Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Этот рисунок показывает, что экзотоксины секретируются бактериальными клетками, например Clostridium botulinum, и токсичны для соматических клеток. Соматические клетки имеют на клеточной поверхности антитела, которые нацелены на экзотоксины и связываются с ними, предотвращая вторжение соматических клеток. Связывание экзотоксина и антитела формирует взаимодействие антиген-антитело, и экзотоксины нацелены на разрушение иммунной системой. Если этого взаимодействия не происходит, экзотоксины связываются с рецепторами экзотоксинов.которые находятся на поверхности клетки и вызывают гибель клетки-хозяина, подавляя синтез белка. Этот рисунок также показывает, что воздействие тепла или химических веществ на экзотоксины может привести к дезактивации экзотоксинов. Деактивированные экзотоксины называются анатоксинами, и они не опасны для соматических клеток.

Экзотоксин является токсин , выделяемый бактериями . [1] Экзотоксин может нанести вред хозяину, разрушая клетки или нарушая нормальный клеточный метаболизм . Они очень сильны и могут нанести серьезный вред хозяину. Экзотоксины могут секретироваться или, подобно эндотоксинам , могут выделяться во время лизиса клетки. Грамотрицательные патогены могут секретировать везикулы внешней мембраны, содержащие липополисахаридный эндотоксин и некоторые белки вирулентности в связывающей мембране вместе с некоторыми другими токсинами в виде внутрипузырного содержимого, таким образом добавляя ранее непредвиденное измерение к хорошо известному эукариотическому процессу переноса мембранных везикул., который довольно активен на интерфейсе "хозяин-патоген" .

Они могут оказывать свое действие локально или вызывать системные эффекты. Хорошо известные экзотоксины включают: ботулотоксин, продуцируемый Clostridium botulinum ; Токсин Corynebacterium diphtheriae , вырабатываемый при угрожающих жизни симптомах дифтерии ; тетаноспазмин, продуцируемый Clostridium tetani . Токсические свойства большинства экзотоксинов могут быть деактивированы нагреванием или химической обработкой с образованием анатоксина . Они сохраняют свою антигенную специфичность и могут использоваться для производства антитоксинов, а в случае дифтерийного и столбнячного анатоксинов - в качестве вакцин.

Экзотоксины чувствительны к антителам, вырабатываемым иммунной системой , но многие экзотоксины настолько токсичны, что могут быть фатальными для хозяина до того, как иммунная система получит шанс установить против них защиту. По этой причине для обеспечения пассивного иммунитета вводят антитоксин , антисывороточные антитела .

Типы [ править ]

Многие экзотоксины были разделены на категории. [2] [3] Эта классификация, хотя и довольно исчерпывающая, не единственная используемая система. Другие системы классификации или идентификации токсинов включают:

  • Организмом, вырабатывающим токсин
  • Организмом, чувствительным к токсину
  • По системе секреции, используемой для высвобождения токсина (например, токсические эффекторы системы секреции типа VI )
  • По типу ткани-мишени, чувствительной к токсину ( нейротоксины влияют на нервную систему, кардиотоксины влияют на сердце и т. Д.)
  • По составу (например, токсин AB5 )
  • По доменной архитектуре токсина (например, полиморфные токсины )
  • Благодаря способности токсина переносить агрессивные среды, такие как жара, сухость, радиация или соленость. В этом контексте «лабильный» подразумевает восприимчивость, а «стабильный» подразумевает отсутствие восприимчивости.
  • Буквой, например «A», «B» или «C», чтобы указать порядок, в котором они были идентифицированы.

Один и тот же экзотоксин может иметь разные названия в зависимости от области исследования.

Тип I: поверхностно-активная клетка [ править ]

Токсины типа I связываются с рецептором на поверхности клетки и стимулируют внутриклеточные сигнальные пути. Ниже описаны два примера.

Суперантигены [ править ]

Суперантигены производятся несколькими бактериями. Лучше всего охарактеризованы суперантигены, продуцируемые штаммами Staphylococcus aureus и Streptococcus pyogenes , вызывающими синдром токсического шока . Суперантигены соединяют белок МНС класса II на антигенпрезентирующих клетках с рецептором Т-клеток на поверхности Т-клеток с определенной цепью Vβ. Как следствие, до 50% всех Т-клеток активируются, что приводит к массивной секреции провоспалительных цитокинов , которые вызывают симптомы токсического шока.

Термостойкие энтеротоксины [ править ]

Некоторые штаммы E. coli продуцируют термостабильные энтеротоксины (ST), которые представляют собой небольшие пептиды, способные выдерживать термическую обработку при 100 ° C. Различные ST распознают разные рецепторы на поверхности клетки и тем самым влияют на разные внутриклеточные сигнальные пути. Например, энтеротоксины STa связывают и активируют мембраносвязанную гуанилатциклазу, что приводит к внутриклеточному накоплению циклического GMP и последующим воздействиям на несколько сигнальных путей. Эти события приводят к потере электролитов и воды из клеток кишечника.

Тип II: повреждение мембраны [ править ]

Токсины, повреждающие мембраны, проявляют активность гемолизина или цитолизина in vitro . Однако индукция лизиса клеток может не быть основной функцией токсинов во время инфекции. При низких концентрациях токсина могут наблюдаться более тонкие эффекты, такие как модуляция передачи сигнала клетки-хозяина, в отсутствие лизиса клеток. Токсины, повреждающие мембраны, можно разделить на две категории: токсины, образующие каналы, и токсины, которые действуют как ферменты, действующие на мембрану.

Каналообразующие токсины [ править ]

Большинство каналообразующих токсинов , которые образуют поры в мембране клетки-мишени, можно разделить на два семейства: холестерин-зависимые токсины и токсины RTX.

  • Холестерин-зависимые цитолизины

Для образования пор холестерин-зависимыми цитолизинами (CDC) необходимо присутствие холестерина в клетке-мишени. Размер пор, образованных представителями этого семейства, чрезвычайно велик: 25-30 нм в диаметре. Все CDC секретируются системой секреции типа II ; [4] исключением является пневмолизин , который выделяется из цитоплазмы Streptococcus pneumoniae, когда бактерии лизируются.

CDC Streptococcus pneumoniae Pneumolysin, Clostridium perfringens perfringolysin O и Listeria monocytogenes listeriolysin O вызывают специфические модификации гистонов в ядре клетки- хозяина , что приводит к подавлению некоторых генов, кодирующих белки, участвующие в воспалительной реакции . [5] Модификация гистона не связана с порообразующей активностью CDC.

  • RTX токсины

Токсины RTX можно идентифицировать по присутствию в белке определенной тандемно повторяющейся последовательности из девяти аминокислотных остатков. Прототипом члена семейства токсинов RTX является гемолизин A (HlyA) E. coli . [ необходима цитата ] RTX также обнаружен у Legionella pneumophila . [6]

Ферментативно активные токсины [ править ]

Одним из примеров является α токсина из С. перфрингенс , что вызывает газовую гангрену ; α-токсин обладает фосфолипазной активностью.

Тип III: внутриклеточный [ править ]

Экзотоксины III типа можно классифицировать по способу проникновения в клетку или по механизму попадания внутрь.

По способу ввода [ редактировать ]

Внутриклеточные токсины должны иметь доступ к цитоплазме клетки-мишени, чтобы оказывать свое действие.

  • Некоторые бактерии доставляют токсины прямо из своей цитоплазмы в цитоплазму клетки-мишени через игольчатую структуру. Одним из примеров являются эффекторные белки, вводимые аппаратом секреции типа III Yersinia в клетки-мишени.
  • Другая группа внутриклеточных токсинов - токсины AB . «В'-субъединица ( б inding ) прикрепляется к мишени областей на клеточные мембраны, то» А'-субъединица ( ctive ) поступает через мембрану и обладает ферментативной функции , которая влияет на внутренние клеточные био-механизмы. Типичный пример этой активности А-субъединицы называется АДФ-рибозилированием, при котором А-субъединица катализирует добавление группы АДФ-рибозы к определенным остаткам в белке. Структура этих токсинов позволяет разрабатывать специальные вакцины.и лечения. Некоторые соединения могут быть присоединены к блоку B, который, как правило, не является вредным, который организм учится распознавать и который вызывает иммунный ответ . Это позволяет организму обнаруживать вредный токсин, если он обнаруживается позже, и устранять его до того, как он нанесет вред хозяину. Токсины этого типа включают холерный токсин , коклюшный токсин , токсин Шига и термолабильный энтеротоксин из E.coli , .

По механизму [ править ]

Попадая в клетку, многие экзотоксины действуют на рибосомы эукариот (особенно 60S ) как ингибиторы синтеза белка . (Структура рибосом - одно из наиболее важных различий между эукариотами и прокариотами, и, в некотором смысле, эти экзотоксины являются бактериальным эквивалентом антибиотиков, таких как клиндамицин .)

  • Некоторые экзотоксины действуют непосредственно на рибосомы, подавляя синтез белка. Примером может служить токсин Шига .
  • Остальные токсины действуют при коэффициенте удлинения-2 . В случае дифтерийного токсина EF2 подвергается АДФ-рибозилированию и становится неспособным участвовать в удлинении белка, и, таким образом, клетка умирает. Аналогичным действием обладает экзотоксин псевдомонады .

Другие внутриклеточные токсины не подавляют напрямую синтез белка.

  • Например, холерный токсин АДФ-рибозилат, тем самым активируя тканевую аденилатциклазу для увеличения концентрации цАМФ, что вызывает перемещение огромных количеств жидкости и электролитов из слизистой оболочки тонкой кишки и приводит к опасной для жизни диарее.
  • Другой пример - токсин коклюша .

Повреждение внеклеточного матрикса [ править ]

Эти «токсины» способствуют дальнейшему распространению бактерий и, как следствие, более глубоким тканевым инфекциям. Примеры - гиалуронидаза и коллагеназа . Однако эти молекулы представляют собой ферменты, которые секретируются различными организмами и обычно не считаются токсинами. Их часто называют факторами вирулентности , поскольку они позволяют организмам проникать глубже в ткани хозяина. [7]

Медицинские приложения [ править ]

Прививки [ править ]

Экзотоксины использовались для производства вакцин. Этот процесс включает в себя инактивацию токсина, создание токсоида , который не вызывает связанных с токсинами заболеваний и хорошо переносится. [8] Широко используемая анатоксиновая вакцина - вакцина АКДС , которую обычно вводят в нескольких дозах в течение всего детства с адъювантами и бустерами для длительного иммунитета. [8] Вакцина АКДС защищает от коклюша , столбняка и дифтерии , вызываемых экзотоксинами Bordetella pertussis , Clostridium tetani и Corynebacterium diphtheriae.соответственно. [9] Вакцинация токсоидами генерирует антитела против экзотоксинов, формируя иммунологическую память как защиту от последующих инфекций. [8] [10] Вакцинация АКДС может вызывать побочные эффекты, такие как отек, покраснение и жар, и противопоказана некоторым группам населения. [8] Эффективные схемы вакцинации снизили уровень смертности от коклюша, столбняка и дифтерии, но официальных контролируемых испытаний для проверки эффективности вакцины не проводилось. [8] Кроме того, коклюш сохраняется эндемично [9] и является одной из наиболее частых причин смерти, которую можно предотвратить с помощью вакцин. [10]

Лечение рака [ править ]

Поскольку экзотоксины очень сильнодействующие, их применение для лечения рака было усовершенствовано. Раковые клетки могут быть устранены без разрушения нормальных клеток, как при химиотерапии или облучении, путем присоединения антитела или рецепторного лиганда к экзотоксину, создавая рекомбинантный токсин , нацеленный на определенные клетки. [11] Раковая клетка погибает, как только токсин усваивается; [11] например, экзотоксин Pseudomonas нарушает синтез белка после поглощения клетками. [12] Множественные версии рекомбинантного экзотоксина А, секретируемого синегнойной палочкой , прошли клинические испытания против роста опухоли, но еще не одобрены Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов.. [12] Рекомбинантный экзотоксин дифтерии был одобрен FDA для лечения кожной Т-клеточной лимфомы , рака иммунной системы. [12] Дальнейшие испытания для улучшения клинической эффективности лечения с использованием рекомбинантных экзотоксинов продолжаются. [11]

См. Также [ править ]

  • Инфекционное заболевание
  • Микотоксин
  • Транспортировка мембранных везикул
  • Интерфейс "хозяин-патоген"
  • Синдром токсического шока

Ссылки [ править ]

  1. ^ Райан, Кеннет Дж .; Рэй, К. Джордж, ред. (2010). Медицинская микробиология Шеррис (5-е изд.). Нью-Йорк: McGraw Hill Medical. ISBN 978-0-07-160402-4.
  2. ^ Настольная энциклопедия микробиологии . Амстердам: Elsevier Academic Press. 2004. с. 428. ISBN 978-0-12-621361-4.
  3. ^ «Бактериальный патогенез: бактериальные факторы, которые повреждают хозяина - продуцируя экзотоксины» . Архивировано из оригинала на 2010-07-27 . Проверено 13 декабря 2008 .
  4. ^ Tweten РК (октябрь 2005). «Холестерин-зависимые цитолизины, семейство универсальных порообразующих токсинов» . Инфекция и иммунитет . 73 (10): 6199–209. DOI : 10.1128 / IAI.73.10.6199-6209.2005 . PMC 1230961 . PMID 16177291 .  
  5. ^ Хамон М.А., Batsché E, Реий B, Тэй TN, Seveau S, Muchardt C, Cossart P (август 2007). «Модификации гистонов, вызванные семейством бактериальных токсинов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (33): 13467–72. Bibcode : 2007PNAS..10413467H . DOI : 10.1073 / pnas.0702729104 . PMC 1948930 . PMID 17675409 .  
  6. ^ D'Auria G, Хименес N, Перис-Bondia F, Pelaz C, Latorre A, Moya A (январь 2008). «Фактор вирулентности rtx в Legionella pneumophila, данные свидетельствуют о том, что это модульный многофункциональный белок» . BMC Genomics . 9 : 14. DOI : 10.1186 / 1471-2164-9-14 . PMC 2257941 . PMID 18194518 .  
  7. ^ Machunis-Масуок Е, Бауман RW, Тизард ИК (2004). Микробиология . Сан-Франциско: Пирсон / Бенджамин Каммингс. ISBN 978-0-8053-7590-9.
  8. ^ a b c d e Скотт LJ, McCormack PL (февраль 2013 г.). «Вакцина с пониженным содержанием антигена, комбинированная вакцина против дифтерии, столбняка и бесклеточного коклюша, адсорбированная (boostrix (®)): руководство по ее использованию в качестве однократной бустерной иммунизации против коклюша». BioDrugs . 27 (1): 75–81. DOI : 10.1007 / s40259-012-0009-у . PMID 23329401 . S2CID 18873223 .  
  9. ^ а б Зарей С., Джедди-Теграни М., Ахонди М.М., Зераати Х., Поурхейдари Ф., Остадкарампур М., Тавангар Б., Шокри Ф. (июнь 2009 г.). «Первичная иммунизация тройной вакциной против дифтерии, столбняка и цельноклеточного коклюша у иранских младенцев: анализ ответа антител» . Иранский журнал аллергии, астмы и иммунологии . 8 (2): 85–93. PMID 19671937 . 
  10. ^ a b Тьерри-Карстенсен Б., Джордан К., Ульвинг Х. Х., Далби Т., Соренсен С., Йенсен А. М., Хейльманн С. (август 2012 г.). "Рандомизированное двойное слепое клиническое исследование не меньшей эффективности по безопасности и иммуногенности противостолбнячной, дифтерийной и однокомпонентной бесклеточной коклюшной вакцины (TdaP) по сравнению с вакциной против столбняка и дифтерии (Td) при введении в качестве бустерной вакцинации здоровым взрослым ". Вакцина . 30 (37): 5464–71. DOI : 10.1016 / j.vaccine.2012.06.073 . PMID 22776216 . 
  11. ^ a b c Крейтман Р.Дж. (октябрь 1999 г.). «Иммунотоксины в терапии рака». Текущее мнение в иммунологии . 11 (5): 570–8. DOI : 10.1016 / s0952-7915 (99) 00005-9 . PMID 10508704 . 
  12. ^ a b c Велдон Дж. Э., Пастан I (декабрь 2011 г.). «Руководство по приручению токсина - рекомбинантных иммунотоксинов, созданных из экзотоксина А Pseudomonas для лечения рака» . Журнал FEBS . 278 (23): 4683–700. DOI : 10.1111 / j.1742-4658.2011.08182.x . PMC 3179548 . PMID 21585657 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с экзотоксином, на Викискладе?
  • Экзотоксины в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)