Primer aislamiento de Escherichia coli no O157 productor de toxina Shiga en carnes bovina y porcina en Venezuela

Lourdes Cardozo^a, Rosa Elena Martínez^a,*, Peter Feng^b, Luz Bettina Villalobos^a

^aPostgrado en Biología Aplicada. Universidad de Oriente. Núcleo de Sucre, Venezuela.

^bAdministración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA).

* Correspondencia: E-mail: rosamnazaret@hotmail.com

Resumen: Escherichia coli productor de toxina Shiga (STEC), es un patógeno transmitido por alimentos. El serotipo O157:H7 se considera clínicamente el más importante, pero un 50% de las infecciones por STEC corresponden a serotipos no O157. En Venezuela, la presencia de cepas STEC no O157 en productos cárnicos no ha sido reportada, lo que motivó este trabajo. Se analizaron 70 muestras de carne molida (35 bovinas y 35 porcinas). El aislamiento de E. coli se llevó a cabo en agar MacConkey sorbitol, suplementado con cefixima y la identificación bioquímica según pautas de la FDA. Se realizó la extracción del ADN y ensayos de PCR para la identificación de cepas STEC O157:H7 y STEC no O157. De 70 muestras analizadas, 50 (71,4%) resultaron positivas al aislamiento de E. coli, lográndose identificar 47 cepas sorbitol positivas y 3 cepas sorbitol negativas. La PCR demostró ausencia de STEC O157:H7 y presencia de STEC no O157 productor de toxina Shiga Stx1 y Stx2 en el 4,3% de las muestras analizadas. Se demuestra, por primera vez en el país, la circulación de cepas STEC no O157 en productos cárnicos, lo que permite sugerir el establecimiento de estrategias de prevención asociadas a este patógeno.

Palabras clave: STEC no O157, PCR, carne bovina, carne porcina, Venezuela.

First isolation of non-O157 shiga toxin producing Escherichia coli in bovine and porcine meats in Venezuela

Abstract: Shiga toxin producing Escherichia coli (STEC) is a food-transmitted pathogen. Serotype О157:H7 is considered the most clinically important, but 50% of STEC infections correspond to non-О157 serotypes. In Venezuela, presence of non-О157 STEC strains in meat products has not been reported, which was the reason for this study. Seventy ground meat samples were analyzed (35 bovine and 35 porcine). E. coli isolation was done in MacConkey sorbitol agar, supplemented with cefixim, and the biochemical identification was done according to FDA guidelines. DNA extraction and PCR assays were used for the identification of STEC О157:H7 and not О157 strains. Of the 70 samples analyzed, 50 (71.4%) were positive for E. coli isolation, and 47 sorbitol positive and 3 sorbitol negative strains were identified. PCR showed absence of STEC О157:H7 and presence of non-О157 STEC Shiga toxin Stx1 and Stx2 producers in 4.3% of the samples analyzed. This is the first time that the circulation of non-О157 STEC strains in meat products is demonstrated in this country, which suggests that prevention strategies associated to this pathogen should be established.

Keywords: non-О157 STEC, PCR, bovine meat, porcine meat, Venezuela.

Recibido 1 de febrero de 2012; aceptado 21 de junio de 2012

Introducción

Escherichia coli es un comensal que coloniza el intestino del hombre pocas horas después de su nacimiento y, aunque forma parte de la microbiota normal, existen algunas cepas que pueden ser patógenas, tal como ocurre con las E. coli productoras de toxina Shiga (STEC por sus siglas en inglés) [1]. En la actualidad se ha reconocido el carácter patógeno de estas cepas, su transmisión a través de los alimentos y su responsabilidad en la generación de serias patologías en humanos, como la colitis hemorrágica (CH) y el síndrome urémico hemolítico (HUS por sus siglas en inglés) [2].

El serotipo STEC O157:H7, ha sido el más frecuentemente implicado en brotes de enfermedades de origen alimentario en todo el mundo. Su principal fuente de transmisión, son los alimentos o aguas contaminadas [3-5]. Sin embargo, alrededor de 250 nuevos serotipos de STEC no O157, han sido aislados e identificados alrededor del mundo, con una frecuencia mayor que las cepas O157:H7 [6].

Las cepas STEC de origen humano, animal o de alimentos, pueden producir una o más citotoxinas que forman parte de la familia de las toxinas Shiga (Stxs). Estas citotoxinas tipo 1 (Stx1) y/o tipo 2 (Stx2), son el principal mecanismo de patogenicidad de E. coli enterohemorrágica O157:H7 junto con otros factores de virulencia. Sin embargo, otros 200 serotipos de STEC no O157 también han sido identificados como productores de estas toxinas, en forma conjunta o separada (Stx1 y/o Stx2) y han estado involucrados en enfermedades diarreicas en humanos, e incluso en cuadros de HUS [7]. Numerosos estudios han demostrado que la mayoría de los serotipos de STEC no O157, se encuentran principalmente en bovinos, cabras, cerdos y pollos, siendo su principal reservorio el intestino del ganado bovino [8-10].

La detección de cepas STEC y factores de virulencia accesorios, es de gran valor clínico y epidemiológico al momento de evaluar muestras de heces o alimentos contaminados. Sin embargo, el diagnóstico de estas cepas por el método de cultivo convencional presenta algunas dificultades. El serotipo O157:H7 es en general, sorbitol y ß-glucoronidasa negativos, en cambio las cepas no O157, no muestran estos mismos marcadores bioquímicos, ya que han demostrado ser sorbitol y ß-glucoronidasa positivos o negativos [5]. Estas dificultades han sido minimizadas mediante la combinación de procedimientos bacteriológicos y métodos moleculares como la reacción en cadena de la polimerasa (PCR por sus siglas en inglés), considerada una alternativa altamente satisfactoria para la detección de las STEC no O157 [11-15].

STEC no O157, como patógeno de transmisión por alimentos, capaz de causar enfermedades severas y potencialmente fatales para el hombre, es en la actualidad un tema de discusión amplia a nivel mundial, debido a su potencial patogénico y a los brotes que se han venido describiendo en Asia, Sudafrica, Australia, Europa y en países suramericanos como Brasil y Argentina [6,9].

En Estados Unidos, el Centro para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) calcula que las STEC son la causa de aproximadamente 73.000 casos de enfermedad, 2.000 hospitalizaciones y 50 a 60 muertes cada año y, que, la prevalencia de STEC no O157 probablemente está subestimada, debido a que la mayoría de los laboratorios rutinariamente no realizan exámenes para detectar estos serotipos. En Europa continental, Latinoamérica y Australia, algunas evidencias sugieren que las infecciones por E. coli no O157 pueden ser más habituales en los humanos que la E. coli O157:H7 [16].

En Venezuela, son pocos los registros estadísticos y epidemiológicos sobre cepas STEC. Sólo se conocen tres trabajos que hacen referencia a la existencia de éstos, el primero de Bravo y Villalobos [17], quienes determinaron la presencia de E. coli enterohemorrágica, en carne molida y chorizos procedentes del mercado municipal de Cumaná, estado Sucre, reportando la presencia del serotipo O157:H7 en un 3,1%. El segundo de Narváez y col. [18], donde reportan en muestras de heces de ganado bovino en el municipio Miranda, estado Zulia, el serotipo O157:H7 en un porcentaje de 1,9% y el tercero por Villalobos y col. [7], donde confirman una incidencia del 10% de STEC no O157, productoras de toxina Shiga tipo 1, en niños con cuadros diarreicos que acudieron a un ambulatorio en la ciudad de Cumaná.

La presencia de cepas STEC no O157 en alimentos aún no ha sido reportada en nuestro país, lo cual motivó la realización de este trabajo para investigar su presencia en carnes bovina y porcina expendidas en diferentes puntos de ventas del mercado municipal de la ciudad de Cumaná, estado Sucre, Venezuela.

Materiales y métodos

Procesamiento de las muestras, aislamiento e identificación de E. coli: Se realizó un muestreo al azar de 35 carnicerías que operan en un mercado popular ubicado en la ciudad de Cumaná, estado Sucre, Venezuela. Las carnicerías muestreadas presentaron como características: el no mantenimiento de la cadena de frío, poca higiene en los utensilios de cortar las carnes y las maquinas de moler. De cada carnicería se colectaron dos muestras de carne molida de 250 gramos cada una, de carne bovina y de carne porcina, para un total de 70 muestras (35 de carne bovina y 35 de carne porcina). Se tomaron 25 gramos de cada muestra por separado y fueron sometidos a un enriquecimiento previo en 225 mL de caldo Infusión Cerebro Corazón suplementado con 30 µg de cefixima (Sigma Chemical Co., St. Louis, Mo., USA). Los caldos fueron incubados a 37 ºC por 24 horas, se sembraron por estrías en superficie en placas de agar MacConkey sorbitol (Becton Dikinson) suplementado con cefixima [4,9]. Se incubaron a 37 ºC por 24 horas, y se tomaron colonias fermentadoras y no fermentadoras de sorbitol de cada muestra analizada. Cada colonia fue identificada como E. coli aplicando pruebas IMVIC (indol, rojo de metilo/Voges Proskauer, citrato) y fermentación de azúcares en el medio agar hierro triple azúcar (Merck) [19]. Las cepas aisladas e identificadas, fueron guardadas hasta el momento de la extracción del ADN genómico, a una temperatura de 20 ºC, en agar conservación, medio a base de triptona, extracto de carne y agar agar.

Extracción de ADN: Para la extracción del ADN, las cepas identificadas como E. coli, se reconstituyeron en agar nutritivo por un período de 18 horas. Se tomaron 5 colonias y se obtuvo el ADN total de cada una de ellas, por el procedimiento estándar de extracción por lisis [20]. Esta extracción se le realizó también a cepas de E. coli certificadas por el Centro Venezolano de Colecciones de Microorganismos [21], CVCM 417(E. coli O157:H7), CVCM (E. coli Stx₁⁺ y Stx₂⁺), CVCM 765 (E. coli Stx₁^- y Stx₂^-), las cuales sirvieron de controles positivos y negativos respectivamente, para la presencia del gen que codifica la producción de toxina Shiga.

PCR y condiciones de amplificación: Se llevaron a cabo dos ensayos de PCR. El primero, para descartar la presencia de cepas STEC O157:H7. Como secuencia molde para la síntesis de los oligonucleótidos se tomó la descrita por Leotta y col. [9], específica para amplificar el gen que codifica para el antígeno O157 (rfbO157) (Tabla 1). El segundo ensayo fue desarrollado para la detección de cepas de STEC no O157. Para ello se utilizaron oligonucleótidos que detectan ambas toxinas, la Stx₁ y la Stx₂. Como molde para la síntesis de estos oligonucleótidos se tomaron en consideración las secuencias utilizadas y descritas por Monday et al. [14]. Cada ensayo fue desarrollado en un volumen total de 50 µL de mezcla de reacción que contenía buffer Taq polymerasa 1X (QIAGEN, Valencia, CA), 3 mM MgCl₂, 400 µM de desoxinucleotidos trifosfatos, 200 nM de cada primer, 5 µL de ADN, y 2.5 U de Taq polymerasa (HotStarTaq QIAGEN). Las condiciones de amplificación para el rfbO157 fueron: 94 ºC por 5 minutos para la desnaturalización, seguido de 30 ciclos a 94 ºC por 30 seg, 58 ºC por 30 seg y 72 ºC por 2 min y una extensión final a 72 °C por 5 min. Para los genes que codifican las toxinas Shiga(Stx₁ y Stx₂), las condiciones de amplificación fueron las siguientes: 95 ºC por 15 minutos para la desnaturalización inicial, 10 ciclos a 95 ºC por 30 segundos, 65 ºC por 20 segundos y 72 ºC por 30, seguido de 30 ciclos a 95 ºC por 30 segundos 60 ºC por 20 segundos, 72 ºC por 30 segundos y un paso de extensión final de 72 ºC por 7 minutos. Los ensayos de PCR fueron realizados en un termociclador Gene Amp Perkin-Elmer Applied Biosystems 9700, USA, y los productos de la PCR fueron revelados por electroforesis en gel de agarosa al 2% teñido con bromuro de etidio al 5%, y corridos a 80 voltios por 1 hora y 30 min. Se utilizó un marcador de peso molecular de 1.500 pb (Promega, USA) y los geles fueron fotografiados bajo luz ultravioleta, utilizando el sistema de fotodocumentación modelo Gel Doc (BioRad, USA).

Tabla 1. Secuencias de los oligonucleótidos iniciadores en la técnica de PCR para la detección del gen rfbo157 y el gen que codifica la expresión de la toxinas Shiga (stx1 y stx2).

b:Mezcla de estos oligonucleótidos permiten la detección de Stx1 y Stx2.

Resultados y discusión

De un total de setenta muestras de carne molida evaluadas (35 de res y 35 de cerdo), 50 (71,4%) mostraron positividad al aislamiento e identificación de E. coli. En función de la capacidad de fermentación o no del sorbitol, de cada muestra positiva se aislaron 1 o 2 colonias, dependiendo si solo hubo crecimiento de colonias sorbitol positiva, sorbitol negativa ó ambos tipos de colonias. La evaluación macroscópica de las colonias desarrolladas arrojó como resultado 47 cepas fermentadoras de sorbitol (30 procedentes de la carne de res y 17 de la carne de cerdo) y 3 cepas no fermentadoras de sorbitol, aisladas de muestras de carne de cerdo.

La capacidad de no fermentación del sorbitol como marcador fenotípico, era la primera característica con base en la cual se hacía la preselección de cepas de E. coli productoras de toxinas Shiga cultivadas en agar MacConkey sorbitol [22-23]. En la actualidad, se sabe que éste no es un marcador fenotípico confiable, ya que se ha demostrado que no todas las cepas de E. coli productoras de toxinas shiga, poseen esta característica bioquímica distintiva. Así lo han demostrado varios estudios realizados [5,7,9], donde se evidencian que aparte del serotipo STEC O157:H7, no fermentadora de sorbitol, otros serotipos de STEC, son capaces de fermentarlo, producir o no el HUS. Estos serotipos han sido reconocidos como STEC no O157, y están, en la generalidad de los casos, asociadas con cuadros de diarrea y enterocolitis y, la mayoría de sus serotipos, se encuentran principalmente en bovinos, cabras, cerdos y pollos, siendo el principal reservorio el intestino delgado del ganado bovino [9,10]. En consecuencia, en esta investigación, no se descartaron las cepas de E. coli fermentadoras de sorbitol como sospechosas de STEC.

Las cepas E. coli sorbitol positivas y sorbitol negativas aisladas e identificadas mediante cultivo, fueron sometidas a ensayos de PCR una vez obtenido el ADN genómico. Un primer ensayo fue realizado para descartar la posible presencia de la cepa STEC O157:H7. La corrida electroforética de los productos de amplificación por PCR, demostró ausencia de amplificación de secuencias específicas del gen que codifica para el antígeno O157 (rfbO157) característico del serotipo O157:H7, indicando la ausencia de este patógeno en las muestras de carne molida de res y porcina evaluadas.

El segundo ensayo de PCR reveló que la combinación de los oligonucleótidos (Stx1/SRM129, Stx2/SRM129), es aplicable en el diseño de esta técnica molecular para la detección de cepas STEC en productos cárnicos. La corrida electroforética de los productos amplificados por PCR, mostraron que al igual que el control positivo (línea 3), la cepa 2 (línea 5), cepa 6 (línea 9) y cepa 9 (línea12), fueron confirmados por producir ambas toxinas Stx (tipo 1 y tipo 2), por los productos específicos de 313 bp observados en el gel de agarosa (Figura 1). Estos resultados, permiten confirmar que de un total de 50 muestras positivas al aislamiento e identificación de E. coli, solo 3 muestras (4,3%) (2 de carne bovina y 1 de porcina), mostraron contaminación por STEC no O157.

El porcentaje de detección hallado en este estudio, no coincide con los reportados por Blanco et al. [24] y Jure y col. [25], quienes detectaron 12% de STEC no O157 en muestras de carne cruda en España y 13,2% en carne molida fresca en Argentina, respectivamente.

No obstante, este bajo porcentaje de detección es significativo para nuestro país, ya que deja en evidencia que cepas de STEC productor de toxina Shiga Stx1 y Stx2, están circulando en productos cárnicos tales como la carne molida bovina y porcina, y además abre la posibilidad de que la población venezolana y en especial la de la ciudad de Cumaná, estén expuestas a contraer infecciones por este microorganismo, lo que puede representar un riesgo, ya que se ha demostrado que este patógeno tiene una baja dosis infectiva. Sólo 100 bacterias pueden producir la infección conllevando a cuadros de diarrea, enterocolitis o producir complicaciones como HUS, en niños, ancianos o poblaciones inmunocomprometidas [5,26].

Aunque en Venezuela, en la mayoría de los casos, no se exige el cumplimiento de normas de control de calidad por parte de expendios de productos cárnicos, y en especial de aquellos destinados al sector popular, el reporte de circulación de cepas STEC no O157 productoras de toxina Shiga 1 y 2 en carne de res y porcina, permite sugerir la necesidad de implementar un sistema de monitoreo y vigilancia de estos productos, tanto los de origen nacional como los que ingresan por importación, ya que está claramente establecido en la epidemiología de esta bacteria, que los mecanismos de transmisión están relacionados con el consumo de carne bovina, porcina o productos lácteos contaminados, bien sea en el mismo momento del sacrificio del animal en el matadero o por la manipulación inapropiada por parte de los expendedores de los distintos puntos de ventas de estos productos, y en especial, los asociados a los mercados populares [27]. Además se debe reforzar la necesidad de realizar futuros estudios sobre otros genes asociados a la patogénesis de las STEC, dado que la heterogeneidad genética entre los subtipos y factores de virulencia, pueden generar diferencias en la patogenicidad de diferentes poblaciones de STEC, en humanos.

Conclusiones

La carne molida bovina y porcina que se expende en el Mercado Municipal de la ciudad de Cumaná, Venezuela, mostraron baja contaminación por STEC no O157.

Las cepas identificadas como STEC no O157 resultaron ser sorbitol positivas, lo que evidencia la respuesta variable de estas cepas ante la prueba de fermentación de sorbitol.

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