Neurotoksin Clostridium botulinum

ETIOLOGI

 

Klasifikasi agen penyebab

Botulisme adalah nama paling umum yang diberikan untuk menunjukan klinis yang timbul pada hewan akibat terpapar neurotoksin Clostridium botulinum. Nama lain termasuk “limberneck”, “Western duck sickness”, “duck disease”, dan “keracunan alkali”. C. botulinum merupakan bakteri batang anaerob Gram positif berukuran besar yang paling sering ditemukan di lingkungan dalam bentuk spora. Pada spesies ini terdapat empat kelompok berdasarkan jenis toksin dan kemampuan proteolitiknya.

 

Gen yang mengkode toksin botulinum dapat ditemukan pada kromosom, terletak pada plasmid, atau diperoleh dari bakteriofag. Ada tujuh toksin yang berbeda, AF, dan toksinotipe bakteri ini diberi nama sesuai dengan toksin yang dihasilkannya (misalnya, C. botulinum toksinotipe A menghasilkan toksin botulinum A) setelah tumbuh (dalam bentuk vegetatif). Artinya, dalam bentuk spora, bakteri ini tidak menghasilkan toksin.

 

Neurotoksin botulinum sangat kuat dan menyebabkan kelumpuhan lamban dengan menghambat pelepasan asetilkolin pada sambungan otot-otot syaraf. Spesies mamalia dan unggas sama-sama rentan terhadap toksisitas, yang dapat terjadi melalui infeksi toksik (terinfeksi atau mengkonsumsi bakteri penghasil toksin) atau intoksikasi (mengkonsumsi toksin itu sendiri).

 

Ketahanan terhadap perlakuan fisik dan kimia

 

Suhu: Spora sangat tahan panas; bakteri yang telah tumbuh optimal antara 25°-40°C; toksinotipe non-proteolitik dapat mereplikasi dan menghasilkan toksin pada suhu serendah 5°C; toksin dapat dinonaktifkan pada suhu 80°C selama >10 menit.

pH: Pertumbuhan C. botulinum terhambat pada pH <4,5; produksi toksin optimal pada pH 5,7-6,2.

 

Bahan Kimia/Disinfektan: Klorin dioksida dan oksidan campuran efektif dalam menonaktifkan spora; klorin bukanlah inaktivator spora yang dapat diandalkan namun mampu menonaktifkan toksin; ozon efektif tetapi memerlukan parameter pH dan konsentrasi yang tidak praktis untuk penggunaan umum.

 

Kelangsungan hidup: Spora sangat stabil di lingkungan dan dapat bertahan selama bertahun-tahun hingga beberapa dekade.

 

EPIDEMIOLOGI

 

Spesies yang terkena dampak

Banyak spesies burung dan mamalia dapat terkena botulisme; daftar ini tidak lengkap:

● Lebih dari 100 spesies burung liar telah didokumentasikan menderita botulisme di seluruh dunia - toksin C, E

○ Unggas air, burung pantai, dan burung migran merupakan kelompok yang paling berisiko

○ Burung nasar (famili Cathartidae, Accipitridae) resisten terhadap tipe C

○ Toksin tipe E lebih sering menyerang burung pemakan daging

○ Wabah penyakit pada burung raptor berhubungan dengan pembuangan bangkai unggas yang tidak tepat

 

● Sapi (Bos taurus) - toksin C, D

○ Tipe C lebih sering terjadi di Amerika Utara, sedangkan tipe D lebih sering terjadi di Amerika Selatan dan Afrika Selatan

 

● Singa laut California (Zalophus californianus)

○ Wabah pada hewan penangkaran terkait dengan wabah unggas air endemik

 

● Manusia (Homo sapiens) - toksin A, B, E, dan F

● Kuda (Equus ferus caballus) - toksin A, B, C, D

● Mink (Neovison dan Mustela spp.) - toksin A, C, D, E

● Unggas, yaitu ayam (Gallus gallus domesticus) dan burung pegar (Phasianus colchicus) - toksin A, C

● Domba (Aries ovis) - toksin C, D

 

Rute pemaparan

 

● Menelan jaringan busuk yang mengandung toksin

● Menelan invertebrata yang mengumpulkan toksin, terutama belatung, yang terkait dengan bahan organik yang membusuk seperti bangkai

● Proliferasi pertumbuhan C. botulinum di:

○ saluran usus, yang memungkinkan penyerapan neurotoksin selanjutnya (toksikoinfeksi, juga disebut “toksigenesis usus”)

○ luka (termasuk tukak gastrointestinal), tempat neurotoksin disimpan langsung ke aliran darah (infeksi toksik)

 

SUMBER

 

● Clostridium botulinum yang telah tumbuh/ bentuk vegetatif (yaitu, tidak bersporulasi)

○ Spora dapat ditemukan di dalam jaringan invertebrata lahan basah dan burung dan, jika tertelan, dapat tumbuh. Spora juga dapat keluar dari saluran pencernaan melalui tinja.

 

KEJADIAN

 

C. botulinum toksinotipe A dan B paling sering ditemukan di tanah, sedangkan toksinotipe C, D, E, F, dan G lebih umum ditemukan di lingkungan dengan kelembapan tinggi, seperti lahan basah. Toksinotipe G hanya diidentifikasi pada sampel tanah di Argentina; penyakit ini tidak dikaitkan dengan wabah. “Titik panas” geografis botulisme bukanlah hal yang jarang terjadi dan dapat bertahan selama beberapa tahun. Toksin ini mempunyai beberapa derajat asosiasi spesies karena perbedaan spesifisitas lokasi target pada protein membran vesikel sinaptik.

 

Faktor lingkungan yang mendorong berkembangnya peristiwa wabah unggas air tidak sepenuhnya terkarakterisasi karena hubungan multifaktorialnya yang kompleks, namun beberapa faktor abiotik diyakini memiliki arti penting. Kematian lebih sering terjadi pada musim panas ketika suhu lingkungan tinggi dan suhu air >20°C. Salinitas >2 bagian per juta dikaitkan dengan peningkatan risiko terjadinya wabah, begitu pula pH air sekitar 7,5-9,0.

 

Potensi redoks negatif dalam air dan penurunan ketersediaan oksigen juga merupakan kondisi yang menguntungkan. Faktor biotik seperti substrat tempat bakteri bertahan juga penting; C. botulinum tidak mampu mensintesis semua asam amino esensial dan oleh karena itu memerlukan substrat protein tinggi untuk bertahan dalam bentuk vegetatif. Hal ini mungkin menjadi alasan adanya hubungan antara wabah botulisme dan adanya sejumlah besar bahan organik yang membusuk. C. botulinum juga berasosiasi dengan alga berserabut dan tumbuhan air di beberapa ekosistem.

 

Faktor antropogenik kemungkinan besar berdampak pada jumlah dan kualitas substrat C. botulinum, dan juga produksi toksin di lingkungan. Misalnya, banjir/pengeringan lahan basah, penggunaan pestisida, dan polutan lain seperti limpasan pertanian dapat membunuh organisme akuatik dan oleh karena itu menyediakan substrat tambahan yang sesuai untuk pertumbuhan bakteri. Selain itu, pengendapan limbah mentah, vegetasi yang membusuk, dan lain-lain, ke dalam lingkungan menyediakan lebih banyak substrat dan mendorong penipisan oksigen akibat efek peningkatan nutrisi. Di fasilitas domestik dan penangkaran, kegagalan fermentasi silase dan haylage dapat mengakibatkan perkembangbiakan C. botulinum.

 

Burung migran liar merupakan salah satu spesies paling terkenal yang terkena dampak kematian akibat botulisme dalam skala besar. Wabah pada unggas air dan burung pantai diyakini disebabkan oleh konsumsi invertebrata air kecil dan belatung yang mengandung toksin C dan/atau E. Karena invertebrata tidak terpengaruh oleh toksin botulinum, mereka berfungsi sebagai akumulator toksin dan berkontribusi pada apa yang disebut “karkas- siklus belatung” botulisme burung.

Singkatnya, siklus ini ditandai dengan hal-hal berikut: 1) produksi toksin pada bangkai hewan yang membusuk yang dimakan belatung, 2) belatung yang mengkonsentrasikan toksin , 3) unggas air yang memakan belatung, dan 4) kematian hewan, penumpukan bangkai, dan produksi toksin lebih lanjut. Ketika siklus ini dimulai, kematian yang terfokus dapat dengan cepat berkembang menjadi peristiwa kematian yang sangat besar dan berskala besar yang mungkin melibatkan puluhan ribu hingga jutaan burung. Pasalnya, satu bangkai dapat menampung belatung dalam jumlah besar, namun jika tertelan beberapa belatung saja dapat menyebabkan kematian.

 

DIAGNOSIS

 

Tanda-tanda klinis pada spesies yang rentan biasanya muncul dalam hitungan jam hingga hari. Waktu timbulnya penyakit dan perkembangan hingga kematian diyakini bergantung pada dosis, namun dapat bervariasi menurut spesies. Beberapa hewan mungkin pulih, namun mereka tidak terlindungi dari paparan toksin di masa depan. Diagnosis Klinis Indikasi lapangan terhadap kematian akibat botulisme pada unggas biasanya mencakup kumpulan unggas yang sakit dan/atau mati di tepi perairan, biasanya di dekat tumbuh-tumbuhan. Di wilayah yang ketinggian airnya stabil (misalnya, tanggul, danau, sungai besar), kerumunan orang terlihat di dekat vegetasi yang tergenang air dan semenanjung/pulau yang ditumbuhi tanaman. Burung dengan berbagai tahap penyakit sering ditemukan bersama-sama, begitu pula bangkai dengan berbagai tahap pembusukan.

 

Beberapa spesies mungkin terpengaruh secara bersamaan. Jika dicurigai adanya botulisme, isi tembolok dan ampela unggas yang mati harus diperiksa untuk mengetahui adanya belatung. Kehadiran belatung di saluran pencernaan dapat meningkatkan kecurigaan botulisme, namun ketidakhadiran belatung tidak menguranginya; konsumsi yang salah mungkin telah dihilangkan pada saat tanda-tanda klinis berkembang. Keracunan pada unggas air menyebabkan ketidakmampuan untuk mempertahankan penerbangan karena kelemahan pada tahap awal.

 

Burung mengalami kelumpuhan lamban pada kakinya dan akan mendorong dirinya melintasi daratan atau air dengan sayapnya. Kelopak mata ketiga atau membran pengelip mungkin menonjol karena kelumpuhan. Akhirnya, terjadi kelumpuhan lamban pada leher dan kepala tidak dapat ditahan di atas air; pada tahap ini, burung biasanya tenggelam sebelum terjadi kegagalan pernafasan akibat toksin. Pada spesies mamalia, tanda-tanda klinis botulisme juga ditandai dengan paresis progresif tetapi mungkin juga termasuk disfasia, air liur, disuria, gangguan pernapasan, dan akhirnya kelumpuhan pernapasan atau jantung.

 

Secara umum, baik spesies unggas maupun mamalia ditemukan dalam keadaan berbaring telentang dengan posisi kepala rendah atau leher terentang.

 

LESI

 

● Biasanya tidak ada lesi yang berarti pada kasus botulisme

● Unggas air dan burung pantai mungkin mengalami gejala tenggelam (cairan di saluran pernapasan, dll.)

 

DIAGNOSIS BANDING

 

● Toksisitas pertumbuhan alga

● Hipokalemia

● Trauma atau infeksi sistem saraf pusat

 

● Mamalia

○ Antraks

○ Rabies

○ Poliradikuloneuritis idiopatik

○ Kelumpuhan kutu

○ Paresis parturien (“milk fever”)

 

● Burung

○ Sayap meranggas secara musiman merupakan penyebab umum ketidakmampuan terbang dan harus dipertimbangkan selama musim panas; upaya penangkapan hewan sering kali berhasil menjelaskan status kesehatan dan kebugarannya secara umum

○ Keracunan timbal

○ Keracunan biji jarak

○ Penyakit Marek

○ Toksisitas ionofor

○ Pasteurellosis (“fowl cholera”)

○ Duck viral enteritis (“duck plague”)

○ Sampel diagnosis laboratorium dengan HPAI untuk identifikasi toksin

 

● Darah utuh atau serum

● Isi saluran cerna

● Hanya sampel yang diperoleh dari hewan yang hampir mati atau hewan yang baru saja mati yang boleh digunakan untuk pengujian; C. botulinum dapat berkembang biak dengan cepat pada jaringan yang membusuk dan menghasilkan toksin yang tidak terdapat pada antemortem.

○ Sampel harus didinginkan atau dibekukan segera setelah dikumpulkan dan dikirim ke fasilitas diagnostik di atas es untuk alasan yang sama dengan tes serologis

● Serologi tidak digunakan untuk mendiagnosis botulisme.

 

Prosedur Identifikasi toksin

 

● Inokulasi serum dari hewan yang dicurigai ke tikus

○ Dua kelompok tikus digunakan, salah satunya diberi antitoksin tipe spesifik. Jika serum mengandung toksin botulinum, tikus yang tidak diobati saja akan mengalami tanda-tanda klinis yang disebabkan oleh toksisitas botulinum dan mati.

 

● Uji ELISA untuk deteksi antigen

○ Mendeteksi toksin aktif (proteolitik) dan tidak aktif (non-proteolitik).

● Uji PCR tersedia untuk membedakan toksinotipe C. botulinum, namun tidak dapat mendeteksi keberadaan toksin botulinum dalam darah atau kandungan gastrointestinal.

 

Tes serologis

● Serologi tidak digunakan untuk mendiagnosis botulisme.

 

PENCEGAHAN DAN PENGENDALIAN

 

Profilaksis sanitasi

 

● Spora C. botulinum bersifat kuat dan umum ditemukan di lingkungan lahan basah, dan kondisi yang mendorong perkecambahan hingga menjadi vegetatif bersifat kompleks dan multivariat. Oleh karena itu, upaya pengendalian harus difokuskan pada pengurangan risiko dan penghapusan faktor-faktor yang berkontribusi terhadap produksi toksin.

 

○ Pengumpulan dan pembuangan bangkai secepatnya (insinerasi, penguburan) sangat disarankan untuk memutus siklus penularan bangkai-belatung, terutama di wilayah yang banyak terdapat unggas air dan burung pantai.

○ Mengurangi jumlah masukan organik ke lahan basah dan perairan lain yang dikelola. Hal ini termasuk banjir atau pengeringan air yang cepat, terutama di musim panas.

○ Pengelolaan pH air, salinitas, dan oksigenasi mungkin diperlukan di wilayah berisiko. ○ Tidak disarankan untuk membuang limbah air limbah ke lahan basah.

 

● Pengendalian lalat di dekat fasilitas penangkaran dapat mengurangi risiko penumpukan belatung bertoksin.

● Fasilitas penangkaran harus mendisinfeksi tempat tersebut dengan bahan yang diketahui efektif melawan bakteri pembentuk spora, terutama jika tempat tersebut memiliki riwayat wabah botulisme. Profilaksis medis

● Terdapat vaksin khusus toksin yang digunakan untuk kuda peliharaan, cerpelai ternak, dan kawanan burung pegar komersial, namun penggunaannya tidak efektif dari segi biaya untuk bebek liar atau fasilitas ayam komersial.

 

● Antitoksin tersedia dan efektif untuk sebagian besar spesies.

○ Pengecualian mencakup burung coot, burung pantai, burung camar, dan burung grebes, yang kemungkinan besar akan terserang botulisme meskipun telah diberikan pengobatan antitoksin dan perawatan suportif.

● Di fasilitas penangkaran, segala kekurangan nutrisi harus diatasi secepat mungkin untuk mencegah hewan mengonsumsi bahan-bahan yang membusuk di lingkungan secara wajib.

○ Sapi dan domba yang kekurangan fosfor cenderung mengunyah tulang, sehingga meningkatkan risiko menelan spora.

 

POTENSI DAMPAK AGEN PENYAKIT DILUAR PENYAKIT KLINIS

 

Risiko terhadap kesehatan masyarakat

● Manusia rentan terhadap toksin botulinum namun mereka tidak umumnya mengonsumsinya dari satwa liar atau sumber lingkungan. Ada beberapa kasus di mana konsumsi toksin tipe E dikaitkan dengan ikan yang tidak diolah dengan benar. Toksin umumnya dinonaktifkan dengan memasak makanan dengan benar.

● Manusia terutama terkena dampak tipe A, B, dan E; efek toksin tipe C tidak dijelaskan dengan baik pada manusia tetapi diketahui pada banyak spesies primata non-manusia.

 

Risiko terhadap peternakan

 

● Spesies unggas dan ternak, termasuk cerpelai yang dibudidayakan, rentan terhadap neurotoksin botulinum. Sumbernya tidak selalu jelas atau dapat dilihat, dan jika sebagian besar ternak terkena dampaknya, para peternak dapat menghadapi kerugian hewan dan finansial yang besar.

 

REFERENSI

 

1.        Anza, I., Vidal, D., & Mateo, R. (2014). New insight in the epidemiology of avian botulism outbreaks: necrophagous flies as vectors of Clostridium botulinum type C/D. Environmental Microbiology Reports, 6(6), 738-743.

2.        Espelund, M. & Klaveness, D. (2014). Botulism outbreaks in natural environments - an update. Frontiers in Microbiology, 5, 287.

3.        Friend, M. & Franson, J. C. (1999). Avian Botulism. In T. E. Rocke and M. Friend (Eds.), Field manual of wildlife diseases: General field procedures and diseases of birds (pp. 271-281). Washington, D.C.: U.S. Dept. of the Interior, U.S. Geological Survey.

4.        Long, S. C., & Tauscher, T. (2006). Watershed issues associated with Clostridium botulinum. Journal of Water and Health, 4(3), 277-288.

5.        Songer, J. G., & Post, K. W. (2005). The genus Clostridium. In Veterinary microbiology: Bacterial and fungal agents of animal disease (pp. 261-264). St. Louis, MO: Elsevier Saunders.

6.        Stämpfli, H. R. (2014). Botulism. Merck Veterinary Manual. Accessed 2020: https://www.merckvetmanual.com/generalized-conditions/clostridial-diseases/botulism

7.        Tahseen Abdul-Aziz (2019). Botulism in poultry. Merck Veterinary Manual. Accessed 2020: https://www.merckvetmanual.com/poultry/botulism/botulism-in-poultry?query=botulism

8.        Wildlife Health Australia (2019). Botulism in Australian wild birds. Accessed 2020: https://www.wildlifehealthaustralia.com.au/FactSheets.aspx

 

SUMBER:

WOAH. 2022. Botulism. Aetiology Epidemiology Diagnosis Prevention and Control Potential Impacts of Disease Agent Beyond Clinical Illness References. https://www.woah.org/app/uploads/2022/02/botulism-1.pdf