Bacillus cereus

Rodzaj Bacillus obejmuje wiele gatunków (> 60) Gram-dodatnich, pałeczkowatych bakterii tworzących przetrwalniki, które są tlenowe lub fakultatywnie beztlenowe. Większość gatunków Bacillus ma niewielki lub żaden potencjał chorobotwórczy i rzadko są one związane z chorobami u ludzi lub zwierząt. Wyjątkami są B. anthracis i B. cereus. Ponadto istnieje coraz więcej dowodów na to, że niektóre gatunki Bacillus spoza rodzaju cereus mogą powodować choroby przenoszone przez żywność. Potencjalnie patogenne gatunki Bacillus inne niż cereus obejmują B. subtilis, B. licheniformis. Nie wydaje się, aby istniały jakiekolwiek szczególne okoliczności, które odróżniałyby zwalczanie potencjalnie patogennych gatunków Bacillus innych niż cereus od zwalczania B. cereus. Dlatego przy projektowaniu produktu należy wyraźnie uwzględnić tylko B. cereus. Bacillus cereus jest dobrze znanym patogenem przenoszonym przez żywność. Liczba przypadków zachorowań jest prawdopodobnie zaniżona. Bacillus cereus może powodować dwa rodzaje chorób przenoszonych przez żywność: zatrucie pokarmowe wywołane spożyciem stabilnej termicznie toksyny wstępnie uformowanej w żywności oraz biegunkową chorobę przenoszoną przez żywność wywołaną tworzeniem się enterotoksyn w jelicie cienkim po spożyciu dużej liczby żywych organizmów (komórek lub zarodników). Zatrucie pokarmowe B. cereus typu wymiotnego jest prawie wyłącznie związane z pokarmami zawierającymi skrobię, zwłaszcza gotowanym lub smażonym ryżem oraz gotowanym makaronem i daniami z makaronu. Biegunkowy typ choroby przenoszonej drogą pokarmową B. cereus jest związany z szeroką gamą produktów spożywczych, najczęściej gotowanymi daniami mięsnymi lub warzywnymi, zupami, sosami i puddingami. Oba rodzaje chorób przenoszonych drogą pokarmową wywołanych przez B. cereus są łagodne i krótkotrwałe. Dawka zakaźna jest stosunkowo wysoka, tj. > 1 x 105 jtk/g lub ml. Bacillus cereus jest wszechobecny i można go znaleźć na niskim poziomie praktycznie we wszystkich surowcach. Przetrwalniki Bacillus cereus przetrwają pasteryzację. Aby kontrolować ryzyko związane z B. cereus, gotowana żywność musi być przechowywana w warunkach (czas/temperatura), które zapobiegną kiełkowaniu i wzrostowi przetrwałych zarodników do znacznych poziomów. Istnieją szczepy B. cereus, które mogą rosnąć w temperaturach chłodniczych. Oprócz chorób przenoszonych przez żywność, B. cereus może powodować infekcje ran, infekcje oczu, posocznicę i zapalenie opon mózgowych (infekcje te zwykle występują tylko u żywicieli, którzy są w jakiś sposób upośledzeni). Gatunki Bacillus inne niż cereus są również związane z infekcjami nie przenoszonymi przez żywność, np. infekcjami ran. Gatunki Bacillus nie są generalnie uważane za stanowiące problem dla kosmetyków. W historii nie odnotowano wzrostu gatunków Bacillus w większości formatów produktów kosmetycznych. Gatunki Bacillus mogą przedostać się do produktów z surowców i przetrwać w produkcie. Ważne jest, aby poziomy gatunków Bacillus były kontrolowane w surowcach poprzez specyfikacje całkowitej liczby żywych drobnoustrojów z dostawcami. Dostępne są metody laboratoryjne wykrywania B. cereus i jego toksyn. Jednak rozróżnienie gatunków Bacillus może być trudne. B. subtilis są powszechnie stosowane w przemyśle spożywczym do produkcji enzymów i innych metabolitów. Gatunki Bacillus spoza rodzaju cereus są również celowo włączane do niektórych środków czyszczących. Ponadto B. thuringiensis jest stosowany jako środek owadobójczy.

Rodzaj Bacillus obejmuje wiele gatunków (> 60) Gram-dodatnich, pałeczkowatych bakterii tworzących przetrwalniki, które są ściśle tlenowe lub fakultatywnie beztlenowe. Większość gatunków Bacillus ma niewielki lub żaden potencjał chorobotwórczy i rzadko wiąże się z chorobami u ludzi lub zwierząt. Wyjątkami są B. anthracis i B. cereus. Bacillus cereus jest głównym gatunkiem Bacillus związanym z chorobami przenoszonymi przez żywność. Podczas gdy większość innych gatunków Bacillus jest nieszkodliwa, niektóre gatunki Bacillus inne niż cereus były czasami izolowane z próbek żywności związanych z ogniskami zatruć pokarmowych. Gatunkami najczęściej izolowanymi w takich przypadkach są B. subtilis i B. licheniformis, chociaż B. pumilus, Brevibacillus brevis i B. thuringiensis były związane z niewielką liczbą ognisk. Bacillus cereus jest dobrze znaną przyczyną chorób przenoszonych przez żywność u ludzi. Bacillus cereus może powodować dwa rodzaje chorób: zatrucie pokarmowe spowodowane spożyciem toksyny wymiotnej wstępnie uformowanej w żywności oraz biegunkową chorobę przenoszoną drogą pokarmową spowodowaną tworzeniem się enterotoksyn w jelicie cienkim po spożyciu dużej liczby żywych organizmów (komórek lub zarodników). Oprócz chorób przenoszonych przez żywność, B. cereus może powodować infekcje ran, infekcje oczu, posocznicę i zapalenie opon mózgowych. Te inne infekcje zwykle występują tylko u żywicieli, którzy są w jakiś sposób upośledzeni. Toksyna Bacillus cereus nie będzie niszczona w procesach pasteryzacji lub sterylizacji, dlatego koniczna jest kontrola tego zagrożenia w operacjach produkcyjnych poprzedzających obróbkę termiczną żywności.

Żywność/produkty związane z Bacillus cereus

Zatrucie pokarmowe B. cereus typu wymiotnego jest prawie wyłącznie związane z żywnością zawierającą skrobię, zwłaszcza gotowanym lub smażonym ryżem oraz gotowanym makaronem i daniami z makaronu. Ten rodzaj zatrucia pokarmowego zwykle wynika z pozostawienia gotowanej żywności na pewien czas w temperaturze umożliwiającej kiełkowanie, wzrost i produkcję toksyn. Praktyki gotowania tych produktów luzem i chłodzenia w temperaturze pokojowej pozwalają na powstanie takich warunków.

Biegunkowy typ choroby przenoszonej przez żywność B. cereus jest związany z szeroką gamą produktów spożywczych, najczęściej z gotowanymi daniami mięsnymi lub warzywnymi, zupami, sosami i puddingami. Ogólnie rzecz biorąc, ten rodzaj choroby przenoszonej drogą pokarmową występuje, gdy przetrwalniki przetrwają proces gotowania, a produkty są przechowywane w warunkach przechowywania po ugotowaniu, które umożliwiają kiełkowanie i wzrost zarodników.

Większość ognisk choroby wywołanej przez B. cereus wynika z niezadowalających warunków przechowywania po ugotowaniu, które umożliwiły kiełkowanie i wzrost przetrwałych zarodników.

Choroba u człowieka wywoływana przez Bacillus cereus

Częstość występowania którejkolwiek z postaci choroby przenoszonej przez żywność wywołanej przez B. cereus jest znacznie zaniżona, ponieważ objawy w większości przypadków są stosunkowo łagodne i krótkotrwałe. Choroba jest zgłaszana i badana tylko wtedy, gdy ognisko obejmuje kilka przypadków i pochodzi z jednego źródła. Zapalenie żołądka i jelit wywołane przez B. cereus ma charakter samoograniczający i wymaga jedynie leczenia objawowego. W bardzo rzadkich przypadkach choroba zakończyła się śmiercią.

Choroba typu wymiotnego jest zatruciem wynikającym ze spożycia wstępnie uformowanej toksyny w skażonej żywności. Choroba biegunkowa wynika z produkcji enterotoksyny w jelicie cienkim i jest podobna do choroby wywołanej przez Clostridium perfringens.

Uważa się, że te dwa rodzaje chorób przenoszonych przez żywność są wywoływane przez różne szczepy B. cereus. Oprócz chorób przenoszonych przez żywność, B. cereus może powodować infekcje ran, infekcje oczu, posocznicę i zapalenie opon mózgowych. Te inne infekcje zwykle występują tylko u żywicieli, którzy są w jakiś sposób upośledzeni.

Bacillus cereus - główne objawy

Choroba typu wymiotnego charakteryzuje się wymiotami, po których często następuje biegunka. Całkowite wyleczenie następuje zwykle w ciągu 12-24 godzin. Objawy choroby biegunkowej obejmują ból brzucha, wodnistą biegunkę i nudności (rzadko towarzyszą im wymioty). Czas trwania choroby wynosi 12-24 godzin. Organizmy są szybko usuwane z organizmu po wyzdrowieniu. Uważa się, że wszyscy ludzie są podatni na zatrucie pokarmowe B. cereus, chociaż istnieją przesłanki wskazujące, że niektóre osoby mogą być bardziej podatne niż inne.

Bacillus cereus - patogenność

Bacillus cereus wytwarza toksynę wymiotną, która jest przyczyną zatrucia pokarmowego typu wymiotnego. Toksyna wymiotna, zwana cereulidem, jest białkiem, które składa się ze struktury pierścieniowej trzech powtórzeń czterech aminokwasów i/lub oksykwasów. Ta struktura pierścieniowa (dodekadepsipeptyd) ma masę cząsteczkową 1,2 kDa i jest blisko spokrewniona chemicznie z jonoforem potasowym, walinomycyną.

Bacillus cereus może również wytwarzać co najmniej trzy różne enterotoksyny związane z biegunkowym typem choroby przenoszonej przez żywność. Enterotoksyna hemolityczna Hbl została dobrze scharakteryzowana i ma szereg skutków biologicznych, a także powoduje zapalenie żołądka i jelit przenoszone przez żywność. Niehemolityczna enterotoksyna Nhe jest również białkiem trójskładnikowym. Trzy składniki tej toksyny różnią się od składników Hbl, chociaż istnieją podobieństwa. Binarne kombinacje składników Nhe mają pewną aktywność biologiczną, ale nie tak dużą, jak w przypadku obecności wszystkich trzech składników. Trzecia enterotoksyna zaangażowana w zapalenie żołądka i jelit B. cereus została nazwana CytK i jest jednoskładnikowym białkiem, które jest nekrotyczne i hemolityczne.
Możliwe znaczenie enterotoksyny T w chorobach przenoszonych przez żywność B. cereus nie zostało ustalone. Enterotoksyna T jest jednoskładnikową toksyną białkową. Do wywołania zatrucia pokarmowego wymagana jest duża liczba B. cereus. Liczby znajdowane w żywności związanej z zatruciem pokarmowym B. cereus mieszczą się zazwyczaj w zakresie od 105 do 109 jtk/g lub ml.

Minimalna dawka zakaźna/toksyczna jest najprawdopodobniej związana z chorobą biegunkową, w której żywe organizmy (komórki lub przetrwalniki) są spożywane, a wzrost i produkcja toksyn mają miejsce w jelicie cienkim. Duże różnice między szczepami w zdolności do wytwarzania toksyn utrudniają określenie dawki zakaźnej. Choroba typu wymiotnego, w której toksyna jest wstępnie formowana w żywności, wymaga wysokiego stężenia komórek, tj. powyżej 105 jtk/g lub ml do produkcji toksyny. Analiza dostępnych danych wskazuje, że poziom B. cereus wymagany do wywołania choroby biegunkowej wynosi co najmniej 105 jtk/g lub ml, a często jest znacznie wyższy. Zatem minimalna dawka zakaźna dla choroby przenoszonej przez żywność wywołanej przez B. cereus wydaje się wynosić 1 x 105 jtk/g lub ml.

Bacillus cereus - okres inkubacji i leczenie

Choroba typu wymiotnego ma krótki okres inkubacji wynoszący od 1 do 6 godzin (typowy dla zatrucia).
Choroba typu biegunkowego ma okres inkubacji od 8 do 24 godzin. Zatrucie pokarmowe Bacillus cereus jest uważane za łagodną chorobę, która zwykle ustępuje samoistnie. Bacillus cereus jest zwykle wrażliwy na aminoglikozydy, klindamycynę, wankomycynę, gentamycynę, erytromycynę, ale jest odporny na penicyliny i cefalosporyny.

Bacillus cereus - sposób przenoszenia

Bacillus cereus jest przenoszony przez skażoną żywność. Gatunki Bacillus są często obecne w niewielkich ilościach w normalnych stolcach jako flora przejściowa, co odzwierciedla spożycie w diecie (niewielka liczba B. cereus może zostać spożyta bez żadnych złych skutków). W przypadku zatrucia pokarmowego organizm może być wydalany w dość dużych ilościach do 48 godzin po wystąpieniu objawów.

Źródła zakażenia Bacillus cereus

Odnotowano przypadki poronień bydła i owiec wywołanych przez B. cereus, choć źródła zakażeń nie są znane. Bacillus cereus jest szeroko rozpowszechniony w przyrodzie. Występuje powszechnie w wielu środowiskach, w tym w glebach (zwłaszcza w glebach ryżowych), osadach, pyle, naturalnej wodzie i roślinności. Bacillus cereus można znaleźć praktycznie na każdym surowcu. Oprócz ryżu i przypraw, produkty mleczne są jednymi z najczęściej zanieczyszczonych B. cereus. Bacillus cereus jest zwykle obecny na surowcach na niskim poziomie, tj. < 102 jtk/g.

Ze względu na jego wszechobecny charakter i zdolność do tworzenia zarodników, które pozwalają mu przetrwać pasteryzację, B. cereus będzie obecny w wielu przetworzonych produktach spożywczych. Żywność typu mącznego (zawierająca skrobię), taka jak ryż, makaron, kluski i ciasta, jest związana z chorobami typu wymiotnego, podczas gdy żywność białkowa, taka jak mleko, mięso, sosy i desery, jest związana z wybuchami chorób typu biegunkowego. Niska liczba B. cereus jest prawdopodobnie obecna we wszystkich surowych i przetworzonych materiałach. Tak więc, chociaż przetrwalniki B. cereus mogą być obecne jako ogólne zanieczyszczenia w środowisku przetwarzania żywności, środowisko przetwarzania żywności nie jest uważane za znaczące pod względem zanieczyszczenia produktu B. cereus, pod warunkiem przestrzegania dobrych praktyk higienicznych.

Bacillus cereus może powodować infekcje ran, infekcje oczu, posocznicę i zapalenie opon mózgowych. Infekcje te zwykle występują tylko u żywicieli, którzy są w jakiś sposób zagrożeni, np. u osób cierpiących na poważne choroby lub osoby, które przeszły inwazyjną procedurę.

Gatunki Bacillus mogą zanieczyszczać kosmetyki. Zwykle pochodzą one z surowców, zwłaszcza materiałów pochodzenia naturalnego. Jednakże nie ma historii wzrostu gatunków Bacillus lub innych mikroorganizmów Gram-dodatnich w większości formatów produktów kosmetycznych. Powodem, dla którego gatunki Bacillus nie rosną w większości formatów produktów kosmetycznych, jest formuła tych produktów, np. wysokie pH, konserwanty. Oprócz gatunków Bacillus jako niepożądanych zanieczyszczeń produktów kosmetycznych, istnieją również przypadki, w których gatunki Bacillus są celowo włączane do produktów czyszczących.

Wzrost, przeżywalność i produkcja toksyn przez Bacillus cereus

Temperatura

Szczepy B. cereus różnią się znacznie pod względem wzrostu, przeżywalności i charakterystyki produkcji toksyn. Dane dotyczące wpływu wielu czynników są ograniczone dla B. cereus, a tym bardziej dla innych gatunków Bacillus. Podane poniżej limity wzrostu dotyczą sytuacji, gdy inne warunki (np. temperatura, pH, aktywność wody) są zbliżone do optymalnych. Istnieją oznaki bardziej ograniczonych limitów wzrostu, gdy inne warunki nie są optymalne, np. w niskich temperaturach minimalne pH dla wzrostu jest wyższe niż w optymalnych temperaturach wzrostu.

Ogólnie rzecz biorąc, Bacillus cereus ma odnotowany zakres temperatur wzrostu od 4°C do 45°C, przy czym nie odnotowano wzrostu w temperaturze 50°C i wyższej. Niektóre szczepy są psychrotroficzne, zdolne do wzrostu w temperaturze 7°C lub niższej, podczas gdy inne szczepy są mezofilne. Toksyna wymiotna nie jest wytwarzana w temperaturach <10°C. Jednakże, znacząca produkcja toksyny wymiotnej może wystąpić w temperaturach 12°C i wyższych. Przetrwalniki Bacillus cereus są bardziej odporne na zamrażanie i rozmrażanie niż komórki wegetatywne, a szybkość zamrażania nie ma znaczącego wpływu na przeżywalność. Przetrwalniki B. cereus są w stanie przetrwać wiele lat w stanie zamrożonym. Na przykład wykazano, że liczba zarodników nie zmienia się znacząco, gdy są przechowywane w roztworze soli fizjologicznej w temperaturze -20°C przez 260 dni.

pH

Ogólnie rzecz biorąc, Bacillus cereus wykazuje wzrost w zakresie pH 4,5-10,5, przy czym nie odnotowano wzrostu przy pH 11 i wyższym. Optymalne pH dla wzrostu wynosi 6,5-7,0. W obecności kwasów organicznych (np. kwasu mlekowego i cytrynowego) dolna granica wzrostu pH wydaje się być nieco wyższa. Istnieją dowody na to, że minimalne pH dla kiełkowania zarodników jest niższe niż dla późniejszego wzrostu komórek wegetatywnych.

Szczepy Bacillus cereus zostały wyizolowane z alkalicznych roztworów myjących stosowanych do czyszczenia w miejscu (CIP) i stwierdzono, że są one zdolne do wzrostu do pH 10,5 po długotrwałej ekspozycji.

Aktywność wody

Minimalna wartość aW dla wzrostu wynosi 0,92 z glicerolem jako substancją rozpuszczoną. W przypadku innych substancji rozpuszczonych odnotowano wyższe minima wzrostu aW, np: NaCl (0,94), glukoza (0,95), fruktoza (0,97), sorbitol (0,94). W obecności niektórych substancji rozpuszczonych (np. fruktozy, glukozy, erytrytolu i glicerolu) przetrwalniki B. cereus mogą kiełkować, ale nie wyrastać, przy niższych wartościach aW.

Przetrwalniki Bacillus cereus mogą przetrwać przez dłuższy czas w środowiskach o niskim aW (np. brak wyraźnej zmiany liczby zarodników zaszczepionych w zbożu ryżowym o aW 0,27-0,28 i 0,52-0,55 i przechowywanych w temperaturze 5-35°C przez 48 tygodni).

Suszenie

Przetrwalniki Bacillus cereus są odporne na suszenie i są powszechnie obecne w suszonych materiałach.

Atmosfera

Bacillus cereus może rosnąć tlenowo, a często także beztlenowo; jednak w warunkach beztlenowych zarówno wzrost, jak i produkcja toksyn są ograniczone.

Konserwanty

Wykazano, że kilka konserwantów ma hamujący wpływ na wzrost B. cereus w żywności lub pożywkach laboratoryjnych, w tym: sorbinian potasu, propionian wapnia i nizyna.

Rodzaj żywności z którym może być związnay B. cereus

Wiadomo, że produkcja toksyny wymiotnej zależy od składu skażonej żywności, przy czym niskie stężenia aminokwasów sprzyjają produkcji toksyny. Wykazano, że produkcja toksyny wymiotnej jest wyższa w żywności bogatej w skrobię (gotowany ryż, makaron, spaghetti i ziemniaki) niż w jajach, mleku, rybach, mięsie i ich produktach, co sugeruje, że ryzyko wystąpienia choroby wymiotnej jest większe w przypadku żywności mącznej, a żywność białkowa stanowi znacznie mniejsze ryzyko.

Inaktywacja Bacillus cereus

Ogrzewanie

Komórki wegetatywne B. cereus są łatwo niszczone w procesie pasteryzacji. Odporność termiczna przetrwalników B. cereus jest podobna do odporności większości mezofilnych bakterii przetrwalnikujących. Wartości D są prawdopodobnie wyższe, gdy organizmy znajdują się w żywności.

Toksyna wymiotna Bacillus cereus jest stabilna termicznie, zachowując aktywność po ogrzewaniu w temperaturze 126°C przez 90 minut. Natomiast enterotoksyna biegunkowa jest wrażliwa na ciepło i jest inaktywowana przez ogrzewanie do 56°C przez 5 minut.

Napromieniowanie

Przetrwalniki Bacillus cereus nie są wyjątkowo odporne na napromieniowanie w porównaniu z innymi bakteriami tworzącymi przetrwalniki. Odnotowano wartości D w zakresie od 1,6 kGy w wodzie destylowanej do 4,1 kGy w lodach.

Wykazano, że naświetlanie promieniami UV (lampa UV 30 W przez 30 s) powoduje zmniejszenie o 2-3 log10 liczby przetrwalników B. cereus na powierzchniach papierowych i plastikowych.

Środki dezynfekujące

Bacillus cereus nie jest wyjątkowo odporny na środki dezynfekujące w porównaniu z innymi bakteriami tworzącymi przetrwalniki. Inaktywację przetrwalników i komórek wegetatywnych B. cereus wykazano przy użyciu kilku środków dezynfekujących, w tym: nadtlenku wodoru, nadchlorynu sodu, formaldehydu, ozonu i kwasu nadoctowego.

Niska liczba B. cereus będzie obecna w wielu produktach spożywczych, zwłaszcza w zbożach i warzywach. Prawdopodobne występowanie B. cereus w większości surowców oznacza, że zagrożenie to musi zostać zidentyfikowane i, w stosownych przypadkach, kontrolowane w projekcie produktu. Kontrola zwykle opiera się na temperaturze, pH, wilgotności i konserwantach. Chociaż eliminacja B. cereus w gotowych produktach niekoniecznie jest wymagana, należy osiągnąć zadowalający poziom organizmu w całym okresie przydatności do spożycia, tj. < 1 x 105 jtk/g lub ml. Zdolność niektórych szczepów B. cereus do wzrostu w temperaturach chłodniczych oznacza, że czas przechowywania musi być dokładnie określony.

Organizmy te będą potencjalnie obecne we wszystkich surowcach. Przetrwalniki mogą przetrwać gotowanie. Problemy pojawiają się, gdy gotowana żywność jest przechowywana zbyt długo w temperaturach umożliwiających rozwój zarodników.