Bakteriju produkuojamos toksines medziagos
Turinys
I. Įvadas. Kas yra toksinai? 3
II. Bakterinių toksinų klasifikacija: 3
a. Pagal cheminę sudėtį 3
b. Pagal veikimo mechanizmą 3
c. Pagal formavimosi ląstelėje būdą 3
III. Bakterinių toksinų ypatybės. Letalinės toksinų dozės 4
IV. Svarbiausieji toksinai, jų struktūra, veikimo principas, sukeliami pažeidimai ar infekcijos, praktinė reikšmė 4
a. Botulino toksinas 4
b. Stabligės toksinas 7
c. Difterijos toksinas 8
d. Šigelės toksinas 10
e. Šigelės toksiną produkuojanti Escherichia coli 11
f. Bordetella pertussis bakterijų rūšies produkuojami toksinai 11
g. Staphylococcus aureus bakterijų rūšies produkuojami toksinai 13
h. Bacillus anthracis produkuojamas toksinas 15
V. Bakterinių toksinų reikšmė žemės ūkyje 16
VI. Bakterinių toksinų reikšmė medicinoje 16
VII. Išvados 17
VIII. Literatūros ssąrašas, nuorodos 18
IX. Paaiškinimai 19
I. Įvadas. Kas yra toksinai?
Toksinai (gr. toxikon – nuodai) – nuodingos medžiagos, randamos kai kuriuose organizmuose (grybuose, bakterijose, augaluose, gyvūnuose). Dauguma toksinų veikia skirtingas organizmų funkcijas, pvz., neurotoksinai pažeidžia nervų sistemą, citotoksinai tiesiogiai žudo ląsteles. Kai kurie toksinai pasižymi mutageniniu ir kancerogeniniu poveikiu.
Bakteriniai toksinai – toksinės medžiagos, išskiriamos įvairių rūšių bakterijų ir pasižyminčios skirtingomis ypatybėmis, struktūra, veikimo mechanizmais, sukelia skirtingus pažeidimus ar infekcijas. Toksinai naudojami ir žmogaus praktinėje veikloje.
II. Bakterinių toksinų klasifikacija.
Bakterinių toksinų tipai pagal cheminę sudėtį
Lipopolisacharidai Baltymai
(formuojasi gramneigiamų bakterijų (išskiriami į ekstraląstelinę ląstelės
ląstelių sienelėse) aplinką)
Gramneigiamų bakterijų išorinės membranos lipopolisacharidų kompleksai sudaro endotoksinus. Endotoksinai yra surišti su bakterijos ląstelės sienele.
Dauguma baltyminių toksinų laikomi egzotoksinais, nes jie išskiriami bakterijos į aplinką ir veikia kitas ląsteles, jų vveikimas tampa nuo bakterijos nepriklausomas.
Bakterinių toksinų klasifikacija pagal veikimo mechanizmą
Veikiantys ląstelės Angeles formuojantys Viduląstelinio aktyvumo
paviršiaus receptorius toksinai
Prisijungimas Translokacija Negrįžtama
Superantigenai α hemolizinas prie receptorių į ląstelės ląstelės
citozolį taikinių
modifikacija
Bakterinius toksinus į grupes galima suskirstyti daugeliu požymių, tačiau esminis požymis jų skirstymui yra jų susidarymo bakterijoje būdas; pagal tai toksinai skirstomi į endotoksinus ir egzotoksinus.
Bakterinių toksinų klasifikacija
III. Bakterinių toksinų ypatybės:
• Dažniausiai tam tikrus konkrečius toksinus sekretuoja tik viena bakterijų rūšis (pavyzdžiui, bakterijų rūšis Clostridium tetani – stabligę sukelianti bakterijų rūšis – išskiria tik stabligės toksinus, tik Corynebacterium diphteriae – difterijos sukėlėja – sekretuoja difterijos toksiną). Bet, pavyzdžiui, rūšies Escherichia coli bakterijos produkuoja toksinus, identiškus Shigella dysenteriae bakterijų produkuojamiems toksinams.
• Toksinus įprastai išskiria patogeninės bakterijų atmainos, o nnepatogeninės – ne, todėl toksinai yra svarbūs patogeniškumo faktoriai.
• Anksčiau buvo manoma, kad egzotoksinų produkcija yra būdinga tik gramteigiamoms bakterijoms, tačiau ir tam tikros gramneigiamų bakterijų rūšys išskiria baltyminius toksinus.
• Bakteriniai toksinai yra stipriausi žmones veikiantys nuodai, išlaikantys savo toksiškumą net labai praskiestuose jų tirpaluose. Stipriausių bakterinių toksinų letalinis poveikis gali būti lyginamas su strichnino ar gyvačių nuodų toksiškumu.
• Egzotoksinai paprastai jautrūs šilumai.
Daugeliu požymių baltyminiai toksinai panašūs į enzimus. Jie
yra baltyminės sudėties,
denatūruojami karščiu, rūgštimis,
pasižymi veikimo specifiškumu,
yra didelio biologinio aktyvumo (daugelis veikia kataliziškai).
Letalinės bbakterinių baltyminių toksinų dozės
Toksinas Letalinė toksino dozė (mg) Šeimininkas
Botulino toksinas (D serotipas ) 0,8 * 10-8 Pelė
Stabligės toksinas 4 * 10-8 Pelė
Shigella neurotoksinas 2,3 * 10-8 Triušis
Difterijos toksinas 6 * 10-5 Jūrų kiaulytė
IV. Svarbiausieji toksinai, jų struktūra, veikimo principas, sukeliami pažeidimai ar infekcijos, praktinė reikšmė
Botulino toksinas, gaminamas Clostridium botulinum rūšies bakterijų
Struktūra. Botulino toksiną gamina anaerobinė gramneigiama bakterija Clostridium botulinum. Nustatyti septyni neurotoksino serotipai, kurie pavadinti, A, B, C, D, E, F ir G. Šie neurotoksinai serologiškai yra skirtingi, tačiau turi panašų molekulinį svorį ir vienodą subvienetų struktūrą. Botulino toksinas sintetinamas kaip viena polipeptidinė grandinė. Aktyviųjų neurotoksinų molekulinis svoris apytiksliai lygus 150000 daltonų. Šiose molekulėse sunkioji grandinė (~ 100000 daltonų ) disulfido jungtimi sujungta su lengvąja grandine (~ 50000 daltonų), kuri turi ryšį su cinko atomu (1 pav.). Vienos polipeptidinės grandinės būsenos toksinas neturi toksinio aktyvumo. Todėl toksinas paprastai bakterinės proteazės yra sukarpomas (įdomu tai, kad jį sukarpyti galima ir skrandžio proteazėmis). Taip produkuojamos lengvoji grandinė (A fragmentas) ir sunkioji grandinė (B fragmentas).
Veikimo principas. Lengvoji grandinė sukaupia didžiausią toksinį potencialą ir yra stipriausias gamtoje randamas toksinas. Sunkioji grandinė yra labai specifiška žmogaus aksono galūnėlėms; ji tarpininkauja susijungiant su presinapsine cholinergine nervo terminale ir padeda patekti (internalizuoti) toksinui į nervo galūnėles. Įsiskverbęs į ląstelę, toksinas dalijasi į sunkiąją ir lengvąją ggrandines. Lengvoji grandinė, veikdama kaip cinko endopeptidazė , skaldo specifinius su membrana susijusius baltymus. Šis enzimų poveikis sutrikdo prisijungimo prie membranos funkciją, dėl to acetilcholinas negali išsiskirti į sinapsinį ryšį. Šis procesas vyksta presinapsinėse cholinerginėse motorinių nervų galūnėlėse bei pre- ir post- ganglinėse autonominėse nervų galūnėlėse. Skirtingi botulino toksino serotipai sąveikauja su skirtingais baltymais. A, C ir E tipų toksinai sąveikauja su membranos baltymu SNAP-25 (synaptosomal – associated protein 25, angl.). Tipas C papildomai veikia membranos baltymą sintaksiną . Tipai B, D, F ir G prisijungia prie baltymo VAMP (vessicular-associated membrane protein, angl.). Šie pokyčiai sutrikdo neuroraumeninį laidumą.
Botulino toksinai struktūra ir funkcijomis labai panašūs į stabligės toksinus, bet nuo jų ryškiai skiriasi savo klinikiniais efektais, nes atakuoja skirtingas nervų sistemos ląsteles. Botulino neurotoksinai daugiausia paveikia periferinę nervų sistemą. Pirminiai požymiai, rodantys, kad toksinai pateko į PNS, yra susilpnėję raumenys ar nestiprus paralyžius. Stabligės toksinas, vadinamas tetanospazminu, linkęs paveikti inhibicinius motorinius neuronus, dėl to sukelia spazminį paralyžių.
Botulino toksinas sukelia botulizmą.
Botulizmas – (lot. botulus – dešra) ūminė infekcinė liga, kuria susergama, apsinuodijus maisto produktuose prisiveisusių Clostridium botulinum bakterijų nuodais (toksinais). Šių bakterijų gali būti gyvulio, kartais žmogaus žarnyne, kur jos nekenkia. Patekusios į dirvožemį, bakterijos virsta sporomis. Sporos labai atsparios. Į mėsos pproduktus jos gali patekti dorojant paskerstų gyvulių mėsą, į daržoves, vaisius, grybus – blogai juos nuplovus. Konservuojamuose produktuose, dešroje, jei temperatūra 22 – 37 ْC ir nėra deguonies, sporos virsta bakterijomis, išskiriančiomis labai stiprų nuodą – botulino toksiną. Jo 1 g užtektų nunuodyti 1mln. žmonių. Toksinas iš virškinamojo trakto patenka į kraują, labai apnuodija organizmą, pažeidžia įvairius organus, ypač centrinę nervų sistemą. Inkubacinis periodas – iki 24h. Liga prasideda staiga. Ligonį pykina, jam džiūsta burnoje, pučia vidurius, jie užkietėja, atsiranda nenumalšinamas troškulys. Vėliau sutrinka rijimas, užkimsta balsas. Dažnai sutrinka rega: mirga ir dvejinasi akyse, ligonis ima žvairuoti, nudrimba viršutiniai akių vokai. Gali sutrikti kvėpavimas, stigti oro. Laiku nesuteikus pagalbos, ligonis gali mirti.
Botulino toksino praktinė reikšmė.
Botulino toksinai (BTX) gali būti naudojami specialių vaistų gamybai.
Bendri bruožai ir naudojimo principai. BTX turi būti leidžiamas į raumenį arba į odą. Prieš naudojimą jis atskiedžiamas su 1 – 4 mL fiziologinio tirpalo. Kambario temperatūroje toks tirpalas būna tinkamas naudoti 4 – 8 valandas, o laikomas šaldytuve išlieka veiksmingas 2 savaites. Šiuo metu gaminamos dvi skirtingos BTX-A formos: Botox® ir Dysport®. Botox® (patvirtintas 1989 m. JAV), gaminamo Allergan kompanijos, buteliuke yra 100VV toksino. Jį reikia laikyti šaldytuve, o praskiesti labai atsargiai, negalima buteliuko
plakti, nes gali susidaryti burbulai, nes BTX gali suirti. Dažniausiai vartojama BTX praskiedimo koncentracija yra nuo 2,5 iki 10VV/0,1 mL.
Europietiškas BTX-A preparatas yra Dysport® (patvirtintas 1990 m. Jungtinėje Karalystėje). Jo buteliuke yra 500VV toksino. Dysport® irgi turi būti laikomas šaldytuve. Skirtingų BTX-A komercinių formų veiksmingumas yra matuojamas LD50 vienetais (1VV yra tas toksino kiekis, nuo kurio žūsta 50% pelių, sušvirkštus joms BTX-A į pilvaplėvės ertmę).
2000 metais kai kuriose šalyse patvirtintas BTX-B arba Myobloc® arba NeuroBloc®, skirtas kaklo distonijai gydyti. MManoma, kad jis galėtų būti efektyvus BTX-A rezistentiškais atvejais.
BTX-A poveikis yra ilgas, bet laikinas. BTX pradeda veikti neuroraumeninę jungtį 1 – 3 dieną po injekcijos, o maksimalus atsakas atsiranda po 7 – 10 dienų. Neuroraumeninė blokada vidutiniškai trunka 3 mėnesius. Gydant autonominės nervų sistemos sutrikimus jo veiksmingumas yra ilgesnis, trunka vidutiniškai 7 mėnesius. BTX injekcijos susilpnina raumenų susitrakimą, judesius ar spazmus. Jis taip pat mažina lydintį skausmą, gerina sąnarių judrumą, judesius, eiseną, lengvina kineziterapiją. BTX taikymas leidžia sumažinti geriamų vaistų ddozes ar juos nutraukti, saugo nuo kontraktūrų ir deformacijų formavimosi, padeda atitolinti operacinį gydymą ar jo iš viso išvengti, o išlikus operacijos būtinybei, gali padėti modeliuoti pooperacinį gydymo rezultatą.
Nepageidaujami reiškiniai. Nepageidaujami reiškiniai būna nežymūs ir laikini. Gali būti skausminga injekcijos vvieta, atsirasti kraujosruva, padidėti injekuoto raumens, o kartais dėl vaisto difuzijos – ir aplinkinių raumenų silpnumas. Per didelis raumens, į kurį atlikta injekcija. Silpnumas praeina po 3 – 4 mėnesių, o aplinkinių raumenų silpnumas trunka trumpiau nei 4 savaites. Pastaruoju atveju silpnumas pasitaiko labai retai, ir dažniausiai būna išreikštas. BTX nepereina hematoencefalinio barjero , todėl centrinio cholinerginio perdavimo neveikia.
Neurologiniai sutrikimai, kurie gali būti gydomi botulino toksinu
Distonija Spastiškumas Skausmo sutrikimai Autonominės nervų sistemos sutrikimai Kiti neurologiniai sutrikimai
Blefarospazmas
Kaklo distonija
Gerklų distonija (spazminė distonija)
Oromandibulinė distonija
Galūnių distonija
Meige sindromas Cerebrinis paralyžius
Išsėtinė sklerozė
Trauminis galvos smegenų pažeidimas
Trauminis nugaros smegenų pažeidimas
Insultas Įtampos tipo galvos skausmas
Migrena
Fibromialginis-miofascijinis skausmas
Trišakio nervo neuralgija Lokali hiperhidrozė (padidėjęs prakaitavimas)
Frey ir krokodilo ašarų sindromas
Hipersalivacija Hemimastikatorinis spazmas
Gerybinė akių vokų miokimija
Bruksizmas (griežimas dantimis)
Termoporomandidulinio sąnario išnirimas dėl spazmo
Tikai
Tremoras
Žvairumas, n. abducens pažeidimas
Miokimija
Nistagmas
Mikčiojimas
Botulino ttoksino praktinė reikšmė.Bioterorizmas.
Botulino toksinas – nuodingiausia šiuo metu žinoma medžiaga. Fenomenalų jo toksinį potencialą lemia toksino enziminis aktyvumas – botulino toksinas yra cinko proteinazė.
Paradoksalu, jog botulino toksinas, plačiai naudojamas medicininėje praktikoje kaip vaistas plačiam neurologinių ir kitokių sutrikimų gydymui, pasitarnauja ir kitais tikslais – kaip biologinis ginklas.
Faktai apie botulino toksino kaip biologinio ginklo naudojimą:
o Botulino toksino, kaip biologinio ginklo, naudojimas prasidėjo prieš maždaug 60 metų. Japonijos karo biologiniais ginklais grupuotės vadovas prisipažino, jog Mandžiūrijos okupacijos metais, apie 1930 m., kalinių mmaistas specialiai buvo užkrečiamas Cl. botulinum kultūromis (naudotas užkrato kiekis turėjo letalinį efektą).
o Pirmą kartą botulino toksinas kaip biologinis ginklas pagal JAV biologinių ginklų programą pradėtas naudoti II pasaulinio karo metu. Programa užbaigta 1970m. Nuo tada toksinas kaip biologinis ginklas imtas naudoti kitose šalyse.
o 1991 Irakas JT inspekcijai pripažino pagaminęs apie 19000 L koncentruoto botulino toksino, iš šio kiekio apie 10000 L sudėta į karinius ginklus. 19000 L toksino kiekis tikrai nužudytų visą žmonių populiaciją.
o 1991 Irako slaptosios grupuotės prisipažino 600 km atstumu lokalizavęs specialiai pagamintas raketas, kurių 13 buvo užpildyta botulino toksinais, 10 – aflatoksinais , 2 – juodligės sporomis.
o Irake pagaminta 180 kg masės bombos „neatidėliotinam naudojimui“, 100 bombų sudaro botulino toksinas, 50 – juodligės sporos, 7 – aflatoksinas.
Yra žinoma, jog botulino toksinas kaip galimas biologinis ginklas naudojamas ne tik aerozolių pavidalu, bet gali būti ir dedamas į maistą.
Stabligę sukeliančios bakterijos Clostridium tetani išskiriamas toksinas.
Vienuolika Clostridium tetani atmainų skiriasi savo gebėjimu produkuoti stabligės toksiną (dar vadinamą tetanospazminu), bet visos atmainos produkuoja toksinus, kurie yra identiški savo imunologinėmis ir farmakologinėmis ypatybėmis. Tetanospazminas koduojamas plazmide, kuri randama visose toksiškose bakterijų atmainose. Stabligės toksinas yra vienas iš trijų toksiškiausių žinomų medžiagų (toksiškumu jį lenkia botulino ir difterijos toksinai). Toksinas gaminamas bakterijos ląstelės augimo metu iir išskiriamas tik ląstelės lizės metu. Ląstelei sprogus, sudygsta sporos. Sporoms įsiskverbus į žaizdą, reikalingas minimalus jų kiekis toksino produkcijai
Toksino struktūra. Bakterija sintetina toksiną vienos 150 kDa polipeptidinės grandinės formoje. Ši grandinė bakterijos ląstelės išorėje proteazių suskaldoma į du fragmentus, kurie lieka sujungti disulfidiniu tilteliu. Toksino suskaidymą į du fragmentus dirbtinai galima sukelti tripsinu. Toksinas suskaldomas į 100 kDa molekulinės masės sunkiąją, arba B grandinę ir 50 kDa lengvąją, arba A grandinę. B grandinė jungiasi prie neurono membranos. A grandinė atakuoja tam tikrus membranos baltymus.
Kadangi stabligės toksinas pasižymi tuo, kad pažeidžia nervinį audinį, jis vadinamas neurotoksinu. Jis neatsparus karščiui, sunaikinamas per 5 minutes 56ْ C temperatūroje. Toksinas neatsparus dideliems deguonies kiekiams. Išgrynintas toksinas formalino terpėje, esant 0 ْ C temperatūrai, paverčiamas toksoidu .
Yra žinoma, kad Clostridium tetani taipogi produkuoja endotoksiną tetanoliziną, kurio poveikis dar nėra visiškai ištirtas ir aiškus.
Veikimo mechanizmas. Toksinas paplinta per audinių tarpus į limfinę ir kraujotakos sistemą. Tetanospazminas iš pradžių jungiasi prie periferinių nervų galūnių. Jis transportuojamas aksono viduje, po to – per sinapsines jungtis, kol pasiekia centrinę nervų sistemą. Galiausiai jis vėl patenka į aksoną endocitozės būdu. Toksino efektas – blokuoti inhibicinių neuromediatorių (glicino ir gama aminobutano rūgšties,) atpalaidavimą per sinapsinius plyšius, o tai sukelia nervinio iimpulso generavimo stabdymą. Jei nerviniai impulsai negali būti generuojami normaliais inhibiciniais mechanizmais, atsiranda raumenų spazmai, dar vadinami tetaniniais, (tai – būdingas stabligės požymis). Raumenys tampa hiperaktyvūs nuo menkiausios stimuliacijos, be to, gali atsirasti motorinių refleksų inhibicijos trikdžiai sensorinės stimuliacijos metu.
Toksino prisijungimas prie neuronų yra negrižtamas, ir nervų funkcijos gali būti atstatytos tik susiformavus naujoms nervų galūnėlėms ir sinapsėms.
Stabligė (lot. tetanus) – ūminė infekcinė liga, kuria sergant labai apnuodijama centrinė nervų sistema ir dėl to kyla griaučių raumenų traukuliai. Infekciją sukeliančios bakterijos kaip saprofitai gyvena gyvulių žarnyne. Mėšlu užterštame dirvožemyje, dulkėse susidaro labai atsparių bakterijų sporų, kurios žūva tik po 2 – 3 h virinimo. Patekusios į audinius, kur maža deguonies, sporos virsta bakterijomis, ima gaminti stiprų nuodą. Limfos takais ir nervų kamienais pasiekęs stuburo bei galvos smegenis, jis sukelia refleksinį neuronų jautrumą, kuris sąlygoja raumenų įtempimą; tuomet nuo bet kokio dirgiklio prasideda traukulių priepuolis.
Inkubacinis periodas dažniausiai 6 – 14 d.; kuo jis trumpesnis, tuo sunkiau sergama. Pradeda smarkiau skaudėti žaizdą, trūkčioti sužeistos galūnės raumenys. Atsiranda būdingų stabligės požymių – kramtomųjų raumenų spazmas, trukdantis išsižioti, ir sustingusios ironiškos šypsenos veido išraiška. Nuo menkiausio sudirginimo prasideda skausmingi veido, galūnių, kartais sprando, nugaros, pilvo raumenų traukuliai, per kuriuos ligonis prakaituoja, dūsta. Jis nusilpsta,
išsenka, gali greitai susirgti plaučių uždegimu; dėl dažnų traukulių jis gali uždusti.
Praktinė stabligės toksino reikšmė. Tetanospazminas naudojamas toksoidų gamybai ir imunizacijai, pavyzdžiui, difterijos-stabligės-kokliušo vakcinai (DTP vakcinai). Šia vakcina imunizuojami vaikai iki 16 gyvenimo metų. Jiems vakcina leidžiama pakartotinai pagal privalomo skiepijimo kalendorių.. Į DTP vakcinos sudėtį įeina difterijos, stabligės ir kokliušo toksoidai (lot. diphteria – difterija, tetanus – stabligė, pertussis – kokliušas).
Difterijos toksinas
Toksino ypatybės.
Corynebacterium diphteriae gebėjimui gaminti difterinį toksiną didelę įtaką turi du faktoriai:
1. nedidelės ekstraląstelinės geležies koncentracijos;
2. lizogeninio profago buvimas bakterijos cchromosomoje.
Genas, susijęs su toksino gamybos indukavimu, yra profago chromosomoje, bet šio geno ekspresiją kontroliuoja bakterijos baltymas represorius (valdymo baltymas). Represorius aktyvuojamas geležimi, o ši įtakoja toksino produkciją. Dideli toksino kiekiai bakterijos sintetinami tik geležies stokos sąlygomis.
Geležies vaidmuo. Svarbiausias faktorius, kontroliuojantis toksino kiekį dirbtinėse bakterijų kultūrose, yra neorganinių Fe2+ ir Fe3+ jonų koncentracija terpėje, kurioje auginama kultūra. Toksinas dideliais kiekiais sintetinamas tik tada, kai egzogeninis geležies tiekimas yra susilpnėjęs (tai turi praktinę svarbą pramoninėje toksino gamyboje toksoido gamybos tikslais). Atitinkamomis geležies „„bado“ sąlygomis Corynebacterium diphteriae sintetina toksiną pakankamai dideliais kiekiais. Tai turėtų būti įmanoma ir in vivo . Nustatyta, kad bakterija negali gaminti maksimalių toksino kiekių, kol geležies tiekimas viršutinių kvėpavimo takų audiniuose nėra išsekęs. Tai – toksino gamybos reguliavimo būdas, nnulemtas geležies koncentracijos. Toksino genas reguliuojamas negatyvios kontrolės mechanizmu, kuriame represoriaus molekulė aktyvuojama geležimi. Aktyvus represorius sutrikdo geno transkripciją. Kai geležis pašalinama iš represoriaus, įvyksta derepresija, represorius inaktyvuojamas ir gali vykti toksino geno transkripcija. Geležis šiuo atveju dar vadinama korepresoriumi, kadangi ji reikalinga toksino geno represijai.
Β-fago vaidmuo. Tik tos C. diphteriae atmainos, kurios yra lizogenizuojamos specifinių β-fagų, gali produkuoti toksiną. Fago litinis ciklas nėra būtinas toksino produkcijai ar jo išskyrimui. Fagas turi specifinį struktūrinį geną, atitinkantį toksino molekulę.
Toksino struktūra. Difterijos toksinas – trikomponentis bakterinis egzotoksinas, sintetinamas kaip viena polipeptidinė grandinė, turinti A (aktyviąją) sritį, T (translokacijos) ir B (jungimosi) sritį (6 pav.).
Veikimo mechanizmas. (7 pav.). Toksinas prisijungia prie specifinio receptoriaus (HB-EGF receptor, angl.) tarpininkaujant jam, endocitoziškai įsiskverbia į ląstelę. EEndosominių pūslelių acidifikacija (pH kritimas) įvyksta pakitus baltymo erdvinei konfigūracijai ir įsiterpus jo segmentui į endosominę membraną. A subvienetas yra atskiriamas nuo B subvieneto, kai įsiterpia ir keliauja per membraną. Kai tik patenka į citoplazmą, A fragmentas atgauna savo konformaciją ir enziminį aktyvumą. A fragmentas katalizuoja ADP-ribozės pernešimą iš NAD+ į eukariotinį elongacijos faktorių – 2 (EF-2, angl.), kuris stabdo pastarojo funkciją baltymų sintezėje. Visų šeimininko EF-2 molekulių inaktyvacija reiškia ląstelės žūtį. ADP ribozilinė grupė prijungiama prie neįprasto histidino darinio –– diftamido .
In vitro, difterijos toksinas neaktyvus, tačiau tiolio terpėje gali būti aktyvuojamas tripsinu. Fermentinio aktyvumo A fragmentas nesuskaldytoje toksino molekulėje neturi. B fragmentas reikalingas prijungti toksiną prie jam giminingo receptoriaus ir leisti išeiti A fragmentui iš endosomos. C terminalinis B fragmento galas turi baltyminį regioną, kuris prisijungia prie HB-EGF receptoriaus ląstelės membranoje.
Specifinis membranos receptorius (HB-EGF, angl.) – heparino jungimosi epidermio augimo faktorius – baltymas, aptinkamas ant daugumos ląstelių tipų paviršių. Receptoriaus HB-EGF buvimo vieta ir pasiskirstymas ląstelėje lemia gyvūnų rūšių tam tikrų ląstelių jautrumą difterijos toksinui. Paprastai HB-EGF išskiria baltyminį hormoną, kuris susijęs su ląstelės augimu ir diferenciacija. Buvo iškelta hipotezė, kad HB-EGF receptorius yra proteazė, kuri įkerpa A fragmentą ir redukuoja disulfidinį tiltelį, jungiantį abu fragmentus, kai A fragmentas slenka per endosominę membraną į citoplazmą.
Difterija. (gr. diphtera – oda, plėvelė) – ūminė infekcinė liga. Reiškiasi žiogių ir kitų gleivinių fibrininiu plėviniu uždegimu ir visu organizmo apnuodijimu. Ligą sukeliančios bakterijos išskiria labai stiprų toksiną. Bakterijos išbūna gyvybingos kelias savaites, bet greit žūva nuo aukštos temperatūros, dezinfekuojančių tirpalų. Bakterijos, patekusios į žiaunų, nosies, gerklų, akių, ausų gleivinę, dauginasi, pažeidžia jos epitelį ir sukelia fibrininį uždegimą. Ant gleivinės susidaro sunkiai pašalinamų fibrino plėvių. Bakterijų toksinas su krauju ir limfa pasklinda po vvisą organizmą, pažeidžia nervų, širdies ir kraujagyslių sistemas.
Imunitetas difterijai suformuojamas padedant toksiną neutralizuojančiam antikūnui. Difterijos toksoidas naudojamas DTP vakcinos gamybai. Vaisiaus imunitetas gimdoje įgyjamas transplacentiškai ir gali tęstis daugiausia 1 – 2 metus po gimimo.
Shigella dysenteriae produkuojamas toksinas
Toksinas, kai kuriuose šaltiniuose dar vadinamas verotoksinu, produkuojamas bakterijų Shigella dysenteriae ir enterobakterijos Escherichia coli, kurios atmaina O157:H7 yra bene geriausiai ištirta.
Pažeidimai, susiję su šigelės (liet. Shigella pavadinimas) toksinu, apima dizenteriją, hemoraginį kolitą ir hemolizinį ureminį sindromą . Užsikrėtimo simptomai dažnai pasireiškia sunkia diarėjos forma, abdominaliniais skausmais, vėmimu ir kraujingu šlapinimusi (hemolizinio ureminio sindromo atveju). Simptomų pradžia – dažniausiai po kelių valandų, po didesnių gautų dozių – greičiau. Toksinui priešnuodžių nėra. Greitai toksino diagnozei galima imunoanalizė. Toksiną inaktyvuoti galima garų procedūromis, oksiduojančiais agentais, pavyzdžiui, glutaraldehidu (molekulinė formulė – C5H8O2 ).
Toksiškumas pelėms – LD50 < 20 μg/kg, paveikus intraveniniu ar intraperitoniniu būdu. Nėra jokių duomenų apie šigelės toksino inhaliacinį toksiškumą. Vis dėlto dažnai pasitaiko atvejų, kai toksinas paveikia plaučius, patekęs į organizmą su maistu.
Toksino struktūra: toksino molekulinė masė yra 68000 Da. Tai multisubvienetinis baltymas, sudarantis vieną A subvieneto (32 000 Da molekulinės masės) molekulę, atsakingą už baltymo toksinį veikimą, ir 5 B subvieneto (po 7700 Da molekulinės masės) molekules, atsakingas už prisijungimą pprie specifinių ląstelių tipų.
Veikimo mechanizmas: toksinas veikia kraujagyslių endotelį. B subvienetai jungiasi prie ląstelės membranos komponento, žinomo kaip Gb3 (globotriaozilkeramido), ir visas kompleksas įeina į ląstelę. Kai baltymas yra ląstelės viduje, A subvienetas reaguoja su ribosomomis, jas inaktyvuodamas. Šigelės toksino A subvienetas yra N-glikozidazė (fermentas, paprastai skaldantis glikozidinę jungtį), kuri modifikuoja ribosomos RNR komponentą, jį inaktyvuodama, ir taip priveda prie baltymų sintezės sustabdymo ir ląstelės žūties. Endotelis turi dėl to nuolatos atsinaujinti, taigi ląstelių žūtis priveda prie kraujagyslių sluoksnio suardymo ir hemoragijos. Pirmoji reakcija paprastai yra kraujo diarėja.
Toksinas labiau linkęs pažeisti mažesnes kraujagysles, randamas virškinamajame trakte, inkstuose ar plaučiuose. Mažiau pažeidžiamos stambesnės kraujagyslės – arterijos ar didesnės venos. Specifinis toksino taikinys yra glomerulės kraujagyslių endotelis. Tai yra filtruojanti struktūra, svarbi normaliai inkstų funkcijai palaikyti. Glomerulių naikinimas priveda prie inkstų sutrikimų, dažnai ir prie sekinančio ar net mirtino hemolizinio ureminio sindromo vystimosi. Maisto apnuodijimas šigelės toksinais didelę įtaką turi nervų sistemai.
Šigeliozė (dizenterija) – ūminė infekcinė liga, kuriai būdingas storosios žarnos uždegimas. Sukelia Shigella genties bakterijos. Užkrato šaltinis – sergantis žmogus arba sveikas bakterijų nešiotojas; jie išskiria bakterijas su išmatomis. Jie nešvariomis rankomis užteršia maisto produktus ir platina ligą; todėl kartais šigeliozė vadinama nešvarių rankų liga. Užsikrečiama, kai šigeliozės sukėlėjų patenka
pro burną į virškinamąjį traktą nuo užterštų rankų, su geriamuoju vandeniu, maisto produktais (dažniausiai pienu), nenuplautomis daržovėmis, vaisiais ar uogomis. Dažniau sergama vasarą ir rudenį; tuomet ligą dar platina musės. Bakterijos, pasiekusios storąją žarną, įsiskverbia į jos gleivinę, dauginasi ir sukelia uždegimą. Sutrinka žarnų motorika, padidėja gleivių sekrecija. Bakterijų išskiriami toksinai ir sutrikusi medžiagų apykaita apnuodija organizmą.
Kolitas (lot. colitis – storoji žarna) – storosios žarnos uždegimas. Ūminiu kolitu susergama suvalgius blogai paruoštų mėsos ir žuvies patiekalų, užterštų daržovių ar vaisių. SSvarbiausia lėtinio kolito priežastis – dizenterija, kuria persirgus lieka įvairių sutrikimų. Kolitą dažnai sukelia įvairios bakterijos. Paūmėjimo metu ligonis viduriuoja, esti apgaulingas noras tuštintis. Periodiškai skauda pilvą, skausmas sustiprėja pavalgius. Dažnai pučia pilvą, atsiranda nemalonus skonis burnoje, apetito stoka, nemiga, raumenų skausmai. Ligoniui silpna, jis greit nuvargsta, tampa nervingas.
Šigelės toksiną produkuojanti Escherichia coli
Šigelės toksiną gamina ir Escherichia coli bakterijų rūšis.
Šigelės toksiną gaminanti Escherichia coli (STEC, angl.) yra enterohemoragiją sukeliančios bakterijos E. coli (EHEC, angl.), įtakojančios inkstų sutrikimus, tipas.
STEC inkubacinis periodas aapima 1 – 8 dienas. Tipiški simptomai – sunkūs abdominaliniai (pilvo) spazmai, staigi vandeninės diarėjos pradžia, dažnas kraujavimas, žema temperatūra, kartais – pykinimas ir vėmimas. Dažniausiai negalavimas praeina neaštria forma per 1 – 3 dienų. Vis dėlto, tokios rimtos komplikacijos kkaip hemoraginis kolitas, hemolizinis ureminis sindromas sudaro apie 10% užsikrėtimo atvejų.
STEC proveržiai susiję su atvejais, kai suvalgoma neišvirtos jautienos (ypač maltos), džiovintos elnienos, išgeriama neapdirbto pieno, nepasterizuotų obuolių sulčių. Bakterijos izoliuojasi nuo kiaulienos, paukštienos ir ėrienos. Bakterijos gali būti perduotos tiesioginių kontaktų metu ar per fekalijas didesnės užsikrėtimo rizikos aplinkoje, pavyzdžiui, slaugos centruose.
Nors užkrėstas gali būti bet kas, bet vis dėlto dažniausiai infekcija paliečia jaunesnius nei 5 metų vaikus arba senyvo amžiaus žmones.
Švelnesnių infekcijų atveju, antibiotikai nepadeda sutrumpinti būdingų simptomų trukmės. Sunkios infekcijos komplikacijos, pavyzdžiui, hemolizinis ureminis sindromas, reikalauja hospitalizacijos.
Bordetella pertussis rūšies bakterijų išskiriami toksinai
Bordetella pertussis produkuoja daugybę medžiagų, turinčių toksinį aktyvumą.
Bakterija paprastai sekretuoja invazinę adenilciklazę – toksiną, kuris įsiskverbia į žinduolių ląsteles. Bacillus anthracis gamina panašų toksiną – edemos ffaktorių (EF). Šis toksinas redukuoja fagocitų aktyvumą ir padeda inicijuoti infekciją.
Struktūra. Šis toksinas yra 45 kDa molekulinės masės baltymas, kuris gali būti prisijungęs prie ląstelės ar sekretuojamas į aplinką. Bordetella pertussis mutantai (pagal adenilciklazės geną) pelėms yra redukuoto virulentiškumo. Adenilciklazės toksinas yra vienas polipeptidas su enzimine sritimi ir prisijungimo sritimi, kuria jis gali prisijungti prie šeimininko ląstelės paviršiaus. Anksčiau adenilciklazė buvo identifikuota kaip hemolizinas, nes ji ardo raudonuosius kraujo kūnelius. Iš tikrųjų, tai įmanoma zonose aplink B. pertussis kolonijas, auginamas kkraujo agare. Manoma, kad toksinas įsiterpia į eritrocito membraną ir taip inicijuoja hemolizę. Įdomi adenilciklazės toksino ypatybė yra ta, kad jis aktyvus tada, kai jo aplinkoje yra reguliacinių molekulių, vadinamų kalmodulinais , kurie reguliuoja eukariotinės adenilciklazės aktyvumą. Adenilciklazės toksinas veiklus tik eukariotinėse ląstelėse, kadangi nė viena panaši reguliacinė molekulė neegzistuoja prokariotuose. Bacillus anthracis (juodligės sukėlėjo) edemos faktorius yra taipogi nuo kalmodulino priklausanti adenilciklazė.
B. pertussis produkuoja letalinio poveikio toksiną (dar vadinamą dermonekrotiniu toksinu), kuris sukelia uždegimus ir vietinę nekrozę aplinkinėse B. pertussis lokalizacijos srityse.
Struktūra. Letalinis toksinas yra 108 kDa molekulinės masės baltymas, sudarytas iš 4 subvienetų, kurių du yra 24 kDa molekulinės masės, kiti du – 30 kDa. Toksinas sukelia nekrozinius odos pažeidimus, kai mažos dozės suleidžiamos į pelių poodį, ir yra letalus didelėmis dozėmis. Toksino vaidmuo kokliušo atveju nežinomas.
Nekrozė – vietinė žūtis, gyvo organizmo ląstelių, audinių, organo ar jo dalies žuvimas. Dažniausia priežastis – vietinės kraujotakos sutrikimas. Nekrozę gali sukelti fiziniai, mechaniniai veiksniai, cheminės medžiagos, bakterijos ir virusai. Vienos iš tokių bakterijų – B. pertussis. Pažeistas audinys nustoja funkcionuoti, nekrozuotų audinių irimo produktai gali apnuodyti organizmą. Kai pažeistuose audiniuose įsiveisia bakterijų, prasideda gangrena.
Dujinė gangrena – sunkiausia žaizdų komplikacija, kurią sukelia su žemėmis patekusios bakterijos. Palankiausios sąlygos šioms bakterijoms ddaugintis ir sukelti dujinę gangreną yra giliose, užterštose žemėmis, ypač aklinose, kojų, sėdmenų ir pilvo žaizdose, į kurias sunkiai patenka oras. Į žaizdą patekusios bakterijos, ypač kai yra negyvų, sutraiškytų, prastai krauju aprūpinamų audinių, ima sparčiai daugintis. Veikiant bakterijų nuodams, padidėja apie žaizdą esančių kraujagyslių pralaidumas, aplinkiniai audiniai ima brinkti, juose susikaupia dujų. Audiniai apmiršta, žūva ir yra. Juose anaerobinės bakterijos toliau sparčiai dauginasi – gangrena progresuoja. Audinių irimo produktais ir bakterijų toksinais apnuodijamas visas organizmas. Pažeista vieta vis labiau tinsta, oda įsitempia, būna blyški ir šaltoka, vėliau joje atsiranda melsvų dėmių. Spaudžiant pažeistą vietą, juntamas susikaupusių dujų traškėjimas. Žaizda nekraujuoja, jos dugnas ir kraštai būna pilkšvi, apsinešę drumstomis, vandeningomis ir dvokiančiomis išskyromis. Pakyla kūno temperatūra, padažnėja pulsas ir kvėpavimas. Krinta arterinis kraujospūdis. Paaštrėja ligonio veido bruožai, sukempa lūpos. Didėjant organizmo apnuodijimui, atsiranda gelta, mažėja šlapimo išsiskyrimas; ligonį gali ištikti sepsinis šokas.
B. pertussis produkuoja toksinę medžiagą, vadinamą trachėjiniu citotoksinu, kuris toksiškas virpamajam kvėpavimo takų epiteliui. Ši medžiaga nėra klasikinis egzotoksino pavyzdys, kadangi ji nėra sudaryta baltyminiu pagrindu. Trachėjinis citotoksinas yra peptidoglikanų fragmentas, randamas toje aplinkoje, kur aktyviai auga B. pertussis. Toksinas žudo virpamąsias ląsteles ir sukelia jų išstūmimą iš gleivinio sluoksnio. Jis taipogi sukelia interleukino – 1 išstūmimą, taigi aatsiranda karščiavimas.
B. pertussis gamina ir kokliušo toksiną (PTx, angl.).
Struktūra. PTx yra dvikomponentis A+B bakterinis egzotoksinas. A subvienetas yra ADP riboziltransferazė . B komponentas, sudarytas iš 5 polipeptidinių subvienetų, jungiasi prie specifinių angliavandenių ląstelės paviršiuje.
Veikimo principas. PTx yra transportuojamas iš Bordetella augimo vietos į įvairias šeimininko ląsteles ir audinius. Po B subvieneto prisijungimo prie šeimininko ląstelių seka A subvieneto įsiterpimas į membraną ir jo išskyrimas į citoplazmą tiesioginės pernašos būdu. A subvienetas įgyja enziminį aktyvumą ir perneša NAD ADP ribozilinę dalį link membraninių reguliacinių baltymų – Gi, kurie paprastai inhibuoja eukariotinę adenilciklazę. ATP vertimas į cAMP negali būti sustabdytas ir viduląstelinis cAMP lygis didėja. Tai suardo ląstelės funkcijas, o fagocitų atžvilgiu – sumažėja jų fagocitinis aktyvumas, pasireiškiantis chemotaksija , fagocitavimu, bakterijų naikinimu. Sisteminiai toksino efektai apima limfocitozę (limfocitų pagausėjimą) ir hormonų veiklos pakeitimus, reguliuojamus cAMP, pavyzdžiui, padidėjusią insulino gamybą (to rezultatas – hipoglikemija) ir padidėjusį jautrumą histaminui (to rezultatas- padidėjęs kapiliarų pralaidumas, hipotenzija – žemas kraujo slėgis, ir šokas). PTx veikia ir eksperimentinių gyvūnų imuninę sistemą. B ir T ląstelės, kurios palieka limfinę sistemą, negali į ją grįžti. Tai lemia dažną antrinių infekcijų, lydinčių kokliušą, pasikartojimą (dažniausios infekcijos – pneumonijos (plaučių uždegimas) ir vidurinės ausies uždegimas).
Kokliušas – ūminė infekcinė
liga, kuri reiškiasi spazminio kosulio priepuoliais. Užsikrečiama lašiniu būdu nuo ligonio (ypač pirmąją ligos savaitę) arba nuo sveiko ligos sukėlėjo nešiotojo: šiam kalbant, kosint, čiaudint B. pertussis bakterijos – ligos sukėlėjai – patenka į arti esančio žmogaus kvėpavimo takų gleivinę, čia dauginasi ir sukelia uždegimą. Jų toksinai su krauju ir limfa išnešiojami po visą organizmą; jie pažeidžia nervų sistemą, kvėpavimo organus ir kraujagysles, sukelia smulkiųjų bronchų bei kvėpavimo raumenų spazmus. Dažniausiai serga vaikai. Pradedama kosėti, truputį sloguoti, kartais kiek pakyla ttemperatūra. Kosulys vis stiprėja, po 1 – 2 savaičių prasideda jo priepuoliai: ligonis kosti, po to dėl gerklų spazmo giliai švilpiamai įkvepia (toks įkvėpimas vadinamas reprizu) ir vėl ima kosėti. Kosint iškišto liežuvio pasaitėlis trinasi į apatinius dantis, todėl ant jo atsiranda opelė. Akių junginėje, po oda, nosyje, gali atsirasti kraujosruvų, įplyšti liežuvio pasaitėlis. Ypač pavojingos ligos komplikacijos – smegenų kraujotakos sutrikimas, smegenų paburkimas, kraujo išsiliejimas į smegenis. Persirgus kokliušu, įgyjamas imunitetas visam gyvenimui.
Kokliušo toksinas gali būti inaktyvuotas ir iš jjo pagaminamas toksoidas vakcinoms.
Bakterija B. pertussis savo išorinėje membranoje turi lipopolisacharidų kompleksą (sudarantį endotoksinus), bet šis kompleksas neįprastas. Jis heterogeninis, dviejų stambių formų, besiskiriančių fosfatiniu turiniu lipidinėse dalyse. Nesuskaidytas toksinas pasižymi įprastu lipopolisacharidams būdingu veikimu (t.y. interleukino – 1 indukcija, įįtakojanti karščiavimą, uždegimus, hipotoniją – kraujagyslių ir raumenų įtampos sumažėjimą), bet toks veiklumas dviems šio toksino formoms nėra absoliučiai atitinkamas. Įdomu tai, jog B. pertussis toksiną gali produkuoti tik tuomet, kai yra praryjama makrofago.
11 pav. B. pertussis produkuojamo toksino veikimas
Staphylococcus aureus išskiriami toksinai:
Stafilokokinės bakterijos pasižymi tuo, jog produkuoja pakankamai didelį estraląstelinių baltyminių toksinų rinkinį.
Membranas pažeidžiantys toksinai.
Αlfa – toksinas (α – hemolizinas) – yra geriausiai ištirtas ir labiausiai membraną pažeidžiantis S. aureus išskiriamas toksinas. Jo forma yra monomerinė. Toksinas jungiasi prie pažaidžių ląstelių membranos. Po to subvienetai oligomerizuojasi, kad suformuotų heptamerinius žiedus su centrine angele, per kurią išteka ląstelinis turinys. Ypač jautrūs α – toksinui yra žmogaus trombocitai ir monocitai. Pažaidžios ląstelės turi specifinį receptorių α – toksinui, leidžiantį toksinui prisijungti ssudarant mažas angeles, per kurias gali praeiti vienvalenčiai katijonai. α – hemolizino veikimo būdas labai panašus į osmosinę lizę.
Beta – toksinas yra sfingomielinazė, pažeidžianti membranas, turtingas to lipido.
Klasikinis šio toksino nustatymo ir radimo būdas – jo sukeliama avies eritrocitų lizė.
Δ – toksinas – labai mažas baltyminis toksinas, gaminamas daugelio S. aureus atmainų. Jis taip pat produkuojamas S. epidermidis. Δ – toksino vaidmuo infekcijų atžvilgiu nežinomas.
Leukocidinas yra multikomponentinis baltyminis toksinas, gaminamas kaip atskiri komponentai, kurie veikia kartu, pažeisdami membranas. Leukocidinas fformuoja heterooligomerines transmembranines angeles, sudarytas iš aštuonių dviejų skirtingų formų subvienetų, taigi suformuodamas oktamerinę angelę pažeistoje membranoje. Leukocidinui yra būdingas hemolizinis veiklumas, bet ne toks efektyvus kaip α – hemolizino. Leukocidinas sukelia leukocitų membranų pakitimus ir jų polimorfizmą.
Egzotoksinai.
S. aureus gali produkuoti keletą skirtingų tipų baltyminių toksinų, kurie, kaip manoma, yra atsakingi už tam tikrų simptomų sukėlimą infekcijų metu. Kai kurie toksinai ardo eritrocitus, sukeldami hemolizę, bet nepanašu, kad hemolizė yra svarbus virulentiškumo in vivo faktorius. Leukocidinas sukelia leukocitų membranų pažeidimus, bet neturi ryškaus hemolizinio poveikio.
Αlfa – toksino išskyrimas sukelia sepsinį šoką, o enterotoksinai ir TŠST – 1 (toksinio šoko sindromo toksinas – 1) yra superantigenai, kurie gali sukelti toksinį šoką. Stafilokokų enterotoksinai sukelia šleikštulį. Stafilokokai yra dažniausiai maistą apnuodijančios maistą bakterijos.
Eksfoliatinis toksinas sukelia naujagimių nudegintos odos sindromą, kuris baigiasi plačiai išplitusiu pūslėtumu ir epiderminio sluoksnio netekimu. Yra dvi antigeniškai skirtingos toksino formos – ETA ir ETB. Toksinams būdingas esterazinis ir proteazinis veiklumas, jie taikosi į baltymus, kurie susiję su epidermio vientisumo palaikymu.
Stafilokokinis nudegintos odos sindromas – užkrečiama odos liga. Liga prasideda nosies ir akių gleivinės pūliniu uždegimu. Odoje apie nosį, burną susidaro pūslių, kurios greitai supūliuoja. Joms trūkus, atsiranda šlapiuojančių erozijų, kurios sparčiai plinta, susilieja. Pažeidžiama raukšlių, o vėliau ir vviso kūno oda. Kartais liga pereina į aštresnę formą (anksčiau vadintą eksfoliaciniu dermatitu). Vaikas atrodo tarsi nuplikytas. Dažnai atsiranda kraujo komplikacijų; gali prasidėti kraujo užkrėtimas. Negydomas ligonis gali mirti.
Superantigenai: enterotoksinai ir toksinis šoko sindromo toksinas – 1 (TŠST-1)
S. aureus sekretuoja dviejų tipų toksinus, pasižyminčius superantigeniniu aktyvumu, ir enterotoksinus, kurių yra 6 antigeniniai tipai (vadinami SE-A, B, C, D, E ir G) bei toksinis šoko sindromo toksinas. Enterotoksinai sukelia diarėją ir šleikštulį arba vėmimą, be to, yra atsakingi už stafilokokinį maisto apnuodijimą. TŠST-1 yra toksinio šoko sindromo sukėlėjas. Kai enterotoksinų ekspresija sistemiška, toksinį šoko sindromą gali sukelti ir enterotoksinai. TŠST-1 yra labia giminingas enterotoksinams, bet jis nesukelia vėmimo. Toksinis šoko sindromas gali būti kaip bet kurios stafilokokinės infekcijos tęsinys, jei enterotoksinai ar TŠST-1 yra sistemiškai išskiriami ir jei šeimininkas stinga atitinkamų naikinančiųjų antikūnų.
Toksinis šoko sindromas dažniausiai pasitaiko jaunoms moterims, nesilaikančioms higienos taisyklių. Būdingi požymiai – karščiavimas, hipotonija, kraujotakos dekompensacija, šokas su daugelio organų pažeidimu
Superantigenai stimuliuoja T-ląsteles nespecifiškai: be įprasto antigeninio atpažinimo. Paprastai viena iš penkių T-ląstelių gali būti aktyvuota, tuo tarpu 1 iš 10000 stimuliuojama įprastos antigenų prezentacijos metu. Citokinai, išskiriami dideliais kiekiais, sukelia toksinio šoko sindromo simptomus. Superantigenai tiesiai jungiasi prie II klasės antigenus prezentuojančių ląstelių pagrindinių audinių suderinamumo kkompleksų įprastų antigenų jungimosi griovelių (įlinkimų) išorėje. Šis kompleksas atpažįsta tik specifinį T-ląstelės receptoriaus elementą. Taigi bet kuri T-ląstelė su atitinkamu elementu gali būti stimuliuojama, tuo tarpu įprastai antigeno specifiškumas reikalingas ir jungimosi metu.
Kova su Staphylococcus.
Dar nėra vakcinų, kurios stimuliuotų aktyvų imunitetą stafilokokinėms infekcijoms. 2002 metų pavasarį, eksperimentinė bivalentinė S. aureus vakcina buvo pripažinta esanti saugi ir imunogeniška maždaug 40 savaičių pacientams, išgyvenantiems paskutinę inkstų ligos stadiją, besigydantiems hemodialize. Vakcina, vadinama StaphVAX, yra gaminama iš S. aureus 5 ir 8 tipų kapsulinių polisacharidų, sujungtų su netoksišku rekombinantiniu Pseudomonas aeruginosa egzotoksinu A.
Bacillus anthracis išskiriamas toksinas
Bacillus anthracis – juodligės sukėlėjas. Bakterija taip pat produkuoja toksiną, ypatingą tuo, jog jis sudarytas iš 3 skirtingomis ypatybėmis pasižyminčių komponentų.
Juodligės toksinų produkcija tarpininkaujama temperatūrai jautrios plazminės. Kiekvienas iš toksino komponentų pasižymi skirtingomis antigeninėmis savybėmis. Kiekvienas toksino komponentas – termolabilus (nestabilus) baltymas (apie 80 kDa molekulinės masės).
Vienas iš toksino komponentų vadinamas edemos faktoriumi. Edemos faktorius yra žinomas kaip specifinė adenilciklazė, panaši į B. pertussis adenilciklazės toksiną (edema – skysčio susikaupimas audiniuose, daugiausia tarpląstelinėje medžiagoje).
Kitas komponentas – protekcinis (apsauginis) antigenas (jis indukuoja apsauginių antitoksinių antikūnų gamybą jūros kiaulytėms). Šis komponentas yra juodligės toksino jungimosi sritis ir turi dvi aktyvias zonas.
Trečiasis faktorius – letalinis faktorius, inicijuojantis letalinius juodligės toksino
efektus. Šeimininko mirtis ateina išeikvojus deguonį, padidėjus kraujagyslių pralaidumui, sutrikus širdies veiklai ir įvykus antriniam šokui. Mirtis dažniausiai būna netikėta.
Kiekvienas atskirai, toksino komponentai nepasižymi toksiniu aktyvumu, bet įvairios jų kombinacijos sukelia įvairius pažeidimus.
Komponentų kombinacija Poveikis
Protekcinis antigenas + letalinis faktorius Letalinis aktyvumas
Edemos faktorius + protekcinis antigenas Edema
Protekcinis antigenas + letalinis faktorius + edemos faktorius Edema, nekrozė, letalinis aktyvumas
Juodligė – ūminė gyvulių liga, kuria serga žmonės. Į žemės paviršių bakterijos sporos patenka kasinėjant ar nuo lietaus. Užkrato šaltinis – sergantys žolėdžiai gyvuliai (pvz. karvės, ožkos, avys, aarkliai). Užsikrečiama dažniausiai nuo tvarkomos sergančių gyvulių mėsos arba kailių, suvalgius nepakankamai išvirtos jų mėsos ar išgėrus pieno, rečiau – per orą su dulkėmis. Dažniausiai pasitaiko juodligės odos forma. Sukėlėjo patekimo vietoje atsiranda raudona niežinti dėmelė, kuri vėliau virsta skysčio pilna pūslele. Aplinkiniai audiniai patinsta. Pūslelei trūkus, susidaro opa, kuri greit apsitraukia tamsiai vyšninės spalvos šašu. Apnuodijamas organizmas.
V. Bakterinių toksinų reikšmė žemės ūkyje
Bacillus thuringiensis toksinai, produkuojami transgeninių javų, leidžia kovoti su jų kenkėjais – vabzdžiais. Į šiuos transgeninius augalus įterpiami 22 šio toksino genai. Nemažą genetiškai modifikuotų augalų pasėlių dalį (ypač kukurūzų) sudaro augalai, gaminantys šį toksiną. Patekęs į vabzdžio virškinamąjį traktą, toksinas slopina vabzdžių augimą, stabdo augimą, lytinę brandą ir dauginimąsi. Dabartiniai tyrimai rodo, kad B. thuringiensis toksinai, besikaupiantys kkukurūzų žiedadulkėse, kenksmingi drugio monarcho lervoms. Be to, nustatyta, kad šie toksinai kenksmingi daugeliui naudingųjų vabzdžių, dirvožemio bakterijų, bitėms ir paukščiams.
VI. Bakterinių toksinų reikšmė medicinoje
Kaip jau aptarta, dauguma toksinų yra naudojami antitoksinų, anatoksinų, vakcinų ar toksoidų gamybai, norint apsisaugoti nuo jų pačių sukeliamų infekcijų. Net kiekvienam botulino toksino serotipui sukurtas neutralizuojantis antitoksinas.
Antitoksinai – nuodus neutralizuojantys antikūnai. Paprastai sintetinasi organizme, kai į jį patenka nuodų (egzotoksinų). Antitoksinio serumo (imuninio serumo, kuriame yra antitoksinų) švirkščiama ligoniui, sergančiam difterija, stablige, botulizmu, taip pat žmogui, įtariamam užsikrėtus viena iš šių ligų, kad nesusirgtų. Šie serumai naudojami ir diagnostikai.
Anatoksinai – imunogeninės ir antigeninės medžiagos, gaunamos iš kai kurių biologinės kilmės nuodų (pvz. iš egzotoksinų, kuriuos išskiria gyvi mikrobai), panaikinus ar susilpninus jų kenksmingumą. Vartojami skiepyti nnuo stabligės, difterijos ir kitų ligų.
Išvados
Bakterinių toksinų, kaip ir pačių juos produkuojančių bakterijų, įvairovė yra didžiulė. Šis faktas dar kartą įrodo, kaip stipriai bakterijos prisitaikė parazituoti. Visus toksinus aptarti būtų be galo sunku, todėl referate aptartos geriau žinomų bakterijų rūšių išskiriamų toksinų ypatybės, veikimo mechanizmas, struktūra, sukeliamos infekcijos ar pažeidimai.
Kai kurių toksinų, pvz. Clostridium tetani bakterijų rūšies produkuojamo tetanolizino tyrimai neseniai pradėti. Taigi bakteriniai toksinai yra puikus ateities biocheminių ar biologinių tyrimų objektas.
Didelė bakterinių toksinų įvairovė leidžia juos ppritaikyti skirtingoms žmonių reikmėms praktikoje. Paradoksalu, tačiau kai kurie toksinai plačiai panaudojami tiek medicininių preparatų, tiek biologinių ginklų gamybai. Taigi apibendrintai toksinus galima laikyti ir žmogaus priešais, sukeliančiais daugybę rimtų pažeidimų, dažnai turinčių stiprų letalinį poveikį, ir žmogaus draugais, padedančiais praktinėje veikloje, ir, svarbiausia, gydančiais ir saugančiais nuo daugybės susirgimų.
Literatūros sąrašas, internetinės nuorodos
1. Medicinos enciklopedija, Valstybinė enciklopedijų leidykla, Vilnius, 1991.
2. K. P. Piatkinas, Mikrobiologija, Leidykla „Medicina“, Maskva, 1971.
3. Ląstelės biologija, E. Mildažienė, S. Jarmalaitė, R. Jaugelavičius, VDU leidykla, Kaunas, 2004.
4. Biologija, 2 dalis, Sylvia S. Mader, leidykla „Alma litera“, Vilnius, 2003.
Internetinės nuorodos:
1. http://www.textbookofbacteriology.net/
2. http://www.pnas.org/cgi/content/abstract/85/12/4538?ijkey=df346923038e9ce80d41ef0286691a1c01b81c85&keytype2=tf_ipsecsha
3. http://jamma.ama-assn.org/ (įveskite paieškos žodžius „botulio toksinas“)
4. http://en.wikipedia.org/wiki/
5. www.altcorp.com/affinitylaboratory/bacteriatox.htm
6. http://cost862.com
7. www.cdc.gov/ncidod/EID/vol5no2/schmitt.htm
8. www.bchi.lt/LBD/t-pap.htm
9. www.neuro.lt/Neuro_2004_Nr4_18-27.pdf
10. http://www.nature.com/index.html (įveskite paieškos žodžius, pvz. „bacterial toxins“)
Paaiškinimai
Lipopolisacharidai – molekulės, sudarytos iš angliavandenių bei lipidų. Tai pagrindinės gramneigiamų bakterijų struktūros, svarbios bakterijos ląstelės vientisumo palaikymui bei apsaugai nuo šeimininko imuninių reakcijų.
Gramneigiamos bakterijos – bakterijos, kurios turi ploną glikolipidų sluoksnelį, sugeria jodo dažus (dažosi gramo metodu) ir per mikroskopą atrodo rožinės. Gramteigiamos bakterijos turi storą glikolipidų sluoksnį plazminėje membranoje, nesidažo Gramo metodu ir per mikroskopą atrodo purpurinės.
Strichninas – ypač toksiškas, bespalvis kristalinės formos alkaloidas, naudojamas kaip pesticidas, nužudantis smulkius stuburinius. Letalinė jo dozė (LD50) – 1mg/kg. Strichninas sukelia raumenų konvulsijas, dusulį ar visišką išsekimą. Strichnino šaltinis – medžio Strychnos nux-vomica sėklos. Stricninas – viena karčiausių žinomų mmedžiagų. Jo skonis pajuntamas, kai strichnino koncentracija mažesnė nei 1 ppm. Strichnino molekulinė struktūra:
Letalinė dozė LD50 tam tikros medžiagos – matas, koks medžiagos kiekis yra letalus. Tai tokia medžiagos dozė, kuri nužudo 50 procentų tiriamosios gyvūnų (dažniausiai pelių) populiacijos.
Serotipas – giminingų mikroorganizmų grupė, atskiriama pagal būdingą antigenų rinkinį.
Anaerobinės bakterijos – bakterijos, kurių augimui deguonis nebereikalingas.
Daltonas – atominis masės vienetas; naudojamas atominėms ar molekulinėms masėms nustatyti .
Presinapsinė cholinerginė nervo terminalė – nervo galūnėlė; šio nervo galūnėlės sinapsės naudoja acetilcholiną kaip neuromediatorių.
Endopeptidazė – peptidazė, skaldanti baltymines jungtis molekulės viduje.
Acetilcholinas – periferinės ir centrinės nervų sistemos neuromediatorius, acto rūgšties ir cholino (priklausančio aminų klasei) esteris cheminė formulė CH3COOCH2CH2N+(CH3)3.
Synaptosomal associated protein – 25 (angl.) – su sinaptosomomis (izoliuotomis neurono sinapsėmis) susijęs baltymas; presinapsinės plazminės membranos baltymas, kuris specifiškai sintetinamas nervinėse ląstelėse.
Sintaksinas – integralinis kilpinis membranos baltymas, dalyvaujantis egzocitozėje.
Vessicular – associated membrane protein (angl.) – VAMP-1- specifinis, iš 120 aminorūgščių susidarantis nervų sistemos baltymas. Bandymai rodo, kad baltymas padengia citoplazmą, taip pat atlieka pakavimo, transportinę ir neuromediatorių išskyrimo funkciją.
Distonija – ryškus raumenų tonuso sumažėjimas.
Neuroraumeninė blokada – transmisijos neuroraumeninėje jungtyje sutrikimas, sukeliamas išorinių agentų, paprastai neuroraumeninę jungtį blokuojančių agentų. <
Kontraktūra – sąnario funkcinis nepilnavertiškumas
Hematoencefalinis barjeras – fiziologinis barjeras, sumažinantis daugumos antibiotikų koncentraciją ekstraceliuliniame smegenų skystyje.
Blefarospazmas – akių vokų mėšlungis
Oromandibulinė distonija – distonija, pasižyminti tvirtomis žandikaulių ir liežuvio kontrakcijomis, sukelianti sunkumų atveriant ar uždarant burną, dažnai paveikiantį kalbinę ir kramtymo funkcijas.
Meige sindromas – retas neurologinės veiklos sutrikimas, pasižymintis akių vokų raumenų spazmais ir su tuo susijusiu akių vokų raumenų tonuso praradimu.
Frey sindromas – retas neurologinės veiklos sutrikimas, išsivystantis sužeidus ar operavus vietas šalia seilių liaukų; pažeidžiamas eido nervas.
Hipersalivacija – padidėjęs prakaitavimas dėl per didelės prakaito gamybos.
Tremoras – nevalingi judesiai ar kūno dalių virpėjimas
Nistagmas – akių virpėjimas
Aflatoksinas – grybų (Aspergillus flavus ir Aspergillus parasiticus) išskiriamas toksinas, turintis kancerogeninį poveikį žmogui ir kai kuriems gyvūnams. Toksino struktūra:
Toksoidas – bakterinis toksinas, kurio toksiškumas susilpnintas, o tuo tarpu kita ypatybė – imunogeniškumas – išlaikoma. Toksoidai naudojami vakcinoms, todėl leidžia suformuoti organizmo imunitetą tam pačiam toksinui ar kitam antigenui. Pvz., stabligės toksoidas išskiriamas iš tetanospazmino.
Glicinas – nepolinė aminorūgštis
Lizogeninis profagas – bakteriofago DNR latentinėje būsenoje, įsiterpusi į bakterijos chromosomą.
In vivo – gyvame organizme.
Lizogeninis ciklas – bakteriofago gyvenimo ciklas, kurio metu viruso DNR susilieja
su bakterijos chromosoma; taip suformuojamas naujas genetinis potencialas, kuris perduodamas dukterinėms ląstelėms po ląstelės dalijimosi.
Lizės ciklas – bakteriofago gyvenimo ciklas, kuris iš esmės nuo lizogeninio ciklo skiriasi tuo, jog šio ciklo metu viruso genetinė medžiaga nėra integruojama į bakterijos genomą.
Elongacijos faktorius – 2 – baltymas, padedantis atgabenti tRNR link ribosomos akceptoriaus srities transliacijos metu. Elongacijos faktorius taip pat dalyvauja translokacijos procese. Energija tam gaunama GTP hidrolizės metu.
Diftamidas – potransliacinė modifikuota histidino liekana.
Tiolis – organinis cheminis jjunginys, turintis funkcinę disulfido grupę.
Hemolizinis ureminis sindromas – liga, pasižyminti mikroangiopatine hemolizine anemija, stipriu inkstų pažeidimu ir sumažėjusiu trombocitų skaičiumi.
Kalmodulinas – kalcį prijungiantis reguliacinis baltymas, aptinkamas visuose eukariotuose.
Peptidoglikanai – dar vadinami mureinu, – polimerai, sudaryti iš cukrų ir aminorūgščių, kurie suformuoja homogeninį sluoksnį eubakterijų plazminės membranos išorėje
Interleukinas – 1 – citokinas, sekretuojamas makrofagų, monocitų ir dendritinių ląstelių. Interleukinas – 1 svarbus formuojantis uždegiminiams procesams prieš infekcijas.
ADP riboziltransferazė – enzimas, katalizuojantis tam tikros funkcinės ggrupės (šiuo ateju – ADP ribozilinės dalies) iš vienos molekulės (vadinamos donoru) į kitą (vadinamą akceptoriumi).
cAMP – molekulė, svarbi daugelyje biologinių procesų; susidaro iš ATP. Tai antrinis siųstuvas, naudojamas viduląstelinei signalinei transdukcijai, tokių hormonų kaip gliukagonas ar adrenalinas, kurie nnegali pereiti per ląstelės membraną, efektų pernešimui.
Chemotaksija – taksio tipas, kai bakterijos, kiti vienaląsčiai ar daugialąsčiai organizmai nukreipia savo judėjimo kryptį link tam tikrų cheminių medžiagų, esančių jų aplinkoje.
Eksfoliacija – kosmetologinė technologija, skirta pašalinti žuvusias odos ląsteles nuo kūno ar veido.
Pagrindinis audinių suderinamumo kompleksas – didelė genų šeima, randama daugelyje stuburinių. Jis labai svarbus imuninei sistemai, autoimuninėms reakcijoms.
