andra däggdjur. Ingen sjukdom är associerad med typ G. "Guldstandarden" för att bestämma toxintyp är en musbioanalys, men generna för typerna A, B, E och F kan nu lätt differentieras med hjälp av kvantitativ PCR . Eftersom inget antitoxin mot typ H ännu finns tillgängligt, upptäckt 2013 och det överlägset dödligaste, hålls detaljer under hölje.

Ett fåtal stammar från organismer som genetiskt identifierats som andra Clostridium -arter har orsakat mänsklig botulism: C. butyricum har producerat typ E-toxin och C. baratii hade producerat typ F-toxin. Förmågan hos C. botulinum att naturligt överföra neurotoxingener till andra klostridier är oroande, särskilt inom livsmedelsindustrin , där konserveringssystem är utformade för att förstöra eller hämma endast C. botulinum men inte andra Clostridium -arter.

Fenotypiska grupper av Clostridium botulinum

Egenskaper	Grupp I	Grupp II	Grupp III	Grupp IV
Toxintyper	A, B, F	B, E, F	CD	G
Proteolys	+	–	svag	–
Sackarolys	–	+	–	–
Sjukdomsvärd	mänsklig	mänsklig	djur	–
Toxingenen	kromosom/plasmid	kromosom/plasmid	bakteriofag	plasmid
Nära släktingar	C. sporogenes C. putrificum	C. butyricum C. beijerinickii	C. haemolyticum C. novyi typ A	C. subterminal C. haemolyticum

Laboratorieisolering

I laboratoriet isoleras vanligtvis C. botulinum i tryptossulfitcykloserin (TSC) tillväxtmedium i en anaerob miljö med mindre än 2 % syre. Detta kan uppnås genom flera kommersiella kit som använder en kemisk reaktion för att ersätta O ₂ med CO ₂ . C. botulinum är en lipaspositiv mikroorganism som växer mellan pH 4,8 och 7,0 och som inte kan använda laktos som en primär kolkälla, egenskaper viktiga för biokemisk identifiering.

Taxonomiens historia

Genomisk information

NCBI genom-ID
Ploidi	haploid
Genomstorlek	3,91 Mb
Antal kromosomer	1
År för färdigställande	2007

C. botulinum erkändes och isolerades första gången 1895 av Emile van Ermengem från hemtorkad skinka som var inblandad i ett botulismutbrott. Isolatet hette ursprungligen Bacillus botulinus , efter det latinska ordet för korv, botulus . ("Korvförgiftning" var ett vanligt problem i 1700- och 1800-talets Tyskland, och orsakades med största sannolikhet av botulism.) Isolat från efterföljande utbrott visade sig dock alltid vara anaeroba sporbildare, så Ida A. Bengtson föreslog att organism placeras i släktet Clostridium , eftersom släktet Bacillus var begränsat till aeroba sporbildande stavar.

Sedan 1959 har alla arter som producerar botulinumneurotoxinerna (typ A–G) betecknats C. botulinum . Det finns betydande fenotypiska och genotypiska bevis för att visa heterogenitet inom arten . Detta har lett till omklassificeringen av C. botulinum typ G-stammar som en ny art, C. argentinense .

Grupp I C. botulinum -stammar som inte producerar ett botulintoxin kallas C. sporogenes .

Det fullständiga genomet av C. botulinum har sekvenserats vid Wellcome Trust Sanger Institute 2007.

Patologi

Matburen botulism

"Tecken och symtom på matburen botulism börjar vanligtvis mellan 18 och 36 timmar efter att toxinet kommer in i din kropp, men kan variera från några timmar till flera dagar, beroende på mängden toxin som intas."

• Dubbel syn
• Suddig syn
• Tappa ögonlocken
• Illamående, kräkningar och magkramper
• Sluddrigt tal
• Problem att andas
• Svårt att svälja
• Torr mun
• Muskelsvaghet
• Förstoppning
• Minskad eller frånvarande djupa senreaktioner, såsom i knät

Sårbotulism

De flesta som utvecklar sårbotulism injicerar läkemedel flera gånger om dagen, så det är svårt att avgöra hur lång tid det tar för tecken och symtom att utvecklas efter att giftet kommit in i kroppen. Vanligast hos personer som injicerar svart tjära heroin, tecken och symtom på sårbotulism inkluderar:

• Svårigheter att svälja eller tala
• Ansiktssvaghet på båda sidor av ansiktet
• Suddig eller dubbelseende
• Tappa ögonlocken
• Problem att andas
• Förlamning

Spädbarnsbotulism

Om spädbarnsbotulism är relaterad till mat, såsom honung, börjar problemen vanligtvis inom 18 till 36 timmar efter att toxinet kommer in i barnets kropp. Tecken och symtom inkluderar:

• Förstoppning (ofta det första tecknet)
• Floppy rörelser på grund av muskelsvaghet och problem med att kontrollera huvudet
• Svag gråta
• Irritabilitet
• Dreglande
• Tappa ögonlocken
• Trötthet
• Svårigheter att suga eller äta
• Förlamning

De gynnsamma effekterna av botulinumtoxin

Renat botulinumtoxin späds ut av en läkare för behandling:

• Medfödd bäckenlutning
• Spasmodisk dysfasi (oförmågan hos musklerna i struphuvudet)
• Achalasia (esofagusförträngning)
• Strabismus (korsade ögon)
• Förlamning av ansiktsmusklerna
• Fel i livmoderhalsen
• Blinkar ofta
• Tillförsel av läkemedel mot cancer

Vuxen tarmtoxemi

En mycket sällsynt form av botulism som uppstår på samma sätt som spädbarnsbotulism men är bland vuxna. Förekommer sällan och sporadiskt. Tecken och symtom inkluderar:

• Buksmärtor
• Suddig syn
• Diarre
• Dysartri
• Obalans
• Svaghet i armar och handområde

C. botulinum på olika geografiska platser

Ett antal kvantitativa undersökningar av C. botulinum- sporer i miljön har föreslagit en förekomst av specifika toxintyper i givna geografiska områden, som fortfarande är oförklarade.

Nordamerika

Typ A C. botulinum dominerar jordproverna från de västra regionerna, medan typ B är den huvudsakliga typen som finns i de östra områdena. Typ-B-organismerna var av proteolytisk typ I. Sediment från området kring de stora sjöarna undersöktes efter utbrott av botulism bland kommersiellt uppfödda fiskar , och endast sporer av typ E upptäcktes. I en undersökning isolerades typ-A-stammar från jordar som var neutrala till alkaliska (medelpH 7,5), medan typ-B-stammar isolerades från svagt sura jordar (medelpH 6,23).

Europa

C. botulinum typ E är utbredd i akvatiska sediment i Norge och Sverige, Danmark, Nederländerna, Polens baltiska kust och Ryssland. Typ-E C. botulinum föreslogs vara en verklig vattenlevande organism, vilket indikerades av korrelationen mellan nivån av typ-E-kontamination och översvämning av marken med havsvatten. När marken torkade minskade nivån av typ E och typ B blev dominerande.

I jord och sediment från Storbritannien dominerar C. botulinum typ B. I allmänhet är förekomsten vanligtvis lägre i jord än i sediment . I Italien fann en undersökning som genomfördes i närheten av Rom en låg nivå av kontaminering; alla stammar var proteolytiska C. botulinum typ A eller B.

Australien

C. botulinum typ A visade sig vara närvarande i jordprover från bergsområden i Victoria . Typ B-organismer upptäcktes i marin lera från Tasmanien . Typ-A C. botulinum har hittats i Sydneys förorter och typ A och B isolerades från stadsområden . I ett välavgränsat område i Darling-Downs-regionen i Queensland visade en studie prevalensen och persistensen av C. botulinum typ B efter många fall av botulism hos hästar .

Användning och upptäckt

C. botulinum används för att framställa läkemedlen Botox , Dysport , Xeomin och Neurobloc som används för att selektivt förlama muskler för att tillfälligt lindra muskelfunktionen. Det har andra " off-label " medicinska syften, som att behandla svår ansiktssmärta, som den som orsakas av trigeminusneuralgi .

Botulinumtoxin som produceras av C. botulinum tros ofta vara ett potentiellt biovapen eftersom det är så potent att det tar cirka 75 nanogram att döda en person ( LD ₅₀ på 1 ng/kg, förutsatt att en genomsnittlig person väger ~75 kg); 1 kilogram av det skulle räcka för att döda hela den mänskliga befolkningen . I jämförande syfte skulle en fjärdedel av ett typiskt sandkorns vikt (350 ng) av botulinumtoxin utgöra en dödlig dos för människor.

Ett "musskydd"- eller "musbioassay"-test bestämmer vilken typ av C. botulinum -toxin som finns närvarande med användning av monoklonala antikroppar . En enzymkopplad immunosorbentanalys ( ELISA ) med digoxigeninmärkta antikroppar kan också användas för att detektera toxinet, och kvantitativ PCR kan detektera toxingenerna i organismen.

Tillväxtvillkor och förebyggande

Se även: Botulism § Förebyggande

C. botulinum är en jordbakterie. Sporerna kan överleva i de flesta miljöer och är mycket svåra att döda. De kan överleva temperaturen på kokande vatten vid havsnivån, så många livsmedel konserveras med en trycksatt koka som uppnår ännu högre temperaturer, tillräckligt för att döda sporerna. Denna bakterie är brett spridd i naturen och kan antas finnas på alla matytor. Dess optimala tillväxttemperatur ligger inom det mesofila området. I sporform är det en värmebeständig patogen som kan överleva i livsmedel med låg syra och växa för att producera toxiner. Giftet angriper nervsystemet och dödar en vuxen vid en dos på cirka 75 ng. Detta toxin avgiftas genom att hålla maten vid 100 °C i 10 minuter.

Botulismförgiftning kan uppstå på grund av konserverad eller hemmakonserverad mat med låg syrahalt som inte bearbetades med korrekta konserveringstider och/eller tryck. Tillväxt av bakterien kan förhindras genom hög surhet , hög andel löst socker , höga nivåer av syre, mycket låga nivåer av fukt eller lagring vid temperaturer under 3 °C (38 °F) för typ A. Till exempel i en konserverade grönsaker med låg syra som gröna bönor som inte är tillräckligt uppvärmda för att döda sporerna (dvs. en trycksatt miljö) kan ge ett syrefritt medium för sporerna att växa och producera toxinet. Emellertid är pickles tillräckligt sura för att förhindra tillväxt; även om sporerna är närvarande utgör de ingen fara för konsumenten.

Honung , majssirap och andra sötningsmedel kan innehålla sporer, men sporerna kan inte växa i en högkoncentrerad sockerlösning; men när ett sötningsmedel späds ut i ett spädbarns matsmältningssystem med låg syrehalt och låg syrahalt, kan sporerna växa och producera toxin. Så fort spädbarn börjar äta fast föda blir matsmältningssafterna för sura för att bakterien ska kunna växa.

Kontrollen av livsmedelsburen botulism orsakad av C. botulinum är nästan helt baserad på termisk förstörelse (uppvärmning) av sporerna eller på att hämma sporers grobarhet till bakterier och låta cellerna växa och producera toxiner i livsmedel. Förhållanden som främjar tillväxt är beroende av olika miljöfaktorer . Tillväxt av C. botulinum är en risk i livsmedel med låg syra som definieras genom att ha ett pH över 4,6 även om tillväxten försenas avsevärt för pH under 4,9.

I början av 2000-talet har det förekommit några fall och specifika förhållanden som rapporterats för att upprätthålla tillväxt med pH under 4,6. men vid högre temperatur.

Diagnos

Läkare kan överväga diagnosen botulism baserat på en patients kliniska presentation, vilket klassiskt inkluderar en akut uppkomst av bilaterala kranialneuropatier och symmetrisk fallande svaghet. Andra viktiga egenskaper hos botulism inkluderar frånvaro av feber, symmetriska neurologiska störningar, normal eller långsam hjärtfrekvens och normalt blodtryck, och inga sensoriska underskott förutom dimsyn. En noggrann anamnes och fysisk undersökning är avgörande för att diagnostisera typen av botulism, såväl som för att utesluta andra tillstånd med liknande fynd, såsom Guillain-Barrés syndrom , stroke och myasthenia gravis . Beroende på vilken typ av botulism som övervägs kan olika tester för diagnos indikeras.

• Livsmedelsburen botulism: serumanalys av toxiner genom bioanalys på möss bör göras, eftersom påvisningen av toxiner är diagnostisk.
• Sårbotulism: isolering av C. botulinum från sårstället bör försökas, eftersom tillväxten av bakterierna är diagnostisk.
• Vuxen enterisk botulism och spädbarnsbotulism: isolering och tillväxt av C. botulinum från avföringsprover är diagnostiskt. Spädbarnsbotulism är en diagnos som ofta missas på akuten.

Andra tester som kan vara till hjälp för att utesluta andra tillstånd är:

• Elektromyografi (EMG) eller antikroppsstudier kan hjälpa till att utesluta myasthenia gravis och Lambert-Eatons myasteniska syndrom (LEMS).
• Insamling av cerebrospinalvätska (CSF) protein och blod hjälper till att utesluta Guillan-Barres syndrom och stroke .
• En detaljerad fysisk undersökning av patienten för eventuella utslag eller fästingförekomst hjälper till att utesluta eventuell fästingöverförd fästingförlamning.

Behandling

Vid diagnos eller misstanke om botulism ska patienter omedelbart läggas in på sjukhus, även om diagnosen och/eller testerna väntar. Vid misstanke om botulism ska patienter omedelbart behandlas med antitoxinbehandling för att minska dödligheten. Omedelbar intubation rekommenderas också starkt, eftersom andningssvikt är den primära dödsorsaken till följd av botulism.

I Kanada finns det för närvarande endast tre antitoxinterapier tillgängliga, som är tillgängliga via Health Canada Special Access Program (SAP). De tre typerna av antitoxinterapier är: 1) GlaxoSmithKline trivalenta typer ABE, 2) NP-018 (heptavalenta) Typer A till G och 3) BabyBIG, Botulism Immune Globulin Intravenous (Human) (BIG-IV) för pediatriska patienter under ålder av ett år.

Resultaten varierar mellan en och tre månader, men med snabba ingrepp varierar dödligheten från botulism från mindre än 5 procent till 8 procent.

Vaccination

Tidigare fanns ett formalinbehandlat toxoidvaccin mot botulism (serotyper AE), men det avbröts 2011 på grund av minskande styrka i toxoidbeståndet. Den var ursprungligen avsedd för personer med risk för exponering. Ett fåtal nya vacciner är under utveckling.

externa länkar

•   Sobel J (oktober 2005). "Botulism". Kliniska infektionssjukdomar . 41 (8): 1167–73. doi : 10.1086/444507 . PMID 16163636 .