Бактериальный токсин, который вызывает рак

Среди множества микробов, населяющих наш кишечник, нередко встречаются патогенные. Например, в каждом пятом человеке, не имеющем проблем с пищеварением, живут штаммы кишечной палочки Escherichia coli, несущие в себе группу генов pks (или pks-островок). Эти гены кодируют ферменты, ответственные за синтез колибактина — токсина, который E.

coli выделяет в просвет кишечника. О самом колибактине мы не знаем практически ничего: ни как он устроен, ни как попадает в клетки, ни как работает, — кроме того, что он как-то повреждает клеточную ДНК. Но среди людей с воспалением или раком кишечника pks-несущие штаммы кишечной палочки встречаются чаще, чем среди здоровых.

А это повод повнимательнее присмотреться к действию этого вещества.

Изучать колибактин напрямую крайне сложно, поскольку эта молекула маленькая и нестабильная. Поэтому ученые из Англии и США зашли с другого конца и изучили повреждения, которые она вызывает в ДНК. Отчет о своей работе они опубликовали в новом номере Science.

Исследователи действовали колибактином на клетки мыши и человека, затем выделяли из них ДНК, разрезали на мелкие части и разделяли их с помощью хроматографии.

Затем использовали масс-спектрометрию, чтобы оценить, как изменился состав ДНК, и вычислить таким образом, какие повреждения она получила.

Оказалось, что колибактин связывается с азотистыми основаниями в составе ДНК через углеводородный хвост. Эту реакцию называют алкилированием.

В ходе нее двойная спираль теряет свою форму, могут возникать сшивки между цепями (если колибактин связался с двумя разными основаниями) и двойные разрывы.

Можно предположить, что клетки, подвергшиеся такой атаке, с большей вероятностью станут опухолевыми.

Мы знаем еще несколько токсинов, которые тоже алкилируют ДНК.

Например, иллудин — его выделяет «гриб-фонарщик» (Omphalotus illudens, или Jack-o’Lantern mushroom) — или дуокармицины из бактерий-стрептомицет.

Все они содержат циклопропановое кольцо (цикл из трех атомов углерода), которое может размыкаться и атаковать цель. Судя по всему, «жало» колибактина тоже представляет собой такое кольцо.

Бактериальный токсин, который вызывает рак

Omphalotus illudens. Karen (oldmanofthewoods) / Mushroom Observer / CC BY-SA 3.0

Следующим шагом в рассекречивании колибактина должно стать более подробное описание его структуры. Кроме того, авторы статьи предлагают использовать алкилированные производные ДНК в качестве биомаркера, чтобы на ранних этапах выявлять присутствие pks-несущих штаммов кишечной палочки и повышенный риск развития рака кишечника.

 Полина Лосева

Бактериальные токсины

Без рубрикиЛікарські засобипрофілактика і лікуванняСтатті

Человек приручил огонь, нашел применение опасным и непредсказуемым взрывоопасным веществам, атомной энергии, радиоактивному излучению и даже смертельно опасным ядам.

Использование ядовитых веществ, как природных, так и синтетических в качестве лекарственных средств — в медицине не новость.

Нельзя не восхищаться дерзостью человеческого ума, сделавшего послушным инструментом в руках врачей вещества-убийцы — бактериальные токсины, «на совести» которых миллионы человеческих жизней

Тихие убийцы

Среди патогенных микроорганизмов есть немало видов, которые синтезируют токсины — высокоактивные вещества, угнетающие физиологические функции. Их воздействие приводит к заболеванию или гибели людей и животных.

Бактериальные токсины являются важнейшими факторами патогенности возбудителей таких тяжелых инфекционных болезней, как холера, дифтерия, ботулизм, столбняк, газовая гангрена, сибирская язва и др.

Многие возбудители вырабатывают несколько токсинов, и по их специфическому воздействию на человеческий организм определяют симптомы конкретной болезни.

Бактериальные токсины подразделяют на два больших класса: экзо- и эндотоксины. Если первые секретируются живым микроорганизмом, то вторые являются структурными компонентами бактериальной клетки, часто высвобождаемыми после ее гибели. Экзотоксины — самые опасные яды из всех обнаруженных в природе или созданных человеком.

Их действие можно сравнить с полетом стрелы, поражающей мишень. Действие же эндотоксинов обычно отличается неспецифичностью и сравнимо с эффектом брошенного в воду камня, когда волны расходятся во все стороны. Эндотоксины, вызывая продукцию собственных медиаторов организма, приводят к множеству функциональных нарушений.

В «рейтинге» белков, наиболее токсичных для млекопитающих, первые три позиции занимают соответственно экзотоксины ботулизма, столбняка и дифтерии.

Об их опасности красноречиво свидетельствует хотя бы тот факт, что, например, минимальная летальная доза экзотоксина, выделяемого Corynebacterium diphtheriae, для человека с массой тела 70 кг составляет 0,007 мг, а 2 кг ботулотоксина (экзотоксина Clostridium botulinum) достаточно для уничтожения населения всего земного шара.

Токсин в действии

На первый взгляд, бактериальные экзотоксины — разнообразная группа белков как по структурной организации, так и по механизму действия. Однако их объединяет ряд общих принципов функционирования.

Как правило, экзотоксины состоят из двух фрагментов: активного и связывающего. Последний отвечает за распознавание клетки-мишени и связывание токсина с ее поверхностью.

Активный же фрагмент обладает ферментативной активностью и модифицирует компоненты клетки, что приводит к ее гибели или изменению физиологического состояния.

Наиболее распространенный вариант воздействия бактериального экзотоксина на клетку-мишень характерен для дифтерийного, коклюшного и холерного токсина, а также отечного фактора возбудителя сибирской язвы: они вызывают необратимую модификацию клеточных белков.

Другой вариант воздействия экзотоксинов — повреждение (лизис) мембраны клетки-мишени. Такой механизм описан для альфа-токсина возбудителя газовой гангрены Clostridium perfringens, гемолизинов золотистого стафилококка и гноеродного стрептококка — Staphylococcus aureus и Streptococcus pyogenes.

Третий вариант — экзотоксины, ингибируя высвобождение нейромедиаторов, оказывают нейротоксическое действие. Так, ботулотоксин блокирует синаптическую передачу на уровне мотонейронов, вызывая расслабление мышечных структур.

А токсин возбудителя столбняка Clostridium tetani блокирует передачу тормозных импульсов на двигательные нейроны в спинном мозге, приводя к мучительным судорогам и спастическому параличу.

Токсины против токсинов

Важнейшая область применения бактериальных экзотоксинов — получение анатоксинов для вакцинации человека и животных, а также антитоксических сывороток.

Опасность ряда тяжелых заболеваний, возбудители которых продуцируют экзотоксины, состоит в том, что при их лечении антибактериальные средства зачастую оказываются неэффективными.

Уничтожая патогенные микроорганизмы, антибиотики бессильны перед экзотоксинами, которые уже успели выделиться в ткани и продолжают свою разрушительную деятельность. Важную роль в таких случаях играет серотерапия — введение на ранних стадиях заболевания специфических сывороток, нейтрализующих токсины.

Например, противостолбнячную сыворотку следует вводить при травмах, особенно когда существует риск заражения ран, ссадин или ожоговых поверхностей возбудителем столбняка.

А при подозрении на ботулизм срочное введение противоботулинической сыворотки является, по сути, единственным эффективным методом терапии этого опасного заболевания. Специфические сыворотки используют также в лечении дифтерии и газовой гангрены.

В 1888 г. был открыт дифтерийный токсин, синтезируемый возбудителями дифтерии бактериями Сorynebacterium diphtheriae — инфекционного заболевания верхних дыхательных путей, при котором наблюдается токсическое поражение органов и тканей, особенно почек, нервной системы и миокарда

Конечно, далеко не всегда оказывается возможным вовремя ввести сыворотку. А промедление буквально на несколько часов может стать роковым.

В связи с этим большое значение приобретает профилактика тяжело протекающих заболеваний с высокой летальностью путем активной иммунизации.

В качестве вакцин наравне с ослабленными или убитыми культурами микроорганизмов широко применяют обезвреженные токсины бактерий — анатоксины или токсоиды.

Технологию их получения, разработанную 20-х годах прошлого века французским иммунологом Гастоном Рамоном, используют и по сей день. Анатоксины получают путем обработки токсина формалином при 37–40 °C. Становясь безопасными, анатоксины сохраняют антигенные и иммуногенные свойства, то есть способствуют появлению в крови специфических антител, нейтрализующих действие соответствующего токсина.

Анатоксины также необходимы для приготовления лечебных антитоксических сывороток. Ими иммунизируют лошадей, а затем, используя специальную технологию, изготавливают препараты специфических иммуноглобулинов (антитоксинов), лишенные балластных веществ.

Вакцины, содержащие анатоксины, вводят для профилактики дифтерии, столбняка, ботулизма, газовой гангрены и стафилококковых инфекций, а антитоксические сыворотки — для лечения этих заболеваний. На различных стадиях разработки и клинических испытаний находятся вакцины нового поколения, созданные с использованием генно-инженерных технологий.

«Колбасный» яд — миорелаксант

В 1946 г. был получен чистый кристаллический ботулинический токсин типа А, а позднее изучен механизм его действия, заключающийся в блокировании выброса ацетилхолина из пресинаптической мембраны в нервно-мышечном синапсе.

Читайте также:  Грыжа на животе, грыжа передней брюшной стенки: виды, симптомы, лечение, как определить грыжу?

Фармакологическим эффектом процесса является стойкая хемоденервация, проявляющаяся расслаблением мышц, что с успехом используют при лечении мышечной гиперактивности. Введение в определенные точки очищенного токсина в микродозах (до 6 Ед/кг) вызывает паралич мышцы-мишени, устраняет мышечный спазм и боль при отсутствии местных или системных побочных эффектов.

Инъекции необходимо периодически повторять, так как через 4–6 месяцев после введения токсина формируются новые нервно-мышечные синапсы, и прежняя мышечная активность восстанавливается.

Клиническое применение ботулинического токсина в медицине началось в 80-х годах ХХ века после того, как американский офтальмолог A. Скотт использовал токсин для лечения нарушений функции глазодвигательных мышц — блефароспазма и страбизма (косоглазия). А в 1989 г.

было получено разрешение на коммерческое использование препарата ботулотоксина в США. Эффективность ботулотоксина доказана также при ряде других расстройств, включая дистонию мышц шеи и гортани, писчий спазм, гемифасциальный спазм, тремор и тик.

Токсин применяют не только у взрослых, но и у детей старше двух лет, в том числе при детском церебральном параличе и спастичности.

Ботулинический токсин производят несколько фармацевтических фирм, его использование в медицинской практике одобрено более чем в 50 странах, а исследования, направленные на расширение сферы его применения, не прекращаются.

«Колбасное» отравление

Первые случаи отравления ботулиническим токсином, относятся к 1700-м годам, описаны в Германии и вызваны употреблением в пищу недоброкачественной колбасы. Этот продукт (лат. botulus — колбаса) и дал название заболеванию. Споры Clostridium botulinum на протяжении многих лет сохраняются в почве, откуда могут попадать на пищевые продукты.

В анаэробных условиях (в консервированных или плотных продуктах) бактерии начинают вырабатывать токсин. Болезнь развивается в течение суток. Наряду с симптомами пищевого отравления наблюдаются специфические проявления — нарушение остроты зрения, двоение в глазах, косоглазие; затем присоединяются нарушение речи, глотания, изменение голоса и т.д.

Без лечения наступает смерть от паралича дыхательных мышц

Яд на службе у косметологов

Врачи, проводившие лечение инъекциями ботулотоксина, заметили, что у некоторых пациентов стали разглаживаться морщины на лбу. И хотя омолаживающий эффект в показаниях к применению препаратов ботулотоксина не значился, в 90-е годы их все чаще использовали в косметологии.

С юридической точки зрения в этом не было ничего противозаконного, так как устранение морщин всегда можно назвать лечением мышечного спазма. Правда, реклама в СМИ подобных процедур была запрещена, а проводить их разрешалось высококлассным специалистам. В 2002 г.

в США было официально разрешено применять препарат ботулинического токсина в косметологии как эффективное и безопасное средство коррекции морщин на лбу и вокруг глаз.

Морщины бывают статические и динамические (мимические). Первые обусловлены возрастными изменениями, происходящими в коже, либо неблагоприятным воздействием факторов окружающей среды, истощением и др. Такие морщины ботулиническому токсину не под силу. Зато с динамическими он справляется великолепно.

Ведь они образуются в результате активности мимических мышц, которые постоянно сморщивают и растягивают кожу вокруг глаз, рта, на переносице, на лбу. При точечном введении невысокой дозы токсина в соответствующие мимические мышцы они на длительное время теряют способность к сокращению, и морщины разглаживаются. Главное — помнить, что имеешь дело с опаснейшим ядом.

Поэтому инъекции ботулинического токсина должен проводить высококвалифицированный врач, прошедший специальную подготовку.

В медицине используют еще один бактериальный токсин — стрептокиназу, фермент выделяемый некоторыми патогенными штаммами стрептококков. Стрептокиназа —мощный активатор плазминогена — применяется при инфаркте миокарда для восстановления проходимости тромбированных артерий

Послать яд врагу

Перспективным направлением использования бактериальных токсинов в клинической практике является создание так называемых противоопухолевых иммунотоксинов. Горизонты, которые открывает перед врачами такой метод, необозримы.

Обычно иммунотоксины состоят из ферментативно-активной части молекулы какого-либо токсина и антитела, специфичного к рецепторам клеток-мишеней.

По сути, антитела играют роль «почтальонов», доставляющих токсичное вещество точно по назначению — в клетки, которые нужно уничтожить, не нанося вред здоровым. Проникая в клетки-мишени, токсин нарушает жизненно важные процессы и таким образом убивает их.

В арсенале врачей-онкологов появляется эффективное противоопухолевое средство, которое в отличие от большинства других методов лечения злокачественных новообразований практически не оказывает системного действия на организм.

Цитотоксический компонент иммунотоксинов универсален, так как уничтожает любую клетку, в которую попадает. Обычно используют дифтерийный токсин, экзотоксин А бактерий рода Pseudomonas, а также токсин растительного происхождения рицин.

С антителами ситуация более сложная, так как для каждого типа опухоли необходимо определить специфические рецепторы и, соответственно, получить антитела, которые определят специфичность действия иммунотоксина.

В настоящее время проводятся клинические испытания иммунотоксинов для лечения больных с В-клеточными лимфомами, лейкемией и, что особенно важно, меланомой.

Татьяна Ткаченко

“Фармацевт Практик”, №6, 2005

Микробный токсин — Microbial toxin

Микробные токсины находятся токсины производятся микроорганизмами, включая бактерии и грибы. Микробные токсины способствуют развитию инфекций и заболеваний, напрямую повреждая ткани хозяина и отключая иммунную систему.

Некоторые бактериальные токсины, такие как Ботулинический нейротоксины — самые сильные из известных природных токсинов. Однако микробные токсины также находят важное применение в медицинской науке и исследованиях.

В настоящее время разрабатываются новые методы обнаружения бактериальных токсинов, чтобы лучше изолировать и понять эти токсины.

Потенциальные применения исследований токсинов включают борьбу с вирулентностью микробов, разработку новых противоопухолевых препаратов и других лекарств, а также использование токсинов в качестве инструментов нейробиология и клеточная биология.[1]

Бактериальный токсин

Бактерии выделяют токсины, которые можно классифицировать как экзотоксины или же эндотоксины. Экзотоксины генерируются и активно секретируются; эндотоксины остаются частью бактерий.

Обычно эндотоксин входит в состав бактериальная внешняя мембрана, и он не высвобождается, пока бактерия не будет убита иммунная система. Реакция организма на эндотоксин может быть тяжелой. воспаление.

Обычно считается, что воспалительный процесс приносит пользу инфицированному хозяину, но если реакция достаточно серьезная, это может привести к сепсис.

Некоторые бактериальные токсины можно использовать при лечении опухоли.[2]

Токсиноз патогенез вызван только бактериальным токсином, не обязательно связанным с бактериальная инфекция (например, когда бактерии умерли, но уже вырабатывают токсин, который попадает в организм). Это может быть вызвано Золотистый стафилококк токсины, например.[3]

Методы обнаружения в пресноводных средах

Цианобактерии — важные автотрофные бактерии в водной пищевой сети. Взрывы цианобактерии известный как цветение водорослей может производить токсины, вредные как для экосистемы, так и для здоровья человека. Определение степени цветения водорослей начинается с отбора проб воды на разных глубинах и в разных местах цветения.[4]

Отслеживание токсинов твердофазной адсорбцией (SPATT)

SPATT — полезный инструмент для отслеживания цветения водорослей, поскольку он надежен, чувствителен и недорого.

Одним из недостатков является то, что он не дает очень хороших результатов для водорастворимых токсинов по сравнению с гидрофобными соединениями.

Этот инструмент в основном используется для определения межклеточных концентраций токсинов, но цианобактерии также можно лизировать для определения общего количества токсина в образце.[4]

Полимеразная цепная реакция (ПЦР)

ПЦР это молекулярный инструмент, позволяющий анализировать генетическую информацию. ПЦР используется для увеличения количества определенной ДНК в образце, которые обычно являются конкретными генами в образце.

Генетические мишени для цианобактерий в ПЦР включают ген рибосомной РНК 16S, оперон фикоцианина, внутреннюю транскрибируемую спейсерную область и ген субъединицы β РНК-полимеразы.

ПЦР эффективна, когда известен ген известного фермента, продуцирующего микробный токсин, или сам микробный токсин.[4]

Подавление ферментов

Существует множество различных способов мониторинга уровней ферментов с помощью ингибирования ферментов. Общий принцип во многих из них заключается в использовании знания о том, что многие ферменты управляются соединениями, высвобождающими фосфат, такими как аденозинтрифосфат. Использование радиоактивной метки 32Фосфат может быть использован флуорометрический анализ.

Читайте также:  Загар — прямая причина развития рака кожи

Или можно использовать уникальные полимеры, чтобы иммобилизовать ферменты и действовать в электрохимическом биосенсоре. В целом, преимущества включают быстрое время отклика и небольшую пробоподготовку.

Некоторые из недостатков включают отсутствие специфичности с точки зрения возможности получать показания очень малых количеств токсина и жесткость анализов в применении определенных процедур к различным токсинам.[4]

Иммунохимические методы

Этот метод обнаружения использует антитела млекопитающих для связывания с микробными токсинами, которые затем могут обрабатываться множеством различных способов. Из коммерческих способов использования иммунохимического обнаружения были бы следующие: иммуноферментные анализы (ELISA).

Преимущество этого анализа в том, что он позволяет выявить широкий спектр токсинов, но может иметь проблемы со специфичностью в зависимости от используемого антитела.[4] Более экзотическая установка предполагает использование CdS. квантовые точки которые используются в электрохемилюминесцентном иммуносенсоре.

[5] Важным аспектом иммунохимических методов, тестируемых в лабораториях, является использование нанопровода и другие наноматериалы для обнаружения микробных токсинов.[4]

Клостридиальные токсины

Их более 200 Clostridium виды в мире, которые живут в приземленных местах, таких как почва, вода, пыль и даже наши пищеварительные тракты.

Некоторые из этих видов производят вредные токсины, такие как токсин ботулина и токсин столбняка.

Большинство видов Clostridium, которые действительно имеют токсины, обычно имеют бинарные токсины, причем первая единица участвует в попадании токсина в клетку, а вторая единица вызывает клеточный стресс или деформацию.[6]

Ботулинический нейротоксин

Ботулинический нейротоксины (BoNT) являются возбудителями смертельного пищевого отравления ботулизмом и могут представлять серьезную угрозу биологической войны из-за своей чрезвычайной токсичности и простоты производства. Они также служат мощным инструментом для лечения постоянно расширяющегося списка заболеваний.[7]

Столбнячный токсин

Clostridium tetani производит столбнячный токсин (белок TeNT), что приводит к фатальному состоянию, известному как столбняк у многих позвоночных (включая человека) и беспозвоночных.

Тетродотоксины

Эти токсины производятся вибрион виды бактерий и любят накапливаться в морских обитателях, таких как иглобрюх. Эти токсины образуются, когда бактерии вибриона подвергаются стрессу из-за изменений температуры и солености окружающей среды, что приводит к выработке токсинов.

Основная опасность для человека возникает при употреблении загрязненных морепродуктов.

Тетродотоксин отравление становится обычным явлением в более северных и, как правило, более холодных морских водах, поскольку более высокие осадки и более теплые воды из-за изменения климата запускают бактерии-вибрионы для производства токсинов. [8]

Стафилококковые токсины

Белки иммунного уклонения от Золотистый стафилококк имеют значительную консервацию белковых структур и ряд действий, направленных на два ключевых элемента иммунитета хозяина, комплемент и нейтрофилы. Эти секретируемые факторы вирулентности помогают бактериям выжить в механизмах иммунного ответа.[9]

Вирусный токсин

До сих пор был описан только один вирусный токсин: NSP4 из ротавирус. Подавляет микротрубочка-опосредованный секреторный путь и изменяет цитоскелет организация в поляризованном эпителиальные клетки.

Он был идентифицирован как вирусный энтеротоксин на основании наблюдения, что белок вызывал диарею при внутрибрюшинном или интра-подвздошном введении новорожденным мышам в зависимости от возраста.

[10] NSP4 может индуцировать водную секрецию в желудочно-кишечном тракте новорожденных мышей за счет активации возрастной и Ca 2+ -зависимой проницаемости анионов плазматической мембраны.[11]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Микробные токсины: текущие исследования и будущие тенденции. Профт, Томас. Норфолк: Caister Academic Press. 2009 г. ISBN 978-1-904455-44-8. OCLC 280543853.CS1 maint: другие (связь)
  2. ^ «Словарь терминов по раку NCI». Национальный институт рака. 2011-02-02. Получено 2020-05-05.
  3. ^ Харви Р.А., Чампе П.С.

    , Фишер Б.Д. (2007). Микробиология (2-е изд.). Филадельфия: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 978-0-7817-8215-9. OCLC 67817144.

  4. ^ а б c d е ж Пикардо М., Филатова Д., Нуньес О., Фарре М. (2019-03-01).

    «Последние достижения в обнаружении природных токсинов в пресноводной среде». Тенденции TrAC в аналитической химии. 112: 75–86. Дои:10.1016 / j.trac.2018.12.017.

  5. ^ Чжан Дж., Кан Т., Хао Й, Лу Л., Ченг С. (31.07.2015). «Электрохемилюминесцентный иммуносенсор на основе квантовых точек CdS для сверхчувствительного обнаружения микроцистина-LR».

    Датчики и исполнительные механизмы B: химические. 214: 117–123. Дои:10.1016 / j.snb.2015.03.019. ISSN 0925-4005.

  6. ^ Кнапп О., Бенц Р., Попофф М. Р. (март 2016 г.). «Пористая активность бинарных токсинов клостридий». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Биомембраны.

    Токсины, образующие поры: клеточные эффекты и биотехнологические приложения. 1858 (3): 512–25. Дои:10.1016 / j.bbamem.2015.08.006. PMID 26278641.

  7. ^ Микробные токсины: текущие исследования и будущие тенденции. Профт, Томас. Норфолк: Caister Academic Press. 2009 г. ISBN 978-1-904455-44-8. OCLC 280543853.

    CS1 maint: другие (связь)

  8. ^ Clark GC, Casewell NR, Elliott CT, Harvey AL, Jamieson AG, Strong PN, Turner AD (апрель 2019 г.). «Друзья или враги? Возникающие последствия биологических токсинов». Тенденции в биохимических науках. 44 (4): 365–379. Дои:10.1016 / j.tibs.2018.12.004. PMID 30651181.

  9. ^ Микробные токсины: текущие исследования и будущие тенденции. Профт, Томас. Норфолк: Caister Academic Press. 2009 г. ISBN 978-1-904455-44-8. OCLC 280543853.CS1 maint: другие (связь)
  10. ^ Джаганнатх М.Р., Кешавулу М.М., Дипа Р., Шастри П.Н., Кумар С.С., Сугуна К., Рао С.Д. (январь 2006 г.).

    «N- и C-концевое взаимодействие в энтеротоксине ротавируса: новый механизм модуляции свойств многофункционального белка с помощью структурно и функционально перекрывающегося конформационного домена». Журнал вирусологии. 80 (1): 412–25. Дои:10.1128 / JVI.80.1.412-425.2006. ЧВК 1317517. PMID 16352566.

  11. ^ Борган М.А., Мори Й., Эль-Махмуди А.Б.

    , Ито Н., Сугияма М., Такеваки Т., Минамото Н. (июль 2007 г.). «Индукция синтазы оксида азота ротавирусным энтеротоксином NSP4: значение для патогенности ротавируса». Журнал общей вирусологии. 88 (Pt 7): 2064–72. Дои:10.1099 / vir.0.82618-0. PMID 17554041.

внешняя ссылка

  • СМИ, связанные с Микробные токсины в Wikimedia Commons

Токсин кишечной палочки может способствовать раку мочевого пузыря

От цистита, пиелонефрита, бактериурии и других патологий мочеполовых путей ежегодно страдают около 150 миллионов человек. Примерно в 80% случаев причиной таких инфекций является так называемая уропатогенная E.

coli, несущая островки патогенности pks — кластеры из 19 генов, которые обеспечивают синтез бактериального токсина колибактина.Сперва синтезируется неактивный предшественник колибактина, после чего ферменты, кодируемые генами того же кластера, отщепляют от него аминолипид C14-аспарагин (C14-Asn).

При этом высвобождается активная форма колибактина, способная алкилировать остатки аденина и сшивать цепи ДНК. Неполная репарация повреждений приводит к мутациям.

Доказано, что штаммы E. coliспособны участвовать в развитии колоректального рака благодаря генотоксичности колибактина. Вероятно, эти же штаммы способны вызывать рак мочевых путей, предположили исследователи из Тулузского университета.

Чтобы проверить свою гипотезу, ученые проанализировали образцы мочи пациентов с заболеваниями мочеполовых путей на наличие аминолипида C14-Asn методом жидкостной хроматографии и тандемной масс-спектрометрии.

В четверти отобранных образцов (55 из 223) был обнаружен C14-Asn. Штаммы E.

coliфилогенетической группы B2, найденные в мочевыводящих путях пациентов, содержали кластеры pks и выделяли колибактин.

Чтобы наблюдать экспрессию островка патогенности во время инфекции мочевого пузыря на мышиной модели, исследователи трансформировали уропатогенный штамм E.coli плазмидой, которая экспрессировала один из ферментов pks, меченный зеленым флуоресцентным белком.

Через шесть часов после инфекции экспрессия наблюдалась в бактериях, проникших в ткани мочевого пузыря. В моче мышей обнаруживался C14-Asn. Было показано, что колибактин повреждает ДНК клеток уротелия, как зонтичных, так и клеток-предшественниц, ответственных за регенерацию эпителия.

С другой стороны, кишечная палочка дикого типа, способная колонизировать мочевой пузырь, но не производить колибактин, не проявляла генотоксичности.

Результаты этой работы впервые связали генотоксичность колибактина и мутации в клетках мочевого пузыря.

Авторы отмечают, что необходимо более тщательное наблюдение за пациентами, регулярно страдающими от уропатогенных инфекций, с систематическим поиском маркеров колибактина в их моче.

Возможно, терапевтические подходы, направленные на изменение состава их кишечной микробиоты, которая представляет собой основной резервуар уропатогенных E. coli, помогут снизить заболеваемость раком мочевого пузыря.

Повреждающее действие на клетку бактериальных токсинов

Для цитирования: Повреждающее действие на клетку бактериальных токсинов. РМЖ. 1999;6:7.

Многие тяжелейшие клинические проявления бактериальных инфекций обусловлены синтезом высокоактивных химических веществ, называемых бактериальными токсинами. В частности, 2 кг токсина Clostridium botulinum достаточно для уничтожения населения всего земного шара.

   Бактериальные токсины подразделяются на два больших класса: эндотоксины и экзотоксины (табл. 1). Действие экзотоксинов можно сравнить с полетом стрелы, всегда поражающей мишень в одну точку. Действие эндотоксина напоминает эффект отброска камня в воду; волны расходятся во все стороны. Эндотоксин вызывает множество функциональных нарушений вследствие продукции большого количества медиаторов.

Экзотоксины

   Механизмы действия экзотоксинов. Попадая в клетку путем эндоцитоза, экзотоксины далее ведут себя как:

  • фермент: наиболее распространенный вариант — необратимая трансформация аденозин 5'-дифосфата путем присоединения рибозных групп с образованием какого-либо неполноценного внутриклеточного протеина (токсины холеры, дифтерии);
  • литический фермент: растворяет цитоплазматическую мембрану (в результате действия a-токсина Clostridium perfringens развивается газовая гангрена);
  • ингибитор нейротрансмиттеров (токсин Clostridium botulinum блокирует синаптическую передачу на уровне мотонейронов).

Некоторые примеры действия экзотоксинов

   Токсины, трансформирующие внутриклеточные белки присоединением рибозных групп     Токсин холерного вибриона. Унеся тысячи жизней, холера продолжает оставаться опасным заболеванием и в наше время. Холера начинается внезапно, основной симптом — профузный понос, до 11 — 30 л водянистого стула в сутки.

Из-за неконтролируемой потери жидкости развивается острая дегидратация и водно-электролитные нарушения. Этот эффект вызван воздействием мощного экзотоксина, в то время как сам вибрион не в состоянии даже проникнуть в ткани и остается на слизистой ЖКТ.

Холерный экзотоксин состоит из 2 порций- солитарной А и пентамерной В.

  • В-порция необратимо связывается с ганглиозидным рецептором GM1 эпителия тонкой кишки и активизирует его, нарушая работу сигнальной системы клетки. Этот рецептор работает в функциональной паре с аденилатциклазой через стимулирующий протеин G5;
  • Аденилатциклазная система состоит из трех функциональных частей (см. рисунок):    1) рецептора GM1; 2) прикрепленного к цитоплазматической мембране протеина G5, который может и связывать гуанозин 5'-трифосфат (ГТФ), и функционировать в качестве ГТФ-азы, являясь, таким образом, молекулярной системой включения/выключения сигнальной трансдукции; 3) аденилат-циклазы, которая конвертирует АТФ в аденозин 3',5'цикломонофосфат.    А-порция холерного токсина блокирует ГТФ-азную функцию G-протеина (присоединением рибозных групп) на уровне эпителия тонкого кишечника, что нарушает синтез цАМФ. В результате повреждаются клетки складчатого и ворсинчатого эпителия.
  • В ворсинчатом эпителии цАМФ блокирует поступление воды, ионов натрия и хлора.
  • В складчатом эпителии цАМФ обеспечивает выведение воды, а также ионов натрия, хлора и бикарбоната.

   Оба механизма обусловливают потерю воды и электролитов при холере. Аналогичным образом действует теплочувствительный токсин кишечной палочки, а также протеин ротавируса, который является причиной миллионов случаев заболевания диареей и 800 — 900 тыс летальных исходов (в основном среди маленьких детей) ежегодно.

   Патологический круг можно разорвать только пероральным и парентеральным возмещением жидкости и электролитов.

Пероральная регидратация вполне эффективна, поскольку холерный токсин не блокирует прохождение глюкозы из просвета в стенку кишки, поэтому вода и электролиты могут быть доставлены в клетки кишечного эпителия с помощью глюкозного транспортного механизма.

   Дифтерийный токсин. Летален для фагоцитов и клеток-мишеней (одной молекулы достаточно, чтобы уничтожить клетку) ; именно благодаря ему дифтерийная палочка является единственным опасным для жизни представителем всего семейства коринобактерий.

Распространяясь с кровотоком по всему организму, дифтерийный токсин поражает многие органы и ткани (сердце, почки, нервную систему), сама же палочка при этом остается в эпителии глотки.

Если установлен диагноз дифтерии, показано безотлагательное лечение дифтерийным анатоксином; очень важна профилактика — активная иммунизация дифтерийным токсоидом, который сохраняет иммуногенность при отсутствии токсичности.

Таблица 1. Характерные особенности экзо- и эндотоксинов

Особенности Экзотоксин Эндотоксин
Секреция живым микроорганизмом Да Нет
Является структурным компонентом микрорганизма, часто высвобождаемым после его гибели Нет Да
Химическая структура Белок Липополисахарид
Иммуногенность Да Слабая, если имеется
Может быть превращен в токсоид (т.е. лишен токсических свойств при сохранении иммуногенных) Да Нет
Устойчивость к высокой температуре Плохая Хорошая
Биохимическая мишень Какой-либо внутриклеточный процесс, компонент мембраны или нейротрансмиттер Несколько типов клеток и воспалительная каскадная белковая система плазмы

   Дифтерию вызывают только токсигенные штаммы коринобактерий, остальные штаммы приводят лишь к незначительной боли в горле. Токсигенными коринобактерии делает бактериофаг, который вводит свой ген, отвечающий за производство токсина, в геном коринобактерии.

По этому же механизму встроенный в геном бактериофаг обусловливает производство экзотоксинов и палочками Clostridium botulinum типов С и D , и Cl. Novyi, и b-гемолитическим стрептококком.    Дифтерийный токсин состоит из двух порций: одна связывается с рецепторами клеточной мембраны, другая проникает в клетку и необратимо инактивирует протеин, известный как фактор элонгации 2 (EF-2).

EF-2 играет ключевую роль в процессе трансляции матричной РНК на клеточных рибосомах; при нарушении механизма синтез белка в клетке снижается.   

  •    Токсины, повреждающие клеточную мембрану по ферментно-литическому
  • механизму:
  • альфа-токсин клостридий газовой гангрены;
  • гемолизины золотистого стрептококка;
  • гемолизины гноеродного стрептококка.

   Прообразом механизма является a-токсин гангренозной палочки: его молекула действует как лецитиназа, повреждающая фосфолипиды клеточной мембраны.

Клостридии — спороформирующие бактерии — являются облигатными анаэробами, поэтому они размножаются в глубоких ранах, девитализированных тканях.

   Присутствие лецитиназы в гангренозных тканях выявляют с помощью реакции Наглера: при посеве материала в агар с куриным желтком через некоторое время появляется опалесцирующее диглицеридное кольцо.

Эндотоксины

   Роль эндотоксинов наиболее демонстративна в патогенезе септического шока (табл. 2). Эндотоксин (или липополисахарид) является обычным структурным компонентом клеток многих грамотрицательных бактерий. Эндотоксин состоит из белка (А), являющегося токсической порцией молекулы, связанной с липополисахаридным комплексом.

Большинство бактериальных экзотоксинов белковой природы реализуют «свой потенциал», либо вмешиваясь в какой-то биохимический процесс в клетке-мишени (холерный экзотоксин), либо взаимодействуя с компонентом мембраны (a-токсин гангренозной палочки) или нейротрансмиттером (ботулинический или столбнячный токсины). Эндотоксин же действует совершенно иначе.

При определенных обстоятельствах он оказывает прямое повреждающее действие на клетки эндотелия, но основным механизмом является взаимодействие со специфическими видами клеток и каскадными системами плазменных белков, в результате чего высвобождается множество промежуточных активных продуктов.

Некоторые из них обладают сосудорасширяющим действием и, следовательно, вызывают гипотензию; другие участвуют в патогенезе ДВС-синдрома. Таблица 2. Роль эндотоксинов в патогенезе септического шока

Мишеньдля токсина Высвобождаемыевещества Патофизиологическоедействие Клиническиепроявления
Макрофаги IL-1 Активация фагоцитов; высво-

  1. бождение простагландинов
  2. в гипоталамусе; разрегуляция
  3. всех воспалительных реакций;
  4. NO -индуцированная
  5. вазодилатация
Лихорадка; головокружение;

  • повышение проницаемости
  • капилляров,
  • особенно в легких
TNF-a
IFN-g
IL-6
Индуцибельное высвобождение NO
Синтез NO
Комплемент С3а Вазодилатация повышенная проницаемость капилляров; активация фагоцитов Гипотензия; Геморрагический синдром
С5а
Тромбоциты Тромбоцит-активирующий фактор; Разрегулировка воспали-

  1. тельного процесса; агрегация
  2. тромбоцитов;
  3. прокоагулянтный эффект
Вазодилатация,

  • вызывающая гипотензию;
  • внутрисосудистое
  • свертывание (ДВС-синдром)
тромбоксан А2;
тромбоцитарный фактор 3
Нейтрофилы Катионовые протеины; Дегрануляция тучных клеток; синтез кинина; активация комплемента Артериальная гипотензия; повышенная проницаемость капилляров
Калликреин;
Лизосомальные энзимы
Фактор Хагемана Активация кининовой системы; Активация тромбообразующих и фибринолитических механизмов Высвобождение калликреина и кининов; усиленное потребление фибриногена Внутрисосудистое сверты- вание (ДВС-синдром); геморрагии как результат повышенного потребления фибриногена; артериальная гипотензия

   Взаимодействие эндотоксинов и синтез цитокинов. Вещества, образующиеся в результате взаимодействия эндотоксинов с клетками и каскадными системами плазменных белков, способствуют высвобождению:

  • цитокинов, таких как фактор некроза опухолей 1a, интерлейкинов IL-1 и IL-6, интерферона INFg;
  • окиси азота (NO);
  • продуктов метаболизма арахидоновой кислоты, таких как простагландины, лейкотриены и тромбоцит-активирующие факторы.

   Из всех эндотоксинов наиболее значима роль фактора некроза опухолей-TNF-a: в очищенном виде в эксперименте он «репродуцирует» большинство симптомов септического шока. Интерлейкин-1 и g-интерферон действуют синергично с TNF-a.  

Поделитесь статьей в социальных сетях

Оставьте комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector