Evaluation of genetic diversity and potential toxigenic strains of Clostridium perfringens isolated from food, soil and animals

Clostridium perfringens é um dos microrganismos mais freqüentemente envolvidos em surtos de enfermidades transmitidas por alimentos. Este microrganismo pode ser classificado em cinco tipos toxigênicos (A-E), de acordo com a detecção dos genes codificadores de suas principais toxinas: alfa (cpa), beta (cpb), épsilon (etx) e iota (iap), sendo que técnicas moleculares empregando a PCR são atualmente utilizadas para genotipagem desses isolados. Alguns isolados de C. perfringens produzem uma enterotoxina (CPE) que é responsável pelos sintomas clínicos desenvolvidos em casos de toxinfecção alimentar, sendo que esta toxina é codificada pelo gene cpe. A simples detecção de C. perfringens em um alimento, mesmo naqueles suspeitos de causar surtos, não é suficiente para considerá-lo como de risco à saúde do consumidor. Isto porque dentre os isolados de C. perfringens apenas um número muito pequeno apresenta o gene cpe. Além disso, isolados de C. perfringens não produtores de CPE estão amplamente disseminados no ambiente, em alimentos e mesmo em fezes de pessoas. Desta forma, com o presente estudo verificou-se a freqüência de C. perfringens dentre isolados de clostrídios sulfito redutores, a freqüência de C. perfringens potencialmente enterotoxigênicos e sua variabilidade genética, de modo a evidenciar a importância dessas cepas como causadoras de doenças, além de fornecer subsídios para melhorar os conhecimentos sobre as características das cepas circulantes em nosso meio. Foram utilizados 335 isolados de clostrídios sulfito redutores provenientes de alimentos (126), solo (84) e fezes de animais (125). Dos 335 isolados, 146 (43,6%) foram caracterizados, através de reações bioquímicas e moleculares, comoC. perfringens, sendo 75 isolados (59,5%) provenientes de alimentos, 43 (51,2%) de solo e 28 (22,4%) de fezes de animais. Todas as cepas de C. perfringens analisadas foram tipadas como C. perfringens tipo A. Dos 75 isolados de C. perfringens provenientes de alimentos, 20 apresentaram o gene cpe, sendo 13 (65%) com localização cromossomal; nas demais cepas não foi possível determinar sua localização. Nos isolados de C. perfringens provenientes de solo e das fezes de animais não se verificou a presença desse gene. Das 20 cepas de C. perfringens que apresentaram o gene cpe detectou-se em 15 a produção de enterotoxina; as cinco cepas restantes não apresentaram esporulação no meio DUNCAN STRONG modificado, não sendo possível avaliar sua atividade enterotoxigênica. As 146 cepas de C. perfringens quando submetidas à PFGE geraram 69 perfis PFGE distintos, sendo 42 exclusivos para uma única cepa, indicando uma grande variabilidade genética, entre isolados provenientes de amostra de alimentos, fezes ou solo. A utilização de clostrídios sulfito redutores, ou mesmo de C. perfringens como indicador de possível risco à saúde dos consumidores pode levar à condenação desnecessária de alimentos, uma vez que existe baixa correlação entre costrídios sulfito redutores e C. perfringens, independente da fonte de isolamento, além da baixa freqüência do gene cpe nas cepas estudadas.Clostridium perfringens is one of the most frequently microorganism involved in outbreaks of foodborne diseases. This microorganism can be classified into five toxigenic types (A to E), according to the detection of genes encoding its major toxins: alpha (cpa), beta (cpb), epsilon (etx) and iota (iap). Molecular techniques using PCR are currently used for genotyping this isolates. Besides the major toxins, some isolates of C. perfringens produce an enterotoxin (CPE) that is responsible for clinical symptoms developed in cases of food poisoning. This enterotoxin is encoded by the cpe gene. The simple detection of C. perfringens in food, even in those suspected of causing outbreaks, is not enough to consider it as a risk to consumers´ health. This happens because among the isolates ofC. perfringens only a very small number shows the cpe gene. In addition, isolates of C. perfringens that do not produce CPE are widespread in the environment, food and even in feces of humans. Thus, the present study examined the frequency of C. perfringens isolates among sulfite reducing clostridia, the frequency of potentially enterotoxigenic C. perfringens and its genetic variability in order to highlight the importance of these strains in causing diseases, and provides subsidies to improve the knowledge about the strains that are circulating in our environment. A total of 335 isolates of sulfite reducing clostridia from foods (126), soil (84) and animal feces (125) were used. Among the 335 isolates, 146 (43.6%) were characterized by biochemical and molecular reactions as C. perfringens, being 75 (59.5%) from foods, 43 (51.2%) from soil and 28 (22.4%) from animal feces. All strains of C. perfringens were typed as C. perfringens type A. Of the 75 isolates of C. perfringens from food, 20 had the cpe gene, and in 13 (65%) the gene was chromosomally located. In the other strains it was not possible to determine the location of this gene. In isolates of C. perfringens from soil and animal feces the cpe gene was not present. Amongst the 20 strains of C. perfringens positive for cpe, enterotoxin production was detected in 15. Five strains showed no sporulation in the medium modified Duncan Strong, being not possible to verify their enterotoxigenic activity. All C. perfringens were subjected to PFGE and generated 69 different PFGE profiles, being 42 unique to a single strain, indicating a great genetic variability among isolates from food, feces or soil. The use of sulfite reducing clostridia, or even C. perfringens as an indicator of possible health risk to consumers can lead to unnecessary condemnation of food, since there is low correlation between sulfite reducing clostridia and C. perfringens, regardless of source of isolation. This study also shows a low frequency of cpe gene in the strains indicating the low risk in causing foodborne disease