La bactérie Clostridium Botulinum provoque un empoisonnement humain communément connu mais rare ?
Botulisme
Botulisme d'origine alimentaire Botulisme par blessure Botulisme infantile
Clostridium botulinum est une bactérie Gram-positive, en forme de bâtonnet, anaérobie, sporulée et mobile, capable de produire la neurotoxine botulique. La toxine botulique peut provoquer une grave maladie paralytique flasque chez l'homme et d'autres animaux et est la toxine la plus puissante connue de l'humanité, naturelle ou synthétique, avec une dose mortelle de 1,3 à 2,1 ng/kg chez l'homme.

C. botulinum est un groupe diversifié de bactéries pathogènes initialement regroupées en fonction de leur capacité à produire de la toxine botulique et maintenant connues sous le nom de quatre groupes distincts, les groupes I à IV de C. botulinum. C. botulinum des groupes I à IV, ainsi que certaines souches de Clostridium butyricum et Clostridium baratii, sont les bactéries responsables de la production de toxine botulique.

C. botulinum est responsable du botulisme d'origine alimentaire (ingestion de toxine préformée), du botulisme infantile (infection intestinale par C. botulinum formant une toxine) et du botulisme de plaie (infection d'une plaie par C. botulinum). C. botulinum produit des endospores résistantes à la chaleur que l'on trouve couramment dans le sol et qui sont capables de survivre dans des conditions défavorables.

Microbiologie

C. botulinum est une bactérie Gram positive, en forme de bâtonnet et sporulée. C'est une plante anaérobie obligatoire, ce qui signifie que l'oxygène est toxique pour les cellules. Cependant, C. botulinum tolère des traces d'oxygène en raison de l'enzyme superoxyde dismutase, qui constitue une défense antioxydante importante dans presque toutes les cellules exposées à l'oxygène. C. botulinum n'est capable de produire la neurotoxine que pendant la sporulation, ce qui ne peut se produire que dans un environnement anaérobie. D'autres espèces bactériennes produisent des spores dans un environnement de croissance défavorable pour préserver la viabilité de l'organisme et permettre la survie à l'état dormant jusqu'à ce que les spores soient exposées à des conditions favorables.

C. botulinum est divisé en quatre groupes phénotypiques distincts (I-IV) et est également classé en sept sérotypes (A-G) en fonction de l'antigénicité de la toxine botulique produite.

Groupes

La classification en groupes est basée sur la capacité de l'organisme à digérer des protéines complexes. Les études au niveau de l'ADN et de l'ARNr soutiennent la subdivision des espèces en groupes I à IV. La plupart des épidémies de botulisme humain sont causées par C. botulinum du groupe I (protéolytique) ou II (non protéolytique). Les organismes du groupe III provoquent principalement des maladies chez les animaux. Il n’a pas été démontré que C. botulinum du groupe IV provoque des maladies humaines ou animales.

Toxine botulique

La production de neurotoxines est la caractéristique unificatrice de l’espèce. Sept types de toxines ont été identifiés et se voient attribuer une lettre (A-G). Toutes les toxines sont rapidement détruites à 100 °C, mais elles résistent à la dégradation par les enzymes présentes dans le tractus gastro-intestinal. Cela permet à la toxine ingérée d’être absorbée depuis les intestins vers la circulation sanguine.

La plupart des souches produisent un type de neurotoxine, mais des souches produisant plusieurs toxines ont été décrites. C. botulinum produisant des types de toxines B et F a été isolé dans des cas de botulisme humain au Nouveau-Mexique et en Californie. Le type de toxine a été désigné par Bf car la toxine de type B a été trouvée en excès par rapport au type F. De même, des souches produisant des toxines Ab et Af ont été signalées. Les preuves indiquent que les gènes des neurotoxines ont fait l’objet d’un transfert horizontal de gènes, probablement à partir d’une source virale. Cette théorie est étayée par la présence de sites d'intégration encadrant la toxine dans certaines souches de C. botulinum. Cependant, ces sites d'intégration sont dégradés, ce qui indique que C. botulinum a acquis les gènes de la toxine assez loin dans le passé évolutif.

Types de toxine botulique

Seules les toxines botuliques de type A, B, E et F provoquent des maladies chez l'homme. Les types A, B et E sont associés à des maladies d'origine alimentaire, le type E étant spécifiquement associé aux produits à base de poisson. Le type C produit un limberneck chez les oiseaux et le type D provoque le botulisme chez d'autres mammifères. Aucune maladie n'est associée au type G. La « référence » pour déterminer le type de toxine est un test biologique sur souris, mais les gènes des types A, B, E et F peuvent désormais être facilement différenciés à l'aide de la PCR quantitative.

Quelques souches d'organismes génétiquement identifiés comme d'autres espèces de Clostridium ont provoqué le botulisme humain : C. butyricum a produit une toxine de type E et C. baratii a produit une toxine de type F. La capacité de C. botulinum à transférer naturellement les gènes des neurotoxines à d'autres Clostridium est préoccupante, en particulier dans l'industrie alimentaire, où les systèmes de conservation sont conçus pour détruire ou inhiber uniquement C. botulinum mais pas les autres espèces de Clostridium.

Isolement en laboratoire

En laboratoire, C. botulinum est généralement isolé dans un milieu de croissance tryptose sulfite cyclosérine (TSC) dans un environnement anaérobie contenant moins de 2 % d’oxygène. Ceci peut être réalisé grâce à plusieurs kits commerciaux qui utilisent une réaction chimique pour remplacer l'O2 par du CO2. C. botulinum est un micro-organisme lipase-positif qui se développe entre un pH de 4,8 et 7,0 et ne peut pas utiliser le lactose comme source primaire de carbone, caractéristiques importantes pour l'identification biochimique.

Histoire de la taxonomie

C. botulinum a été reconnu et isolé pour la première fois en 1895 par Emile van Ermengem à partir de jambon cru impliqué dans une épidémie de botulisme. L’isolat s’appelait à l’origine Bacillus botulinus, d’après le mot latin botulus signifiant saucisse. ("L'empoisonnement par les saucisses" était un problème courant dans l'Allemagne des XVIIIe et XIXe siècles, et était très probablement causé par le botulisme.) Cependant, les isolats provenant d'épidémies ultérieures se sont toujours révélés être des spores anaérobies, c'est pourquoi Ida A. Bengtson a proposé que l'organisme être placé dans le genre Clostridium, car le genre Bacillus était limité aux bâtonnets aérobies sporulés.

Depuis 1959, toutes les espèces produisant des neurotoxines botuliques (types A-G) ont été désignées C. botulinum. Il existe d’importantes preuves phénotypiques et génotypiques démontrant l’hétérogénéité au sein de l’espèce. Cela a conduit à la reclassification des souches de C. botulinum de type G en une nouvelle espèce, C. argentinense.

Les souches de C. botulinum du groupe I qui ne produisent pas de toxine botulique sont appelées C. sporogenes.

Le génome complet de C. botulinum a été séquencé au Wellcome Trust Sanger Institute en 2007.

Pathologie

Une intoxication par le botulisme peut survenir en raison d'aliments peu acides en conserve ou en conserve maison qui n'ont pas été traités selon les temps et/ou la pression de conservation appropriés.

Botulisme d'origine alimentaire
"Les signes et symptômes du botulisme d'origine alimentaire commencent généralement entre 18 et 36 heures après que la toxine pénètre dans votre corps, mais peuvent varier de quelques heures à plusieurs jours, selon la quantité de toxine ingérée."

* Vision double
* Vision floue
* Paupière tombante
* Nausées, vomissements et crampes abdominales
* Troubles de l'élocution
* Difficulté à respirer
* Difficulté à avaler
* Bouche sèche
* Faiblesse musculaire
* Constipation
* Réactions tendineuses profondes réduites ou absentes, comme au genou.

Botulisme par blessure
La plupart des personnes atteintes de botulisme par plaie s'injectent des drogues plusieurs fois par jour. Il est donc difficile de déterminer combien de temps il faut pour que les signes et symptômes se développent après que la toxine pénètre dans l'organisme. Les signes et symptômes du botulisme par plaie les plus fréquents chez les personnes qui s'injectent de l'héroïne au goudron noir comprennent :

* Difficulté à avaler ou à parler
* Faiblesse faciale des deux côtés du visage
* Vision floue ou double
* Paupières tombantes
* Difficulté à respirer
* Paralysie

Botulisme infantile
Si le botulisme infantile est lié à des aliments, comme le miel, les problèmes commencent généralement dans les 18 à 36 heures suivant l'entrée de la toxine dans l'organisme du bébé. Les signes et symptômes comprennent :

* Constipation (souvent le premier signe)
* Mouvements souples dus à une faiblesse musculaire et à des difficultés à contrôler la tête
* Cri faible
* Irritabilité
* Baver
* Paupières tombantes
* Fatigue
* Difficulté à téter ou à s'alimenter
* Paralysie

Effets bénéfiques de la toxine botulique :
La toxine botulique purifiée est diluée par un médecin pour le traitement :
* Inclinaison pelvienne congénitale
* Dysphasie spasmodique (incapacité des muscles du larynx)
* Achalasie (rétrécissement de l'œsophage)
* Strabisme (yeux louches)
* Paralysie des muscles du visage
* Échec du col de l'utérus
* Clignotant fréquemment
* Livraison de médicaments anticancéreux

C. botulinum dans différentes zones géographiques

Un certain nombre d'études quantitatives sur les spores de C. botulinum dans l'environnement ont suggéré une prévalence de types spécifiques de toxines dans des zones géographiques données, qui reste inexpliquée.

Amérique du Nord

Le type A C. botulinum prédomine dans les échantillons de sol des régions occidentales, tandis que le type B est le type majeur trouvé dans les régions orientales. Les organismes de type B étaient du type protéolytique I. Les sédiments de la région des Grands Lacs ont été étudiés après des épidémies de botulisme parmi les poissons d'élevage commercial, et seules les spores de type E ont été détectées. Lors d'une enquête, les souches de type A ont été isolées de sols neutres à alcalins (pH moyen 7,5), tandis que les souches de type B ont été isolées de sols légèrement acides (pH moyen 6,25).

L'Europe 

C. botulinum de type E est répandu dans les sédiments aquatiques en Norvège et en Suède, au Danemark, aux Pays-Bas, sur la côte baltique de la Pologne et en Russie. Il a été suggéré que C. botulinum de type E était un véritable organisme aquatique, comme l'indique la corrélation entre le niveau de contamination de type E et l'inondation des terres par l'eau de mer. À mesure que la terre s'asséchait, le niveau de type E diminuait et le type B devenait dominant.

Dans le sol et les sédiments du Royaume-Uni, C. botulinum de type B prédomine. En général, l'incidence est généralement plus faible dans le sol que dans les sédiments. En Italie, une enquête menée dans les environs de Rome a révélé un faible niveau de contamination ; toutes les souches étaient des C. botulinum protéolytiques de type A ou B.

Australie

C. botulinum de type A a été trouvé dans des échantillons de sol provenant des régions montagneuses de Victoria. Des organismes de type B ont été détectés dans la boue marine de Tasmanie. [Source nécessaire vérifiée] C. botulinum de type A a été trouvé dans la banlieue de Sydney et les types A et B ont été isolés des zones urbaines. Dans une zone bien définie de la région de Darling-Downs au Queensland, une étude a montré la prévalence et la persistance de C. botulinum type B après de nombreux cas de botulisme chez les chevaux.

Autre

Un test de « protection de la souris » ou de « test biologique sur la souris » détermine le type de toxine de C. botulinum présente à l'aide d'anticorps monoclonaux. Un test immuno-enzymatique (ELISA) avec des anticorps marqués à la digoxigénine peut également être utilisé pour détecter la toxine, et la PCR quantitative peut détecter les gènes de la toxine dans l'organisme.

C. botulinum est également utilisé pour préparer les médicaments Botox, Dysport, Xeomin et Neurobloc utilisés pour paralyser sélectivement les muscles afin de soulager temporairement la fonction musculaire. Il a d’autres objectifs médicaux « hors AMM », comme le traitement de douleurs faciales sévères, telles que celles causées par la névralgie du trijumeau.

La toxine botulique produite par C. botulinum est souvent considérée comme une arme biologique potentielle car elle est si puissante qu'il faut environ 75 nanogrammes pour tuer une personne (soit 1 ng/kg, en supposant qu'une personne moyenne pèse environ 75 kg) ; 1 kilogramme suffirait à tuer toute la population humaine. À des fins de comparaison, un quart du poids d'un grain de sable typique (350 ng) de toxine botulique constituerait une dose mortelle pour l'homme.

C. botulinum est une bactérie du sol. Les spores peuvent survivre dans la plupart des environnements et sont très difficiles à tuer. Ils peuvent survivre à la température de l'eau bouillante au niveau de la mer, c'est pourquoi de nombreux aliments sont mis en conserve avec une ébullition sous pression qui atteint des températures encore plus élevées, suffisantes pour tuer les spores.

La croissance de la bactérie peut être empêchée par une acidité élevée, un taux élevé de sucres dissous, des niveaux élevés d'oxygène, des niveaux d'humidité très faibles ou un stockage à des températures inférieures à 3 °C (38 °F) pour le type A. Par exemple, dans un les légumes en conserve peu acides, tels que les haricots verts, qui ne sont pas suffisamment chauffés pour tuer les spores (c'est-à-dire un environnement sous pression) peuvent fournir un milieu sans oxygène permettant aux spores de se développer et de produire la toxine. Cependant, les cornichons sont suffisamment acides pour empêcher leur croissance ; même si les spores sont présentes, elles ne présentent aucun danger pour le consommateur. Le miel, le sirop de maïs et d'autres édulcorants peuvent contenir des spores, mais les spores ne peuvent pas se développer dans une solution sucrée très concentrée ; cependant, lorsqu’un édulcorant est dilué dans le système digestif pauvre en oxygène et en acide d’un nourrisson, les spores peuvent se développer et produire des toxines. Dès que les nourrissons commencent à manger des aliments solides, les sucs digestifs deviennent trop acides pour que la bactérie se développe.