Bacillus cereus

Bacillus cereus

Dades
Tinció de Gram	Grampositiu
Taxonomia
Regne	Bacillati
Fílum	Bacillota
Classe	Bacilli
Ordre	Caryophanales
Família	Bacillaceae
Gènere	Bacillus
Espècie	Bacillus cereus Frankland & Frankland 1887

Bacillus cereus és un eubacteri grampositiu pertanyent al fílum dels Firmicutes, presenta un genoma del voltant d'unes 5.75 Megabases (Mb) de longitud que codifica per al voltant d'unes 5630 proteïnes, al ser un Firmcutes, presenta un baix percentatge de guanosina i citosina (%GC) del voltant de 35%, motil amb flagels en posició perítrica i de número indeterminat a més aquests presenten una funció important en la formació de biofilms sobre superfícies, aeròbic o anaeròbic facultatiu i beta hemolític pertanyent al grup anomenat, també pel mateix nom: Bacillus cereus, a on hi podem trobar diferents espècies de Bacillus patogèniques a on hi destaquen: Bacillus anthracis , Bacillus thuringiensis ( patògen d'insectes) i de la que tractarà aquest article.

Presenta una morfologia bacil·lar amb un diàmetre del voltant de 1,3μm i una longitud d'uns 3 a 5μm, amb els extrems arrodonits. Tendeixen a formar cadenes curtes d'uns 5 individus aproximadament i dins d'alguns d'ells podríem visualitzar les seves endòspores subterminals, les quals presenten una morfologia cilíndrica i no provoquen inflamació en l'esporangi. La morfologia i disposició de les espores en les espècies de Bacillus són un factor interessant per la seva classificació taxonòmica. A més, la resistència de les espores de Bacillus depenen del serotipus de B. cereus basat en l'antigen flagel·lar (H), associat a partir de proves d'aglutinació de sèrum sensibilitzat per anticossos anti-H de diferents soques de B. cereus tant patogèniques com no patogèniques.

Bacillus cereus és conegut degut a que es pot trobar fàcilment al menjar i pot causar dos tipus de intoxicacións alimentàries que poden acabar esdevenint greus: diarreiques i emètiques.

És un bacteri que pot resistir condicions ambientals adverses, degut a que, com altres membres de la seva mateixa família (les bacil·làcies), pot formar endòspores (en baixa proporció) les quals serien estructures de resistència, inactives metabòlicament i no reproductives del bacteri que els hi permet resistir i persistir en l'ambient, fent-los, a més, difícils d'eliminar. Aquest fenòmen s'anomena esporulació, controlat i regulat per una sèrie de programes genètics cel·lulars. En B. cereus es genera una endòspora per cèl·lula vegetativa la qual acaba llisant-se un cop l'endòspora és formada i lliberada a l'exterior.

Aquest bacteri és ubiqüitari, per tant el podem trobar en diferents tipus d'ambients. al generar un número baix d'espores, fa pràcticament impossible que aquestes puguin provocar per si soles una intoxicació alimentària. tot i així aquestes espores poden germinar, si les condicions ambientals són les adequades (poden variar depenent de la soca que hagi colonitzat l'aliment). Es tracta de bacteris psicròfils que presenten les seves condicions òptimes en ambients humits, d'acidesa baixa (mínim netre 5 i 6 de pH) i amb un rang de temperatures bastant ampli: de 4-5ºC fins a 55ºC i presenten el seu òtptim de temperatura entre 28 i 35ºC. necesiten, mínim, una activitat de l'aigua (Aw) superior o igual a 0.95.

Com ja s'ha mencionat, Bacillus cereus és normalment reconegut per ser l'agent causant de malalties infeccioses alimentàries, tot i així, diferents soques del bacteri poden ser les responsables de causar altres malalties no relacionades amb els aliments, com podrien ser: infeccions oculars i malalties sistèmiques.

Una de les malalties transmeses pels aliments que Bacillus cereus provoca és la intoxicació emètica, la qual és causada per la ingesta de la toxina cereulida. La majoria de brots notificats han estat relacionats amb el consum de menjars tractats per la calor i, sovint, han tingut lloc en restaurants i establiments de càtering. Amb freqüència se sospita que la causa són deficiències de refrigeració i conservació dels aliments i els menjars cuinats amb pasta o arròs han estat els principals (però no els únics) implicats en les intoxicacions emètiques.

Història

Epidemiologia.

Grup Bacillus cereus

El grup Bacillus cereus, també conegut com a B. cereus sensu lato, és una subdivisió del gènere Bacillus que consisteix en 8 espècies ben diferenciades de la resta de espècies de Bacillus:

• B. cereus sensu stricto (conegut de forma comú com B. cereus): És un patogen oportunista humà relacionat amb brots d'infeccions alimentàries i considerat com a un important contaminador d'aliments.
• B. anthracis: És l'agent causant de l'àntrax, una malaltia aguda i fatal d'animals i humans, també utilitzat com a agent infecciós en bioterrorisme. És la soca més distintiva del grup degut a la seva virulència, patogenicitat i taxonomia.
• B. thuringiensis: És un patogen molt conegut d'insectes que s'utilitza per al control d'algunes plagues. Produeixen unes incusions cristal·lines (proteïnes Cry) o δ-endotoxines que són altament tòxiques per a alguns insectes.
• B. weihenstephanensis: És una espècie psicrotolerant que inclou la majoria de les soques psicrotolerants del grup B. cereus.
• B. mycoides i B. pseudomycoides: Formen colònies rizoides en les plaques d'agar. No es poden distingir entre ells a nivell morfològic ni fisiològic, es diferencien amb mètodes basats en la composició d'àcids grassos i en el rRNA 16S. B. mycoides també és psicrotolerant.
• B. cytotoxicus: És una nova espècie del grup establida l'any 2013 en base a la presència del gen cytK-1, la seva termotolerància (pot crèixer a temperatures de fins a 50-53ºC) i la mida del seu cromosoma.
• B. toyonensis: Està representat per una sola soca aïllada del sòl al Japò que es fa servir en l'alimentació d'animals en forma de pols de la marca Toyocerin, un producte amb espores termoestables, amb acció probiòtica. Suposa un risc per a la disseminació de gens codificants per a la resistència a la tetraciclina i al cloranfenicol, antibiòtics amb una gran importància veterinària. A més, té la capacitat de elaborar toxines funcionals, el qual suposa un risc per als humans exposats al microorganisme.

Les espècies pertanyents a aquest grup tenen seqüències molt similars de rRNA 16S i 23S, el qual indica que han divergit d'un llinatge evolutiu comú. A més, en les comparacions genòmiques es por observar que són molt similars en termes d'identitat en la sequencia de nucleòtids i organització de operons i gens. Aquestes característiques en comú fan molt dificultosa la diferenciació d'aquestes espècies. Actualment el mètode microbiològic estàndard internacional utilitzat per a la detecció de B. cereus no pot distingir entre els membres del grup B. cereus. De fet, estudis en profunditat de soques de B. cereus i B. thuringiensis han revelat que no existeix una raó científica per a considerar-les com a espècies diferents. És mes, algunes soques de B. thuringiensis utilitzades com a insecticides naturals han causat intoxicacions alimentàries per B. cereus, i algunes soques de B. cereus produeixen toxines àntrax.

Taxonomia del grup B. cereus.

La taxonomia del grup B. cereus i la separació de espècies està basada en característiques establides abans de la era de la seqüenciació genòmica.

Perspectiva genòmica del grup

La mida dels cromosomes de la majoria de les soques del grup B. cereus són entre 5.3 i 5.9 Mb, encara que alguns són considerablement més petits, com el de les soques de B. cytotoxicus, que tenen una mida de només 4.1 Mb.

El genoma bacterià inclou tant el cromosoma com els element extracromosomals com els plasmidis i els fags. Els membres del grup B. cereus generalment tenen un o més plasmidis (fins a 12) de mides entre 2 i 600 Kb.

La relació filogenètica entre els membres del grup està basada en gens localitzats en els cromosomes, on es troben també la major part dels factors generals de virulència, mentre que els gens importants per a virulències específiques (com els gens codificants per toxines de l'àntrax o els gens codificants per la síntesi de la toxina cereulida) o per productes útils com biopesticides es troben als plasmidis.

Això vol dir, per exemple, que els gens que codifiquen per característiques clau per a distingir les espècies de B. thuringiensis es troben en els plasmidis, de manera que si aquests plasmidis es perden, B. thuringiensis perdria les seves característiques específiques d'espècie i seria indistingible de B. cereus.

Ecologia

Durant molt de temps es pensava que l'hàbitat natural de Bacillus cereus era el sòl. Tot i que es pot trobar al sòl de manera natural, al tenir la capacitat d'esporular i l acapacitat motil degut a la seva disposició flagelar perítrica, també el podem trobar a una gran varietat de materials (superfícies inerts), aliments, invertebrats i plantes. Recentment també s'ha vist que pot estar present a insectes, a nemàtodes i, fins i tot, a les arrels de les plantes.

En general, presenten una gran diversitat de nínxols ecològics que inclouen tant a soques patogèniques com no patogèniques. Aquesta gran varietat es pot veure reflectida al polimorfisme genètic d'aquestes espèices.

una de les característiques ecològiques més interessants d'aquesta espècie és la seva formació de biofilms, els quals es creu que presenten un paper principal en aquesta distribució ubiqüitària i la seva persistència en els ambients. De fet, B. cereus presenta, també una gran varietat de biofilms els quals difereixen entre ells en la seva arquitectura i els mecanismes de formació, probablement degut a l'adaptació als diferents ambients on els podem trobar.

Biofilms

Identificació i aïllament

Les característiques morfològiques, fisiològiques i físiques de les colònies i dels bacteris ens permeten la seva identificació:

Característiques de les colònies

Les colònies tenen una mida mitjana, de forma arrodonida, convexes i blanquinoses.

Característiques fisiològiques dels bacteris

Són mòtils i halòfils, poden créixer en concentracions de 6,5% NaCl.

Característiques bioquímiques

Són bacteris grampositius, oxidasa positius, catalasa positius i tenen un metabolisme fermentatiu.

En quant a la resta de característiques metabòliques:

Taula 1. Característiques bioquímiques

Test	Característica
Roig metil	-
Voges-Proskauer	+
Indol	-
Producció de H2S	-
Ureasa	V
Nitrat reductasa	+
β-galactosidasa	-

+ = positiu, - = negatiu, V = variable.

Hidròlisi

Una altra forma de identificació pot ser la determinació dels compostos que aquest bacteri pot hidrolitzar.

És capaç de hidrolitzar gelatina, aesculina, caseïna, tween 40, tween 60 i tween 80.

Producció d'àcid

Hi ha una sèrie de compostos a partir dels quals aquests bacteris poden o no produir àcids:

Taula 2. Producció d'àcid a partir de compostos

Compost	Producció
Glicerol	+
Galactosa	V
D-Glucosa	+
D-Fructosa	+
D-Mannosa	-
Manitol	+
N-Acetilglucosamina	+
Amigdalina	+
Maltosa	+
D-Melibiosa	+
D-Trehalosa	+
Glicogen	+
D-Turanosa	V

+ = positiu, - = negatiu, V = variable.

Patogènia

Factors de virulència

Enterotoxines diarreiques

B. cereus produeix 3 principals enterotoxines (CytK, Nhe i Hbl). Aquestes causen intoxicacions alimentàries diarreiques, i es formen durant el creixement vegetatiu de B. cereus a l'intestí prim.

L'expresió de les enterotoxines és regulada pel sistema de quorum sensing PlcR. L'activitat del PlcR depèn del PapR (pèptid d'activació del PlcR), proteïna secretada per la via SecA i reincorporada per la via de transport Opp (oligopèptid permeasa).

Citotoxina K (CytK)

Proteïna de 34 kDa, de la família de les toxines en forma de barril ß, similar a la ß-toxina de C. perfringens. Aquesta, s'uneix a les bicapes lipídiques en forma d'heptàmer, i crea porus de 7Å de diàmetre.

Enterotoxina no hemolítica (Nhe)

Proteïna composta per tres components, formadora de porus, i que, tot al seu nom, també té activitat hemolítica, tot i que no tan alta com la de la Hbl. Està formada per les subunitats NheA, NheB i NheC. NheB i NheC s'uneixen a la superfície cel·lular, i posteriorment NheA s'acobla, provocant la lisis cel·lular.

Els tres components del complex Nhe estan codificats a l'operó policistrònic nhe (3,7 Kb), i no es troben en proporció 1:1:1, sinó que s'han detectat en ratios de 10:10:1 quan el complex estava funcionant de manera òptima. Això es pot explicar en part per una mala detecció de la última, però no és la única raó. Entre les regions codificants nheB i nheC trobem una estructura secundària en loop, encarregada de regular la traducció de la NheC.

Hemolisina BL (Hbl)

Proteïna formada per tres components, les proteïnes B, L1, i L2. Va ser la primera en ser descrita. És una hemolisina amb activitat enterotoxina, tot i que també té activitat dermonecròtica i de permeabilització vascular.

No es coneix el seu mecanisme d'acció, hi ha dues teories principals:

• La proteïna B té funció d'unió a les cèl·lules diana, i les proteïnes L tenen funció de lisis
• Tots els components de l'hemolisina BL s'uneixen per separat a les cèl·lules diana, i posteriorment formen un complex d'atac a la membrana amb mecanisme de lisi osmòtica.

Les tres subunitats proteiques del complex Hbl es codifiquen en l'operó policistrònic hbl (5 Kb).

Toxina cereulida o toxina emètica

La toxina emètica està codificada als plàsmids de B. cereus , i és la causant de les malalties emètiques per intoxicació alimentària. També s'anomena toxina cereulida, i B. cereus la pre-forma durant el seu creixement en els aliments.

Té una estructura anular, de 3 repeticions de la seqüència (D-O-Leu-D-Ala-L-O-Val-L-Val)3, formada per aminoàcids i oxoàcids. Aquesta no és antigènica, i és molt resistent a l'autoclavatge i a un ampli rang de pH.

La cereulida està produïda per la cereulida-sintetasa (Ces), i és un pèptid sintetitzat enzimàticament, no un producte gènic directe.

Aquesta causa la inhibició de l'activitat mitocondrial, i s'uneix als receptors 5-HT3, també anomenats receptors de la serotonina. Aquests receptors són canals iònics regulats per lligands (LGIC), i es componen de cinc subunitats disposades simètricament envoltant un porus central conductor d'ions. Els podem trobar tant en el sistema nerviós perifèric, com al central, i tenen una gran varietat de funcions, tant simpàtiques, parasimpàtiques, com sensorials. A més, són els principals causants de l'emesis, ja que regulen la transferència d'informació del tracte gastrointestinal, el seu peristaltisme, i algunes àrees de la tija cerebral relacionades amb el reflex del vòmit.

Taula 3. Taula de les propietats de la toxina emètica de B. cereus

Propietat	Toxina emètica
Massa molecular	± 5 kDa
Estructura	Pèptid cíclic
Punt isoelèctric	Sense càrrega
Estabilitat tèrmica	90 min a 126ºC
Estabilitat al pH	Estable entre pH 2 i 11
Estabilitat a les proteases	Tripsina i pepsina
Producció: medi òptim	Llet i arròs
Producció: temperatura òptima	25 - 30ºC
Activitat biològica en primats vius	Emesis, 1 - 5h

Espores

Les espores són estructures de resistència enfront condicions desagradables. Són altament hidròfobes (les més hidrofòbiques de tots els Bacillus), per tant s'adhereixen a superfícies, facilitant la seva transmissió. A més, són resistents a la pasteurització de la llet, causant problemes en molts productes làctics. La seva eliminació és molt complicada.

Així mateix, les espores de B. cereus poden tenir pilis o altres apèndixs per a una millor adhesió a superfícies i cèl·lules epitelials.

A més, les proteases, quan es troben a la llet en gran quantitat, i per tant, quan s'acosta el final de la vida útil d'aquesta, causen mala olor, limitant les infeccions per B. cereus.

Importància alimentària

Aliments associats

Els aliments més susceptibles a ésser contaminats per B. cereus s'inclouen els preparats llestos per al consum, ja sigui elaborats amb carn, peix, arròs, pasta, també el trobem a aliments amb llet i derivats làctics, aliments infantils (llet en pols, cereals) i en espècies.

Degut a que B. cereus produeix uns enzims del tipus amilasa, s'ha demostrat que freqüentment es troba contaminant aliments amb alts continguts de midó. Gràcies a aquestes amilases és capaç d'hidrolitzar aquest carbohidrat i utilitzar-lo com a font de carboni per al seu creixement.

Intoxicació alimentària per Bacillus cereus

Una toxiinfecció alimentària es defineix com qualsevol malaltia de naturalesa tòxica o infecciosa causada pel consum d'aliments o líquids, referit a les causades per bacteries, virus o paràsits. En el cas de B. cereus, al ser productor de toxines, aquestes el fan el responsable de dues síndromes.

Síndrome emètica

Simptomatologia semblant a la originada per Staphylococcus aureus. Es caracteritza per nàusees agudes i vómits, rampes intestinals i malestar general. Aquests es desenvolupen notablement entre la primera mitja hora i les 5 hores posteriors al consum de l'aliment que contenia la toxina cereulida preformada.Els símptomes solen menys de 24 hores i no es tracta d'una malaltia transmissible.

La toxina provoca emesis a través de la unió amb el receptor de la serotonina, s'aconsegueix la estimulació del nervi vague o X parell craneal, el qual envia la informació al cervell i acaba provocant el vómit. Degut a que la producció de la toxina es duu a terme durant la fase estacionaria del creixement del microorganisme i que aquesta es va acumulant en l'aliment, el fet de que estigui preformada promou que al ser ingerida els símptomes apareguin amb una major rapidesa que no pas l'altra síndrome. La toxina afecta a diferents tipus de cèl·lules humanes i en alguns casos es poden produir complicacions més greus com una fallada hepàtica reversible.

Síndrome diarreica

Simptomatologia semblant a la originada per Clostridium perfringens. Es caracteritza per una diarrea líquida, dolor abdominal que apareix a les 6-15 hores després de la ingesta dels aliments contaminats amb la presència de la enterotoxina. El període d'incubació sol durar unes 10 hores de mitjana. En alguns casos s'han arribat a experimentar nàusees, tot i que no és el símptoma que caracteritza la síndrome, el mateix succeeix amb la febre. Aquestes manifestacions solen desapareixer a les 24 hores.

Control i prevenció

Els principals factors predisposants que contribueixen a la contaminació dels aliments tant per B. cereus com per les seves toxines, inclouen principalment la cocció a temperatures no restrictives per al microorganisme, així com unes condicions higièniques deficients en el processament i la preparació dels aliments o a través d'equips contaminats.

Tot i que una cocció a altes temperatures no sigui garantia de la inocuitat de l'aliment, ja que les espores són resistents a altes temperatures i són capaces de germinar en el moment en el que hi ha un descens, aquesta disminueix un nombre considerable de vegades la probabilitat de que les espores formin part de l'aliment final.

Marc normatiu

Les empreses alimentaries han de complir els criteris de seguretat alimentaria relatius a B. cereus en els aliments de major risc (preparats deshidratats per lactants i aliments dietètics deshidratats destinats a usos mèdics especials per lactants menors de 6 mesos), establerts en el Reglamento (CE) 2073/2005, DE LA COMISIÓN de 15 de noviembre de 2005 relativo a los criterios microbiológicos aplicables a productos alimenticios, així com les seves modificacions posteriors.

El límit microbiològic màxim permés és de 50-500 ufc/gr, la fase en la que s'aplica aquest criteri és al final del procés de fabricació. en cas de que els resultats no siguin satisfactoris, cal aplicar mesures de millora en la higiene de la producció, prevenció d'una possible recontaminació i revisió de la selecció de les matèries primeres.

Infeccions no alimentàries

Les infeccions per B. cereus es diferencien en gastrointestinals i no gastrointestinals.

Les no gastrointestinals són majoritàriament de caràcter oportunista, i poden ser locals o sistèmiques. Destaquen les infeccions adquirides als hospitals, i que poden causar malalties del tracte urinari, infeccions de ferides, septicèmia, endocarditis, malalties del tracte respiratori i malalties del sistema nerviós central. Fora de l'hospital, B. cereus causa principalment malalties oculars.

Epidemiologia

La baixa incidència de les intoxicacions per B. cereus fa que no siguin de declaració obligatòria.

Tractaments

En general, la majoria dels aïllats de B. cereus són resistents a les cefalosporines i penicil·lines (β-lactàmics) com a conseqüència de la producció de β-lactamasa. Per altra banda, s'ha observat sensitivitats variables en altres antibiòtics com macròlids, clindamicina, tetraciclina i vancomicina.

Els estudis mostren que la resistència en les diferents soques no té correlació amb la seva taxonomia. En el cas de sospita d'infecció per B. cereus serà necessari tractar al pacient amb teràpia empírica mentre s'espera al perfil de susceptibilitat a antibiòtics.

Vegeu també

• Bacillus anthracis
• Bacillus thuringiensis
• Bacillus subtilis
• Seguretat alimentària

Enllaços externs

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Bacillus cereus

• Genomes i informació relacionada del Bacillus cereus Arxivat 2012-03-15 a Wayback Machine. a PATRIC, un Centre Bioinformàtic de Recursos finançats per NIAID (anglès)