1.3. Các nhân tố gây độc của Bacillus cereus
1.3.1. Các loại độc tố ruột (enterotoxin)
1.3.1.1. Đặc điểm cấu trúc và cơ chế hoạt động a. Đặc điểm cấu trúc
Ngộ độc thực phẩm gây tiêu chảy là một loại thể bệnh phổ biến. Hiện nay, có bốn loại độc tố ruột được biết đến là enterotoxin-T, cytotoxin K, haemolysin BL (HBL) và non-haemolytic enterotoxin (NHE) [7,39]. Trong đó, ba loại được chứng minh là có liên quan tới các vụ ngộ độc gây thể bệnh tiêu chảy là HBL, NHE và cytotoxin K còn enterotoxin-T được coi như là một enterotoxin vì nó có cấu trúc gần giống với enterotoxin của vi khuẩn [7].
Bảng 1.2. Đặc điểm một số độc tố ruột của Bacillus cereus [17,34, 39]
Tên độc tố Đặc điểm Khối lƣợng phân tử
Khả năng gây ngộ độc thực
phẩm Haemolysin BL
(HBL)
Protein 3 thành phần
B 37,5 kDa
L1 38,5 kDa Có
L2 43 kDa
Non-haemolytic enterotoxin (NHE)
Protein 3 thành phần
A 45 kDa
B 39 kDa Có
C 105 kDa
Cytotoxin K Protein đơn 35 kDa Có
Enterotoxin- T Protein đơn 41 kDa Không
Trong 3 loại độc tố nêu ở trên thì HBL và NHE là hai độc tố ruột quan trọng có mặt trong hầu hết các vụ ngộ độc gây tiêu chảy do B. cereus. Hiện nay, đã có nhiều nghiên cứu tập trung vào hai loại độc tố này [57].
HBL là một loại độc tố dung huyết có bản chất là một protein 3 thành phần B, L1, L2. Trong đó, B là nhân tố liên kết (Binding) còn L1 và L2 là 2 nhân tố phân giải (Lytic) [19]. Độc tố HBL này đã được tinh chế và xác định đặc điểm. Bằng các thí nghiệm in vitro, các nhà khoa học đã chỉ ra độc tố này có hoạt tính hoại tử, tăng tính thấm thành mạch máu cũng như khả năng gây tích tụ dịch trong ruột già [39]. Trong protein nhiều thành phần này, mỗi protein thành phần đều được mã hoá bởi một gen. Tiểu phần B được mã hoá bởi gen hblA còn gen hblC và hblD lần lượt mã hoá cho tiểu phần L1, L2. Các gen này cùng nằm trên một operon. Hoạt tính của độc tố này mạnh nhất khi có đầy đủ cả 3 protein thành phần [57]. Tuy nhiên, thành phần protein HBL của B. cereus không phải lúc nào cũng có đầy đủ cả 3 protein thành phần.
Trong 3 protein thành phần trên thì thành phần L có vai trò làm tăng hoạt
tính cho B và L1 nên không phải tất cả HBL của các chủng B. cereus đều sản xuất L2 [61].
NHE cũng là một protein 3 thành phần: A, B, C. Trong đó NHEC là protein liên kết còn NHEA, NHEB là protein phân giải. Giống như HBL, hoạt tính của NHE mạnh nhất khi có đầy đủ cả 3 protein này. Các gen nheA, nheB, nheC lần lượt mã hoá cho 3 protein NHEA, NHEB, NHEC, 3 gen này cũng cùng nằm trên một operon [39,57]. Ngoài sự tương đồng về đặc điểm cấu tạo, 2 loại độc tố HBL và NHE còn có một đặc điểm chung là sự dịch mã operon tổng hợp HBL, NHE đều được gen plcR điều hoà dương. Gen plcR là gen điều hoà sự tổng hợp phospholipase C. Nếu chủng B. cereus có gen plcR điều hòa âm thì chủng đó không có khả năng sản xuất HBL hay NHE còn nếu plcR điều hoà dương thì chúng có khả năng sinh HBL và NHE. Lúc đó chúng có khả năng gây ngộ độc thực phẩm dạng tiêu chảy [6].
Enterotoxin- T được biết đến từ năm 1995. Độc tố này đã được nhân dòng và tiến hành một loạt các thí nghiệm invitro. Nó là một protein đơn mang một số tính chất của một enterotoxin như khả năng gây độc tế bào, khả năng tăng tính thấm thành mạch máu, khả năng gây tích tụ dịch, gây chết chuột nhưng nó không có khả năng phân giải huyết. Nhưng hiện nay vẫn chưa tìm thấy sự có mặt của loại độc tố này trong các vụ ngộ độc thực phẩm liên quan tới B. cereus. Protein độc tố này được mã hoá bởi gen bce-T [8].
Cytotoxin K là loại enterotoxin được biết đến muộn nhất nhưng nó lại có khả năng gây tử vong cao. Năm 2000, các nhà nghiên cứu đã phát hiện sự có mặt của độc tố này sau một vụ ngộ độc xảy ra tại một gia đình người Pháp, tổng cộng có 44 người bị ngộ độc trong đó 6 người bị tiêu chảy ra máu dẫn tới tử vong. Cytotoxin K là một protein đơn có hoạt tính dung huyết và gây hoại tử. Nó bộc lộ tính độc rất cao trên tế bào biểu mô của người. Gen mã hoá cho độc tố này là cytK [57].
Ngoài B. cereus thì B. thuringiensis và B. weihenstephanensis đều có khả năng tạo ra ít nhất một trong các độc tố gây tiêu chảy ở trên đặc biệt là B.
thuringiensis. Một số chủng B. thuringiensis được thông báo có liên quan tới một số vụ ngộ độc thực phẩm gây tiêu chảy [29,32,34].
b. Cơ chế hoạt động của độc tố ruột gây tiêu chảy
Hiện nay, cơ chế hoạt động của các độc tố ruột trên chưa được biết rõ nhưng HBL và NHE đều là sản phẩm trao đổi chất trong quá trình phát triển của tế bào B. cereus, được sinh ra ở pha phát triển luỹ thừa (pha log) và đạt được lượng lớn nhất ở cuối pha này [17]. Qua các nghiên cứu invitro trên tế bào CaCo-2 (tế bào biểu mô ruột non người), các nhà khoa học đã phỏng đoán có 2 cơ chế hoạt động của HBL [12]. Thứ nhất, tiểu phần B liên kết vào màng tế bào trước sau đó tiểu phần L đi vào bên trong làm thay đổi các chức năng trao đổi chất của tế bào. Thứ hai, tiểu phần B liên kết vào màng tế bào và gây ra vết thương trên bề mặt màng tế bào khi có sự liên kết của cả hai thành phần B và L. Cơ chế hoạt động của NHE cũng tương tự như vậy [17,39].
Enterotoxin- T đã được tách dòng và biểu hiện trong E. coli. Nhưng độc tố này chưa được tìm thấy trong bất cứ một vụ ngộ độc nào. Vì vậy, nếu nó có khả năng gây độc thì hiện nay chưa có thông tin liên quan tới cơ chế hoạt động của enterotoxin này [8].
Do cytotoxin K chỉ mới được phát hiện vào năm 2000 nên những nghiên cứu về cơ chế gây độc của nó còn rất hạn chế. Trong nghiên cứu invitro, các tác giả đã chỉ ra độc tố này có khả năng hình thành lỗ rò trong tầng kép photpholipid. Điều đó chứng tỏ cơ chế hoạt động của cytotoxin K là khả năng hình thành lỗ rò trên tế bào biểu mô ruột người gây ra quá trình thoát dịch và phá huỷ tế bào biểu mô ruột dẫn đến hoại tử [57].
Các độc tố ruột có đặc điểm chung là chúng dễ dàng bị phá huỷ ở nhiệt độ cao, pH cực đoan và bị phân huỷ bởi các enzym tiêu hoá như trypsin, pepsin… [64]. Vì vậy, nếu chúng được B. cereus sinh ra trong thực phẩm trước khi được con người tiêu hoá thì khi vào tới dạ dày chúng sẽ bị phá huỷ,
mất khả năng gây độc. Chúng chỉ thực sự gây nguy hiểm khi được hình thành ở ruột non của người trong quá trình trao đổi chất của B. cereus [57].
1.3.1.2. Cơ chế gây tiêu chảy của độc tố ruột
Hiện nay, theo cơ chế gây bệnh thì thể bệnh tiêu chảy có thể được chia ra làm 3 loại: kích thích bài tiết (sencreoty), loại xâm lấn vào màng nhầy của đường ruột nhưng không gây hoại tử (invasive) và loại xâm nhập, gây hoại tử (penetrating). Trong đó, loại tiêu chảy kích thích bài tiết là loại tiêu chảy ra dịch lỏng do quá trình mất cân bằng nước và chất điện giải giữa 2 bên biểu mô của tế bào ruột non. Nguyên nhân thường là do các enterotoxin gây ra.
Giống như V. cholerae, bệnh tiêu chảy do B. cereus thuộc loại tiêu chảy này.
Sau khi con người ăn phải thực phẩm có chứa bào tử B. cereus, bào tử B.
cereus vào tới ruột non gặp điều kiện thuận lợi chúng sẽ nảy mầm phát triển thành tế bào sinh dưỡng. Do tế bào B. cereus có những sợi tiên mao nhỏ nên chúng có khả năng bám chắc vào tế bào biểu mô ruột [12]. Tế bào B. cereus tăng nhanh về số lượng, tại pha sinh trưởng trong quá trình trao đổi chất chúng sản sinh ra các độc tố ruột. Các độc tố này được tạo ra trong tế bào vi khuẩn và được tiết vào ruột non người. Độc tố này liên kết với thụ thể đặc hiệu trên màng, truyền tín hiệu giữa màng và kích thích các thông tin nội bào, cuối cùng chúng gây ra mất cân bằng sự chuyển dịch nước và các chất điện giải. Cụ thể, khi enterotoxin được giải phóng chúng kích hoạt enzym adenylate cyclase (chuyển ATP → cAMP) làm tăng cAMP nội bào. Quá trình sản xuất quá mức cAMP kéo theo sự vận chuyển tích cực ion Cl- vào khoang ruột non và ngăn cản quá trình hấp thụ ion Na+ gây ra mất cân bằng thẩm thấu làm cho một lượng lớn nước của cơ thể bị rút ra chuyển vào ruột non gây ra bệnh tiêu chảy [57].