Clostridium botulinum
Clostridium botulinum , окраска генцианом фиолетовым
Научная классификация
Домен: Бактерии Тип: Фирмикуты Класс: Clostridia Порядок: Clostridiales Семейство: Clostridiaceae Род: Клостридии Вид: Clostridium botulinum
Международное научное название
Clostridium botulinum ( van Ermengem 1896) Bergey et al. 1923
Синонимы
Bacillus botulinus van Ermengem, 1896 Bacillus putrificus ( Trevisan 1889) Bienstock 1899 Botulobacillus botulinus (van Ermengem 1896) Orla-Jensen 1909 Clostridium putrificum (Trevisan 1889) Reddish & Rettger 1922 Ermengemillus botulinus (van Ermengem 1896) Heller 1922 Pacinia putrifica Trevisan 1889
Систематика в Викивидах Изображения на Викискладе ITIS    960722 NCBI    1491 EOL    996628

Clostridium botulinum   (лат.) ? анаэробная грамположительная бактерия рода клостридий ^[1] , возбудитель ботулизма  ? тяжёлой пищевой интоксикации , вызываемой ботулиническим токсином и характеризуемой поражением нервной системы .

Впервые эти бактерии выявил в 1895 году бельгийский микробиолог Эмиль ван Эрменгем , ученик Роберта Коха . Однако первые упоминания о вызываемом ими ботулизме относятся ещё к 1793 году , когда в Германии после употребления в пищу копчёной кровяной колбасы заболели 13 человек, 6 из которых скончались. Аналогичные пищевые отравления колбасой с гибелью большого числа людей наблюдались в Германии во время войны с Наполеоном в 1795 - 1813 годах . Тогда считалось, что эта смертность связана с отсутствием гигиены питания в деревнях в связи с войной ^[2] .

Первым учёным, который занялся сбором статистики по случаям подобных отравлений и их симптомов, был Генрих Фердинанд Аутенрит из Тюбингенского университета . Опубликованный им в газете в 1817 году список симптомов включал желудочно-кишечные нарушения, двоение в глазах и расширение зрачка. Также Аутенрит обнаружил связь между силой действия яда и степенью прожарки колбасы.

Одним из медиков, представивших профессору описания случаев отравления, был врач и литератор Юстинус Кернер . В дальнейшем Кернер значительную часть своей жизни посвятил изучению ботулинического токсина и считается крестным отцом его исследований. Проводя испытания на животных и на самом себе, он пытался выделить из колбасы неизвестный токсин, который сам называл ≪колбасный яд≫, ≪жирный яд≫ или ≪жировая кислота≫. Результаты этих исследований были опубликованы им в 1822 году в монографии, описывавшей 155 случаев отравления у человека и эксперименты на животных, в соответствии с которыми делался вывод о том, что действие токсина заключается в нарушении передачи импульса в волокнах периферической и автономной нервных систем. Кернер также предположил биологическое происхождение данного яда на основании сходства действия токсина с действием атропина и змеиного яда .

В дальнейшем заболевание, возникающее в результате отравления описанным им токсином получило название ≪ботулизм≫ от лат.   botulus , что означает ≪колбаса≫.

C. botulinum обитает в почве. Заболеваемость ботулизмом повсеместна. Наиболее распространены бактерии типа A и B . В природных условиях бактерии колонизируют ил на дне водоёмов, инфицируют рыб. При пересыхании водоёмов рост C. botulinum стимулируется. Таким образом, естественный резервуар для этих бактерий ? почва и различные животные. Тёплый климат создаёт условия для длительного сохранения спор в почве, а также для прорастания и размножения вегетативных форм.

Попадание в человеческий организм как вегетативных форм C. botulinum , так и спор обычно не вызывает заболевания, так как для продуцирования токсина нужны строго анаэробные условия. Исключения составляют раневой ботулизм (развивается при загрязнении почвой раны, в которой создаются условия, необходимые для прорастания попавших из почвы C. botulinum и последующего токсинообразования), а также ботулизм новорождённых до 6 месяцев, в кишечнике которых также возможно размножение C. botulinum и токсинообразование из-за особенностей кишечной микрофлоры.

Возбудители ботулизма имеют форму палочек длиной 3-9 мкм, шириной 0,6-1 мкм с закругленными концами. Палочки образуют субтерминально расположенные споры и имеют вид теннисной ракетки. Капсулы не образуют. Подвижны в результате перитрихиально расположенных жгутиков. Грамположительны.

Строгий анаэроб , срок культивирования 48-72 ч. На мясо-пептонном бульоне  ? помутнение среды с газообразованием, характерный запах прогорклого масла. На кровяном МПА  ? колонии крупные с корневидными отростками и зоной гемолиза . Оптимальная кислотность для роста 7,3-7,6 (для прорастания спор 6,0-7,2).

Вид C. botulinum образует экзотоксины, различающиеся по антигенным свойствам и по этому признаку подразделяются на серотипы . Ботулотоксины всех типов обладают сходной биологической активностью, являясь вариантами одного нейротоксина . Кроме нейротоксического действия, ботулотоксин обладает лейкотоксической, гемолитической и лецитиназной активностью.

Известны 7 антигенных вариантов ботулотоксина: A, B, C (подтипы C1 и C2), D, E, F, G. Токсинообразование типов C, D, E закодировано в геноме конвертируемых бактериофагов и проявляется при интеграции профага в бактериальную хромосому ; у остальных типов генетический контроль осуществляет непосредственно хромосома клетки.

Заболевания человека вызывают ботулотоксины типов A, B, E, а также F. В организме человека C. botulinum размножаются слабо и не продуцируют токсина за редким исключением. Ботулотоксин накапливается в пищевых продуктах, инфицированных спорами C. botulinum , при их прорастании, если созданы анаэробные условия (например, при консервировании). Для человека ботулотоксин ? самый сильнодействующий бактериальный яд, губительно действующий в дозе 10 ^?8 мг/кг. Споры C. botulinum выдерживают кипячение в течение 6 часов, стерилизация при высоком давлении разрушает их через 20 минут, 10%-ная соляная кислота  ? через 1 час, 50%-ный формалин через 24 часа ^[3] . Ботулинический токсин типа A (B) полностью разрушается при кипячении в течение 25 минут.

Токсин представляет собой полипептидную цепь с одной или несколькими внутримолекулярными связями, его молекулярная масса равна 150 000, он относится к бинарным токсинам.

Ботулотоксины всех типов продуцируются в виде токсичных белковых комплексов, состоящих из нейротоксина и нетоксичного белка. Белок является стабилизатором токсина, защищает его от разрушающего действия протеолитических ферментов и HCl .

Ботулотоксин в виде высокомолекулярного комплекса малотоксичен и является прототоксином . В результате мягкого протеолиза , осуществляемого у большинства типов токсина собственными эндогенными протеазами , а у типа E экзогенными протеазами (например трипсином ), прототоксин распадается на 2 субкомпонента: L-лёгкий и H-тяжёлый. Между ними сохраняется дисульфидная связь . L-суб-компонент соответствует фрагменту A (активатор) и оказывает токсическое действие на клетку-мишень ( мотонейрон ). H-субкомпонент соответствует фрагменту В (акцептор) и осуществляет прикрепление к рецептору клетки-мишени.

Ботулинический нейротоксин типа A-гемагглютинин комплекс используется в современной косметологии под торговыми названиями ≪ Ботокс ≫, ≪ Диспорт ≫, ≪ Релатокс ≫ и ≪ Лантокс ≫.

Попав вместе с пищей в желудочно-кишечный тракт , ботулотоксин прикрепляется к клеткам эпителия кишечника и путём пиноцитоза попадает в лимфатические сосуды, затем в кровь и далее проходит гематоэнцефалический барьер . В организме он распадается на 2 субкомпонента: L-лёгкий и Н-тяжёлый. Н-субкомпонент связывается с ганглиозидами пресинаптической мембраны мотонейронов. L-субкомпонент, действуя как эндопротеаза, блокирует секрецию ацетилхолина , тем самым прерываются нервные импульсы, идущие от мотонейрона к мышце, что приводит к развитию вялых параличей . Ботулотоксин поражает мотонейроны спинальных моторных центров, продолговатого мозга и периферической нервной системы.

В результате опытов, проведённых в различных условиях, выявлено, что ботулотоксин приводит к угнетению как спонтанного, так и вызванного возбуждением выброса нейромедиаторов в нервных окончаниях. При этом чувствительность рецепторов к ацетилхолину не изменяется, процессы синтеза и хранения нейромедиаторов не страдают. В результате экспериментов установлено, что в среднем для блокирования одного синапса достаточно 10 молекул ботулотоксина. Также отмечается, что более высокая нервная активность ускоряет возникновение синаптического блока. Предполагается, что поражающее действие токсина обусловлено поражением Ca² ( кальциевых потенциал-зависимых ионных каналов ) зависимого механизма экзоцитоза в пресинаптической мембране. В настоящее время это поражение считается необратимым, а восстановление двигательной активности происходит за счёт образования новых синаптических связей ^[4] .

C. botulinum является сапронозом и вегетирует в почве, часто обнаруживается в кишечнике лошадей и других животных, реже встречается в кишечнике человека. Из почвы или испражнений споры возбудителя попадают на различные объекты и могут загрязнять пищевые продукты. В анаэробных условиях споры прорастают, вегетативные клетки продуцируют ботулотоксин. Чаще всего заболевание возникает при употреблении в пищу консервированных продуктов домашнего приготовления, что связано с их недостаточной стерилизацией.

Инкубационный период при ботулизме колеблется от нескольких часов до 2?5 дней (редко до 10 дней). В первые сутки отмечается тошнота, рвота, диарея . Далее преобладают нейросимптомы, связанные с поражением бульбарных нервных центров: нарушение аккомодации, двоение в глазах, затрудненное глотание, афония . При тяжёлых формах ботулизма смерть наступает от паралича дыхания, иногда от внезапной остановки сердца.

Классический способ ? биологическая проба на мышах. Для опытов подбирают партию из 5 мышей. Первую заражают только исследуемым материалом, остальных ? исследуемым материалом с введением 2 мл 200 МЕ антитоксической сыворотки типов A, B, C и E. При наличии в материале токсина выживает животное, получившее антитоксическую сыворотку, нейтрализовавшую токсин соответствующего типа. Для идентификации токсинов также используют РПГА с антительным диагностикумом (эритроциты, сенсибилизированные антитоксинами соответствующих типов). Серологических исследований не проводят, так как заболевание не сопровождается выработкой выраженных титров антител , что связано с незначительной дозой токсина, вызвавшей поражение.

Поскольку основной причиной возникновения заболевания является употребление различных продуктов домашнего приготовления (консервированные, маринованные, копчёные, вяленые (рыба, мясо) и др.), то в профилактике ботулизма большое значение имеет разъяснительная работа с населением. Знание оптимальных условий прорастания спор, токсинообразования, устойчивости к термическому воздействию спор позволяет определить адекватные технологические условия обработки пищевых продуктов, исключающие накопление ботулинического токсина.

Опасны не только герметично закрытые консервы, но и те продукты, в кишечнике, тканях мышц которых также созданы анаэробные условия. C. botulinum погибают в очень кислой среде, но создать такие условия в пищевых продуктах нельзя (невкусно). C. botulinum  ? анаэроб , то есть не размножается в присутствии кислорода, поэтому консервы, приготовленные в открытых условиях, безопасны (например, грибы, засоленные в открытых вёдрах, бочках). Вместе с тем, описаны случаи ботулизма при поедании рыбы (омуля), засоленного в бочках, хранившегося в ненадлежащих температурных условиях (т. н. ≪омуль с душком≫), а также копчёной рыбы, хранившейся также в ненадлежащих температурных условиях.

Можно бороться с уже имеющимся токсином. При длительном (более получаса) кипячении токсин разрушается, следовательно, прошедшие такую термообработку продукты безопасны (в случае приобретения продукта, например, копчёной рыбы, и транспортировке его в теплых условиях, перед употреблением такого продукта необходимо прогреть на сковороде с обеих сторон ? каждую сторону ? минимум по 15 минут).

Споры C. botulinum находятся в земле. Из этого следует, что продукты перед консервированием надо тщательно мыть. Споры очень живучи: они выживают даже при кипячении. При промышленном производстве применяют стерилизацию в автоклавах при 120 °C ^[5]

Рост бактерий может быть предотвращен высокой кислотностью, высоким содержанием сахара, высоким уровнем кислорода, очень низким уровнем влажности или хранением при температуре ниже 3 °C для типа A. Например, при низкой кислотности, консервированные овощи, такие как зелёный горошек, которые не были нагреты достаточно, чтобы убить споры, могут обеспечить бескислородную среду для развития спор и производства токсина. С другой стороны, солёные огурцы являются достаточно кислыми, чтобы предотвратить рост, и даже если споры присутствуют, они не представляют никакой опасности для потребителя. Мед, кукурузный сироп и другие сладкие продукты могут содержать споры, но они не могут расти в высококонцентрированном растворе сахара. Однако, в пищеварительной системе младенцев, когда эти продукты разбавляются пищеварительным соком с низким содержанием кислоты и низким содержанием кислорода, споры могут расти и производить токсин. Поэтому детям до 1 года не рекомендуется мёд. Как только дети начинают есть твёрдую пищу, пищеварительные соки становятся слишком кислыми для роста бактерий.

В случае применения ботулотоксина в качестве оружия выделяют общие методы профилактики, направленные на предотвращение попадания токсина в организм, такие, как своевременная медицинская экспертиза употребляемой воды и пищи, обеспечение личного состава индивидуальными средствами защиты органов дыхания, создание коллективных убежищ, оснащённых системами фильтрации воздуха. К специальным методам защиты относят вакцинопрофилактику. При подозрении на поражение ботулотоксином производится введение противоботулинистической сыворотки в дозе 1000?2000 МЕ внутримышечно. Следует отметить, что вакцинопрофилактика может оказаться неэффективной из-за несовпадения типа токсина и антитоксической сыворотки. Штатных антидотов и средств профилактики в настоящее время не существует. Эксперименты на животных показали некоторую эффективность 4-амлопиридина. У животных, получивших летальную дозу ботулотоксина, на 1?2 часа частично восстанавливалась двигательная активность, но впоследствии паралич дыхательной мускулатуры развивался в полном объёме. В связи с краткосрочностью действия и высокой токсичностью препарата данное вещество не рекомендовано в качестве табельного средства при поражении ботулотоксином.

• Ботокс  ? очищенный нейротоксиновый комплекс ботулотоксина типа A.
• Ботулизм  ? заболевание, вызываемое C. botulinum

• Поздеев О. К. Медицинская микробиология. ? М. : ГЭОТАР-Медиа, 2007. ? 768 с. ? ISBN 978-5-9704-0385-3 .
• Sherris, John C. Медицинская микробиология = Medical Microbiology. ? 4-е изд. ? McGraw-Hill Medical Publishing Division, 2004. ? ISBN 0-8385-8529-9 .
• Куценко С. А. Бутомото Н. В. Гребенюк А. Н. Военная токсикология, радиобиология и медицинская защита / Иванов В. Б. ? Фолиант, 2004. ? 528 с. ? ISBN 5-93929-082-5 .