Bacillus cereus es una bacteria genéticamente diversa que se encuentra comúnmente en el ambiente. Contamina los alimentos afectando la salud humana, al ingerir el microorganismo y/o sus toxinas, la emética o las enterotoxinas.
Este microorganismo es resistente a los procesos de cocción o pasteurización de los alimentos. Se encuentra en el ambiente de forma habitual y tiene el potencial de contaminar fácilmente los alimentos por prácticas de manufactura deficientes, lo cual puede propiciar condiciones adecuadas para su proliferación y desencadenar la presentación de enfermedades transmitidas por alimentos (ETA) al hombre. La ETA se adquiere por el consumo de alimentos contaminados con agentes químicos o microbiológicos y/o sus toxinas en cantidades determinadas que afectan la salud humana.
En Colombia son escasos los reportes de intoxicación por B. cereus y se estima que hay un gran subregistro. Por lo anterior, se recomienda aumentar la vigilancia de este patógeno y realizar estudios sobre aspectos relevantes que permitan aplicar medidas de control para disminuir las intoxicaciones por B. cereus.
El objetivo de esta revisión bibliográfica es presentar información actualizada sobre B. cereus, que incluye aspectos de su biología, taxonomía, toxinas, alimentos que contamina y metodologías para detectar, prevenir y controlar este microorganismo. Dicha información es de importancia para académicos que desarrollan trabajos sobre B. cereus, asimismo, para personas relacionadas con los sectores de la industria alimenticia, la salud y los organismos de salud pública, que pueden implementar acciones de mejora en el control microbiológico de los alimentos y generar campañas de prevención de la intoxicación generada por las toxinas de B. cereus.
La seguridad alimentaria se define según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) como “el acceso físico y económico a suficientes alimentos inocuos y nutritivos para satisfacer sus necesidades alimenticias y sus preferencias en cuanto a los alimentos a fin de llevar una vida activa y sana”, por lo tanto, garantizar la seguridad alimentaria hace parte de los objetivos de desarrollo sostenible, que se espera sean cumplidos para el año 2030. Sin embargo, factores como las toxi-infecciones alimentarias por bacterias interfieren con la inocuidad, la cual permite asegurar que los alimentos ingeridos no generan ningún perjuicio poniendo en riesgo la salud de los consumidores y con ello la seguridad alimentaria.
Lea también: Auditoría de caja y bancos: paso a paso
Biología y Características
Bacillus cereus es un bacilo Gram positivo, anaerobio facultativo y móvil debido a la presencia de flagelos perítricos; forma esporas resistentes a condiciones adversas del medio, como altas temperaturas, deshidratación y radiación, y produce diversas toxinas que contaminan gran variedad de alimentos.
Es capaz de crecer en un amplio rango de temperaturas, desde los 4 °C a 48 °C, a pHs de 4,9 a 9,3 y soporta concentraciones de NaCl en el medio hasta del 7 %. Las esporas son resistentes a bajas condiciones de humedad y a tratamientos térmicos como la pasteurización o procesos de cocción de los alimentos y al ácido clorhídrico presente en el estómago, lo que constituye un peligro potencial para la salud humana.
El género bacteriano Bacillus spp se caracteriza por encontrarse principalmente en el suelo, aire, agua, vegetales e incluso fomites contaminados; y tener la capacidad de formar esporas que germinan cuando entran en contacto con el interior de un huésped. Estas esporas son resistentes a altas temperaturas, radiación, acidez, baja humedad y deshidratación.
Características del Grupo Bacillus cereus
Bacillus cereus sensu estricto (s.s.) pertenece al grupo 1A del género Bacillus o grupo Bacillus cereus. Este grupo incluye además a Bacillus anthracis, Bacillus thuringiensis, Bacillus mycoides, Bacillus pseudomycoides y Bacillus weihenstephanensis. Cuando alguno de los miembros del grupo es aislado pero no es plenamente identificado, se le denomina B. cereus sensu lato (s.l.). Sin embargo, ellos pueden diferenciarse por pruebas fenotípicas como la actividad hemolítica, movilidad, formación de cápsula y reducción de nitratos.
El grupo B. cereus es una subdivisión del género Bacillus que comprende ocho especies formalmente reconocidas: B. cereus sensu stricto, B. anthracis, B. thuringiensis, B. weihenstephanensis, B. mycoides, B. pseudomycoides, B. cytotoxicus y B. toyonensis (EFSA, 2016). En este grupo se describió una cepa termotolerante y de citotoxicidad elevada, diferenciada genéticamente de B. cereus s.s., que se denominó Bacillus cytotoxicus, pero aún no ha sido incluida oficialmente dentro del grupo.
Lea también: Definición de Fondo Variable de Caja
Para la diferenciación de los miembros del grupo Bacillus cereus se ha utilizado la detección de genes específicos de cada especie; pero dada su estrecha relación filogenética, su ADN genómico es altamente similar y la mayoría de genes codificantes para factores de virulencia son comunes. Sin embargo, se han reportado diferencias en los plásmidos de B. cereus, B. thuringiensis y B. anthracis. En B. thuringiensis, plásmidos con tamaños variables albergan los genes cry que codifican para las δ endotoxinas que son activas contra larvas de insectos. Bacillus anthracis porta dos megaplásmidos que codifican las unidades proteicas que conforman la toxina del anthrax y la cápsula poli-?-D-glutámica, respectivamente. Además, B. anthracis se diferencia por presentar una mutación en el gen del regulador pleiotrópico transcripcional (PlcR), el cual regula la expresión de los genes para las enterotoxinas en B. cereus y B. thuringiensis.
El plásmido presente en algunas cepas de B. cereus s.s. contiene los genes para sintetizar la toxina emética; mientras que otros factores de virulencia importantes son producidos cromosomalmente, como son, las enterotoxinas hemolítica (HBL), no hemolítica (NHE), citotoxina K (CytK), la enterotoxina FM (EntFM) y la enterotoxina T (BceT), las cuales también están presentes en el cromosoma de B. thuringiensis.
Principales Factores de Virulencia y Tipos de Intoxicación
Bacillus cereus tiene la capacidad de producir diferentes toxinas que afectan la salud humana cuando se consumen alimentos contaminados por el microorganismo en dosis de 105 a 108 UFC por gramo de alimento. Las toxinas generadas dependen de las cepas de B. cereus. Se estima que Bacillus cereus ocasiona entre el 1.4 y 12% de los brotes de enfermedades transmitidas por alimentos (ETA) en todo el mundo y es sabido que las intoxicaciones por B. cereus se manifiestan de dos maneras: el síndrome emético y el síndrome diarreico.
Además de su potencial de intoxicación alimentaria, B. cereus sensu lato también se reconoce cada vez más como un patógeno nosocomial que causa infecciones potencialmente mortales en pacientes inmunocomprometidos, pero también hay informes de casos disponibles de infecciones por B. cereus en pacientes inmunocompetentes. Es necesario destacar que no es un microorganismo netamente relacionado con el tracto gastrointestinal, se han encontrado casos de infecciones oculares, infecciones en el tracto respiratorio e incluso bacteriemias.
Síndrome Emético y Toxina Emética (Cereulida)
La toxina emética se caracteriza por causar vómito. El síndrome emético es causado por la toxina cereulida producida por cepas aisladas de B. cereus sensu lato que llevan genes de cereulida sintetasa transmitidos por plásmidos. La cereulida suele estar previamente formada en los alimentos, lo que da lugar a una rápida aparición de vómitos (de 15 minutos a 6 horas) tras la ingesta del alimento contaminado. Generalmente, esta enfermedad es autolimitante, pero ocasionalmente, se informan intoxicaciones más graves que requieren hospitalización y cuidados médicos intensivos.
Lea también: Guía para auditorías de caja y bancos: cuestionario detallado
La toxina emética es producida bajo condiciones aeróbicas o microaerofílicas. Es sintetizada por una enzima péptido sintetasa no ribosomal (non ribosomal peptide synthetase, NRPS), codificada por un operón situado en un plásmido de 208Kb y conformado por siete genes: cesH, cesP, cesT, cesA, cesB, cesC y cesD. La toxina emética se expresa al inicio de la fase estacionaria de B. cereus; consiste de un polipéptido cíclico y actúa como un ionóforo de potasio que afecta los gradientes de concentración de iones transmembrana necesarios para el buen funcionamiento celular.
La toxina emética se caracteriza por ser altamente hidrofóbica y termoestable, solo se inactiva a 121°C por 90 minutos y es activa en un rango de pH entre 2 y 11. Los enlaces peptídicos y ester asociados a su estructura permiten que la cereulida sea lipófila, resistente al calor y estable en un pH de 2 hasta 11; debido a la resistencia que presenta a la tripsina y pepsina, el hospedero no la puede eliminar cuando ingresa al estómago. La cereulida está relacionada con la muerte de las células β en los islotes pancreáticos, insuficiencia hepática y la obstrucción de la secreción de insulina.
Esta toxina es resistente a la digestión de las enzimas proteolíticas del tracto intestinal y a los ácidos presentes en el estómago humano; tras ser ingerida en el alimento, se une al receptor 5-HT3 en el estómago provocando el vómito. La presencia de síntomas neuroconductuales indica una acción directa de la exotoxina en el sistema nervioso; se presume que la toxina interactúa con los receptores 5-HT3 del neurotransmisor serotonina, lo que conlleva a la estimulación del nervio vago aferente y consecutivo a esto la activación en el bulbo raquídeo del centro del vómito, lo que genera los episodios intensos de vómitos al poco tiempo de ingerir alimentos contaminados. Esta toxina puede causar insuficiencia hepática debido a que interfiere en la fosforilación oxidativa llevada a cabo por las mitocondrias de los hepatocitos.
Se ha sugerido que existe una baja probabilidad de que la toxina emética se produzca en alimentos refrigerados, debido a que las cepas productoras crecen a temperaturas superiores a 15 °C, por tanto, se asume que los alimentos refrigerados estarían libres de la toxina mientras se conserve la cadena de frío. Sin embargo, se ha encontrado que algunas cepas de B. weihenstephanensis, microorganismo psicrófilo, pueden generar esta toxina a bajas temperaturas, debido posiblemente a la transferencia horizontal del plásmido entre las diferentes cepas.
Síndrome Diarreico y Enterotoxinas
Las enterotoxinas como la hemolítica, la no hemolítica y la citotoxina K, inducen permeabilidad vascular por la formación de poros en el intestino delgado y por consiguiente, diarrea. Las enterotoxinas son producidas después de la colonización del intestino delgado por B. cereus; allí forman poros en las membranas de las células epiteliales, generando un desbalance osmótico que induce la diarrea en el humano. La toxiinfección gastrointestinal es debida a la ingesta de células y esporas de B. cereus, que producen enterotoxinas en el intestino delgado.
El síndrome diarreico de la intoxicación alimentaria por B. cereus se caracteriza por cólicos y diarrea acuosa. Se ha vinculado notablemente a tres enterotoxinas codificadas cromosómicamente que forman poros. Se trata de i) dos toxinas de tres componentes, la enterotoxina no hemolítica (nonhemolytic enterotoxin, Nhe), la toxina hemolítica (hemolytic, Hbl) y ii) la citotoxina (cytotoxin, CytK) de una sola proteína.
Los genes que codifican para las diferentes enterotoxinas se encuentran en el cromosoma bacteriano y su expresión es regulada por una proteína pleotrópica (PlcR) de 34 kDa, la cual está presente en los miembros del grupo Bacillus cereus. Las enterotoxinas son termolábiles y se digieren enzimáticamente durante el paso por el estómago, mientras que las esporas de B. cereus (y también algunas células vegetativas) sobreviven al paso gastrointestinal. Por lo tanto, generalmente, se asume que la diarrea es inducida por la producción de enterotoxinas después de entre 8 y 16 horas de crecimiento de las esporas en proximidad o contacto directo con las células del epitelio intestinal.
Toxina Hemolítica o Hemolisina BL (HBL)
La hemolisina BL (HBL) es considerada el factor de virulencia más importante de B. cereus porque tiene efecto hemolítico, citotóxico, dermonecrótico y puede inducir permeabilidad vascular. Está constituida por las subunidades proteicas L1 y L2 que son componentes citolíticos y la subunidad B, que favorece la unión a la célula huésped. Estos componentes se unen a la célula diana de manera secuencial: B, L1, L2, para la formación de poros rápida y eficientemente. Esta hemolisina posee actividad citotóxica y contribuye a la permeabilidad vascular de varios tipos de células, tales como las células vero y el tejido de la retina.
Estas subunidades están codificadas por los genes hblD, hblC y hblA, respectivamente y juntos forman el operón hbl; todos los genes deben estar presentes y expresarse para que esta enterotoxina tenga actividad biológica. En algunas cepas se ha detectado un gen adicional en el operón hbl, el gen hblB, que sintetiza la proteína B’, la cual no tiene una función conocida, pero debido a la alta homología con la proteína B, se cree puede ser un sustituto de esta; sin embargo, trabajos más recientes indican que el gen hblB no ha sido transcrito a un nivel detectable, dato que sugiere, que podría ser un pseudogen.
Toxina No Hemolítica (NHE)
La enterotoxina no hemolítica (NHE), al igual que la enterotoxina HBL, está formada por tres subunidades; la subunidad NheA actúa como componente citolítico y las subunidades NheB y NheC favorecen la unión a las células epiteliales del intestino delgado. Los poros de NHE son más perjudiciales para la membrana y las células diana que los poros de HBL, debido a que estos últimos presentan un menor tamaño. Sus tres componentes A, B y C, se ensamblan secuencialmente (C, B y A), para formar los poros de tipo α-helicoidal y crean complejos en solución.
La enterotoxina NHE es codificada por los genes nheA, nheB y nheC, los cuales conforman el operón nhe, ubicado en el cromosoma de B. cereus. Recientemente se encontró que la cepa B. weihenstephanensis KBAB4, además de portar el operón nhe en el cromosoma, contenía una segunda copia del locus nhe en un plásmido de 400 Kb.
Citotoxina K (CytK)
La citotoxina K (CytK) forma poros en la membrana de las células epiteliales y tiene actividad necrotizante y citotóxica. CytK es resistente al dodecilsulfato sódico (SDS), pero sensible a las temperaturas de ebulición; se estima que alrededor del 30 al 40% de las cepas de B. cereus contienen los genes para sintetizarla.
Se han encontrado dos variantes de esta enterotoxina en diferentes cepas bacterianas, la CytK-1 codificada por el gen cytK-1 y la CytK-2, codificada por el gen cytK-2. Esta toxina diarreica tiene un solo componente y presenta dos formas Cytk1 con mayor toxicidad para células humanas y Cytk2, ambas codificadas por los genes cytK-1 y cytK-2 respectivamente. Se trata de un monómero soluble en agua que forma un poro transmembrana en las membranas celulares y posee actividad hemolítica.
Contaminación Alimentaria y Prevalencia
B. cereus se encuentra distribuido en entornos naturales y se sabe que alimentos con un pH > 4.8 son más susceptibles a contaminarse con estos microorganismos, lo que permite que esta bacteria permanezca en diferentes espacios que están directamente relacionados con la producción de alimentos; tales como las granjas lecheras, las plazas de mercado, las reservas de alimentos y productos lácteos, pudiéndose aislar de productos como cereales, legumbres, lácteos, alimentos de tipo proteico, vegetales y especias.
La cercanía entre el suelo y los productos alimentarios en diferentes procesos, como la obtención y procesamiento de los mismos, podría relacionarse con la prevalencia de B. cereus en dichos alimentos. El suelo es la principal fuente de contaminación de los alimentos crudos con esporas de B. cereus. La tierra puede contener entre 103 y 105 esporas de B. cereus por gramo. En los alimentos complejos, se han identificado algunos ingredientes como fuente importante de contaminación con esporas de B. cereus, como los agentes texturizantes, huevos líquidos, hierbas y especias. Las esporas pueden sobrevivir a etapas de procesamiento intensas, como la deshidratación y, posteriormente, contaminar diversos alimentos a través de los ingredientes deshidratados.
La temperatura en que se conservan los diferentes alimentos también se encuentra relacionada con la presencia de esta bacteria. Estudios reportan brotes en alimentos en refrigeración, alimentos con temperaturas inadecuadas de conservación, y alimentos con cambios en la cadena de frío relacionados con cepas de B. cereus psicrotrofas. Sumado a esto, la composición y el ambiente en donde se refrigere el alimento, interviene en la proliferación de la bacteria, ya que, alimentos ricos en ácidos grasos insaturados, conservados en un ambiente anaeróbico permiten la proliferación de B. cereus. Alimentos ricos en almidón tienen una alta probabilidad de contener B. cereus, lo que podría deberse al procesamiento del almidón para la elaboración de algunos alimentos, con combinaciones de temperaturas que varían entre los 35 y 40 °C.
La generación de toxinas se produce a temperaturas entre 24 y 37ºC, aunque en ausencia de oxígeno o por debajo de 10 °C no pueden producirse, y se van acumulando en el alimento a medida que transcurre el tiempo.
Una amplia variedad de alimentos, incluidas carnes, leche, verduras y pescado se han asociado con la intoxicación alimentaria de tipo diarreico. Los brotes de tipo vomitivo se han asociado generalmente con productos de arroz; sin embargo, también se han implicado otros alimentos con almidón, como la patata, la pasta y los productos de queso. Las intoxicaciones eméticas se asocian principalmente a platos que se sirven calientes, como arroz o pasta, en los que el proceso de recalentamiento a 65ºC elimina la bacteria pero no destruye la toxina.
B. cereus se ha encontrado ampliamente distribuido alrededor del mundo especialmente en países en vía de desarrollo. En el 2010 se estimó la presencia de este microorganismo en EEUU con un total de 27000 casos nuevos de intoxicación anualmente relacionados con el consumo de arroz, lácteos, azúcar, almidón y derivados.
En Colombia, a pesar del escaso registro, se han reportado casos en Antioquia y Amazonas. En el año 2018 se analizó el aislamiento de B. cereus en los restaurantes escolares, mediante un estudio descriptivo y transversal con alimentos listos para el consumo. Durante el periodo de los años 2015-2020 se detectó B. cereus. En el 2023 el boletín epidemiológico en Colombia reportó 365 casos confirmados de brotes de enfermedades transmitidas por alimentos, con el hogar como lugar de procedencia más común.
Se sabe que la presencia de B. cereus en arroz contaminado es un riesgo alto para el desarrollo de enfermedades gastrointestinales en niños de guarderías de dos a cuatro años; en la Habana, Cuba este patógeno hacía parte del 24,6% de brotes alimentarios ocasionados por consumo de arroz contaminado y en Brasil, la Organización Panamericana de Salud (OPS) lo declaró como la segunda causa de infección en el país.
Según datos de la EFSA recogidos en su informe UE One Health 2019, Zoonoses Report, de entre todas las toxinas producidas por bacterias, las producidas por B. cereus en ese año fueron los agentes notificados con mayor frecuencia a nivel de la UE, con un número de brotes dos veces mayor que los producidos por toxinas de C. perfringens o S. aureus. La mayoría de los casos de brotes de origen alimentario causados por el grupo B. cereus se han asociado a concentraciones bacterianas superiores a 105 UFC/g de alimento.
Estadísticas de Brotes por Bacillus cereus (UE, 2019)
| Tipo de Dato | Cantidad |
|---|---|
| Brotes reportados | 155 |
| Casos de intoxicación | 1636 |
| Hospitalizaciones | 44 |
| Muertes (de 14 por toxinas bacterianas en FBO) | 7 (23,3% del total de muertes por toxinas bacterianas) |
Fuente: Informe UE One Health 2019, Zoonoses Report (EFSA)
Prevención y Control
Como se ha mencionado anteriormente, la incidencia de este agente microbiano se relaciona con las temperaturas de almacenamiento de los alimentos y los tiempos prolongados de consumo. En ese sentido, las principales estrategias de prevención para evitar la intoxicación alimentaria por este microorganismo son la disminución de la carga inicial bacteriana que incluye naturaleza y cantidad y el tratamiento térmico para la destrucción y disminución de agentes patógenos y carga microbiana.
Los alimentos susceptibles de contaminación por B. cereus, tras ser tratados térmicamente deben enfriarse rápidamente y deben mantenerse a una temperatura en la que el grupo B. cereus no pueda proliferar significativamente. La mayoría de los alimentos con alta humedad y no acidificados favorecerían su crecimiento.
Las leyes de los EE. UU. (FDA Food Safety Modernization Act; USDA-FSIS Food Safety Acts for Meat, Poultry & Egg Products) y los reglamentos de la UE (Reglamento de la UE 178/2002) incluyen amplios requisitos para la prevención de la adulteración de los alimentos. Se espera que todos los operadores de empresas alimentarias, es decir, productores, fabricantes, procesadores, distribuidores, importadores, minoristas, etc. deben analizar los riesgos específicos de seguridad alimentaria asociados a sus productos y procesos alimentarios, y gestionarlos mediante planes de seguridad basados en el riesgo y definidos según los principios del HACCP (FDA 21CFR117 et al. - FSIS Pathogen reduction and HACCP regulation 9 CFR 304 et al.).
A nivel de la UE, “Bacillus cereus presunto" se ha definido como un criterio normativo de Higiene de Proceso para las fórmulas infantiles deshidratadas y productos deshidratados para usos médicos especiales destinados a lactantes menores de seis meses (Reglamento 1441/2007). Todos los operadores de empresas alimentarias correspondientes de los EE.UU. deben considerar el control de este patógeno.
Detección y Cuantificación de Bacillus cereus
Tanto el marco normativo de la UE como el de los EE. UU. recomiendan la detección y cuantificación de B. cereus. Aparte de las pruebas avanzadas con fines epidemiológicos, métodos sencillos de recuento o detección de “Bacillus cereus presunto" han demostrado cubrir con suficiente efectividad las verificaciones de rutina sobre la eficacia de los planes de control en seguridad alimentaria.
Tratamiento de Intoxicaciones y Sensibilidad a Antibióticos
Las intoxicaciones alimentarias autolimitadas producidas por B. cereus solo requieren un tratamiento sintomático. Gran parte de los aislados de B. cereus son susceptibles a antibióticos de uso común, excepto por los betalactámicos. No obstante, el uso indiscriminado de antibióticos, ha generado que algunos aislados de este patógeno desarrollen resistencia a ciertos antibióticos, tales como tetraciclina, eritromicina y rifampicina. Además, la resistencia y sensibilidad a antibióticos variará dependiendo si el B. cereus en cuestión es psicrotolerante o no. La administración de antibióticos como la vancomicina, cloranfenicol, imipenem y gentamicina proporciona efectos terapéuticos favorables contra el patógeno B. cereus.