Clostridium botulinum in honey production with respect to infant botulism

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:952-10-3067-4
Title: Clostridium botulinum in honey production with respect to infant botulism
Author: Nevas, Mari
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Veterinary Medicine, Department of Food and Environmental Hygiene
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2006-04-07
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:952-10-3067-4
http://hdl.handle.net/10138/18964
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Infant botulism is a rare illness caused by spores of Clostridium botulinum, which are ubiquitous in nature and harmless for healthy adults. Due to the immaturity of infantile intestinal microflora, the spores carried into the intestinal canal may germinate and produce toxin in vivo. The course of the infant botulism can vary from a prolonged constipation to sudden death of an infant, but several child-dependent predisposing factors are known to influence susceptibility to infection. Honey was the only food item associated with infant botulism until 2005, when a suspected case of infant milk formula-derived infant botulism was described. This thesis is based on the previously recognized association between honey and infant botulism. The autopsy specimens of a suddenly deceased 11-week-old boy were studied with multiplex polymerase chain reaction (PCR), and Clostridium botulinum group I type B was detected in the intestinal contents and in the vacuum cleaner dust of the patient's household. Genetic similarity of these isolates was demonstrated with pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) typing and randomly amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis, confirming that dust can act as a vehicle for infant botulism, resulting in sudden death. This was the first reported case of infant botulism in Finland. To evaluate the prevalence of C. botulinum in honey, a test protocol for reliable PCR-based detection of spores was developed. The inhibiting effects of honey were overcome by using a supernatant filtration method of in the preparation of samples before enrichment and PCR. PFGE analysis was optimized to study C. botulinum group I isolates, and applied to analyse the diversity of 55 strains of C. botulinum types A, AB, B and F. A total of nine restriction enzymes were tested, from which SacII, SmaI and XhoI were chosen for the cluster analysis of the 55 strains. Of these three enzymes, SacII was shown to be superior for analysis of C. botulinum group I isolates. C. botulinum group I was found to be heterogeneous, and in the majority of cases, PFGE enabled discrimination between individual strains of types A and B. However, certain clustering of type B strains was observed, and type F strains were located in a single cluster. A total of 190 samples from honey sold in Finland were studied by PCR to determine whether C. botulinum spores of types A and B were present. Spores of C. botulinum were detected in 8 of the 114 Finnish (7%) and in 12 of the 76 imported honey samples (16%). In addition, 294 honey samples produced in Denmark, Norway and Sweden were studied using multiplex-PCR for the presence of C. botulinum type A, B, E and F spores. The prevalence of C. botulinum showed a significant variation between Denmark, Norway and Sweden, the proportions of positive samples in each country being 26%, 10% and 2%, respectively. Type B was most frequently detected. The 24 strains isolated were confirmed to be proteolytic and were analysed with PFGE using restriction enzyme SacII. Twelve different PFGE patterns were produced. Three clearly distinguishable clusters containing more than three strains were noted, one of which included strains isolated in both from Denmark and Norway. Factors influencing C. botulinum contamination in the honey production environment were evaluated in a three-year survey. A total of 1168 samples from 100 apiaries and related facilities in Finland were analysed for the presence of C. botulinum types A, B, E and F using multiplex-PCR. Production methods and environmental factors were registered using a questionnaire and personal observation. C. botulinum was shown to be common throughout the whole honey production chain, with the type most frequently detected being group I type B. A PFGE analysis of 202 group I type B isolates suggested the existence of different genetic lineages. Only six PFGE profiles were observed, two of which predominated, covering 96% of the isolates. The high prevalence of C. botulinum in soil and in samples associated with beeswax suggests the accumulation of soil-derived botulinal spores in wax. In addition, based on the most significant bivariate Spearman's rank order correlations, production hygiene and extent of production were shown to have significant influences on the prevalence of botulinal spores in extracted honey. According to a logistic multivariable regression model, the presence of hand-washing facilities in the extraction room had a significant impact on decreasing the number of spores. Based on the results it is concluded that the number of spores in honey may be diminished. However, due to the observed wide existence of C. botulinum spores in the environment, it is not possible to produce honey totally free from spores.Clostridium botulinum hunajantuotannossa liittyen imeväisbotulismiin Clostridium botulinum on ympäristössä tavattava bakteeri, joka hapen läsnäollessa esiintyy lepomuodossa, erittäin kestävänä itiönä. C. botulinumin itiöt ovat terveelle aikuiselle vaarattomia, mutta kasvulle suotuisissa, hapettomissa olosuhteissa ne voivat muuttua eläviksi bakteerisoluksi tuottaen voimakkainta tunnettua biologista myrkkyä, botulinumtoksiinia. Toksiini aiheuttaa botulismina tunnetun sairauden, jonka oireena on etenevä velttohalvaus. Toisin kuin terveillä aikuisilla, alle vuoden ikäisillä lapsilla suolistoon joutuneet C. botulinumin itiöt voivat aiheuttaa imeväisbotulismiksi kutsutun sairauden. Lapsen suoliston kehittymätön mikrobisto sekä tämän lisäksi useat yksilöstä johtuvat altistavat tekijät voivat edesauttaa suolistoon joutuneiden itiöiden muuntumista toksiinia tuottaviksi bakteerisoluiksi. Imeväisbotulismin tyypilliset oireet vaihtelevat itsestään rajoittuvasta ummetuksesta lapsen äkilliseen, kätkytkuolemaa muistuttavaan menehtymiseen. Tyypillisimpinä itiölähteinä imeväisbotulismitapauksissa pidetään hunajaa ja pölyä, mutta usein tartunnan lähde jää selvittämättä. Hunajan on ainoana elintarvikkeena osoitettu liittyvän imeväisbotulismiin. Hunajan bakteerikasvua estävästä koostumuksesta johtuen C. botulinumin itiöt eivät pysty muuntumaan hunajassa kasvukykyisiksi soluiksi, mutta voivat säilyä hunajassa vuosikausia. Itiöitä ei voida tuhota hunajasta kuumentamalla, sillä vaadittava lämpökäsittely muuttaisi hunajan rakennetta heikentäen merkittävästi hunajan laatua. Koska imeväisbotulismin ja kätkytkuoleman välinen yhteys on aikaisemmin tunnistettu, tutkittiin väitöskirjatyön osana kätkytkuolleiden lasten elinnäytteitä C. botulinumin varalta. Äkillisesti menehtyneen, 11 viikon ikäisen poikalapsen näytteistä, sekä lapsen kodin pölynimurin pölypussista voitiin eristää C. botulinum bakteeri ja molekyylibiologisten tyypitysmenetelmien avulla voitiin osoittaa, että lapsesta ja pölystä eristetyt kannat olivat geneettisesti samankaltaiset. Lapsen tartunnan lähteenä voidaan tässä tapauksessa pitää ympäristöä, eikä tapaukseen liittynyt hunajan syöttämistä lapselle. Löydös osoittaa, että myös Suomessa, jossa imeväisbotulismitapauksia ei ole aikaisemmin diagnosoitu, voi C. botulinum olla osallisena joihinkin kätkytkuolemantapauksiin. Väitöstyössä kehitetyn, polymeraasiketjureaktioon (PCR) perustuvan analyysimenetelmän avulla tutkittiin C. botulinumin esiintymistä Suomessa kaupan olevassa tuontihunajassa, sekä suoraan tuottajilta kerätyistä hunajanäytteistä Norjassa, Ruotsissa, Suomessa ja Tanskassa. C. botulinumin itiöitä todettiin maakohtaisesti 0-26 %:ssa näytteistä. Pohjoismaista Tanskassa tuotetussa hunajassa todettiin itiöitä selvästi useammin muihin Pohjoismaihin verrattuna. Tutkimuksessa kehitettiin lisäksi geneettistä tyypitysmenetelmää, pulssikenttäelektroforeesia, soveltuvaksi sellaisille C. botulinum kannoille, jotka todettiin yleisiksi hunajantuotantoympäristössä. Menetelmän avulla havaittiin, että hunajantuotannosta kerätyistä näytteistä eristetyissä C. botulinum kannoissa oli vallitsevana kaksi genotyyppiä, jotka kuitenkin erosivat toisistaan merkittävästi. Onkin mahdollista, että saman C. botulinum ryhmän sisällä esiintyisi useita erilaisia geneettisiä sukulinjoja. Kolmivuotisessa seurantatutkimuksessa selvitettiin reittejä, joiden kautta itiöt kulkeutuvat hunajaan, ja arvioitiin mehiläistarhaajan mahdollisuuksia vaikuttaa itiöiden määrään hunajassa. C. botulinumin todettiin olevan erittäin yleinen löydös Suomen maaperässä. Mehiläispesässä C. botulinumin itiöiden esiintyminen oli selvästi yleisintä mehiläisvahaan liittyvissä näytteissä, ja on todennäköistä, että maa-aineksen sisältämät itiöt kulkeutuvat pölyssä mehiläisten mukana mehiläispesään ja kertyvät kennoja peittävään mehiläisvahaan. C. botulinumin itiöiden kierto hunajantuotannossa voitaisiin näin ollen katkaista sulattamalla tyhjiksi lingotut vahakakut riittävän korkeassa lämpötilassa, jotta vahaan kertyneet itiöt tuhoutuvat. Sulatetusta vahasta valetut uudet, pesiin laitettavat vahapohjukkeet olisivat tällöin tuotantokauden alussa itiöttömiä. Mehiläispesään kertyvien itiöiden määrää voidaan lisäksi vähentää sijoittamalla mehiläistarhat kasvillisuuden peittämille alueille, jolloin kasvillisuus voi rajoittaa maan pölyämistä. Tuotantohygieeniset tekijät nousivat analyysissä tilastollisesti merkittäviksi lingotun hunajan saastumisessa. On todennäköistä, että tuottajan sekä välineistön mukana kulkeutuu linkoomotiloihin ja sitä kautta lingottuun hunajaan pölyä, joka sisältää itiöitä. Itiöiden esiintymistodennäköisyys lingotussa hunajassa vähenee merkittävästi, mikäli tiloissa on käsienpesumahdollisuus sekä käytössä on erilliset sisäjalkineet. Lisäksi tilojen riittävä valaistus tehostaa tilojen puhtaanapitoa vähentäen pölyn ja sitä kautta itiöiden määrä tuotantotiloissa. Myös tuotannon laajamittaisuus vaikuttaa itiöpitoisuuteen: mitä suurempi on tuotannon kapasiteetti, sitä pienempi on todennäköisyys itiöiden kertymiselle hunajaan. Tämä viittaa siihen, että ammattimaisessa hunajantuotannossa hygieniatekijät huomioitaneen paremmin kuin harrastetyyppisessä toiminnassa. Tutkimus osoittaa, että C. botulinumin itiöiden määrää hunajassa voidaan vähentää. Koska itiöiden esiintyminen ympäristössä on hyvin yleistä, näyttää siltä, että täysin itiöttömän hunajan tuotanto ei kuitenkaan ole mahdollista.
Subject: eläinlääketiede
elintarvikehygienian oppiaine
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
clostrid.pdf 537.2Kb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record