Clostridium botulinum

Caratteristiche

Clostridium botulinum è un batterio Gram positivo,appartenente al genere Clostridium, facente parte del Phylum Firmicutes.

Il phylum Firmicutes è composto da oltre 200 diversi generi come Lactobacillus, Bacillus, Clostridium, Enterococcus e Ruminicoccus. I generi di Clostridium ne rappresentano il 95%.

Clostridium botulinum è capace di formare endospore subterminali deformanti molto resistenti. Le cellule vegetative producono una potente neurotossina proteica, la tossina botulinica. L’ingestione della suddetta tossina, provoca nell’uomo una malattia definita come “Botulismo”.

Le principali caratteristiche di Clostridium botulinum sono le seguenti: 

  • Bacillo Gram (+)
  • Mobile (presenta flagelli peritrichi)
  • Anaerobio
  • Catalasi (-)

Attualmente è possibile dividere Clostridium botulinum in 4 distinti gruppi (I-IV) e in 7 differenti sierotipi (A-G) in base all’antigenicità della tossina botulinica prodotta. (Figura 1)

Rappresentazione dei 4 gruppi di Clostridium botulinum
Figura 1 – Rappresentazione dei 4 gruppi di Clostridium botulinum

E’ importante notare che solamente i gruppi I ( con tossine A,B,F) e II ( con tossine B,E,F) possono causare malattie nell’uomo.

Filogenesi

DominioBacteria
RegnoPosibacteria 
PhylumFirmicutes
ClasseClostridia
OrdineClostridiales
FamigliaClostridiaceae
GenereClostridium
SpecieC. botulinum

Morfologia delle colonie

Clostridium botulinum viene isolato e identificato mediante dei terreni selettivi, in condizioni di anaerobiosi. Questo batterio non ha requisiti nutrizionali molto complessi, e i terreni maggiormente usati sono agar sangue, tuorlo d’uovo, o anche agar Brucella con 5% di sangue di pecora. 

Per l’identificazione di Clostridium botulinum in campioni alimentari o/o clinici, viene generalmente utilizzato il terreno selettivo- differenziale BSM (Botulism Selective Medium). Questo terreno contiene una sospensione di tuorlo d’uovo per la rilevazione di lecitinasi, lipasi e per valutare l’ attività proteolitica. La degradazione della lecitina nel tuorlo d’uovo provoca un precipitato opaco intorno alle colonie. La lipasi distrugge i grassi all’interno del tuorlo d’uovo, il che si traduce in una lucentezza iridescente sulla superficie della colonia.

Per quanto riguarda la morfologia delle colonie, in terreni solidi appaiono spesso di un colore bianco grigiastro con un bordo frastagliato.

Figura 2 - Clostridium botulinum cresce su agar tuorlo d'uovo dopo 72 ore di incubazione. E’ possibile osservare la reazione della lipasi, descritta dall’area brillante intorno a ogni colonia
Figura 2 – Clostridium botulinum cresce su agar tuorlo d’uovo dopo 72 ore di incubazione. E’ possibile osservare la reazione della lipasi, descritta dall’area brillante intorno a ogni colonia
Clostridium botulinum al microscopio ottico (sinistra) in cui si osservano le spore e su blood agar (destra)
Figura 3 – Clostridium botulinum al microscopio ottico (sinistra) in cui si osservano le spore e su blood agar (destra)

La temperatura ottimale per la crescita di Clostridium botulinum è di 35 °C

Patogenesi

Clostridium botulinum secerne una delle tossine biologiche più potenti. L’esotossina botulinica è una neurotossina che blocca irreversibilmente il rilascio di acetilcolina (Ach). 

Rappresentazione schematica della tossina botulinica. In blu è rappresentata la catena leggera (dominio catalitico), in verde è rappresentata la catena pesante (dominio di traslocazione) mentre in giallo e rosso rono rappresentati i domini di legame al recettore.
Figura 4 – Rappresentazione schematica della tossina botulinica. In blu è rappresentata la catena leggera (dominio catalitico), in verde è rappresentata la catena pesante (dominio di traslocazione) mentre in giallo e rosso sono rappresentati i domini di legame al recettore

La tossina, una volta ingerita viaggia verso il tratto intestinale. Questa è in grado di resistere all’acidità dello stomaco senza alcun tipo di complicazione e non viene quindi inattivata da acido gastrico ed enzimi proteolitici. 

Nella maggior parte dei casi, la tossina viene assorbita a livello di duodeno e digiuno e raggiunge il sistema nervoso periferico attraverso la circolazione sanguigna, andando ad inibire i motoneuroni. Una volta che il neurone è compromesso dalla tossina, la cellula non può secernere acetilcolina, si verifica quindi un blocco colinergico e l’individuo sperimenta l’inizio della paralisi.

La tossina botulinica è un polipeptide a catena doppia costituita da: 

  • Subunità A (55 Kd,catena leggera ) –> attività neurotossica, possiede attività proteasica  
  • Subunità B (100 Kd, catena pesante) –> protegge la tossina dall’azione degli acidi gastrici 

Le due catene sono legate mediante ponti disolfuro. La catena leggera è particolarmente importante in quanto attacca una delle proteine della giunzione muscolare (SNAP25) impedendo il rilascio di acetilcolina, mentre la catena pesante è fondamentale per la penetrazione della tossina all’interno delle estremità assoniche. 

Immagine renderizzato rappresentante la tossina botulinica prodotta da Clostridium botulinum
Figura 5 – Immagine renderizzata rappresentante la tossina botulinica prodotta da Clostridium botulinum. Per gentile concessione di Gianluca Tommasello (https://3dproteinimaging.com/)

Il botulismo

L’avvelenamento alimentare è causato dall’ingestione di cibo contaminato da spore di Clostridium botulinum. L’ingestione delle spore non sempre porta a sviluppare la malattia, ma nella maggior parte dei casi queste spore germinano, crescono e producono la tossina che si accumula nell’alimento. Ovviamente, la germinazione delle spore e la produzione della tossina sono favorite da condizioni quali : 

  • Ambiente anaerobico (assenza di ossigeno)
  • Basso contenuto di zuccheri 
  • Basso contenuto di sale 
  • Bassi livelli di acidità 

Gli alimenti maggiormente implicati sono:

  • Conserve fatte in casa
  • Pesce affumicato
  • Cibo in scatola mal processato
  • Alimenti per bambini contenenti miele. 

In generale, tutti i cibi conservati che non vengono fatti cuocere e che hanno un basso grado di acidità (pH sopra il 4,6), possono costituire un ambiente adatto alla crescita del botulino. La tossina botulinica è stata ritrovata in alimenti molto diversi come mais in scatola, peperoni, fagiolini, melanzane, barbabietole, funghi, spinaci, olive, tonno, paté, affettati sotto vuoto, pesce conservato e mascarpone.

Sono 3 le forme principali di botulismo: 

  • Botulismo Alimentare: dovuto alla presenza della tossina nei cibi. Questo può colpire individui di tutte le età e non è trasmissibile da persona a persona. I sintomi solitamente si manifestano molto rapidamente, da poche ore a pochi giorni dall’ingestione della tossina (6 ore – 15 giorni). I principali sintomi sono annebbiamento e sdoppiamento della vista, rallentamento e difficoltà di espressione, fatica nell’ingerire, secchezza della bocca, debolezza muscolare che dalla parte superiore del corpo, spalle e braccia, passa agli arti inferiori, con paralisi successiva. Nei casi più severi, la paralisi dei muscoli coinvolti nella respirazione necessita che venga instaurata una respirazione assistita.
  • Botulismo da ferita: Dovuto all’infezione di ferite da parte del batterio
  • Botulismo infantile: Si verifica principalmente nei bambini di età inferiore a 6 mesi. Contrariamente al botulismo di origine alimentare, qui abbiamo la continua produzione di tossina causata dalla colonizzazione dell’intestino crasso da parte di Clostridium botulinum. Il tratto intestinale infantile è infatti privo di flora batterica protettiva e acidi biliari inibitori del Clostridium, che consentono al C. botulinum di prosperare e produrre la tossina che causa la malattia.

Terapia

Se preso in tempo, il botulismo può essere trattato con un’antitossina che controlla l’azione della neurontossina che circola nel sangue. Questa antitossina è altamente efficace contro i tipi A, B ed E. L’antitossina, purtroppo, può solo prevenire il peggioramento del disturbo, ma non curare del tutto l’individuo .

Esiste un vaccino contro il botulismo ma viene usato raramente poiché la sua efficacia non è stata completamente valutata e ha dimostrato effetti collaterali negativi. 

Prevenzione

La prevenzione del botulismo di origine alimentare si basa sulle buone pratiche di preparazione degli alimenti, in particolare durante il riscaldamento/sterilizzazione

Le forme vegetative possono essere distrutte con l’ebollizione, ma le spore possono rimanere vitali. Tuttavia, le spore possono essere uccise da trattamenti a temperatura molto elevata come nel caso dell’appertizzazione (ovvero il trattamento per la conservazione degli alimenti consistente nella sterilizzazione mediante calore in contenitori ermetici). 

Le temperature di refrigerazione combinate con un alto contenuto di sale e/o condizioni acide, possono impedire la crescita dei batteri e la formazione della tossina.

Altri dati su Clostridium botulinum

  • Data la sua estrema potenza, la tossina botulinica potrebbe essere impiegata come arma biologica, in quanto un singolo grammo di tossina cristallina, uniformemente dispersa e inalata, può uccidere più di un milione di persone;
  • La tossina botulinica trova il suo impiego anche nell’ambito della cosmetica, in quanto viene utilizzato per contrastare la comparsa di rughe e segni del tempo.
  • Recentemente, la tossina botulinica ha dimostrato di avere un impatto su disturbi quali disturbi ipersecretori (iperidrosi severa), disordini neuromuscolari, spasmi della muscolatura liscia a livello gastrointestinale.

Considerazioni finali su Clostridium botulinum

Le cinque chiavi per un cibo più sano ( o, in lingua originale, “The Five Keys to Safer Food”) proposte dall’Organizzazione Mondiale della Sanità, sono la base per l’educazione dei consumatori e sono particolarmente importanti nella prevenzione dell’intossicazione alimentare. Proprio per questo è importante: 

  1. Mantenere l’ambiente pulito;
  2. Separare cibo cotto e crudo;
  3. Cuocere accuratamente il cibo;
  4. Mantenere il cibo a temperature sicure;
  5. Utilizzare acqua pulita e materie prime sicure. 

Si ringrazia Ilaria Salvatori per la gentile concessione dell’articolo

Fonti

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