Clostridium botulinum

Para a enfermidade causada por esta bacteria ver botulismo

Clostridium botulinum é unha bacteria grampositiva, con forma de bacilo produtora de varias toxinas e causante do botulismo. As toxinas máis coñecidas son as neurotoxinas, subdivididas en tipos do A ao G, ou toxinas botulínicas, que causan unha parálise muscular fláccida, típica do botulismo. Tamén son os principais axentes paralizantes do Botox, utilizado con fins médicos e estéticos. C. botulinum é un organismo anaerobio formador de esporas, que produce endósporas ovais e subterminais e atópase comunmente nos solos.

 Bioloxía 

Clostridium botulinum é un bacilo anerobio obrigado, o que significa que o oxíxeno é velenoso para as súas células. Porén, C. botulinum tolera trazas de oxíxeno debido a que ten o encima superóxido dismutase (SOD), que é unha importante defensa antioxidante en case todas as células expostas ao oxíxeno. C. botulinum só pode producir neurotoxina durante a fase de esporulación, o cal só ocorre nun ambiente anaerobio, o que prefire a especie. Outras especies bacterianas producen esporas en ambientes desfavorables para o seu crecemento para preservar a viabilidade do organismo e permitir a supervivencia en estado dormente ata que as esporas queden expostas a un ambiente favorable.

No laboratorio Clostridium botulinum íllase xeralmente en medio de crecemento TSC (triptosa sulfito cicloserina) en ambiente anaerobio con menos dun 2% de oxíxeno. Isto pode conseguirse usando varios kits comerciais que usan unha reacción química para substituír o O2 por CO2 (E.J. GasPak System). C. botulinum é un microorganismo lipase positivo que crece entre pH 4,8 e 7 e non pode usar a lactosa como fonte de carbono primaria, que son características importantes durante a identificación bioquímica.

 Historia e taxonomía 
Clostridium botulinum foi descuberto e illado en 1895 por Emile van Ermengem a partir de xamón curado caseiro que orixinara casos de botulismo.E. van Ergmengem. 1897. Über einen neuen anaeroben Bacillus und seine Beziehungen Zum Botulismus. Zentralbl. Hyg. Infektionskr. 26:1–8. O illado recibiu inicialmente o nome de Bacillus botulinus, polo nome latino botulus, que significa salchicha (a "intoxicación por salchichas" en mal estado foi un problema común nos séculos XVIII e XIX en Alemaña, e estaba causado moi probablemente polo botulismo)Frank J. Erbguth. Historical notes on botulism, Clostridium botulinum, botulinum toxin, and the idea of the therapeutic use of the toxin. Movement Disorders. Volume 19, Issue S8, pages S2-S6, March 2004. Os illados doutros casos eran sempre organismos anaerobios formadores de esporas, polo que Ida Bengston propuxo que o organismo debería ser encadrado no xénero Clostridium, xa que o xénero Bacillus estaba restrinxido a bacilos aerobios formadores de esporas.I. A. Bengston. 1924. Studies on organisms concerned as causative factors in botulism. Hyg. Lab. Bull. 136:101

Desde 1959 todas as especies que producen a neurotoxinas botulínicas (tipos A-G) desígnanse co nome de C. botulinum. Existen evidencias importantes fenotípicas e xenotípicas que demostran a heteroxeneidade dentro da especie. Isto levou a que se fixese unha reclasificación das cepas de C. botulinum tipo G como a especie nova Clostridium argentinense.J. C. Suen, C. L. Hatheway, A. G. Steigerwalt, D. J. Brenner. 1988, Clostridium argentinense sp.nov.: a genetically homogeneous group composed of all strains of Clostridium botulinum type G and some nontoxigenic strains previously identified as Clostridium subterminale or Clostridium hastiforme. Int. J. Sys. Bacteriol. 38:375–381.

As cepas de Clostridium botulinum do grupo I que non producen toxina botulínica considéranse como pertencentes á especie Clostridium sporogenes.Judicial Commission of the International Committee on Systematic Bacteriology (1999) Rejection of Clostridium putrificum and conservation of Clostridium botulinum and Clostridium sporogenes Opinion 69. International Journal of Systematic Bacteriology. 49:339. (ver grupos fenotípicos máis abaixo e non confundilos cos tipos de toxina).

O xenoma completo de C. botulinum xa foi secuenciado (Sanger).

 Fenotipos 
A nomenclatura actual de C. botulinum recoñece catro grupos fisiolóxicos (I-IV). A clasificación está baseada na capacidade do organismo de dixerir proteínas complexas.L. V. Holdeman, J. B. Brooks. 1970. Variation among strains of Clostridium botulinum and related clostridia. Protocols of the first U.S-Japan conference on Toxic Microorganisms. pp. 278–286L. D. S. Smith, G. Hobbs. 1974. Genus III Clostridium Prazmowski 1880, 23. In R. E. Buchanan, N. E. gibbons (eds.), Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, 8th edition. William & Wilkins, Baltimore. pp. 551–572. Estudos do ADN e ARNr destas bacterias apoian a subdivisión das especies nos grupos I-IV. A maioría dos estalidos de casos de botulismo humano están causados polo grupo I (proteolítico) ou o II (non proteolítico) de C. botulinum. Os do grupo III causan principalmente enfermidades en animais. Non se rexistrou nunca un caso de C. botulinum do grupo IV que causase enfermidade en humanos ou animais.

 Patoloxía 

A intoxicación por botulismo pode ocorrer debido a consumir alimentos envasados en casa e conservados incorrectamente, alimentos de baixa acidez que non foron procesados utilizando os tempos axeitados de conservación e/ou presión.

 Tipos de neurotoxina 

A produción de neurotoxina é a característica común da especie C. botulinum. Identificáronse sete tipos de toxinas e asignáronselles as letras do A ao G. A maioría das cepas producen un tipo de neurotoxina pero describíronse cepas que producen múltiples toxinas. Os Clostridium botulinum que producen toxinas dos tipos B e F illáronse de casos de botulismo humano en Novo México e California. O tipo de toxina foi denominado Bf xa que a toxina de tipo B foi atopada en exceso no tipo F. De xeito similar, informouse da existencia de cepas que producen toxinas Ab e Af. Hai probas de que os xenes das neurotoxinas sufriron transferencia horizontal de xenes, posiblemente a partir dunha fonte viral. Esta teoría está apoiada na presenza de sitios de integración que flanquean o xene da toxina nalgunhas cepas de C. botulinum. Porén, estes sitios de integración son degradados, o que indica que C. botulinum adquiriu os xenes da toxina hai moito tempo no seu pasado evolutivo.

Só os tipos A, B, E, e F causan enfermidade en humanos, mentres que os tipos C e D causan enfermidade en vacas, aves, e outros animais pero non en humanos. O procedemento estándar para determinar o tipo de toxina é un bioensaio con ratos, pero os xenes dos tipos A, B, E, e F poden agora diferenciarse rapidamente usando a reacción en cadea da polimerase en tempo real.

Unhas poucas cepas doutros organismos identificados xeneticamente como pertencentes a outras especies de Clostridium poden causar tamén botulismo humano. Son: Clostridium butyricum, que produce toxina do tipo E e Clostridium baratii, que produce toxina do tipo F. A capacidade de C. botulinum de transferir de forma natural xenes das neurotoxinas a outros clostridios é preocupante, especialmente para a industria alimentaria, na cal os sistemas de conservación están deseñados para destruír ou inhibir só a C. botulinum pero non a outras especies de Clostridium.

+ Grupos fenotípicos de Clostridium botulinumPropiedadesGrupo IGrupo IIGrupo IIIGrupo IV Tipos de toxina A, B, F B, E, F C, D G Proteólise + - feble - Sacarólise - + - - Hóspede na enfermidade humanos humanos animais - Xene da toxina cromosoma/plásmido cromosoma/plásmido bacteriófago plásmido Especies próximas C. sporogenes, C. putrificum C. butyricum, C. beijerinickii C. haemolyticum, C. novyi tipo A C. subterminale, C. haemolyticum

 Clostridium botulinum en diferentes áreas xeográficas 
Varios estudos cuantitativos estatísticos sobre esporas de C. botulinum no ambiente suxiren unha prevalencia de tipos específicos de toxinas en determinadas áreas xeográficas, ao cal non se lle atopou unha explicación.

 Europa 
O Clostridium botulinum de tipo E é prevalente en sedimentos acuáticos en Noruega e Suecia,A. Johannsen. 1963. Clostridium botulinum in Sweden and the adjacent waters. J. Appl. Bacteriol. 26:43–47. Dinamarca, Países Baixos, e nas costas do mar Báltico de Polonia e Rusia. Suxeriuse que o C. botulinum de tipo E é un verdadeiro organismo acuático, o cal está indicado pola correlación entre o nivel de contaminación de tipo E e os episodios en que se produce asolagamento da terra con auga de mar. Cando despois a terra seca, o nivel de tipo E diminúe e o do tipo B faise dominante.

Nos sedimentos do solo do Reino Unido, o C. botulinum de tipo B é o que predomina. En xeral, a incidencia é xeralmente máis baixa no solo ca nos sedimentos. En Italia, un estudo realizado nas proximidades de Roma atopou un baixo nivel de contaminación, e todas as cepas eran proteolíticas dos tipos A ou B.

 Norteamérica 
O C. botulinum de tipo A é o predominante nas mostras de solo das rexións do oeste, mentres que o tipo B é o principal nas áreas do leste.A. H. W. Hauschild. 1989. Clostridium botulinum. In M. P. Doyle (ed.), Food-borne Bacterial Pathogens. Marcel Dekker, New York. Pp. 111–189 Os organismos de tipo B eran do tipo proteolítico I. Os sedimentos das rexións dos Grandes Lagos foron estudados despois de estalidos de botulismo entre peixes criados comercialmente e só se detectaron esporas de tipo E.M. W. Eklund, M. E. Peterson, F. T. Poysky, L. W. Peck, J. F. Conrad. 1982. Botulism in juvenile Coho salmon (Onocorhynchus kisutch) in the United States. Aquaculture 27:1–11M. W. Eklund, F. T. Poysky M. E. Peterson, L. W. Peck, Brunson. 1984. Type E botulism in salmonids and conditions contributing to outbreaks. Aquaculture 41:293–309. Un estudo indicou que as cepas de tipo A eran illadas de solos que eran neutros ou alcalinos (pH medio de 7,5) mentres que as cepas do tipo B eran illadas de solos lixeiramente ácidos (pH medio do 6,25).

 Australia 
O Clostridium botulinum de tipo A atopouse en mostras de solos de áreas de montaña de Victoria.C. E. Eales, J. M. Gillespie. 1947. the isolation of Clostridium botulinum type A from Victorian soils. Aust. J. Sci. 10:20–21. Os organismos de tipo B foron detectados en lodo mariño de Tasmania.D. f. Ohye, W. J. Scott. 1957. Studies in the physiology of Clostridium botulinum type E. Aust. L. Biol. Sci. 10:85–94. O C. botulinum de tipo A atopouse nos arredores de Sydney e os tipos A e B illáronse de áreas urbanas. Nunha área ben definida da rexión de Darling-Downs de Queensland, outro estudo mostrou que había unha prevalencia e persistencia de C. botulinum de tipo B despois de que se producisen moitos casos de botulismo en cabalos.

 Outros 
Probas. O tipo de toxina botulínica presente determínase cunha proba de "protección de rato" ou "bioensaio de rato" utilizando anticorpos monoclonais. Pode tamén usarse para detectar a toxina un ensaio de inmunoabsorbencia con encima unido (ELISA) con anticorpos etiquetados con digoxixenina,Shashi K. Sharma, Joseph. L. Ferreira, Brian S. Eblen and Richard C. Whitingand. Detection of Type A, B, E, and F Clostridium botulinum Neurotoxins in Foods by Using an Amplified Enzyme-Linked Immunosorbent Assay with Digoxigenin-Labeled Antibodies. Appl. Environ. Microbiol. February 2006 vol. 72 no. 2 1231-1238.  e a PCR en tempo real pode detectar os xenes da toxina nun organismo.

Botox. Clostridium botulinum utilízase tamén para preparar os medicamentos Botox, Dysport, Xeomin, e Neurobloc usados para paralizar selectivamente os músculos ou para aliviar temporalmente a función muscular. Tense usado tamén para o tratamento de dores faciais severos, como os causados pola neuralxia do trixémino ou con fins estéticos.

Arma. A toxina botulínica producida por C. botulinum crese que podería utilizarse como potencial arma biolóxica xa que é tan potente que abondan con 75 nanogramos para matar a unha persoa (a dose letal media ou LD50 é de 1 ng/kg, considerando un peso medio da persoa de ~75 kg); polo que 1 kg desta substancia sería dabondo para matar a total poboación mundial humana. Como comparación, unha cuarta parte do peso dun gran de area típico (350 ng) de toxina botulínica sería unha dose letal para un ser humano.

Resistencia das esporas. Clostridium botulinum é unha bacteria do solo. As súas esporas poden sobrevivir na maioría dos ambientes e son moi difñiciles de matar. Poden sobrevivir á temperatura de ebulición da auga a nivel do mar, polo que moitos alimentos son enlatados fervéndoos a presión para que se chegue a unha temperatura máis alta, suficiente para matar as esporas.

Alimentos. O crecemento da bacteria pode impedirse cunha alta acidez, unha alta proporción de azucre disolvido, altos niveis de oxíxeno, niveis moi baixos de humidade ou mediante o almacenamento a temperaturas por debaixo de 3 °C para o tipo A. Por exemplo, en latas de vexetais de baixa acidez como feixóns verdes que non foron quentados dabondo como para matar as esporas pode haber un medio libre de oxíxeno no que crezan as esporas e produzan a toxina. Por outra parte, os alimentos conservados con vinagre son o suficientemente ácidos como para impedir o crecemento da bacteria, e mesmo se están presentes as esporas, estas non poden causar dano ao consumidor. O mel, xarope de millo, e outros edulcorantes poden conter esporas pero estas non poden crecer en solucións con tanta concentración de azucres; porén, cando un destes edulcorantes é diluído nun ambiente baixo en oxíxeno, como pode ser o aparato dixestivo pouco ácido dun neno pequeno, as esporas poden crecer alí e producir toxinas. En canto os nenos pequenos empecen a comer alimentos sólidos, os zumes dixestivos vanse facer máis ácidos e a bacteria xa non poderá crecer.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Ligazóns externas 
 Pathema-Clostridium Recursos

 Investigación actual sobre Clostridium botulinum no Norwich Research Park 

Categoría:Clostridiales
Categoría:Intoxicacións alimentarias