Bacillus cereus-Gruppe: Persistente und gesundheitsgefährdende toxinproduzierende Mikroorganismen in der Lebensmittelindustrie

Was ist die Bacillus cereus-Gruppe?

Die Bacillus cereus-Gruppe, auch bezeichnet als B. cereus sensu lato oder „präsumtiver Bacillus cereus“, sind grampositive, stäbchenförmige, sporenbildenden Bakterien, die häufig aus Böden, und anderen Umwelt- und Lebensmittelmatrices isoliert werden.

Die B. cereus-Gruppe ist eine Untergruppe der Gattung Bacillus, die acht offiziell anerkannte Spezies umfasst: B. cereus sensu stricto, B. anthracis, B. thuringiensis, B. weihenstephanensis, B. mycoides, B. pseudomycoides, B. cytotoxicus und B. toyonensis (EFSA, 2016). Die derzeitige Taxonomie der B. cereus-Gruppe und der Status separater Spezies beruhen hauptsächlich auf phänotypischen Merkmalen, die vor dem genomischen Zeitalter festgestellt wurden. In den letzten 20 Jahren haben verschiedene genotypische Methoden, einschließlich des kürzlich eingeführten Whole Genome Sequencing (Zervas et al., 2020, Carroll et al. 2020) die Existenz von drei großen phylogenetischen Kladen innerhalb der Bacillus cereus-Gruppe aufgezeigt, die weiter in sieben phylogenetische Gruppen unterteilt sind (Priest et al., 2004, Guinebretiere et al., 2008, Okinaka et al., 2016; Bazinet, 2017). Aus diesen Gründen wurden versuchsweise neue Spezies innerhalb der Bacillus cereus-Gruppe vorgeschlagen (Liu et al., 2017; BfR, 2020).

Es zeigte sich auch, dass die traditionelle phänotypische Klassifizierung und die Phylogenie nicht unbedingt übereinstimmen, vor allem, weil die Bakterien tatsächlich eine konkrete Genomplastizität aufweisen. Die Zuordnung eines bestimmten Isolats der „präsumtiven“ Bacillus cereus-Gruppe zu einer einzelnen Spezies oder phylogenetischen Gruppe wird zusätzlich erschwert, da die Phylogenie auf chromosomalen Genen basiert, während wichtige Virulenz- und phänotypische Merkmale plasmidbasiert sind und somit verloren gehen, horizontal übertragen werden und innerhalb einer Spezies uneinheitlich vorhanden sein können (EFSA, 2016). Einige Stämme, die z. B. mit B. thuringiensis verwandt sind, weisen auf dem Chromosom ein ähnliches Repertoire an potenziellen Virulenzgenen auf wie Bacillus cereus sensu stricto, tragen aber auf Plasmiden andere zentrale Gene, die für die Produktion von Biopestiziden entscheidend sind (EFSA, 2016). Daher wurde die Relevanz der taxonomischen Trennung der B. cereus-Gruppe in separate Spezies in Frage gestellt (EFSA, 2016).

Die Pathogenität der Bakterien der B. cereus-Gruppe wird neben dem lebensbedrohlichen Milzbrand und einigen Milzbrand-ähnlichen Erkrankungen, die durch B. anthracis und einige B. cereus-Stämme verursacht werden, mit zwei behindernden Magen-Darm-Erkrankungen, dem emetischen und Diarrhö-Syndrom, in Verbindung gebracht.

Welche Risiken bestehen für Verbraucher?

Das emetische Syndrom wird durch das Toxin Cereulid verursacht, das von B. cereus sensu lato-Isolaten produziert wird, die plasmidbasierte Cereulid-Synthetase-Gene tragen (Ehling-Schulz et al., 2006). Cereulid ist häufig in Lebensmitteln vorgebildet, was zu einem schnell einsetzenden Erbrechen (15 Min. bis 6 Std.) nach Aufnahme der kontaminierten Lebensmittel führt. Normalerweise klingt diese Krankheit von selbst ab, aber gelegentlich wird von schwereren Vergiftungen berichtet, die einen Krankenhausaufenthalt und intensivmedizinische Betreuung erfordern. Aufgrund seiner Säure- und Hitzestabilität wird Cereulid in der Regel nicht inaktiviert, wenn es einmal in der normalen Umgebung der Lebensmittelverarbeitung gebildet wurde.

Das Diarrhö-Syndrom der B. cereus-Lebensmittelvergiftung ist durch Bauchschmerzen und wässrigen Durchfall gekennzeichnet; es wurde insbesondere mit drei porenbildenden chromosomal kodierten Enterotoxinen in Verbindung gebracht. Es handelt sich um i) zwei Dreikomponententoxine, das nicht-hämolytische Enterotoxin (Nhe), das hämolytische Toxin (Hbl) und ii) das Einprotein-Zytotoxin (CytK). Die Enterotoxine sind hitzelabil und werden bei der Passage des Magens enzymatisch verdaut, während B. cereus-Sporen (und auch einige vegetative Zellen) die Magen-Darm-Passage überleben. Daher wird allgemein davon ausgegangen, dass Diarrhöe durch die Produktion von Enterotoxin nach 8 -16 Stunden Sporenauswuchs in unmittelbarer Nähe oder direktem Kontakt zu den Darmepithelzellen ausgelöst wird. Phospholipasen, Sphingomyelinasen, Hämolysine, Proteinasen und Peptidasen sind aber wahrscheinlich zusätzliche Virulenzfaktoren, die an dem Syndrom beteiligt sind. Diese Endotoxine und weitere Virulenzfaktoren sind unter den Zugehörigen der B. cereus-Gruppe weit verbreitet (Ehling-Schulz et al., 2019).

Neben seinem lebensmittelvergiftenden Potenzial wird B. cereus sensu lato auch zunehmend als nosokomialer Krankheitserreger erkannt, der bei immungeschwächten Patienten lebensbedrohliche Infektionen verursacht, aber es gibt auch Fallberichte von B. cereus-Infektionen bei immunkompetenten Patienten. Zu den besonders gefährdeten Gruppen gehören Neugeborene oder Patienten mit Verweilkathetern (EFSA, 2016).

Die Auswirkungen von lebensmittelbedingten Erkrankungen durch Bacillus cereus werden weitgehend ungenügend erfasst (EU oder USA), , da möglicherweise nur Ausbrüche untersucht werden, nicht aber die sporadischen Fälle (Scallan et al, 2011).

Kennzahlen

In der EU waren 2019 (EFSA & ECDC, 2021) von B. cereus produzierte Toxine:

- verantwortlich für 155 Ausbrüche (gegenüber 75 Ausbrüchen aufgrund von C. perfringens und 74 Ausbrüchen aufgrund von S. aureus), 1.636 Fälle, 44 Hospitalisierungen, 7 Todesfälle (14 Todesfälle für alle bakteriellen Toxine, was einem hohen Anteil aller 2019 gemeldeten tödlichen Fälle in FBOs entspricht (23,3 %)).

- die am häufigsten gemeldeten toxigenen Krankheitserreger. In den USA schätzte das Center of Disease Control (CDC) (Scallan et al., 2011) die jährliche Anzahl der sporadischen & Ausbrüche, die mit Bacillus cereus assoziiert sind, auf 63.400 (mit 0,4 % Hospitalisierungen und 0 % Todesfällen).

Die meisten Fälle von lebensbedingten Ausbrüchen aufgrund der B. cereus-Gruppe werden mit Bakterienkonzentrationen über 10⁵ KBE/ g Lebensmittel in Verbindung gebracht. Einige Fälle der emetischen und Diarrhö-Erkrankung betrafen zwischen 10³ und 10₅ KBE/g von B. cereus (EFSA, 2016; FDA, 2012).

Wie wird Bacillus cereus übertragen?

Boden ist die Hauptquelle für die Kontamination von rohen Lebensmitteln mit Sporen von B. cereus. Boden kann 10³ und 10⁵ B. cereus-Sporen pro Gramm enthalten. In komplexen Lebensmitteln wurden einige Wirkstoffe als wichtige Quelle für die Kontamination mit B. cereus-Sporen identifiziert, z. B. Texturierungsmittel, Flüssigeier, Kräuter und Gewürze. Sporen können intensive Verarbeitungsschritte wie Dehydrierung überleben und anschließend über dehydrierte Wirkstoffe diverse Lebensmittel kontaminieren. Eine zusätzliche Kontamination während der Lebensmittelverarbeitung kann auftreten, weil B. cereus-Sporen, die starke Adhäsionseigenschaften haben, Biofilme bilden und auf der Oberfläche von Verarbeitungsgeräten verbleiben können.

Die Lagerung des verarbeiteten Produkts oder die Verwendung von Rohstoffen in komplexen Lebensmitteln mit Bedingungen, die für B. cereus geeignet sind (z. B. Gewürze in Rezeptgerichten oder Flüssigeier in gekühltem Pudding oder Sahnekaramell), ermöglichen die Sporenauskeimung und das Wachstum von B. cereus bis zu einer Anzahl, die eine Gefahr für Verbraucher darstellen könnte. Die meisten Lebensmittel, die eine hohe Luftfeuchtigkeit aufweisen und nicht gesäuert sind, würden sein Wachstum unterstützen. Das Wachstum wird jedoch durch die Kühlung begrenzt; unter 10 °C kann nur eine Minderheit der B. cereus-Stämme, die in einem Lebensmittelprodukt vorhanden sind, wachsen (EFSA, 2005).

Welche gängigen Branchen sind von B. cereus betroffen?

Dann wurde eine Vielzahl von Lebensmitteln, einschließlich Fleisch, Milch, Gemüse und Fisch, mit der Lebensmittelvergiftung mit Diarrhö in Verbindung gebracht. Die Ausbrüche mit Erbrechen wurden im Allgemeinen mit Reisprodukten in Verbindung gebracht; es wurden jedoch auch andere stärkehaltige Lebensmittel wie Kartoffel-, Nudel- und Käseprodukte miteinbezogen. Lebensmittelmischungen, wie Saucen, Puddings, Suppen, Aufläufe, Gebäck und Salate, wurden häufig mit Ausbrüchen von Lebensmittelvergiftungen in Verbindung gebracht (FDA, 2012).

Wie kann Bacillus cereus in der Lebensmittelindustrie verhindert und kontrolliert werden?

Umfassende Anforderungen zur Verhinderung von Lebensmittelverfälschungen sind in US-amerikanischen Gesetzen (FDA Food Safety Modernization Act; USDA-FSIS Food Safety Acts for Meat, Poultry & Egg Products) und in von der EU durchgesetzten Verordnungen (EU-Verordnung 178/2002) verankert. Alle Lebensmittelunternehmer, d. h. Erzeuger, Hersteller, Verarbeiter, Händler, Importeure, Einzelhändler usw., müssen sich an die Vorschriften halten und sind haftbar, wenn sie keine sicheren Lebensmittel vertreiben.

Darüber hinaus schreiben die US-amerikanischen und EU-Verordnungen vor, dass Lebensmittel-unternehmer die spezifischen Lebensmittelsicherheitsrisiken, die mit ihren Lebensmitteln und Prozessen verbunden sind, analysieren und durch risikobasierte Sicherheitspläne, die gemäß den HACCP-Prinzipien definiert sind, verwalten müssen (FDA 21CFR117 et al. - FSIS Reduktion von Krankheitserregern und HACCP-Vorschrift 9 CFR 304 et al. - EU-Verordnung 2073/ 2005).

Obligatorische Rückrufaktionen von verdorbenen Lebensmitteln stärken den Rechtsrahmen zur Verwaltung von lebensmittelbedingten Risiken in der gesamten Lebensmittelkette weiter (FDA Food Safety Modernization Act, FSIS 9 CFR 304 et al., EU-Verordnung 178/2002).

Abgesehen von den zwingenden rechtlichen Anforderungen sollten Lebensmittelunternehmer in ihren Managementsystemen für Lebensmittelsicherheit auch die möglichen Auswirkungen berücksichtigen, die Rückrufe oder strafrechtliche Verfolgung auf ihr Unternehmen haben könnten.

Auf EU-Ebene wurde der „präsumtive Bacillus cereus“ als ein regulatorisches Prozesshygienekriterium für getrocknete Säuglingsanfangsnahrung und getrocknete diätetische Lebensmittel für besondere medizinische Zwecke, die für Säuglinge unter sechs Monaten bestimmt sind, definiert (Verordnung1441/2007). Die obere Akzeptanzgrenze wurde auf 500 KBE / g festgelegt, um das potenziell empfindliche Profil der Zielkunden zu berücksichtigen. 

Da Bacillus cereus sensu lato und seine Toxine jedoch über dieses explizite regulatorische Kriterium hinaus weithin als Problem für die öffentliche Gesundheit erkannt und mit einer Vielzahl von Lebensmittelsektoren und Lebensmitteln in Verbindung gebracht wurden, müssen alle entsprechenden US- und EU-Lebensmittelunternehmer im Sinne der Einhaltung von Vorschriften das B. cereus-Risiko in ihre Lebensmittelsicherheitspläne integrieren, um das öffentliche Gesundheitsrisiko für ihre nachgelagerten Kunden zu kontrollieren. 

Wie kann die Präsenz von B. cereus in der Lebensmittelindustrie nachgewiesen/gezählt werden?

Sowohl die EU als auch die USA verlangen, dass Lebensmittelunternehmer mikrobiologische Untersuchungen durchführen, wenn sie routinemäßig das korrekte Funktionieren ihrer HACCP-basierten Kontrollverfahren und guten Hygienepraktiken validieren oder überprüfen (EU-Verordnung 2073/2005 - FDA Food Safety Modernization Act - Gesetz zur Modernisierung der Lebensmittelsicherheit).

Abgesehen von fortgeschrittenen Tests für epidemiologische Zwecke (für eine vollständige Übersicht siehe EFSA, 2016, Abschnitt 3.3) haben sich einfache Auszählungs- oder Detektionsverfahren für den „präsumtiven Bacillus cereus“ als geeignet für die routinemäßige Überprüfung der Wirksamkeit der Kontrollpläne für die industrielle Sicherheit erwiesen. Es wurden verschiedene Standardmethoden (ISO 7932, ISO 21871, FDA-BAM, USDA/FSIS- MLG) oder validierte (AOAC OMA oder RI, EN/ISO 16140-2) Schnellmethoden beschrieben. 

bioMérieux bietet den Verantwortlichen für Lebensmittelsicherheit bewährte standardisierte oder validierte Methoden für das Management des Risikos der Bacillus cereus-Gruppe & und ihrer Toxine entlang der Lebensmittelkette.

See also addendum January 07, 2022: DISTINCTION OF THE B. CEREUS GROUP SPECIES IN ROUTINE DIAGNOSTICS