An toàn thực phẩm và nguy cơ tiềm ẩn về ngộ độc botulinum (botulism)
Vấn đề an toàn thực phẩm có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sức khỏe cho toàn xã hội. Tuy nhiên, các quy trình nuôi trồng, sản xuất, và tiêu thụ thực phẩm luôn tiềm ẩn những rủi ro cho người sử dụng do nguy cơ bị nhiễm các vi sinh vật có khả năng gây ngộ độc. Theo tổng kết của Tổ chức Y tế thế giới (World Health Organization – WHO) thực hiện lần đầu tiên năm 2015, hàng năm cứ 10 người sẽ có một người bị bệnh liên quan đến ngộ độc thực phẩm. Thực phẩm không an toàn gây ra 600 triệu ca bệnh với 420.000 ca tử vong mỗi năm, trong đó khoảng 30% ở trẻ em dưới năm tuổi. Cơ quan Tiêu chuẩn Thực phẩm Anh (Food Standards Agency – FSA) đưa ra con số trung bình 2,4 triệu ca bệnh trong thống kê năm 2018 và 2020, đồng thời chỉ ra 11 tác nhân chính gây ra 180 ca tử vong trong số này (Holland và cộng sự, 2020). Tương tự, Trung tâm Kiểm soát và Phòng chống bệnh tật Mỹ (Centers for Disease Control and Prevention – CDC) cũng công bố nghiên cứu tương tự từ năm 2011, cho thấy 37,2 triệu ca bệnh mỗi năm với 2.612 ca tử vong đã được xác định do 31 tác nhân bao gồm virus, vi khuẩn, và ký sinh trùng (Scallan và cộng sự, 2011).
Vi khuẩn là một trong những tác nhân chính gây ngộ độc thực phẩm. Hậu quả của độc tố do các tác nhân như vi khuẩn Staphylococcus aureus, Salmonella, Clostridium gây ra có thể ở cấp độ nhẹ (chóng mặt, buồn nôn, đau bụng, tiêu chảy, vv.) nhưng cũng có khả năng gây tử vong, đặc biệt khi độc tố có bản chất là chất độc thần kinh. Đây là trường hợp của bệnh ngộ độc botulism do vi khuẩn Clostridium botulinum (C. botulinum) gây ra. Theo thống kê của Tổ chức Y tế thế giới, ngộ độc thịt botulism là nguyên nhân có khả năng gây tử vong cao thứ hai trong số các tác nhân gây ngộ độc phổ biến nhất. Trong số 962 vụ ngộ độc thịt thống kê tại Mỹ trong 91 năm từ 1899-1990 với 2.320 ca có tới gần 50% trường hợp tử vong (1.036).
Nguồn gốc và cơ chế gây độc của độc tố thần kinh botulinum
C. botulinum được nhà khoa học người Bỉ Emile van Ermengem phát hiện và phân lập lần đầu tiên vào năm 1895 do có liên quan đến đợt bùng phát ngộ độc thực phẩm ở thành phố Ellezelles (Bỉ). Ban đầu vi khuẩn được đặt tên là Bacillus botulinus, theo tên tiếng Latin của từ “xúc xích” (botulus). Đây là vi khuẩn Gram dương, hình que, có khả năng hình thành bào tử, kích thước 4-6 μm x 0,9-1,2 μm (Hình 1), kỵ khí bắt buộc, có thể di chuyển và có khả năng tạo ra độc tố thần kinh (botulinum neurotoxin – BoNT) trong quá trình hình thành bào tử.
Hình 1. Vi khuẩn C. botulinum
Botulism chủ yếu xảy ra do ăn phải thực phẩm đã nhiễm C. botulinum. Vi khuẩn thường được phát hiện trong bụi đất, nước hoặc có thể được tìm thấy trong các thực phẩm có môi trường sinh trưởng và phát triển phù hợp như các thực phẩm đóng hộp, cá muối, cá và thịt xông khói hay mật ong chưa qua chế biến. Cơ chế xâm nhập và gây độc tế bào của BoNT được mô tả trong Hình 2.
Độc tố BoNT xâm nhập vào máu qua ruột non, phân cắt phức hợp protein trong tế bào thần kinh, ngăn chặn giải phóng acetylcholine tại các điểm nối synap (còn được gọi là điểm tiếp hợp thần kinh – cấu trúc tiếp xúc giữa các neuron với nhau hoặc giữa neuron với cơ quan phản ứng) thần kinh-cơ. Đây là độc tố được xếp loại độc bảng A, là loại độc nhất đã được biết đến với liều gây chết 1-2 ng/kg trọng lượng cơ thể, tác động nhanh, có thể gây tử vong trong vòng 24 giờ, do vậy, tiềm tàng nguy cơ trở thành vũ khí sinh học trong tấn công khủng bố. Bên cạnh việc sinh độc tố, khả năng hình thành bào tử của C. botulinum đóng vai trò quan trọng trong việc làm tăng nguy cơ mắc botulism thông qua việc tạo điều kiện thuận lợi cho sự tồn tại và lan truyền của vi khuẩn trong môi trường và đặc biệt trong các thực phẩm đóng hộp, bảo quản hoặc lên men ngày càng phổ biến.
Ở người, có năm hình thức ngộ độc botulism được phân loại theo con đường xâm nhập của chất độc, trong đó hai hình thức phổ biến nhất đều do nhiễm độc qua đường tiêu hóa là ngộ độc thực phẩm và bệnh ngộ độc ở trẻ sơ sinh. Ba dạng khác của botulism là nhiễm độc qua vết thương, do điều trị và qua đường hô hấp.
Ngộ độc thực phẩmxảy ra khi C. botulinum phát triển và tạo ra độc tố trong thực phẩm trước khi tiêu thụ. Các quá trình này diễn ra trong các sản phẩm có hàm lượng oxy thấp, kết hợp với điều kiện, nhiệt độ bảo quản không đúng cách thường gặp ở thực phẩm đóng hộp hoặc đóng chai tại nhà. Độc tố BoNT đã được tìm thấy trong nhiều loại thực phẩm, bao gồm các loại rau được bảo quản ở điều kiện pH thấp như đậu xanh, rau bina, nấm và củ cải đường; các loại cá (cá ngừ đóng hộp, cá lên men, muối và hun khói) và các sản phẩm thịt như giăm bông và xúc xích. Mặc dù bào tử của C. botulinum có khả năng chịu nhiệt nhưng BoNT sẽ bị phá hủy khi xử lý ở nhiệt độ từ 80°C trở lên trong 5 phút hoặc lâu hơn. Ngoài các dấu hiệu chung của ngộ độc botulism, dạng ngộ độc thực phẩm có thể xuất hiện các triệu chứng liên quan đến tiêu hoá như buồn nôn, nôn, táo bón.
Ngộ độc ở trẻ sơ sinhchủ yếu xảy ra ở trẻ dưới 6 tháng tuổi. Khác với ngộ độc thực phẩm do ăn phải chất độc hình thành sẵn trong thực phẩm, bệnh xảy ra khi trẻ sơ sinh ăn phải bào tử C. botulinum có khả năng nảy mầm thành vi khuẩn tồn tại trong ruột và giải phóng độc tố. Do trẻ sơ sinh có hệ vi sinh vật đường ruột chưa hoàn thiện so với người lớn; sự xâm nhập và phát triển của C. botulinum trong hệ tiêu hóa được tạo điều kiện thuận lợi do thiếu sự cạnh tranh từ hệ vi sinh vật trong cơ thể trẻ. Trong trường hợp này, BoNT được tạo ra sẽ tồn tại trong ruột trong thời gian dài, trừ khi trẻ sơ sinh được điều trị bằng thuốc kháng sinh. Ở hầu hết người lớn và trẻ em trên 6 tháng tuổi, điều này sẽ không xảy ra vì cơ chế bảo vệ tự nhiên trong ruột phát triển theo thời gian có khả năng ngăn chặn vi khuẩn nảy mầm và phát triển. Mật ong nhiễm bào tử C. botulinum là một trong các nguồn lây nhiễm thường gặp đối với bệnh botulism ở trẻ sơ sinh. Nhiễm BoNT ở trẻ sơ sinh có thể gây ra các triệu chứng như táo bón, chán ăn, suy nhược, thay đổi tiếng khóc và mất kiểm soát vùng đầu.
Ngộ độc qua vết thương xảy ra khi các bào tử xâm nhập vào vết thương hở và có thể sinh trưởng trong môi trường kỵ khí. Ngộ độc do điều trị xảy ra do tiếp xúc quá nhiều với BoNT, thường gặp trong các trường hợp thẩm mỹ hoặc trị liệu. Ngộ độc botulism không xác định được nguồn gốc thường liên quan đến các trường hợp không xác định được nguồn gốc thức ăn hoặc vết thương. Các dạng ngộ độc khácqua đường hô hấp rất hiếm gặp và không xảy ra một cách tự nhiên (trong các vụ khủng bố bằng vũ khí sinh học). Ngộ độc qua đường hô hấp có biểu hiện lâm sàng tương tự như ngộ độc do thực phẩm.
Triệu chứng và điều trị ngộ độc botulism
Các triệu chứng và dấu hiệu của ngộ độc botulism thường gặp bao gồm khô miệng, nhìn mờ hoặc nhìn đôi, viêm mí mắt, nói lắp bắp, khó nuốt, táo bón, v.v., đặc trưng là đều có tê liệt cơ. Nếu không được điều trị, bệnh có thể diễn biến xấu đi và các triệu chứng có thể nặng lên dẫn đến tê liệt hoàn toàn một số cơ (cơ liên quan đến hô hấp, các cơ ở cánh tay, chân và thân). Các triệu chứng thường xuất hiện trong vòng 12 đến 36 giờ (trong phạm vi tối thiểu 4 giờ và tối đa đến 8 ngày) sau khi tiếp xúc với nguồn gây bệnh.
Sử dụng kháng độc tố là phương thức điều trị hiệu quả nhất cho bệnh nhân ngộ độc botulism và được khuyến cáo sử dụng sớm nhất có thể sau khi có kết quả chẩn đoán lâm sàng để giảm tỷ lệ tử vong. Các trường hợp ngộ độc nghiêm trọng cần được điều trị hỗ trợ, đặc biệt là thở máy, có thể từ hàng tuần hoặc thậm chí hàng tháng. Hiện nay, trên thế giới đã phát triển vaccine chống ngộ độc botulism nhưng hiếm khi được sử dụng vì hiệu quả chưa được đánh giá đầy đủ cùng với các tác dụng phụ của vaccine.
Thực trạng ngộ độc botulism trong đời sống thường nhật
Tại các nước phát triển (Mỹ, Canada, các nước Châu Âu, v.v.), các trường hợp botulism đã được theo dõi chặt chẽ với các báo cáo hàng năm. Ngược lại, ở các nước thu nhập thấp và trung bình có rất ít thông tin về C. botulinum và botulism, gây ra những lo ngại lớn về sức khỏe cộng đồng. Hầu hết các quốc gia này chưa có hệ thống báo cáo về botulism. Ở một số khu vực nhất định ở Châu Phi và Châu Á (cận Sahara và Đông Nam Á), do thiếu công nghệ và nhận thức, các trường hợp được xác nhận đầu tiên chỉ được báo cáo trong vài năm qua.
Trên toàn cầu, số trường hợp mắc ngộ độc botulism tương đối thấp. Tại Mỹ mỗi năm có trung bình 110 ca được báo cáo, trong đó khoảng 25% số trường hợp là ngộ độc thực phẩm. Tại Đài Loan có 50 trường hợp nhiễm độc BoNT đã được ghi nhận từ 2003 đến 2020. Trong giai đoạn 2004 – 2020, có tổng cộng 80 vụ bùng phát ngộ độc thực phẩm ở Trung Quốc với tổng số 386 ca bệnh và 55 trường hợp tử vong. Ở miền bắc Thái Lan, vụ dịch ngộ độc botulism xảy ra năm 2006 được ghi nhận với 209 người mắc bệnh, trong đó có 42 người suy hô hấp và 25 người cần được điều trị tích cực.
Tại Việt Nam, ngộ độc thực phẩm do BoNT lần đầu tiên được báo cáo vào tháng 7 năm 2020 liên quan đến việc tiêu thụ pate chay xảy ra ở nhiều tỉnh của Việt Nam, khiến ít nhất 5 người chết, hàng chục người trong tình trạng nguy kịch và gần một trăm người phải nhập viện. Các triệu chứng lâm sàng ban đầu được mô tả tương tự như các rối loạn thần kinh khác nhau (hội chứng Guillain-Barre, nhược cơ, đột quỵ, u não, v.v.), tuy nhiên, sau nhiều lần thử, kết quả nuôi cấy đã xác nhận sự hiện diện của C. botulinum trong cả thức ăn và mẫu bệnh phẩm. Sau đó, trong 4 năm từ 2020-2023, đã có liên tiếp hơn 10 vụ ngộ độc có liên quan đến C. botulinum, chứng tỏ nguy cơ ngộ độc botulism tiềm ẩn đã hiện hữu, trở thành mối đe dọa về sức khỏe cộng đồng cũng như nghi vấn về các trường hợp ngộ độc có thể bị chẩn đoán nhầm trước đó.
Các nghiên cứu về C. botulinum tại Việt Nam vẫn còn ít được quan tâm. Nguyên nhân chủ yếu do khó khăn trong chẩn đoán và phát hiện bệnh nhân nhiễm C. botulinum. Các trường hợp bị ngộ độc botulism xảy ra không thường xuyên, biểu hiện ngộ độc dễ gây nhầm lẫn. Do đó, việc nâng cao nhận thức về ngộ độc botulism và triển khai kịp thời xét nghiệm phát hiện vi khuẩn C. botulinum cùng độc tố thần kinh BoNT cần được đẩy mạnh để góp phần đảm bảo an toàn thực phẩm, bảo vệ sức khỏe của người tiêu dùng.
Phát triển kỹ thuật phát hiện gene mã hóa độc tố thần kinh BoNT
Cho đến nay, phương pháp khuếch đại acid nucleic (Nucleic Acid Amplification Tests – NAAT), chủ yếu là xét nghiệm phản ứng chuỗi polymerase (Polymerase Chain Reaction – PCR), để phát hiện sự có mặt của vi khuẩn C. botulinum có thể được coi là phổ biến nhất. NAAT có một số ưu điểm như: độ nhạy, độ đặc hiệu cao, thời gian thực hiện nhanh và dễ dàng áp dụng rộng rãi trong các phòng xét nghiệm. Tuy nhiên, phương pháp chỉ phát hiện được sự có mặt của C. botulinum qua gene độc tố có trong mẫu thay vì phát hiện trực tiếp hoạt tính của độc tố.
Từ những năm 1990, nhiều nghiên cứu đã sử dụng PCR để khuếch đại gene cho phát hiện sự có mặt của C. botulinum thuộc các serotype khác nhau. Cùng với đó, nhiều cải tiến đã được nghiên cứu để nâng cao hiệu quả cũng như tiết kiệm thời gian thực hiện xét nghiệm. Kỹ thuật khuếch đại đẳng nhiệt thông qua cấu trúc vòng (Loop Mediated Isothermal Amplification – LAMP) là kỹ thuật cho phép khuếch đại đoạn acid nucleic trong điều kiện đẳng nhiệt. Ưu điểm của LAMP là có thể thực hiện tại thực địa trong thời gian ngắn, chi phí thấp, độ đặc hiệu và hiệu quả cao. Tại Việt Nam, nhóm nghiên cứu của Nguyễn Đức Trưởng và cộng sự đã đánh giá hiệu quả phát hiện C. botulinum mang gene độc tố serotype A và B bằng kỹ thuật LAMP.
Kỹ thuật PCR thời gian thực (Real-time PCR) là một cải tiến của kỹ thuật PCR cho phép vừa phát hiện vừa định lượng các đoạn gene được tạo ra trong mỗi chu kỳ của phản ứng PCR. Kỹ thuật này giúp tăng độ nhạy và có giới hạn phát hiện thấp hơn so với sử dụng kỹ thuật điện di trong PCR thông thường. Tuy nhiên, real-time PCR đòi hỏi tối ưu nhiều yếu tố trong quá trình thí nghiệm và cần có hệ thống thiết bị vừa tạo được chu trình nhiệt vừa theo dõi được tín hiệu huỳnh quang. Ngoài ra, kỹ thuật multiplex (đa mồi) real-time PCR sử dụng nhiều cặp mồi để nhân bản đồng thời nhiều đích khác nhau, cùng với đó là các đầu dò oligonucleotide được thiết kế đặc hiệu cho từng đoạn gene đích cũng được chú ý. Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu sử dụng kỹ thuật real-time PCR đa mồi và xây dựng được quy trình chuẩn để xác định sự có mặt của C. botulinum mang gene độc tố trong mẫu phân tích.
Tại Việt Nam, các nghiên cứu về xây dựng phương pháp phát hiện gene có trong vi khuẩn C. botulinum được công bố chưa nhiều. Tăng Thị Nga và cộng sự đã sử dụng kỹ thuật multiplex PCR kết hợp với giải trình tự để phát hiện gene độc tố của vi khuẩn C. botulinum trong mật ong, đất và thực phẩm đóng hộp tự chế biến ở một số tỉnh miền Bắc Việt Nam. Nghiên cứu được thực hiện trên tổng số 469 mẫu gồm 129 mẫu mật ong, 325 mẫu bùn đất, 15 mẫu thực phẩm đóng hộp và đã phân lập được 6 chủng với đặc điểm điển hình của C. botulinum gồm 2 chủng từ mật ong, 2 chủng từ bùn đất ở Bắc Giang và 2 chủng từ pate Minh Chay. Một nghiên cứu khác của Nguyễn Đức Trưởng và cộng sự đã sử dụng kỹ thuật LAMP để phát hiện gene độc tố của vi khuẩn C. botulinum. Trong nghiên cứu này, tác giả đã dùng kỹ thuật LAMP phát hiện gene độc tố serotype A và B của C. botulinum trong 90 mẫu thực phẩm và bệnh phẩm lâm sàng. Phương pháp này có độ nhạy, độ đặc hiệu và độ đúng lần lượt là 91,6%, 100%, 98,8% khi so sánh với kết quả của quy trình nuôi cấy, phân lập C. botulinum. Đồng thời, quy trình LAMP cũng có giá thành thấp hơn, tốn ít thời gian thực hiện hơn so với quy trình nuôi cấy phát hiện gene độc tố của vi khuẩn C. botulinum. Việc phát hiện hoạt tính độc tố giúp khẳng định các thông tin mã hóa trong genome tiếp tục được thực hiện với những kỹ thuật liên quan đến protein-enzyme.
Tác giả: TS. Phạm Bảo Yên, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Tổng hợp và biên tập: Quỹ đổi mới sáng tạo Vingroup (VinIF).
Tài liệu tham khảo
1. https://www.who.int/activities/estimating-the-burden-of-foodborne-diseases
2. Holland, D., Thomson, L., Mahmoudzadeh, N., & Khaled, A. (2020). Estimating deaths from foodborne disease in the UK for 11 key pathogens. BMJ open gastroenterology, 7(1), e000377.
3. Scallan, E., Hoekstra, R. M., Angulo, F. J., Tauxe, R. V., Widdowson, M. A., Roy, S. L., Jones, J. L., & Griffin, P. M. (2011). Foodborne illness acquired in the United States–major pathogens. Emerging infectious diseases, 17(1), 7–15.
4. Rasetti-Escargueil, C., Lemichez, E., & Popoff, M. R. (2019). Public Health Risk Associated with Botulism as Foodborne Zoonoses. Toxins, 12(1), 17.
5.https://www.fda.gov/food/laboratory-methods-food/bam-chapter-17-clostridium-botulinum
6. Pirazzini, M., Rossetto, O., Eleopra, R., & Montecucco, C. (2017). Botulinum Neurotoxins: Biology, Pharmacology, and Toxicology. Pharmacological reviews, 69(2), 200–235.
7. Nguyễn Thu Tâm và Nguyễn Đức Hiền (2018) Phân lập vi khuẩn Clostridium botulinum và xác định sự hiện diện của độc tố botulin trên vịt bị liệt mềm cổ thu thập tại một số tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ 54:143-147.
8. Vũ Thị Lâm An (2006). Incidence of Clostridium botulinum Spores in Honey and Infant Food Samples Collected from Vietnam and Germany (Luận án tiến sĩ).
9. Tăng Thị Nga, Lê Thị Trang, Vũ Thị Mai Hiền, Lê Huy Hoàng, Đặng Đức Anh, Phạm Bảo Yên, Nguyễn Thị Hương Giang, Đoàn Thu Trà, Nguyễn Trung Nguyên, Vũ Duy Nhàn, Nguyễn Thùy Trâm (2021), Phát hiện Clostridium botulinum trong mật ong, đất và thực phẩm đóng hộp tự chế biến ở một số tỉnh miền Bắc Việt Nam năm 2019 – 2020, Tạp chí Y học Dự phòng, tập 31 (2), 35-41.
10. Nguyễn Đức Trưởng, Đặng Thị Thùy Dương, Lê Huy Hoàng, Nguyễn Thùy Trâm, Tăng Thị Nga, Phạm Bảo Yên, Dương Hồng Quân (2022), So sánh quy trình LAMP với quy trình nuôi cấy phân lập phát hiện gen độc tố type A, B của vi khuẩn Clostridium botulinum trên mẫu thực phẩm và bệnh phẩm lâm sàng, Tạp chí Y học Việt Nam, tập 518 (1), 311-317.