Clostridium (Κλωστρίδιο) perfringens : Τοξινοτύποι και Παθογένεια στα Μηρυκαστικά | Ceva

Clostridium perfringens - Εισαγωγή 

Στο παρακάτω άρθρο θα δούμε τους τύπους τοξινών του πιο γνωστού κλωστριδίου (κλωστηριδίου), του Clostridium perfringens στον κόσμο των μηρυκαστικών. Ακόμα, θα εξετάσουμε τι είναι τα κλωστρίδια (κλωστηρίδια) και πως μπορούμε να προλάβουμε τις γνωστές ασθένειες που προκαλούν.

Το Cl. perfringens εμπλέκεται σε αρκετές κλωστηριδιακές ασθένειες των μηρυκαστικών. Η πιο συνηθισμένη είναι η εντεροτοξιναιμία των μηρυκαστικών (στρουμπάρα), η οποία επηρεάζει τόσο τα μικρά μηρυκαστικά όσο και τα βοοειδή. Ωστόσο, αυτό το βακτήριο ευθύνεται και για άλλες ασθένειες, όπως για παράδειγμα το αιμορραγικό σύνδρομο του εντέρου στα βοοειδή, η νόσος του πολτώδους νεφρού στις αρνάδες και ορισμένες νεογνικές εντερίτιδες αμνοεριφίων και μόσχων.

Τι είναι & πώς μεταδίδεται;

Τα κλωστηρίδια (ή κλωστρίδια) είναι αναερόβια βακτήρια, δηλαδή αναπτύσσονται σε περιβάλλον χωρίς οξυγόνο, τα οποία παράγουν ισχυρές τοξίνες που προκαλούν βλάβες στους ιστούς και τα όργανα. Μπορούν να επηρεάσουν τα μηρυκαστικά και άλλα παραγωγικά ζώα με διάφορους τρόπους, ανάλογα με τη δράση των τοξινών που παράγουν.

Είναι κοινά στο περιβάλλον, όπως στο χώμα και στα κόπρανα, και μπορούν να εισέλθουν στο σώμα μέσω τραυμάτων ή μέσω κατανάλωσης μολυσμένης τροφής. Το Clostridium perfringens αποτελεί μέρος της φυσιολογικής χλωρίδας του πεπτικού συστήματος των μηρυκαστικών ζώων.

Συμπτώματα 

Χαρακτηριστικό σύμπτωμα της εντεροτοξιναιμίας (στρουμπάρας) και γενικά των νοσημάτων όπου εμπλέκεται το Clostridium perfringens είναι ο αιφνίδιος θάνατος. Έτσι χωρίς να προηγηθούν συμπτώματα, ζώα τα οποία φαίνονται υγιή ανευρίσκονται από τους κτηνοτρόφους νεκρά στην οξεία μορφή της νόσου.

Στην υποξεία μορφή της νόσου μπορεί να παρατηρηθούν τα παρακάτω:

• Πεπτικά συμπτώματα: ανορεξία, διάρροια, κοιλιακός πόνος, φούσκωμα
• Κατάπτωση, λήθαργος, κυάνωση
• Νευρολογικά συμπτώματα: σπασμοί, τρόμος, αταξία

Παράγοντες κινδύνου

Όπως αναφέρθηκε, το Clostridium perfringens υπάρχει στο περιβάλλον των ζώων αλλά και στο πεπτικό τους σύστημα φυσιολογικά. Οι κλωστριδιακές ασθένειες προκαλούνται όταν τα κλωστρίδια βρίσκουν ευκαιρία και πολλαπλασιάζονται ταχύτατα στον οργανισμό των ζώων παράγοντας μεγάλη ποσότητα τοξινών. Έτσι διαταράσσεται η ισορροπία μεταξύ του πληθυσμού τους στον οργανισμό και της απέκκρισης τους με τα κόπρανα. 

Αυτό οφείλεται σε διαχειριστικούς παράγοντες και ασθένειες. Γενικά οτιδήποτε αλλάζει την ισορροπία του γαστρεντερικού συστήματος αποτελεί παράγοντα κινδύνου. Η απότομη διατροφική αλλαγή ιδιαίτερα η δραστική αύξηση του αμύλου στο σιτηρέσιο ή η πρόσληψη απότομα μεγάλης ποσότητας τροφής αποτελούν χαρακτηριστικό παράδειγμα (Songer 2016). 

Η έλλειψη ελεύθερης πρόσβασης σε καθαρό νερό ή το πολύ κρύο νερό αποτελούν επίσης παράγοντες κινδύνου. Η γαστρεντερική παρασίτωση και ιδίως η κοκκιδίωση στα νεαρά ζώα προδιαθέτουν επίσης στη νόσο. Επίσης σημαντικό ρόλο παίζει το στρες στα ζώα (Manteca, 1994). Οι Daube και συν. απέδειξαν ότι το 67% των θανάτων λόγω εντεροτοξιναιμίας ήταν μετά από μία κατάσταση στρες όπως διατροφική αλλαγή, χειρισμούς κλπ. (Daube, 1999)

Οι παραγόμενες τοξίνες των τύπων του Clostridium perfringens

Το Clostridium perfringens παράγει τοξίνες που προκαλούν ασθένειες. Οι κύριες τοξίνες του Cl. perfringens, είναι: η τοξίνη άλφα, η τοξίνη βήτα, η τοξίνη έψιλον και η  τοξίνη γιώτα.

Πρόσφατα, έχουν αναγνωριστεί δύο ακόμη σημαντικές τοξίνες: η τοξίνη CPE και η τοξίνη NetB (Rood et al., 2008). Ωστόσο, ο παθογονικός ρόλος αυτών των δύο τοξινών στα μηρυκαστικά δεν έχει ακόμη αποδειχθεί.

Δεν παράγουν όλα τα στελέχη του Cl. perfringens όλες αυτές τις τοξίνες. Ανάλογα με την ικανότητά τους να εκκρίνουν αυτές τις τοξίνες, ταξινομούνται σε τοξινοτύπους του Clostridium perfringens, όπως φαίνεται στον Πίνακα 1.

Για παράδειγμα:

• Ο τοξινοτύπος Α παράγει μόνο την κύρια τοξίνη άλφα.
• Ο τοξινοτύπος Β παράγει τις κύριες τοξίνες άλφα, βήτα και έψιλον.

Η βάση αυτής της ονοματολογίας χρονολογείται από τη δουλειά του Wilsdon τη δεκαετία του 1930 (Glenny et al., 1933). Έκτοτε, έχουν γίνει αρκετές αλλαγές σε αυτήν την ταξινόμηση.

Το 1964, αναγνωρίστηκαν 5 τοξινoτύποι (A, B, C, D και E) του Cl. perfringens (Sterne and Warrack, 1964). Αυτή η ταξινόμηση παραμένει έγκυρη μέχρι σήμερα.

Ωστόσο, το 2008, χάρη στη μοριακή βιολογία, προτάθηκε να προστεθούν δύο ακόμη τοξινοτύποι (F και G) στους 5 ιστορικούς τοξινοτύπους του Cl. perfringens.

Ο τύπος Α του Clostridium perfringens είναι ο συχνότερος στα μηρυκαστικά 

Στα βοοειδή αρκετές μελέτες ταυτοποίησης του Cl. perfringens σε δείγματα από ασθενή ή υγιή ζώα έχουν δείξει ότι μόνο ο τύπος Α του Cl. perfringens είναι παρών (Daube et al., 1996; Manteca et al., 1999).

Ωστόσο, είναι πιθανό να ανευρεθούν οι τύποι B, C και E κυρίως σε μόσχους (Songer, 1996; Uzal et al., 2016a; Uzal et al., 2016b; Songer 2016).

Στα μικρά μηρυκαστικά, υπάρχει μεγαλύτερη μεταβλητότητα των διαφόρων τύπων του Cl. perfringens. Στα πρόβατα, οι τύποι A, B, C και D έχουν εντοπιστεί σε διαφορετικές αναλογίες ανάλογα με τη μελέτη. Στις περισσότερες περιπτώσεις κυριαρχεί ο τύπος A του Cl. perfringens (Daube et al., 1996; Kalender et al., 2005; Ahsani et al., 2010; Moustafa et al., 2022, Greco et al., 2005). Στις αίγες μία μελέτη με υβριδισμό των στελεχών απέδειξε ότι ο τύπος A αντιπροσωπεύει το 80% των στελεχών που απομονώνονται, ενώ το υπόλοιπο 20% ήταν συνδεδεμένο με τον τύπο D του Cl. perfringens (Daube et al., 1996). 

Συνεπώς, φαίνεται ότι ο τύπος A του Cl. perfringens είναι ο κυρίαρχος στα μηρυκαστικά. Αντίθετα με τους άλλους τύπους, ο τύπος A παράγει μόνο μία κύρια τοξίνη, την τοξίνη α. Αυτή η τοξίνη επομένως είναι υπεύθυνη για το μεγαλύτερο κομμάτι των κλινικών εκδηλώσεων του Cl. perfringens σε βοοειδή, πρόβατα και αίγες.

Πρόληψη κλωστριδιακών ασθενειών

Δεν υπάρχει αποτελεσματική θεραπεία των ασθενειών που προκαλούνται από το Cl. perfringens ενώ και η θεραπευτική παρέμβαση είναι δύσκολη λόγω της ταχύτατης εξέλιξης της εντεροτοξιναιμίας και των άλλων κλωστριδιακών ασθενειών. Συνεπώς για λόγους οικονομικότητας και ευζωίας των ζώων, όλες οι εκτροφές θα πρέπει να έχουν ένα καλό πλάνο πρόληψης.

Με βάση όσα αναφέρθηκαν για τους παράγοντες κινδύνου και τις τοξίνες που εμπλέκονται στην εκδήλωση ασθένειας η πρόληψη της εντεροτοξιναιμίας και των άλλων κλωστριδιακών ασθενειών αποτελείται από δύο άξονες, τη διαχείριση και τον εμβολιασμό.

Η διαχείριση είναι πολύ βασική και ο ρόλος της δεν θα πρέπει να υποτιμάται επειδή γίνεται εμβολιασμός. Πρέπει να δίνεται έμφαση σε μία σειρά διαδικασιών με βασικότερες τις παρακάτω:

• Σταδιακή διατροφική αλλαγή σε σιτηρέσια 
• Ζωοτεχνικές παρεμβάσεις για ελεύθερη πρόσβαση όλων των ζώων σε τροφή και νερό
• Καθαρό νερό που δεν είναι παγωμένο
• Έλεγχος των παρασίτων στη εκτροφή
• Εγκαταστάσεις  που να ελαττώνουν το στρες κατά τους χειρισμούς στα ζώα

Ο εμβολιασμός των ζώων είναι μεγάλης σημασίας και πρέπει να δίνεται προσοχή στην εφαρμογή του. 

• Τα εμβόλια για το Cl. perfringens περιέχουν ανατοξίνες, δηλαδή τοξίνες χωρίς τοξική δράση. 
• Η ανοσία είναι μόνο χυμική (αντισώματα) και όχι κυτταρική (Manteca et al., 2004)
• H ανοσολογική απόκριση συνδέεται με την ποσότητα της ανατοξίνης που χορηγήθηκε (Kotloff et al., 2001; Anosova et al., 2013).

Θα πρέπει να προτιμώνται εμβόλια που παρέχουν την βέλτιστη ανοσία για την ανατοξίνη α που παράγουν οι τύποι του Cl. perfringens, καθώς είναι αυτή που ευθύνεται για την συντριπτική πλειοψηφία των ασθενειών από Cl. perfringens στα μηρυκαστικά.

Αναντικατάστατος είναι ο ρόλος του πρωτογάλακτος στην εγκατάσταση της παθητικής ανοσίας στα νεογέννητα μηρυκαστικά. Ανάλογα με την διαχείριση της κάθε μονάδας στο κομμάτι του πρωτογάλακτος επιλέγεται και ο αντίστοιχος χρόνος έναρξης εμβολιασμού των ζώων αντικατάστασης. Έτσι αν υπάρχει επαρκής παθητική ανοσοποίηση το εμβόλιο μπορεί να ξεκινήσει στον 2^ο μήνα της ζωής, ενώ αν δεν είμαστε σίγουροι γι’ αυτό περίπου στον 1^ο μήνα της ζωής των νεαρών μηρυκαστικών.

Πρέπει να τονίσουμε κάποια βασικά σημεία για τον εμβολιασμό.

• Τα εμβόλια για την εντεροτοξιναιμία είναι νεκρά εμβόλια που περιέχουν ανατοξίνες. Αυτό σημαίνει ότι χρειάζεται απαραίτητα επαναληπτική δόση μετά από 3 έως 6 εβδομάδες ανάλογα με το ΦΟΧ του κάθε εμβολίου.
• Είναι σημαντική η δόση της χορηγούμενης ανατοξίνης που περιέχει το κάθε εμβόλιο. Θα πρέπει να προτιμούμε εμβόλια με τη μέγιστη συγκέντρωση ανατοξίνης α ανά δόση.
• Εφόσον τα εμβόλια ξεκινήσουν από τον 1^ο μήνα της ζωής των ζώων, το ανοσοποιητικό σύστημα είναι ανώριμο και συνήθως χρειάζονται δύο επαναληπτικές δόσεις για εγκατάσταση της βέλτιστης ανοσίας.
• Στη συνέχεια για τη βέλτιστη ανοσία του κοπαδιού θα πρέπει να πραγματοποιείται αναμνηστική δόση ανά 6 μήνες.
• Τα ζώα που εμβολιάζονται πρέπει να είναι σε καλή κατάσταση υγείας, θρεπτικής κατάστασης και ελεύθερα παρασιτώσεων, όπως ισχύει για όλα τα εμβόλια.

Συμπεράσματα

• Υπάρχουν 7 τύποι Clostridium perfringens και 6 κύριες τοξίνες
• Η τοξίνη α παράγεται από όλους του τύπους του Cl. perfringens
• Στα μηρυκαστικά, ο τύπος A Cl. perfringens, που παράγει μόνο την τοξίνη α είναι ο συχνότερος 
• Η πρόληψη απαιτεί ένα ολοκληρωμένο εμβολιακό πρόγραμμα και σωστή διαχείριση

Βιβλιογραφία:

Ahsani, M. R., Mohammadabadi, M. R., & Shamsaddini, M. B. (2010). Clostridium perfringens isolate typing by multiplex PCR. Journal of Venomous Animals and Toxins including Tropical Diseases, 16, 573-578.

Anosova G.N., Brown M.A., Li L., Liu N., Cole E.L., Zhang J., Mehta H., Kleanthous H. (2013). Systemic antibody responses induced by a two-component Clostridium difficile toxoid vaccine protect against C. difficile-associated disease in hamsters. Journal of Medical Microbiology, 62 (9)

Daube, G., Simon, P., Limbourg, B., Manteca, C., Mainil, J., & Kaeckenbeeck, A. (1996). Hybridization of 2,659 Clostridium perfringens isolates with gene probes for seven toxins (alpha, beta, epsilon, iota, theta, mu, and enterotoxin) and for sialidase. American journal of veterinary research, 57(4).

Greco, G., Madio A., Buonavoglia D., Totaro M., Corrente M., Martella V., Buonavoglia C. (2005). Clostridium perfringens toxin-types in lambs and kids affected with gastroenteric pathologies in Italy. The Veterinary Journal, 170, 346–350

Kalender, H., Ertas, H. B., Cetinkaya, B., Muz, A., Arslan, N., & Kilic, A. (2005). Typing of isolates of Clostridium perfringens from healthy and diseased sheep by multiplex PCR. Veterinarni Medicina-Praha-, 50(10), 439.

Kotloff L.K., Wasserman S.S., Losonsky A.G., Thomas Jr. W., Nichols R., Edelman R., Bridwell M., Monath P.T. (2001). Safety and Immunogenicity of Increasing Doses of a Clostridium difficile Toxoid Vaccine Administered to Healthy Adults. Infection and Immunity, 69 (2)

Manteca, C., Daube, G., & Mainil, J. (1999). Etude du rôle de Clostridium perfringens dans l'entérotoxémie bovine. Bulletin et mémoires de l'Académie Royale de Médecine de Belgique, 154(6, Pt 2).

Moustafa, S., Zakaria, I., Moustafa, A., AboSakaya, R., & Selim, A. (2022). Molecular epidemiology and genetic characterization of Clostridium perfringens infections in lambs. Microbial Pathogenesis, 173, 105822.

Rood, J. I., Adams, V., Lacey, J., Lyras, D., McClane, B. A., Melville, S. B., ... & Van Immerseel, F. (2018). Expansion of the Clostridium perfringens toxin-based typing scheme. Anaerobe, 53, 5-10.

Glenny A.T., Barr M., Llewwllyn-Jones M., Dalling T., Ross H.E., Multiple toxins produced by some organisms of the Cl. wlechii group, J. Pathol. Bacteriol. 37 (1933) 53-74.

Sterne M.,  Warrack G.H., The types of Clostridium perfringens, J. Pathol. Bacteriol. 88 (1964) 279-283.

Songer, J. G. (1996). Clostridial enteric diseases of domestic animals. Clinical microbiology reviews, 9(2), 216-234.

Songer, J. G. (2016). Infections by Clostridium perfringens type E. Clostridial Diseases of Animals; Uzal, FA, Songer, JG, Prescott, JF, Popoff, MR, Eds, 173-176.

Uzal, F. A., Songer, J. G., Prescott, J. F., & Popoff, M. R. (2016). Infections by Clostridium perfringens type B. Clostridial Diseases of Animals, 139-142.

Uzal, F. A., Giannitti, F., Finnie, J. W., & García, J. P. (2016). Diseases produced by Clostridium perfringens type D. Clostridial Diseases of Animals; Wiley Blackwell: Ames, IA, USA, 157-172.