Utjecaj globalnog zatopljenja na rasprostranjenost bakterije Vibrio cholerae u školjkaša

Natalija Džafić*
*dr. sc. Natalija Džafić, dr. vet. med., stručna suradnica, Hrvatski veterinarski institut, Veterinarski zavod Rijeka, Laboratorij za mikrobiologiju hrane i hrane za životinje, Podmurvice 29, 51000 Rijeka
E-mail: dzafic.vzr@veinst.hr

▲

Uvod

Danas s pravom postavljamo pitanje hoće li nas stara, dobro poznata kolera iznenaditi svojom pojavom u novom okruženju. Dok smo navikli slušati o koleri u nerazvijenim zemljama “trećeg svijeta”, uzročnik ove bolesti strpljivo čeka svoj trenutak. O koleri i njenom uzročniku, bakteriji Vibrio (V.) cholerae, znamo puno, ali ne znamo u kojem trenutku će okolišni uvjeti na području blage europske klime postati dovoljno dobri da podrže izbijanje epidemije kolere.

Globalna promjena klime već je rezultirala pojavom oboljenja ljudi uzrokovanih različitim potencijalno patogenim pripadnicima roda Vibrio i to na područjima gdje nikada u povijesti nisu zabilježeni (Baker-Austin i sur., 2012.). Moderni način života podrazumijeva i novi pristup prehrani, gdje se velika važnost poklanja organskoj hrani, hrani iz ekoloških uzgoja, te čim manje procesuiranoj hrani. Takvim pristupom čovjek osigurava najkvalitetnije nutrijente neophodne za organizam, ali istovremeno otvara mogućnost unosa različitih mikroorganizama i njihovih toksina koji preživljavaju postupke smanjenog procesuiranja hrane. Neke se namirnice i uobičajeno konzumiraju sirove, ili djelomično toplinski obrađene, kao što su školjkaši, pa su one od posebnog značaja kao izvor zoonoza.
Prehrambena vrijednost školjkaša leži u njihovom sastavu jer su bogati probavljivim proteinima, esencijalnim aminokiselinama, višestruko nezasićenim masnim kiselinama, astaksantinom i drugim karotenoidima, vitaminom B12 i drugim vitaminima, mnogim mineralima te drugim tvarima (Krešić i sur., 2020.). Školjkaši kao filtratorni organizmi u jednom satu mogu profiltrirati i više od osam litara vode i time bioakumulirati prirodno prisutne ili antropogene kontaminante prenoseći ih do potrošača (Lees, 2000.; Ribarić i sur., 2012.). Bakterija V. cholerae u nekim je dijelovima svijeta kontinuirano prisutna i izaziva pojavu epidemija kolere u različitim vremenskim razmacima, kada okolišni uvjeti podrže umnažanje uzročnika (Islam i sur., 2020.).

Vibrio cholerae

Porodica Vibrionaceae pripada redu Vibrionales, razredu Gammaproteobacteria. Bakterije porodice Vibrionaceae oblika su ravnih ili svinutih štapića, veličine 0,3-1,3 x 1,4-5,0 µm. Pokretljive su i fakultativno anaerobne (Naglić i sur., 2005.). Opisano je 27 vrsta unutar porodice Vibrionaceae, od kojih je 12 važno za humanu medicinu, a kao uzročnicima infekcija u riba opisano je 15 vrsta (Koneman i sur., 2000.). V. cholerae je prema Gramu negativna, pokretna bakterija s jednom flagelom smještenom polarno. Na osnovi lipopolisaharidnih somatskih O antigena sojevi te bakterije podijeljeni su u serološke skupine. Do danas je poznato više od 200 serotipova bakterije V. cholerae, od kojih su samo 2 (O1 i O139) povezana s pojavom glavnih epidemija kolere (Lipp i sur., 2002.). Drugi serotipovi mogu uzrokovati blagi do teški oblik gastroenteritisa pa čak i epidemije sa simptomima kolere (de Magny i sur., 2011.). Serogrupa O1 pojavljuje se u 2 biotipa, klasični i El Tor, a oba se mogu klasificirati u tri serotipa, Ogawa, Inaba i Hikojima. Geni koji kodiraju proizvodnju kolera-toksina rijetko se mogu naći u sojevima koji nisu O1 i O139, a kolera-toksin je odgovoran za razvoj simptoma bolesti. Ostali sojevi koji nemaju O1 i O139 antigene (non-O1 i non-O139) se po biokemijskim svojstvima ne razlikuju od uzročnika kolere i uglavnom uzrokuju dijarealne bolesti (Rukavina, 2013.). Bakterija V. cholerae posjeduje hitinazu koja joj omogućuje korištenje hitina kao izvora ugljika. Također, posjeduje sustav prepoznavanja hitina i sustav kolonizacije crijeva kopepoda (Lipp i sur., 2002.). Patogenost sojeva bakterija V. cholerae O1 i O139 ovisi o kombinaciji čimbenika virulencije koji uključuju enterotoksin (kolera-toksin CT, gen ctxA) te sposobnost vezivanja i kolonizacije stanica tankog crijeva (faktor kolonizacije, tcpA). Drugi čimbenici povezani s enteropatogenim učinkom uključuju homolizin sličan El Tor-u (El Tor-like hemolysin: hlyA), termostabilni enterotoksin (stn/sto), hemaglutinine, neuraminidaze (nanH), novi CT, vanjski membranski protein (ompU), toksin nalik na Shiga toksin (Shiga-like toxin (stx), ToxR regulatorni protein i zonula occludens toksin (zot) (Rivera i sur., 2001.). Od posebnog je značaja mogućnost serokonverzije bakterije V. cholerae non-O1 u O1, pri čemu je serokonverzija ostvarena na većem broju stanica iz kultura u logaritamskoj fazi rasta, pri salinitetu od 10 ‰, i to već petog dana inkubacije na 35 °C, dok je pri inkubaciji na 25 °C do serokonverzije došlo 20-tog dana (Montilla i sur., 1996.). Osim direktnog učinka temperature na serokonverziju, dokazan je učinak temperature na transkripciju toxT gena koji regulira ToxT protein, a koji aktivira transkripciju faktora virulencije, uključujući kolera toksin (CT) i toksin-koregulacijski pilus (TCP). Pri tome temperatura od 30 °C aktivira visoki nivo ekspresije CT-a i TCP-a, dok ih temperatura od 37 °C značajno smanjuje ili inhibira (Schuhmacher i Klose, 1998.; Vezzulli i sur., 2013.).

▲

Okolišni rezervoari bakterije V. cholerae

Preživljavanje bakterije V. cholerae između dviju epidemija objašnjava se s četiri hipoteze: a) životinje kao rezervoari; b) ljudi kao rezervoari; c) kontinuirano prenošenje između ljudi; d) okoliš kao rezervoar (Islam i sur., 2020.). Prva teorija se pokazala neodgovarajućom još 1973. gdje je istraživanjem u Kalkuti, Indija na više od 500 pasa dokazano da niti jedan nije bio pozitivan na prisutnost bakterije V. cholerae, dok je u oko 14 % dokazana prisutnost drugih vibrija u crijevima (Sack, 1973.). Unatoč iscrpnim istraživanjima ljudi koji su izloženi koleri, dokazan je samo jedan slučaj dugotrajnog kliconoštva, također nemogućnost preživljavanja uzročnika u kiseloj sredini, kratko vrijeme preživljavanja u pitkoj vodi te visoka infektivna doza čine nemogućom teorije o ljudima kao rezervoarima bolesti te kontinuiranom prijenosu bolesti između ljudi (Islam i sur., 2020.). Tijekom osamdesetih godina prošlog stoljeća dokazano je elektronskom mikroskopijom da se uzročnik kolere može širiti putem morskih račića – kopepoda. Dokazana je prisutnost bakterije u fazi diobe na jajčanoj vreći račića i u oralnom području (Huq i sur., 1983.). Tim otkrićem je postavljena teorija diseminacije i multiplikacije uzročnika u vodenom okolišu, za razliku od dotadašnjeg mišljenja epidemiologa koji su smatrali da su jedini rezervoar bakterije V. cholerae probavni organi ljudi i da u vanjskom okolišu uzročnik kratko preživljava. Posebnost pojave kolere u endemičnim područjima kao što je Bangladeš, je pojava vrhunca epidemije u razdoblju prije monsuna, te ponovo nakon monsunskih kiša (Islam i sur., 2020.).
S obzirom na dvostruki vrhunac pojavnosti, te izostanak patogenih sojeva bakterije u periodu između dviju epidemija (Huq i sur., 1983.; Huq i sur. 2013.), zaključeno je da uzročnik preživljava u “viable but nonculturable state” – VBNC stanju u kojem bakterija ima metaboličku aktivnost, ali se ne može dokazati mikrobiološkim metodama za dokazivanje njezine prisutnosti. Razdoblje monsunskih kiša karakterizira smanjenje populacije kopepoda, koje je posljedica smanjenja gustoće fitoplanktona, a to je pak posljedica obilnih padalina koje rezultiraju smanjenjem nutritivnih komponenti u vodi (Huq i sur., 1983.).
Ovakva situacija rezultira prestankom epidemije kolere i otvara pitanje mogućnosti preživljavanja uzročnika u okolišu u razdoblju između dviju epidemija kolere koji može biti šest do devet mjeseci. U istraživanju Huq i sur. (1983.) dokazano je da uzročnik preživljava u zajednici s kopepodima do 336 sati. Iz ovih dokaza je proizašla potreba za pronalaskom drugih načina koji omogućavaju preživljavanje bakterije V. cholerae kroz tako dugi vremenski period. Dokazano je da dugoročno preživljavanje uzročnika u okolišu omogućuje vezanje bakterije V. cholerae s mikrofitima – modrozelenom algom, odnosno cijanobakterijom Anabaena variabilis, gdje je u laboratorijskim uvjetima uzročnik preživio u VBNC stanju tijekom više od 15 mjeseci nakon inokulacije (Islam i sur., 1990.). Za reaktivaciju uzročnika iz VBNC stanja potrebni su odgovarajući okolišni uvjetima, među ostalima temperatura.
Vibriji mogu preživjeti i razmnožavati se u onečišćenim vodama s povećanom koncentracijom soli pri temperaturi od 10 °C do 30 °C (Harris i sur. 2012.), no optimum za pričvršćivanje bakterije V. cholerae na kopepode postiže se pri temperaturi od 25 °C do 30 °C (Huq i sur., 1984.).

▲

Globalno zatopljenje

O problemu globalnog zatopljenja raspravlja se najčešće u smislu otapanja vječnog leda, povišenja razine svjetskih mora, direktnog utjecaja na promjenu klime i promjenu obrazaca padalina.
Značajan utjecaj globalnog zatopljenja očituje se u promjenama površinske temperature oceana i mora, ponajviše u područjima s umjerenom klimom kao što je Europa. Evidentirano povećanje površinske temperature more najizraženije je na području Norveškog i Sjevernog mora, a iznosi 0,3 do 0,7 °C po desetljeću, dok duž jugozapadne obale Europe, to povišenje iznosi 0,2 do 0,3 °C (Lima i Wethey, 2012.). Navedeno zatopljenje nije homogeno kroz cijelu godinu, već je izraženije tijekom proljeća i jeseni. Brzo zagrijavanje obalnih područja omogućuje širenje geografskih područja i učinaka patogenih Vibrio spp. (Baker-Austin, 2018.). Uz zatopljenje dolazi i do snižavanja saliniteta obalnih područja što podržava širenje Vibrio spp. na globalnoj razini, pogotovo na sjevernim područjima (Vezzulli i sur., 2013.). Povišenje temperature mora tijekom prethodnih desetljeća povezano je s pojavom bolesti uzrokovanih Vibrio vrstama, i to V. cholerae non-O1, non O-139, V. parahaemolyticus i V. vulnificus (Le Roux i sur., 2015.). Tako su evidentirana oboljenja u ljudi u Čileu (González-Escalona i sur., 2005.), Peruu (MartinezUrtaza i sur., 2007.), Aljasci (CDC, 2008.), Izraelu (Paz i sur., 2007.), Španjolskoj (Baker-Austin i sur., 2010.) i sjeveru Europe (Baker-Austin i sur., 2012.). Nepostojanje obveznog sustava za evidentiranje oboljenja prouzročenih s Vibrio spp. onemogućava točnu procjenu broja slučajeva na području Europe (Le Roux i sur., 2015.). Lokalno povišenje površinske temperature mora osim oboljenja u ljudi uzrokuje i povećanu učestalost pojave masovnih uginuća u morskih životinja i to riba, dvoljušturnih školjkaša i koralja (Vezzulli i sur., 2013.).

Četiri su važne značajke pripadnika roda Vibrio koje ih čine pogodnim za korištenje kao “barometar” klimatskih promjena. To su osjetljivost na temperaturu (svi pripadnici roda jako dobro rastu pri temperaturama iznad 15°C), brza replikacija (u povoljnim uvjetima vrijeme replikacije je 8 do 9 minuta), pojava u područjima gdje se nikada nisu javljali (pojava oboljenja u područjima koja povijesno nisu povezana s Vibrio infekcijama, kao što su sjeverna Europa, Aljaska, Čile, sjeveroistočno područje SAD), posebnost vibrija je i u činjenici da imaju više mogućnosti ulazaka u organizam – putem hrane i izlaganjem kontaminiranoj vodi (Džafić i sur., 2021., Baker-Austin i sur., 2017.).

▲

Školjkaši i bakterija V. cholerae

S obzirom da su školjkaši filtratorni organizmi koji se hrane filtrirajući vodu u kojoj žive, zajedno s hranjivim tvarima u svoj organizam unose i bakterije. Pri tome se vrste roda Vibrio snažno pričvršćuju za probavni sustav školjkaša i ne mogu se ukloniti ispiranjem i pročišćavanjem (Suitza i sur., 2009.). U pokusnim uvjetima utvrđena je najviša koncentracija bakterije V. cholerae u probavnoj žlijezdi dagnji, koja niti nakon sedmog dana pročišćavanja nije pala ispod 10³ cfu/g (Herrfurth i sur., 2013.). Stoga je evidentna mogućnost oboljenja ljudi nakon konzumacije nedovoljno toplinski obrađenih morskih plodova. Pojava kolere u Sjedinjenim Američkim Državama (SAD), u Lusiani 1978. godine povezana je s konzumacijom rakova (DePaola i sur., 1983.), dok je 1979. utvrđena pojava oboljenja uzrokovanog s non-O1 V. cholerae povezanog s konzumacijom sirovih morskih plodova (Morris i sur., 1981.). U razdoblju od 1967. do 1990. u SAD-u evidentirana su 143 slučajeva oboljenja prouzročena s V. cholerae non-O1, 14 slučajeva s O1, te pet slučajeva bez serotipizacije V. cholerae, sve je bilo povezano s konzumacijom školjkaša, pri čemu je najviše slučajeva vezano za konzumaciju kućica i kamenica (Rippey, 1994.). Prva zabilježena pojava brojnijeg oboljenja ljudi prouzročenog s non-O1 V. cholerae u Italiji, nakon konzumacije sirovih kamenica bila je 1980. (Piergentili i sur., 1984.). Tijekom 2000.- 2001. godine, u sklopu istraživanja antimikrobne osjetljivosti izolata V. cholerae non-O1, non-O139, pretraženi su uzorci školjkaša i otpadnih voda, te je po prvi put utvrđena prisutnost navedene bakterije u otpadnim vodama u Francuskoj, u udjelu od 75 % uzoraka. Ista bakterija nađena je u uzorcima školjkaša. Utvrđeno je da je 11,8 % izolata rezistentno na streptomicin, a njih 9,1 % na ampicilin, odnosno 54,6 % izolata iz otpadnih voda i školjkaša bilo je rezistentno na barem jedan antibiotik (Baron i sur., 2017.). Autori navode da je upitno podrijetlo izolata V. cholerae non-O1, non-O139 u otpadnim vodama, te pretpostavljaju da je posljedica ispiranja tla ili prisutnosti uzročnika u probavnom sustavu ljudi. U Njemačkom Wadden Sea, pretraženi su uzorci sa sedam uzgojnih područja školjkaša u razdoblju od lipnja 2004. do svibnja 2005. godine, pri čemu su pripadnici Vibrio spp. dokazani na svim lokacijama. Najčešće je dokazana vrsta V. alginolyticus (51,2 %), potom V. parahaemolyticus (39,5 %), V. cholerae non-O1 non O-139 (4,7 %), V. vulnificus (3,5 %) i V. harvey (1,2 %) (Lhafi i Kühne, 2007.). U istraživanju provedenom ljeti 2006. godine u Švedskoj, dokazana je prisutnost V. cholerae u 53 % uzoraka dagnji, te bakterije V. vulnificus i V. parahaemolyticus u 63 % odnosno 79 % pretraženih uzoraka (Collin i Rehnstam-Holm, 2011.). Iste 2006. godine, u Italiji je dokazana prisutnost V. cholerae non-O1, non-O139 u 7,7 % uzoraka dagnji, a od 58 pacijenata sa simptomima akutne dijareje, njih 3,4 % je putem fecesa izlučivalo istu bakteriju tijekom 24 – 48 sati nakon konzumacije morskih plodova (Ottaviani i sur., 2009.). Godine 2010. započeo je s radom VibrioNet konzorcij, s ciljem istraživanja pojavnosti i relevantnosti non-kolera vibrioza u ljudi, od značaja za Njemačku (Huehn i sur., 2014.). Istraživanjem su obuhvaćeni okolišni uzorci, morski plodovi te klinički uzorci s ciljem pronalaženja poveznice između različitih rezervoara i izvora te identifikacije potencijalnih načina prijenosa ovih patogena za potrebe procjene rizika od infekcija. Dokazana je prevalencija Vibrio spp. 100 % i 87 % (za godine 2012. i 2013.), dok je prevalencija V. cholerae non-O1/non-O139 bila 16 % i 11 % za iste godine.

▲

Epidemije kolere kroz povijest

Kolera je jedno od najstarijih i najbolje poznatih epidemijskih oboljenja. Vjeruje se da je ishodište kolere u delti rijeke Ganges u Indiji (Maheshwari i sur., 2011.), a prvi zapisi o bolesti nalik na koleru datiraju iz razdoblja od oko 500 – 400 godine prije Krista. Povijesni zapisi koji sežu unazad 2000 godina, na grčkom jeziku i sanskritu, opisuju bolest sličnu koleri, te je time jasno da bolest datira duže od 1817. godine, kada je započelo službeno bilježenje pandemija (Colwell, 1996.). Prvih šest pandemija kolere uzrokovane su bakterijom serološke grupe O1 dok je sedma pandemija koja je započela 1961., a traje i danas, uzrokovana biotipom bakterije V. cholerae O1, El Tor (Häse i Barquera, 2001.). R. R. Colwell je dala opsežan prikaz epidemija kolere u radu iz 1996. godine. Navodi pojavu prve epidemije kolere u razdoblju od 1817. do 1823., kada je bila uglavnom ograničena na područja obuhvaćena Omanskim ratom i ratom između Perzije i Turske. Za drugu pandemiju, od 1829. – 1851. navodi da je vjerojatno počela u Rusiji, te da su naročito bili pogođeni stanovnici Moskve. Pandemija se preko Atlantika proširila do Amerika 1832. Ovaj se pandemijski val godine 1849. proširio Londonom, gdje je živio i radio liječnik kraljice Viktorije, dr. John Snow, koji je otkrio povezanost smrti od kolere s izvorom i distribucijom pitke vode u jednom dijelu Londona. Zahvaljujući njegovim saznanjima, implementirana je prva odgovarajuća mjera za suzbijanje prijenosa bolesti putem vode. Treću pandemiju od 1852. do 1859., pratila je četvrta od 1863. do 1879. godine. Peta pandemija je trajala od 1881. do 1896 i šesta od 1899. do 1923. godine.

▲

Zaključak

Bakterija V. cholerae sa svojom velikom antigenskom raznolikošću, prisutna je u našem okolišu. Razumijevajući različite čimbenike u okolišu koji omogućavaju preživljavanje V. cholerae, i poznavajući barem dio svojstava ove bakterije, možemo pretpostaviti da je vjerojatnost pojave bolesti velika. Kontinuirano povišenje površinske temperature mora, praćeno obilnim cvjetanjem fitoplanktona, stvara idealne uvjete za bujanje zooplanktona. Intenzivan pomorski promet balastnim vodama može unijeti fitoplanktonske zajednice koje nisu autohtone za naša područja, a zajedno s njima i različite serotipove bakterije V. cholerae. Takva je situacija u nedalekoj prošlosti dovela do naglog širenja pandemijskog klona bakterije V. parahaemolyticus O3:K6, gdje je za samo dvije godine, od 1996. do 1998. uzročnik iz jugoistočne Azije dokazan u Južnoj Americi (González-Escalona i sur., 2005.).
Zdravstvena ispravnost hrane osigurava se primjenom obimnog europskog zakonodavstva, koje se primjenuje i u Republici Hrvatskoj, no to isto zakonodavstvo ne predviđa nadzor niti jedne od brojnih Vibrio vrsta. Tako je za školjkaše predviđeno da u trenu prodaje budu živi ili odgovarajuće prerađeni, besprijekornih senzornih značajki, unutar dozvoljenih granica prisutnosti biotoksina te da udovoljavaju Uredbi (EZ) 2073/2005 s obzirom na broj bakterija Escherichia coli (Anonimno, Uredba (EZ) 853/2004). Mnogi autori koji su istraživali pojavnost potencijalno patogenih Vibrio spp. su ustanovili kako pojavnost ovih bakterijskih vrsta nije u korelaciji s najvjerojatnijim brojem bakterije E. coli (Normanno i sur., 2006.; Lhafi i Kühne, 2007.; Clements i sur., 2015.) kao obveznim mikrobiološkim kriterijem na temelju kojeg se određuje postupanje s izlovljenim školjkašima. Kako je već navedeno, niti postupak pročišćavanja u centrima za pročišćavanje nije učinkovit za uklanjanje Vibrio spp. (Herrfurth i sur., 2013.), stoga je u ovom trenutku nemoguće tvrditi da školjkaši nakon izlova nisu onečišćeni ovim bakterijama. U Republici Hrvatskoj postoji zakonska obveza prijave samo oboljenja uzrokovanog bakterijom V. cholerae (Anonimno, 2007.; Anonimno 2014.), a do sada nema evidentiranih oboljenja koja bi se mogla povezati s pojavom bakterija roda Vibrio u školjkašima.

Literatura [… prikaži]