Escherichia coli znana jest większości osób – nie tylko mikrobiologom. Stanowi naturalną, fizjologiczną mikroflorę naszego układu pokarmowego, dostarczając nam jednocześnie niezbędnych witamin z grupy B czy K.
Dzięki zdobyczom biotechnologii i właśnie E. coli możemy produkować leki takie jak insulina, która dostarczana z zewnątrz ratuje codziennie życie cukrzykom typu 1.
Nieco bliżej branży, w produkcji żywności czy w wodzie pitnej, pełni za to rolę wskaźnika – choć sama nie jest zagrożeniem, informuje nas o skuteczności (bądź jej braku) procesów mycia i dezynfekcji. Jest łatwo, szybko i tanio-hodowalna, przez co w prosty sposób możemy uzyskać informację o stanie higieny naszego zakładu.
Dlaczego więc, ta znana i można powiedzieć – lubiana – E. coli, teoretycznie niepatogenna, jednocześnie wskazywana jest jako przyczyna zatruć pokarmowych, ciężkiej niewydolności nerek a niekiedy nawet zgonu?
E. coli drugiej E. coli nierówna
Żeby wyjaśnić, dlaczego zarówno szczep patogenny i niepatogenny mogą nosić tą samą nazwę, musimy nieco zrozumieć podejście do genetyki bakterii, nieco inne od genetyki jaką znamy w kontekście człowieka.
To, co odróżnia jedną osobę od drugiej, to około 0.1% naszego materiału genetycznego. To, co nas odróżnia od innych naczelnych – zaledwie kilka %.
To, co odróżnia jedną E. coli od drugiej może sięgać nawet 80% jej materiału genetycznego.
U bakterii, a zwłaszcza u E. coli, można mówić o zjawisku plastyczności genomowej. To, czym jest i jakie ma umiejętności, może być efektem nie tylko przekazywaniu materiału podczas podziału komórki – mamy tu horyzontalny transfer genów, pobieranie np. plazmidów z genami oporności ze środowiska, czy chociażby infekcję bakteriofagiem i niekoniecznie dobrowolnym, włączeniem genów wirusa do swoich własnych.
I właśnie poprzez ten ostatni mechanizm, E. coli uzyskała gen stx, który odpowiada za produkcję shigatoksyny, a szczepy które go posiadają – nazywamy Shiga-Toksycznymi E. coli (w skrócie STEC).
Ze względu na mnogość tych mechanizmów, ilość kombinacji różnych cech jest tak naprawdę nieograniczona. Można oczywiście próbować łączyć pewne szczepy w grupy (tzw. patotypy – szczepy posiadające określone, wspólne cechy wirulencji), ale prędzej czy później trafia się nowy, nieznany szczep, który przejawia cechy wspólne np. dla kilku grup co nie było obserwowane wcześniej. Tak było np. w przypadku szczepu STEC O104:H4, który był odpowiedzialny za zatrucia u 4000 osób w 2011 roku. Szczep ten posiadał plazmid charakterystyczny dla grupy EAEC, jednocześnie gen stx przypisywany grupie EPEC (bez innych cech tej grupy) i jeszcze dodatkowo plazmid oporności na antybiotyki typowy dla szczepów ESBL. Coś, czego wcześniej nie znano i nie zaobserwowano.
STEC w żywności – nie tylko wołowina i kiełki
Shigatoksyczne E. coli naturalnie zasiedlają układ pokarmowy przeżuwaczy, w tym krów, przy czym zakażenie zwykle jest zupełnie bezobjawowe. Szacowano, że na terenie USA jest lub było na danym etapie życia zakażonych nawet 50-70% krów. Ponieważ bakterie wydalane są wraz z kałem, trafiają potem do gleby i wody. Obserwuje się też sezonowy wzrost zachorowań w miesiącach letnich, co związane jest z wypasem zwierząt.
Skoro bydło jest rezerwuarem, to jak się można domyślić, problem kontaminacji STEC będzie związany w pierwszej kolejności z mięsem tych zwierząt i produktami odzwierzęcymi, a więc wołowina, mleko, sery (zwłaszcza z mleka niepasteryzowanego) itp. Ponadto, w związku ze skażeniem gleby i wody, lub ze względu na sposób nawożenia, problem może dotyczyć również warzyw.
Jest to również zbieżne z opinią naukową, gdzie jako matryce do rutynowego badania w kierunku STEC sugeruje się:
- wołowinę i produkty pochodne,
- Mleko i produkty z mleka niepasteryzowanego,
- Warzywa liściaste oraz kiełki,
- Soki owocowe i warzywne niepasteryzowane,
- Żywność wieloskładnikowa, zawierająca wyżej wymienione.
Opracowania wskazują najczęściej jako mięso tylko wołowinę, ale w praktyce, potencjalnie zakażonych może być więcej grup zwierząt (dzikich i hodowlanych). Często STEC izolowany jest też z jagnięciny, mleka koziego, czy dziczyzny (sarnina). W niektórych szerokościach geograficznych, procentowo więcej izolatów STEC wykrywanych jest np. w wieprzowinie niż wołowinie.
Dlaczego mąka?
Warto zwrócić uwagę na brak w powyższym spisie np. mąki czy ogólnie wyrobów piekarniczych. Przez długi okres czasu, nie było bezpośredniego powiązania STEC z tym typem matryc – transmisja patogenu nie była taka oczywista jak dla innych grup produktów, a sama matryca nie jest środowiskiem przyjaznym do rozwoju mikroorganizmów ze względu na niską aktywność wody. Co więcej, mąka nie jest zwykle klasyfikowana jako żywność RTE, w związku z czym nawet krótka obróbka w ramach np. pieczenia wyrobu gotowego powinna wyeliminować zakażenie E. coli. Wszystko teoretycznie mówi nam, że mąka nie jest matrycą którą powinniśmy się martwić w kontekście STEC.
Rys. 1 Przykładowe outbreaki STEC powiązane z mąką i wyrobami piekarniczymi
Obserwuje się jednak regularnie co kilka lat ogniska zakażeń (tzw. outbreaki), gdzie w ramach dochodzeń epidemiologicznych jako przyczynę wskazano właśnie mąkę. Pierwsze pytanie jakie się nasuwa, to jak doszło do zakażeń żywnością która wymaga obróbki cieplnej? Przyczyn (potencjalnych jak i wynikających bezpośrednio z wywiadu medycznego z osobami zarażonymi) jest kilka, m.in.:
- „próbowanie” surowego ciasta przed obróbką termiczną;
- trend spożywania surowego ciasta oznaczonego jako RTE, gdzie proces pasteryzacji był nieefektywny;
- zajęcia kreatywne dla dzieci z użyciem ciasta zawierającego mąkę (stosowane m.in. w restauracji podczas oczekiwania na posiłek, gdzie następnie doszło do zakażenia) – zakażenie poprzez brudne ręce;
- Zakażenia krzyżowe w warunkach domowych (stosowanie tych samych narzędzi, desek, itp.)
- Wysokie zapylenie podczas odważania/przesypywania produktu i kontaminacja krzyżowa innych produktów i/lub narzędzi.
Dodatkowo trzeba wziąć pod uwagę, że STEC wykazuje zwiększoną przeżywalność w porównaniu do innych E. coli w warunkach niskiej aktywności wody oraz procesach termicznych. Dodatkowo mamy tu do czynienia z matrycą o niskiej wilgotności wody, przez co procesy termiczne mogą być mniej efektywne. Zwykle E. coli w 70oC ginie już po dwóch minutach, ale to ma zastosowanie tylko w przypadku produktów o określonej wilgotności (konieczna jest obecność wody). Dla produktów suchych, czas ten może się wydłużyć nawet do 20 minut w tej samej temperaturze.
W efekcie, STEC może przetrwać obróbkę termiczną suchej mąki jeśli proces nie jest prowadzonych prawidłowo. Ponadto, E. coli jest zdolna do utrzymania się w mące od kilku miesięcy do nawet 2 lat. A jeśli dodatkowo uwzględnić, że dawka infekcyjna w przypadku STEC zwykle jest bardzo niska (do wywołania choroby może wystarczyć zaledwie kilka komórek), to utrzymanie się nawet niewielkiej ilości w mące może już stwarzać problem i być przyczyną zachorowań.
Drugie pytanie jakie się nasuwa, to skąd zakażenie mąki STEC i jaka jest droga kontaminacji? Na to pytanie nie ma aktualnie jednoznacznej odpowiedzi. Wykonano szereg badań, gdzie nie wykazano żadnej statystycznie istotnej korelacji między typami mąki czy lokalizacją. Jedna z hipotez zakłada, że do zakażenia może dochodzić już na polu, ale nie tyle poprzez kontakt z bydłem co m.in. poprzez drugi rezerwuar STEC, a mianowicie dzikie przeżuwacze. Poparciem tej hipotezy jest obecność w dużej ilości serotypów, m.in. O187, które zwykle powiązane są z jeleniami czy sarnami. Sprawa się jednak komplikuje, ponieważ wymieniony serotyp O187 nie jest raczej odpowiedzialny za zachorowania (brak izolatów klinicznych), w związku z czym na ten moment nie można jednoznacznie powiązać obecności szczepów chorobotwórczych z dzikimi zwierzętami, konieczne są dalsze badania.
Kolejna z hipotez zakłada kontaminację poprzez stosowania nawozów organicznych (obornik bydlęcy), ale znów, nie wykazano do tej pory statystycznie istotnej różnicy między np. uprawami ekologicznymi stosującymi obornik a innymi typami upraw.
Choć pierwotna przyczyna nie jest jednoznacznie ustalona, to na pewno do dalszego rozpowszechnienia przyczynia się później sam proces produkcji. Mielenie, magazynowanie i jednocześnie wysokie zapylenie sprzyja dystrybucji patogenu na inne partie produktu lub też inne produkty, przez co znalezienie pierwotnej przyczyny jest znacznie utrudnione, a często wręcz niemożliwe.
Sporadyczne przypadki czy realny problem?
Choć outbreaki związane z obecnością STEC w mące nie są bardzo częste, to pojawiają się dość regularnie. Warto zwrócić uwagę, że w części przypadków wskazanie pierwotnej przyczyny zakażenia może być trudne, a same kwestionariusze np. na terenie USA przekazywane pacjentom nie uwzględniały wcześniej pytań o tą grupę produktów. Może to prowadzić do niedoszacowania realnej ilości zakażeń spowodowanych przez ten typ produktów.
Choć większość opisywanych outbreaków miało miejsce w USA i w Europie raczej nie odnotowano zatruć STEC powiązanych z mąką, to część krajów europejskich rozpoczęło monitorowanie właśnie mąki pod kątem obecności STEC. Dane są dość zatrważające – w Niemczech w latach 2014-2017, gen stx wykryto w 39% próbek, w Austrii w 19%, Szwecja 11% a w Szwajcarii między 11 a 13%. Niezależnie więc od lokalizacji, minimum co 10 próbka mąki potencjalnie mogła stanowić zagrożenie dla zdrowia. W każdym przypadku do badań załączano wnioski: „częste stwierdzenie obecności”, „matryca stanowi ryzyko pod kątem STEC”, „pomijane potencjalne źródło zakażeń”. Czy czekają nas oficjalne regulacje w tym temacie? Ciężko powiedzieć. Ale aby zapewnić bezpieczeństwo produktu, na pewno każdy może już dziś zapoznać się z dostępnymi badaniami i w razie potrzeby, uwzględnić STEC w analizie ryzyka i rutynowych badaniach swoich produktów.
W przypadku pytań lub wątpliwości Eksperci J.S. Hamilton pozostają do Państwa dyspozycji.