Botulismus ist eine seltene, aber schwere Krankheit, die durch ein Bakterium namens Clostridium botulinum verursacht wird, das im Boden vorkommt. Es produziert ein neurotropes Toxin. Es gibt drei Arten von Botulismus: Lebensmittelbotulismus, Wundbotulismus und Säuglingsbotulismus. Lebensmittelbotulismus entsteht durch den Verzehr von mit dem Toxin kontaminierten Lebensmitteln. Wunden, die mit toxinproduzierenden Bakterien infiziert sind, führen zu Wundbotulismus. Und Säuglingsbotulismus tritt auf, wenn C. botulinum-Sporen keimen und im Magen-Darm-Trakt von Säuglingen Toxin produzieren, wenn sie die Bakterien, meist aus Honig, zu sich nehmen. Alle drei Formen des Botulismus können tödlich verlaufen und sind medizinische Notfälle.

C. botulinum ist ein anaerobes, Gram-positives, sporenbildendes, stäbchenförmiges Bakterium, das Botulinumtoxin produziert. Botulinumtoxin ist eines der stärksten bekannten Toxine (etwa ein Mikrogramm ist für den Menschen tödlich), das die schwere neuroparalytische Erkrankung verursacht. Es gibt sieben serologisch unterschiedliche Typen von Botulinum-Neurotoxin – die Typen A, B, C, D, E, F und G1. Der Vergleich von 16S rRNA-Sequenzen zeigte, dass C. botulinum-Stämme vier verschiedene Cluster bilden, die vier physiologischen Gruppen (I-IV) entsprechen, was das historische Klassifizierungsschema auf der Grundlage biochemischer und biophysikalischer Parameter2 unterstützt. Stämme der Gruppe I (proteolytisches C. botulinum) produzieren ein oder manchmal zwei Toxine der Typen A, B oder F; Stämme der Gruppe II (nicht-proteolytisches C. botulinum) produzieren Toxine der Typen B, E oder F; Stämme der Gruppe III produzieren Toxine der Typen C oder D; und Stämme der Gruppe IV produzieren Toxin des Typs G3,4.

Botulinum Neurotoxin Typ A (BoNT/A) ist der am meisten untersuchte und am besten charakterisierte der BoNT-Serotypen. Eine Übersicht über die wissenschaftliche Literatur zeigt, dass es etwa dreimal so viele Veröffentlichungen über BoNT/A gibt wie über den nächsthäufigsten Serotyp, BoNT/B5. In den Vereinigten Staaten wurden den Centers for Disease Control and Prevention (CDC) zwischen 2001 und 2007 insgesamt 139 Fälle von lebensmittelbedingtem Botulismus gemeldet. Die meisten dieser Fälle wurden durch eine Vergiftung mit BoNT/A (76 Fälle) oder BoNT/E (46 Fälle) verursacht, und nur 10 Fälle standen in direktem Zusammenhang mit dem Verzehr von mit BoNT/B kontaminierten Lebensmitteln. Im gleichen Zeitraum war BoNT/B jedoch der Erreger von 387 der 663 Fälle von Botulismus bei Säuglingen (58,4 %), die von der CDC6 erfasst wurden.

Botulinumtoxin wirkt durch Blockierung der Nervenfunktion und führt zu Lähmungen der Atemwege und des Bewegungsapparats. Das Toxin blockiert insbesondere die Produktion oder Freisetzung von Acetylcholin an Synapsen und neuromuskulären Verbindungen. Der Tod tritt aufgrund von Atemstillstand ein. Zu den Symptomen gehören Doppeltsehen, verschwommenes Sehen, hängende Augenlider, undeutliches Sprechen, Schluckbeschwerden, trockener Mund und Muskelschwäche. In allen Fällen wird die Krankheit durch das von C. botulinum produzierte Toxin verursacht, nicht durch das Bakterium selbst. Ärzte können die Diagnose Botulismus in Betracht ziehen, wenn die Krankengeschichte und die körperliche Untersuchung des Patienten auf Botulismus hindeuten. Diese Hinweise reichen jedoch oft nicht aus, um eine Diagnose zu stellen. Andere Krankheiten wie das Guillain-Barré-Syndrom, Schlaganfall und Myasthenia gravis können ähnlich aussehen wie Botulismus, und es können spezielle Tests erforderlich sein, um diese anderen Krankheiten auszuschließen. Diese Tests können eine Gehirnuntersuchung, eine Liquoruntersuchung, einen Nervenleitungstest (Elektromyographie oder EMG) und einen Edrophoniumchlorid-Test (Tensilon) für Myasthenia gravis umfassen.

Eine eindeutige Diagnose kann gestellt werden, wenn Botulinumtoxin in der Nahrung, im Magen- oder Darminhalt, im Erbrochenen oder im Stuhl nachgewiesen wird. In akuten Fällen wird das Toxin gelegentlich auch im Blut nachgewiesen. Botulinumtoxin lässt sich mit verschiedenen Techniken nachweisen, u. a. mit Enzymimmunoassays (ELISA), Elektrochemilumineszenztests (ECL) und Inokulations- oder Fütterungsversuchen mit Mäusen. Die Toxine können mit Neutralisationstests an Mäusen typisiert werden. Bei toxisch-infektiösem Botulismus kann der Organismus aus Geweben gezüchtet werden. Auf Eigelbmedium zeigen toxinproduzierende Kolonien in der Regel eine Oberflächeniriszenz, die sich über die Kolonie hinaus erstreckt. Diese diagnostischen Tests werden in der Literatur erwähnt, sind aber in Indien nicht ohne weiteres erhältlich. Die fehlende Verfügbarkeit kommerzieller Diagnosekits wie ELISA, das Fehlen anaerober Kulturen in den meisten Krankenhäusern und privaten Einrichtungen sowie technische und ethische Schwierigkeiten bei der Durchführung von Neutralisationstests an Mäusen machen die Bestätigung der Botulismus-Diagnose zu einer großen Herausforderung.

Um Verdachtsfälle von Botulismus-Ausbrüchen in Indien zu untersuchen, griffen wir, da keine ELISA-Kits verfügbar waren, auf Maus-Neutralisationstests und molekulare Tests wie PCR7 zurück. Das für Neutralisationstests an Mäusen erforderliche Botulinum-Antitoxin ist jedoch nicht ohne weiteres erhältlich, und es wird eine große Anzahl von Mäusen benötigt, um diesen Test durchzuführen. Da es sich bei diesen Tests nicht um Routine-Diagnosetests handelt, verzögern die damit verbundenen Kosten und die Formalitäten, die erforderlich sind, um Mäuse einzutragen, die Ergebnisse.

Molekulare Tests können kein Toxin nachweisen, sondern nur die BONT-Gene, wenn der Organismus kultiviert werden kann. BONT-Gene können auch direkt aus Lebensmitteln und klinischen Proben amplifiziert werden, wenn dort noch Organismen vorhanden sind.

Da Botulinumtoxin ein wichtiger Bioterrorismus-Erreger ist, besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung eigener diagnostischer Tests. Der in dieser Ausgabe veröffentlichte Artikel von Jain et al8 zielte darauf ab, ein Immunnachweissystem für Botulinum-Neurotoxin des Serotyps B unter Verwendung eines synthetischen Genansatzes zu entwickeln. Es wurde ein ELISA-Test für den Nachweis von Botulinum-Neurotoxin entwickelt und die Mindestnachweisgrenze geschätzt. Rekombinante BoNT/B-spezifische Antikörper wurden zum Abfangen des Antigens verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass das rekombinante BoNT/B bis zu einer Konzentration von etwa 15 ng/ml nachgewiesen werden konnte. ELISA ist eine mögliche Technik, die den Bioassay ersetzen kann. Das entwickelte ELISA-System war hochspezifisch, schnell und konnte für die Untersuchung einer großen Anzahl von Proben eingesetzt werden.

Früher berichteten Scotcher et al5 über Sandwitch-ELISA zum Nachweis von BoNT/A-Toxin unter Verwendung spezifischer monoklonaler Antikörper mit guter Empfindlichkeit und Spezifität. Es wurden verschiedene ELISA-Formate entwickelt, bei denen fluoreszierende oder chemilumineszierende Substrate verwendet werden, um die Empfindlichkeit des Tests um das 10- bis 100-fache zu verbessern, die jedoch eine speziellere Ausrüstung erfordern9. Mehrere schnelle, empfindliche und spezifische Tests wie Echtzeit-PCR, Immun-PCR usw. wurden für den Nachweis von C. botulinum-Zellen sowie der Neurotoxin-Gene entwickelt. Unsere Gruppe10 beschrieb eine Multiplex-PCR für den gleichzeitigen Nachweis von Botulinum-Neurotoxin- und Perfringens-Toxin-Genen. Diese Methoden können jedoch nur in Referenzzentren zur Verfügung gestellt werden. Daher ist der von Jain et al8 entwickelte ELISA ein wichtiger Schritt zur schnellen Diagnose von Botulinumtoxin in Lebensmitteln und klinischen Proben.

Die Zahl der Fälle von lebensmittelbedingtem Botulismus und Botulismus bei Säuglingen hat sich in den letzten Jahren kaum verändert, aber Wundbotulismus hat aufgrund des Konsums von Schwarzteer-Heroin, insbesondere in Kalifornien, zugenommen11. Obwohl das Botulinumtoxin durch gründliches Kochen innerhalb weniger Minuten zerstört wird, werden die Sporen selbst durch die beim normalen Kochen auf Meereshöhe erreichten Temperaturen nicht abgetötet, so dass sie frei wachsen und das Toxin produzieren können, wenn die Bedingungen stimmen. Die einzige bekannte Vorbeugungsmaßnahme gegen Säuglingsbotulismus besteht darin, Säuglingen unter 12 Monaten keinen Honig zu geben. Die Behandlung kann Antitoxine, intensivmedizinische Betreuung oder eine Operation der infizierten Wunden umfassen. Daher kann eine rechtzeitige Diagnose lebensrettend sein.

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