Clostridium botulinum - החיידק שמאחורי הבוטוקס

 

על נקניקים, קופסאות שימורים והפרעה להפרשת אצטיל כולין

בשני העשורים האחרונים ואולי אף קודם לכן, חדר תכשיר תרופתי חדש, Botox, לתחומים שונים של טיפולים קוסמטיים ורפואיים, בתחומי האופטלמולוגיה, הדרמטולוגיה והנוירולוגיה. תכשיר זה הוא למעשה שימוש מבוקר וזהיר בכמויות זעירות של אחד הרעלנים הקטלניים ביותר בטבע - רעלן הבוטולינום (Botulinum toxin/ botulin). בכתבה זו נכיר את החיידק המייצר אותו, Clostridium botulinum, את התכונות הביולוגית של הרעלן ואת ההשפעות הסביבתיות והרפואיות של החיידק והרעלן.

מושבות של חיידקי Clostridium botulinum
Merele Selin, USCDCP

מעט היסטוריה

בשנת 701 לפני הספירה, בעת המצור של סנחריב על ירושלים, חלו באופן פתאומי כל מפקדי הצבא האשורי וכתוצאה מכך הוסר המצור וירושלים ניצלה. מספר מחלות מוזכרות בהקשר זה. האם, למעשה, מדובר בבוטוליזם?

הדיווח המהימן הראשון על המחלה הוא מתחילת המאה העשירית, אז אסר הקיסר הביזנטי ליאו השישי (911-886) על ייצור ואכילת נקניקי דם, כדי להמנע מהשיתוק והמוות הנגרמים כתוצאה מאכילתם.

התיעוד המודרני הראשון של המחלה היה בשנת 1793. אז לקו 13 איש בשיתוק, בעיר Wildebad בגרמניה בעקבות אכילת נקניקיית-ענק מעושנת בצוותא. ששה מהם מתו.

המחקר המסודר הראשון על המחלה התבצע בין 1822-1817 על-ידי הרופא (והמשורר) הגרמני, יוסטינוס קרנר (Justinus Kerner), שבדק 155 מקרים. מאז נקראה המחלה גם על שמו - מחלת קרנר (Kerner disease). קרנר אף הצליח לבודד את הרעלן, הזריק אותו לעצמו, חלה ושרד. הוא תאר כיצד פוגע הרעלן במערכת העצבים המוטורית והיה הראשון (כ-150 שנה לפני הבוטוקס) שהציע לטפל ברעלן במחלות נוירולוגיות המתבטאות בתנועתיות יתר ובהפרשה מוגברת של נוזלי גוף ובמחלות נוספות כעצירות, דבר וכלבת. הוא אף טען, שמקור הרעלן ביולוגי.

היה זה הרופא הגרמני ג'ון מילר (Muller), ב-1870, שטבע למחלה את השם בוטוליזם (Botulus = נקניק בלטינית, ומכאן בהמשך גם שם מין החיידק, הרעלן והתכשיר).

Clostridium botulinum

C. botulinum הוא מתג גראם חיובי, אל-אווירני. לחיידק יכולת תנועה וייצור נבגים פנימיים (endospores). הנבגים יכולים לשרוד תקופות ממושכות בתנאים אווירניים ולנבוט ולהתרבות כשהתנאים משתפרים מבחינתם. הטמפרטורה האופטימלית לגידול החיידקים היא 25-40°C.

הסוג Clostridium, המשתייך לחטיבת הפירמיקוטים (Firmicutes) כולל כ-200 מינים. שלושה מינים נוספים בסוג מוכרים כגורמי מחלות (פתוגנים) חשובים באדם: C. tetani הגורם לצפדת (טטנוס), C. perfringens הגורם לגז גנגרנה (gas-gangrene) ולמחלת סימום המעיים (enterotoxemia) בפרות וחיות משק אחרות ו-C. difficile הגורם ל-Pseudomembranous colitis. מינים נוספים מוכרים כגורמי מחלות קטלניות בבקר ובסוסים: C. chauvoei גורם למחלה "רגל שחורה" (Blackleg); המינים C. septicum ו-C. sordelli גורמים למחלת "הבצקת הממארת" (Malignant edema); המין C. haemolyticum גורם למחלת "המים האדומים" (Red water - Bacillary hemoglobinuria), ו-C. novyi גורם ל"מחלה השחורה" (Black disease). מינים נוספים בסוג הם "סתגלנים" (opportunists) וגורמים למחלות רק בתנאים מיוחדים.

המיקרוביולוג אמיל ון ארמנגם (van Ermengem), תלמידו של רוברט קוך, בודד לראשונה בשנת 1895 את החיידק מבשר חזיר, Ham, אותו אכלו 23 חברי תזמורת שלקו בשיתוק בעיר Ellzelles בבלגיה. ששה מהנגנים מתו מהמחלה. ון ארמנגן בודד את החיידק גם מהמתים. החיידק כונה בתחילה Bacillus botulinus, אך בהמשך, אידה בנגסטון (Bengston) פיצלה את הסוג לשניים - השאירה בסוג Bacillus את המינים האווירניים, והעבירה ל-Clostridium את האל-אווירניים.

כיום מוכרים ששה זנים של C. botulinum המייצרים רעלנים בעלי תפקוד דומה אך שונים אנטיגנית והמכונים A-F. מלבדם, מוכרים גם זנים יוצרי רעלנים במינים C. butyricum ו-C. baratii. זנים אלה מכילים בקטריופאגים ליזוגניים, המקודדים את הרעלן. מסיבות פרקטיות בלבד הופרדו זנים אחרים המשתייכים למין, שאינם מייצרים את הרעלן, למין C. sporogenes. זן שביעי ובו רעלן המכונה G, נמצא שונה גנטית משאר הזנים, הופרד ונמצא היום במין C. argentinense.

החיידקים נפוצים מאד במערכות עיכול של בעלי חיים, וניתן למצוא נבגים שלהם באדמה, כתוצאה מהפרשות בעלי החיים וכתוצאה מכך גם על צמחים. מקום חיות נוסף שלהם הוא מעמקי ביצות. כתוצאה מכך, נגרמות מגיפות של עופות מים החיים/ניזונים באותה ביצה, לרוב לאחר שהחיידקים התרבו בפגרים מתפרקים של בעלי חיים.

רעלן הבוטולינום

הרעלן בודד לראשונה בשנת 1928 על ידי טסמר סנייפ (Snipe) והרמן סומר (Sommer). ב-1949 גילה ארנולד בורגן (Burgen) שהרעלן חוסם את העברת האותות בין סיבי עצב לשריר. בשנות ה-60 של המאה העשרים החלו אלן סקוט (Scott) ואדוורד שנץ (Schantz) לישם את השימוש ברעלן לצרכים רפואיים, בתחילה בקופים (1973) ואח"כ בבני אדם (1980).

הרעלן חלבוני ומורכב משתי תת-יחידות. תת יחידה אחת מקשרת לאתר המטרה ואילו השנייה אחראית על הפעילות הרעלנית - מניעת הפרשה של הטרנסמיטור אצטיל כולין בסינפסות. חימום הרעלן לטמפרטורה של 60°C ומעלה מנטרל את פעילותו.

הרעלנים של זנים A, B, E ו-F גורמים לבוטוליזם באדם. זן C - לבוטוליזם בעופות וזן D לבוטוליזם בבקר. זן G לא נקשר בינתיים לאף התפרצות של המחלה. למזון המורעל בזנים A, B, ו-F (זנים "יבשתיים") אין שינוי בטעם. ניתן להבחין בשינויי טעם במזון המורעל בזן E (הזן הימי).

הרעלן נחשב לאחד מהקטלניים ביותר בטבע. בהזרקה, כמות של 1 ננוגרם לקילוגרם קוטלת 50 אחוז מחיות הניסוי הנבדקות (LD50). בחשיפה נשימתית הכמות עולה ל-10-3 ננוגרם לקילוגרם. לא ברורים לגמרי התנאים הפיסיולוגיים של החיידקים המכתיבים את ייצורו/אי ייצורו של הרעלן.

שני זנים בלבד של הרעלנים מיוצרים בכמויות מסחריות לשימוש רפואי: A (בוטוקס) ו-B - Neurobloc או Myobloc.

מחלת הבוטוליזם באדם

בוטוליזם היא מחלה משתקת, נדירה יחסית, שסימניה מתחילים לרוב כ-12 עד 36 שעות (אך גם 6 שעות ו-10 ימים) לאחר כניסת הרעלן לגוף. המחלה מתחילה בבחילות, בהקאות, בטשטוש ראייה ובקשיים בבליעה. בהמשך מתפתח שיתוק, שעלול להוביל למות החולה.

למחלה ארבע צורות עיקריות בהתאם לצורת כניסת הרעלן לגוף:

הרעלת מזון (Foodborne botulism) - הינה הצורה העיקרית של המחלה בארץ. במהלך התרבות החיידקים במזון בתנאים אל-אווירניים, מפרישים החיידקים את הרעלן למזון. הבעייה קיימת לרוב במזון משומר שהכיל במקורו נבגים של החיידקים - נקניקים, קופסאות שימורים שלא עוקרו כראוי ומזון שאוחסן במשך זמן רב בשקיות ניילון אטומות. בתהליך העיקור של קופסאות שימורים חלק מהתהליך הוא עיקור בקיטור, בטמפרטורה של 120°C, הקוטלת את הנבגים. תקלה בתהליך זה עלולה לגרום לכך שישארו נבגים בקופסה, אשר ינבטו ויתרבו בתוכה, ויפרישו את הרעלן. מקרים רבים של בוטוליזם מתרחשים כתוצאה ממזון ששומר בתנאים ביתיים.

הרעלת תינוקות (Infant botulism) - מחלה די נדירה בתינוקות עד גיל שנה. לרוב הנבגים של החיידק חודרים לגוף באמצעות דבש, או דרך מזון אחר, נובטים ומתרבים במערכת העיכול של התינוק ומפרישים את הרעלן שנספג משם לדם. המחלה מתפתחת לאחר כשבועיים מכניסת החיידקים ומתחילה עם עצירות. אח"כ מתפתחת חולשת שרירים כללית שמסגרתה הילד מתקשה לבלוע ואף מתפתחת צניחת עפעפיים. במקרים מסויימים המצב מדרדר לקשיי נשימה שאם אינם מטופלים, הם עלולים לגרום לחנק ולמוות. המחלה יכולה להמשך מספר שבועות ובחלק מהתינוקות היא אף חוזרת ל"סיבוב שני". מכאן האיסור להאכיל בדבש תינוקות עד גיל שנה.

החיידק מגיע (ולא רק מדבש) גם לדרכי העיכול של ילדים מעל גיל שנה ולמבוגרים ובהם הוא אינו גורם למחלה. קיימות שתי סיבות אפשריות לכך שהמחלה מתפתחת רק בתינוקות: הראשונה, ה-pH של קיבת התינוקות גבוה יותר ומאפשר ליותר חיידקי בוטוליזם לעבור למעי; הסיבה השנייה היא שחיידקי המעיים (הפלורה הטבעית) של המבוגרים יותר אינם מאפשרים לחיידקי הבוטוליזם לשגשג במעי.

לעיתים נדירות מתרחשת מחלה זו גם במבוגרים, כתוצאה מרקע של מחלות בדרכי העיכול או שינויים בפלורה הטבעית. הטיפול במחלה הוא הקלת הסימפטומים בלבד. טיפול אנטיביוטי, הפוגע גם בחיידקי המעיים "הטובים" עלול להחמיר את המצב.

זיהום פצע: במהלך פציעה חודרים נבגים לפצע ביחד עם חיידקים אווירניים אחרים. לאחר סגירת הפצע "מסלקים" החיידקים האווירניים את החמצן ומתאפשר לנבגים לנבוט, להתרבות ולהפריש רעלן (תופעה דומה קורית עם חיידקי הטטנוס, הנפוצים יותר). השיתוק וחולשת השרירים הם התופעות העקריות במחלה זו (הואיל ומערכת העיכול אינה מעורבת).

חשיפה נשימתית: חשיפה נדירה ביותר, שממנה חוששים בלוחמה או בטרור ביולוגי. ארוע יחיד מוכר בהקשר זה, כאשר שלושה עובדי מעבדה שחשפו חיות מעבדה לרעלן נפגעו אף הם. התסמינים הנוירולוגיים של המחלה הופיעו אצלם לאחר שלושה ימים. ביום הששי הם טופלו בנוגדנים לרעלן והחלו להתאושש. קופים שנחשפו לרעלן בצורה זו, מתו תוך 4-2 ימים.

בארצות הברית מדווחים כל שנה על כ-110 מקרים של בוטוליזם, מהם 25 אחוז כתוצאה מהרעלת מזון, 72 אחוז בתינוקות וכ-3 אחוזים מפציעות - חלקן הגדול מקושר להזרקות סמים, בעיקר הרואין ממוצא מקסיקני - (Black tar heroin).

בצפון קנדה ובאלסקה נצפתה בעשור הקודם עלייה בשכיחות מקרי הבוטוליזם בקרב אוכלוסיית האינואיטים. הסתבר שלאוכלוסיה זו, שנוהגת במשך דורות לאכסן את בשר הציד שלה כפי שהוא, קבור בקרח, הגיעה הקידמה. הם החלו לאחסן את הבשר עטוף בניילון, ללא אוורור - מה שאיפשר, לאחר שנצרך כל החמצן על ידי חיידקים אווירניים, את שגשוגם של חיידקי הבוטוליזם.

כיום מצטרפים לחולים ולמתים גם כאלה שטופלו בכמויות מופרזות של בוטוקס. המקרים אמנם לא רבים (בין 1998 ל-2003 דווחו 28 מקרי מוות), אך שכיחותם עולה ככל שעולה שכיחותו של הטיפול.

הטיפול בהרעלה

כל עוד לא שיתק הרעלן את שרירי הנשימה, יש אפשרות לטפל בחולים באמצעות נוגדנים לרעלן, ולהקל על התסמינים - עד שהרעלן מנוטרל ומפורק בגוף. לעיתים נעזרים גם בהנשמה מלאכותית. אם מתחילים בזמן, הטיפול יכול לעזור והחולה יתאושש תוך מספר שבועות ולעיתים גם חודשים.

קיימים שני סוגי תכשירים שבשימוש: הראשון - תכשיר משולש, המכיל נוגדנים שהופקו מסרום של סוסים נגד זנים A, B ו- E. השני - תכשיר המכיל נוגדנים נגד כל שבעת הזנים המוכרים.

בוטוליזם C בעופות - Avian botulism

תופעה שחוזרת על עצמה לא מעט, בעיקר בצפון אמריקה, אך גם במקומות אחרים בעולם, מתבטאת לרוב במקווה מים שמסביבו פזורים אלפי ולפעמים מיליוני פגרים של עופות מים. התופעה מתחילה כאשר בעל חיים אחד או יותר מתים מסיבה טבעית או אחרת ובפגר מתרבים חיידקי C. botulinum מזן C. הפגר מפורק, בין היתר, על ידי רימות של חרקים שצוברים בגופם את הרעלן (החרקים לא רגישים לרעלן). הרימות נאכלות על-ידי ציפורים אחרות הנפגעות ומתות מהרעלן והתהליך מתחיל מחדש. הסימנים האופייניים לציפורים הפגועות הם עיניים עצומות למחצה וצוואר שמוט.

באוגוסט ובספטמבר 1997 מתו מבוטוליזם כ-8,000 עופות מים, רובם ברווזים, מסביב ליימת Chautauqua באילינוי שבארצות הברית. שנה אח"כ, בספטמבר 1998, היה ארוע נוסף באותו מקום ואז נפגעו רק כ-1,000 ציפורים. באותו זמן, יולי-ספטמבר 1998, מתו מבוטוליזם באלברטה שבקנדה כ-45,000 ברווזים. בדצמבר 2000 מתו מבוטוליזם באגם Erie שבין ארה"ב לקנדה כ-8,000 ציפורי מים. מגיפה נוספת היתה באותו אגם גם באוגוסט 2001.

בספטמבר 2009 התפרצה מגיפת בוטוליזם מסביב לימת המלח הגדולה שביוטה. עשרות אלפי עופות מתו ממנה. מגיפה דומה שהתרחשה ב-1997 קטלה כחצי מיליון ציפורים.

בוטוליזם של עופות יכול להתלוות למגיפה אחרת, כפי שקרה בימת סלטון שבקליפורניה בשנת 1996. מגיפת ויבריוזיס (שנגרמה על-ידי Vibrio alginolyticus) קטלה אלפי דגים מסוג Tilapia בימה. כ-13,000 ציפורים מ-56 מינים שונים, שניזונו מהדגים המתים ומהרימות שפרקו אותם, מתו מבוטוליזם.

בוטוליזם D בבקר

ביוני 2002 התפרצה מגיפה של בוטוליזם ברפתות של חבל לכיש. 460 פרות מתו. המקור לרעלן התברר כתחמיץ שזוהם בפגר של חיה כלשהי. הפרות היו אמורות להיות מחוסנות ובדיעבד התברר שהחיסון "כשל".

באפריל 1998, מגיפה דומה, שהחלה מפגר של חתול בערימת החציר של מחלבה, גרמה למותם של 430 פרות (מתוך 440) תוך שבועיים, ב-Modesto, קליפורניה.

הארוע החמור ביותר המתועד לגבי בקר התרחש ב-Darling Downs, שבקווינסלנד, אוסטרליה. 5,500 פרות (מתוך כ-30,000) מתו מבוטוליזם שנגרם כתוצאה מהוספה מכוונת של פגרי עופות למזונן של הפרות, כדי להעשיר אותו בחלבונים...

בוטולין כנשק ביולוגי

בין שתי מלחמות העולם השקיעה ארצות הברית מאמצים בפיתוח נשק ביולוגי. אחד התוצרים של אותה השקעה היה גלולה המכילה את רעלן הבוטולינום, שבאמצעותה רצו להתנקש בקצינים יפניים בכירים. הניסוי המקדים בוצע על חמורים - שכולם שרדו - אולי מפני שאינם רגישים לזן הספציפי בו השתמשו. פיתוח הגלולה הופסק.

גם היפנים, באותה תקופה, "טמנו את הרעלן בצלחת". הם חקרו את השפעת הרעלן על אסירים, באמצעות הוספתו למזונם. האסירים לא שרדו.

במהלך מלחמת העולם השנייה חוסנו חלק מחיילי בעלות הברית בטוקסואיד כנגד הרעלן עקב החשש, שלא התממש שגרמניה מחזיקה ברעלן כנשק ביולוגי.

הפוטנציאל הקטלני של הרעלן (כמות של גרם יכולה להמית כמיליון אנשים) היווה את הבסיס למחשבה שהבוטולין יהיה נשק ביולוגי אידיאלי, אך היום הוא נחשב כבחירה גרועה, בעיקר בגלל שהוא צריך להבלע או להשאף (והמסיכה הסטנדרטית חוסמת אותו), אחוז התמותה ממנו משתנה ולא בהכרח גבוה, הוא מאבד את פעילותו תוך זמן קצר והחסרון הביולוגי העיקרי הוא שאינו מועבר מאדם לאדם. קיומו של תכשיר המכיל נוגדנים יחודיים כנגד הרעלן, הפחית גם הוא את המוטיבציה לנושא.

ב-1946 הכינו החוקרים האמריקאים בפורט פדריק "תרכיז גבישי" של הרעלן. ב-1972 נפסקו הניסויים בנושא עקב חתימת נשיא ארצות הברית דאז, ריצ'רד ניקסון, על האמנה להפסקת המחקר והשימוש בנשק ביולוגי. המחקר הפך להיות רפואי בעיקרו וב-1991 החלו הניסויים הרשמיים בבני אדם, במה שמוכר לנו היום כבוטוקס.

מדינות נוספות ביצעו ניסויים בחיידקים וברעלן, ביניהן קנדה, בריטניה, צרפת, דרום אפריקה, ברית המועצות (לשעבר), צפון קוריאה, אירן, סוריה ועירק. לאחר מלחמת המפרץ הראשונה התברר שעירק אחסנה 19,000 ליטר של הרעלן מתוך כוונה להשתמש בו, ברעלן אחר (אפלטוקסין) ובנבגי גחלת (anthrax) בטילים ארוכי טווח.

כיום, החשש העיקרי הוא מהחדרת בוטולין למוצרי מזון.

סיכום

רעלן הבוטוליזם הוא רעלן קטלני המופרש על-ידי חיידקי Clostridium ממינים שונים המאכלסים נגיפים מסויימים. חיידקים אלה מאכלסים את דרכי העיכול של כולנו וגם של בעלי החיים בסביבתנו ובתנאים רגילים איננו מודעים לקיומם. בתנאים החריגים, מתפתחת מחלת הבוטוליזם שעלולה להיות קטלנית. באיזורי אגמים מושפעת אוכלוסיית העופות בצורה משמעותית ממגיפות בוטוליזם שפורצות בתדירות גבוהה.

חלפו כמעט 200 שנה מהצעתו של קרנר לשימוש רפואי ברעלן הקטלני, והיום משתמשים בבוטולין לרפואה במספר רב של תחומים - אחד מהם מתואר בכתבה נפרדת בגליון זה.

פורסם ב"Medicine - דרמטולוגיה" גיליון 4, עמ' 14-12, ינואר 2010