Bacillus cereus

Bacillus cereus kann Lebensmittelintoxikationen und Infektionen verursachen. Erkrankungen durch Bacillus cereus sind gekennzeichnet durch Durchfall (Diarrhö-Syndrom) oder Erbrechen (Emetisches Syndrom).

Der Durchfall wird durch hitzeempfindliche Enterotoxine hervorgerufen. Diese werden von Bacillus cereus erst im Dünndarm nach Aufnahme von vegetativen Zellen oder Sporen gebildet. Das Erbrechen (Emetisches Syndrom) wird durch ein hitzestabiles Toxin (Cereulid) verursacht, das von Bacillus cereus bereits im Lebensmittel gebildet wird.

Bacillus cereus – Gefahr und Risiko

Die Sicherheit von Lebensmitteln wird als selbstverständlich vorausgesetzt. Doch immer wieder gibt es durch Mikroorganismen verursachte lebensmittelbedingte Erkrankungen mit zum Teil vielen betroffenen Menschen. Bacillus cereus ist neben anderen (siehe Top 10) ein Bakterium, das Erkrankungen und Krankheitsausbrüche herbeiführen kann. Schätzungsweise gehen 1,4% - 12% der lebensmittelbedingten Ausbrüche auf das Konto von B. cereus (Grutsch et al. 2018).

B. cereus ist ein typisches Bodenbakterium und in der Umwelt weit verbreitet. Die durch B. cereus verursachten lebensmittelbedingten Erkrankungen – Erbrechen oder (und) Durchfall – verlaufen in der Regel milde und erfordern keine medizinische Behandlung. Sehr selten kann es jedoch zu tödlichen Krankheitsverläufen kommen (Naranjo et al., 2011; Shiota et al., 2010.) Die Erkrankungen durch B. cereus sind in Deutschland nicht meldepflichtig und werden beim Robert Koch Institut statistisch nicht erfasst. Dementsprechend geben die in der Fachliteratur dokumentierten Daten vermutlich nur einen Teil der tatsächlichen Erkrankungen wieder. 

Richt- und Warnwerte

Die European Food Safety Authority (EFSA) empfiehlt, dass Konzentrationen von 10³präsumtive Bacillus cereus pro g Lebensmittel nicht überschritten werden sollten (EFSA, 2016). EU-weit gibt es außer bei getrockneter Säuglingsnahrung keine gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte für B. cereus in Lebensmitteln. Häufig wird bei Entscheidungen zum Rückruf von Lebensmitteln, bei Bacillus  cereus-Konzentrationen über dem entsprechenden Warnwert, den Empfehlungen der DGHM (Deutsche Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie) gefolgt (siehe Tabelle). Zu berücksichtigen ist dort, dass sich die Richt- und Warnwerte auf die im mikrobiologischen Labor ermittelte Anzahl sogenannter präsumtiver B. cereus beziehen. Präsumtiv bedeutet, dass wahrscheinlich oder vermutlich Bakterien der Bacillus cereus-Gruppe vorliegen.

Bacillus cereus: verschiedene Stämme, unterschiedliches Risiko

Doch nicht alle Bakterien dieser Gruppe haben das Potenzial, Erkrankungen zu verursachen. Die Bakterien der B. cereus-Gruppe sind sehr eng miteinander verwandt und selbst mit molekularbiologischen Methoden schwer zu differenzieren. Mittlerweile (Stand 2021) werden insgesamt 17 eng verwandte Stämme der B. cereus-Gruppe zugeordnet, die im mikrobiologischen Labor in der Regel bei Routineuntersuchungen nicht unterschieden werden (können) (siehe grüner Kasten). Innerhalb dieser Gruppe wird B. cereus sensu stricto die Fähigkeit zur Bildung des Toxins Cereulid zugeschrieben.

Erbrechen durch Gift

Dieses Toxin kann Erbrechen verursachen. Laut BfR (Stellungnahme 048/2020) muss sich dazu der entsprechende Bacillus cereus-Stamm im betroffenen Lebensmittel bis zum Verzehr vermehrt haben (Ceuppens et al.). Die Cereulidproduktion erfolgt während der exponentiellen Wachstumsphase (ab ca.  10⁵ KBE / g). Die emetischen Stämme sind Träger des ces-Gen (Cereulid-Synthase Gen) und werden hauptsächlich mit stärkehaltigen Lebensmitteln wie Reis, Nudeln und Gebäck in Verbindung gebracht.

Durchfall

Durchfallartige „Lebensmittelvergiftungen“ können auftreten, wenn Lebensmittel verzehrt werden, die insbesondere mit Sporen von Bacillus cereus belastet sind. Gelangen diese Sporen in den Darm, können sie sich gegebenenfalls vermehren und Enterotoxine produzieren, die dann den Durchfall verursachen. Enteropathogene Stämme können in allen Arten von Lebensmitteln einschließlich Milchprodukten, Gemüse, Fleischprodukten, Saucen, Suppen, Puddings, Gewürzen, Geflügel und Sprossen vorkommen.

• Typ Durchfall: 
  wässriger Durchfall, Bauchkrämpfe, Übelkeit ohne Erbrechen Inkubationszeit: 0,5–6h
• Typ Erbrechen:
  Übelkeit und Erbrechen, gelegentlich Bauchkrämpfe und Durchfall, kein Fieber Inkubationszeit: 6–15h
• Minimal infektiöse Dosis
  (>10³) 10⁴–10⁸ KBE bzw. Sporen/g Lebensmittel

Die Wahrscheinlichkeit zu erkranken ist das Ergebnis eines multifaktoriellen Prozesses, abhängig von der B. cereus-Konzentration im Lebensmittel und dessen Konsistenz, des Überlebens der Magenpassage, der Sporenkeimung und der Enterotoxinproduktion im Darm (Jessberger et al. 2020). Durchfall wird hauptsächlich durch drei Enterotoxine induziert, die zur Familie der porenbildenden Toxine (PFTs) gehören, darunter nicht-hämolytisches Enterotoxin (Nhe), Hämolysin BL (Hbl) und Cytolysin K (CytK). Darüber hinaus spielen die Gesamtkonstitution und das Immunsystem, Alter, Ernährungsverhalten und weitere Faktoren eine wesentliche Rolle für das Erkrankungsrisiko und den Krankheitsverlauf.

Kühlung – effizienter Schutz

Durch Einhaltung der Kühlung von Lebensmitteln, wie z.B. bei Milcherzeugnissen, lässt sich das Risiko der Toxinbildung vermindern. Sobald jedoch das Toxin Cereulid im Lebensmittel gebildet wurde, lässt es sich nicht eliminieren. Cereulid ist extrem hitzestabil  (>120 min, 121°C). Auch in Milch- und Milchprodukten kann B. cereus vorkommen. Als typische Bodenbakterien können sie über das Euter in die Milch gelangen. Vegetative B. cereus-Zellen werden durch Erhitzungsverfahren zwar eliminiert, Sporen von B. cereus können Temperaturen wie bei der Pasteurisierung üblich überdauern. Die Pasteurisation reduziert die Begleitflora und aktiviert das Auskeimen der Sporen. Deshalb ist B. cereus häufiger in pasteurisierter Milch als in Rohmilch nachzuweisen. Die Fähigkeit von B. cereus, Biofilme zu bilden, kann zudem erhebliche Probleme in den technischen Anlagen verursachen. 

Laut einem Bericht der EFSA (2016) erkrankten zwischen 2007 und 2014 durch Milch und Milchprodukte bei 11 Ausbrüchen 65 Menschen. Dies entspricht 0,97% der Erkrankungsfälle der dortigen Untersuchung (siehe Tortendiagram). Interessanterweise liegen zu diesen Ausbrüchen keine näheren Literaturdaten vor. In Frankreich erhobene Daten (ebenfalls 2007-2014) von durch B. cereus induzierten lebensmittelbedingten Ausbrüchen belegen keinen Ausbruch, der auf den Verzehr von Milch oder Milchprodukten zurückgeführt werden konnte (Glasset et al. 2016).) In den dort untersuchten Lebensmitteln wurden zwischen 400 KBE/g und 10⁸ KBE/g B. cereus nachgewiesen. 
 

In China steigt der Milchkonsum und auch dort ist B. cereus ein Thema der Lebensmittelsicherheit. Von 2011 bis 2016 ermittelte Daten zeigen, dass etwa 27,1 % der pasteurisierten Milch im Regal mit B. cereus befallen waren (Xiao-Ye Liu et al. 2020). Trotz der hohen Prävalenz konnten keine Ausbrüche auf den Verzehr von Milch zurückgeführt werden.

B. cereus-Stämme können in sieben phylogenetische Cluster eingeteilt werden. Diese Klassifizierung basierte in erster Linie auf dem Temperaturwachstumsbereich der untersuchten Stämme und kann durch die Toleranzgrenzen des pH-Wertes, des Natriumchloridgehalts, der Hitzebeständigkeit der Sporen und der Toxinproduktion ausgeweitet werden (Carlin et al. 2013). Mittels panC-Sequenzierung können diese phylogenetischen Gruppen unterschieden werden (Guinebretière et al. 2010).  So können Aussagen darüber getroffen werden, ob es überhaupt wahrscheinlich ist, dass sich die Bakterienstämme beispielsweise bei Kühltemperaturen < 8°C vermehren können. Um Erkrankungen wie Durchfall zu verursachen, müssen sich auch psychrotrophe B. cereus-Stämme im Lebensmittel vermehren können. Bei niedrigen Temperaturen < 8°C benötigen Bakterien eine längere Zeit, um infektiöse Dosen zu erreichen, sie produzieren geringere Mengen an Toxinen und zeigen eine geringere zytotoxische Aktivität. Für die Beurteilung der Zytotoxizität isolierter B. cereus-Stämme ist die alleinige Betrachtung der phylogenetischen Gruppen nicht ausreichend. Das Fehlen von Cereulid-Intoxikationsfällen oder -ausbrüchen durch psychrotrophe B. cereus ist vermutlich eine Folge ihrer Unfähigkeit, ausreichende Mengen an Cereulid zu produzieren, um eine Lebensmittelvergiftung auszulösen (Webb et al., 2019 ). 

Bacillus Cereus – immer gefährlich?

Der Sporeneintrag von B. cereus in Lebensmittel kann natürlicherweise und technologisch bedingt nicht vollständig vermieden werden. Inwieweit deswegen tatsächlich eine Gefahr oder ein Erkrankungsrisiko für den Verbraucher besteht, kann und darf nicht allein von den Laboruntersuchungen präsumtiver B. cereus und der Überschreitung von Richt- und Warnwerten abhängig gemacht werden. Die Risikobewertungen von Lebensmitteln, die mit B. cereus belastet sind, sollten mit dem nötigen fachlichen und mikrobiologischen Verständnis durchgeführt werden. So kann unnötiger wirtschaftlicher Schaden vermieden und die Lebensmittelsicherheit für den Verbraucher gewährleistet werden. Zukünftig werden neben den bereits bestehenden Nachweisverfahren noch weitere wichtige und hilfreiche Virulenzfaktoren wie die Shingomyelinase und Exoproteasen zur Risikobeurteilung von B. cereus genutzt werden können (Jessberger et al. 2019).

Mögliche Verfahren zum Nachweis und zur Differentialdiagnostik im mikrobiologischen Speziallabor:

• § 64 LFGB L 00.00-33; 2021
  Horizontales Verfahren zur Zählung von präsumtiven Bacillus cereus Koloniezählverfahren bei 30°C, MYP-Agar
• § 64 LFGB L 01.00-72; 2011-01
  Bestimmung präsumtiver Bacillus cereus in Milch und Milchprodukten Koloniezählverfahren 37°C, PEMBA-Agar
• ces-Gen PCR
  Mittels PCR-Verfahren kann das ces-Gen von Stämmen der Bacillus cereus-Gruppe, die zur Cereulidproduktion befähigt sind, nachgewiesen werden. Das ces-Gen kodiert für die Cereulid-peptid-Synthetase. Der Nachweis des ces-Gen ist spezifisch für emetische Stämme der Bacillus cereus-Gruppe.
• panC-Sequenzierung   
  Mittels panC-Sequenzierung können die phylogenetischen B. cereus-Gruppen unterschieden werden
• Nhe, Hbl
  Die Enterotoxine Nhe und Hbl können mittels immunologischer Testverfahren nachgewiesen werden. Nhe und Hbl gelten als die Pathogenitätsfaktoren, die Durchfallerkrankungen verursachen können.
• Bacillus cytotoxicus 
  Isolate können mittels MALDI-TOF MS (Spezialdatenbank) als Bacillus cytotoxicus oder mittels cytK-1 PCR bestätigt oder ausgeschlossen werden. Diese eigene thermotolerante Spezies kann das Durchfall verursachende Cytotoxin K bilden.
• Cereulid
  Das emetische Toxin Cereulid kann im Lebensmittel nach ISO 18465:2017 (Quantitative determination of emetic toxin (cereulide) using LC-MS/MS) bestimmt werden.

Literatur:

BFR: Bacillus cereus-Bakterien in Lebensmitteln können Magen-Darm-Erkrankungen verursachen Aktualisierte Stellungnahme Nr. 048/2020 des BfR vom 30. Oktober 2020; DOI 10.17590/20190916-142347

Carlin F, Albagnac C, Rida A, Guinebretière MH, Couvert O, Nguyen-The C. Variation of cardinal growth parameters and growth limits according to phylogenetic affiliation in the Bacillus cereus Group. Consequences for risk assessment. Food Microbiol. 2013 Feb;33(1):69-76. doi: 10.1016/j.fm.2012.08.014. Epub 2012 Sep 10. PMID: 23122503.

Ceuppens S, Rajkovic A, Heyndrickx M, Tsilia V, Van De Wiele T, Boon N, Uyttendaele M. Regulation of toxin production by Bacillus cereus and its food safety implications. Crit Rev Microbiol. 2011 Aug;37(3):188-213. doi: 10.3109/1040841X.2011.558832. Epub 2011 Mar 22. PMID: 21417966.

EFSA, 2016, Anonymous. Scientific opinion on the risks for public health related to the presence of Bacillus cereus and other Bacillus spp. including Bacillus thuringiensis in foodstuffs. EFSA J. 2016, 14, 93.

Grutsch, A. A., Nimmer, P. S., Pittsley, R. H., Kornilow, K. G., & McKillip, J. L. (2018). Molecular Pathogenesis of Bacillus spp., with Emphasis on the Dairy Industry. Fine Focus, 4(2), 203-222. https://doi.org/10.33043/FF.4.2.203-222

Glasset Benjamin, Herbin Sabine, Guillier Laurent, Cadel-Six Sabrina, Vignaud Marie-Léone, Grout Joel, Pairaud Sylvie, Michel Valérie, Hennekinne Jacques-Antoine, Ramarao Nalini, Brisabois Anne. Bacillus cereus-induced food-borne outbreaks in France, 2007 to 2014: epidemiology and genetic characterisation. Euro Surveill. 2016;21(48):pii=30413. https://doi.org/10.2807/1560-7917.ES.2016.21.48.30413

Glasset B, Herbin S, Guillier L, Cadel-Six S, Vignaud M, Grout J, Pairaud S, Michel V, Hennekinne J, Ramarao N, Brisabois A. Bacillus cereus-induced food-borne outbreaks in France, 2007 to 2014: epidemiology and genetic characterisation. Euro Surveill. 2016;21(48):pii=30413. DOI: http://dx.doi.org/10.2807/1560-7917

Guinebretière MH, Velge P, Couvert O, Carlin F, Debuyser ML, Nguyen-The C. Ability of Bacillus cereus group strains to cause food poisoning varies according to phylogenetic affiliation (groups I to VII) rather than species affiliation. J Clin Microbiol. 2010 Sep;48(9) 3388-3391. doi:10.1128/jcm.00921-10. PMID: 20660215; PMCID: PMC2937725.

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