Білкові бактеріальні екзотоксини

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Биология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

1. Загальна характеристика екзотоксинів

стафілококовий ботулотоксин дифтерійний

Екзотоксини — токсичні речовини білкової природи, що виробляються живими патогенними бактеріями та виділяються ними в довкілля [1, 2].

До екзотоксинів раніше відносили ті токсини, які бактерії секретують в навколишнє середовище. Назараз встановлено, що ступінь зв’язування екзотоксинів з бактеріальною клітиною може коливатися у широкому діапазоні. Вони можуть секретуватися повністю, частково, або буди досить міцно зв’язаними з певними структурними компонентами бактеріальної клітини. За своєю хімічною природою екзотоксини відносяться до білків різної молекулярної маси: 10 — 900 тис. Da. Вони мають просту або складну структуру. Дія токсинів проявляється в руйнуванні деяких субклітинних структур або в порушенні певних клітинних функцій [2].

Оскільки екзотоксини є білками, вони досить нестійкі до дії хімічних речовин, зокрема чутливі до формаліну, нагріванню, світла та інших факторів, що в результаті викликають втрату токсичних властивостей із збереженням імуногенних. Більшість бактерій виділяють екзотоксини через клітинну мембрану по шляху секреції типу II [3].

Гени, що кодують бактеріальні екзотоксини можуть бути розташовані на хромосомі або, як в більшості випадків, розташовуватись на поза хромосомних елементах, таких як плазміди або профаг (за рахунок лізогенної конверсії) [16]. Експерименти, що характеризують дифтерійний токсин, показали, що ген, що кодує цей екзотоксин був розташований в межах генома лізогенного в-фага. Хоча обидва нелізогенних і лізогенних штамів C. diphtheriae можуть викликати інфекцію верхніх дихальних шляхів, тільки штами C. diphtheriae що лізогенізують з в-фагом, у котрому закодованого токсин дифтерії, здатні викликати системне захворювання. Бактерії створюють локалізовану інфекцію, а потім синтезують екзотоксин, який відповідає за дистальні патології від місць інфекції [4].

Молекула екзотоксину представляє собою білок, зазвичай складається з 2 поліпептидних ланцюгів, мають структурно-функціональну організацію AB, в якій область, А є каталітичним доменом, а домен B включає рецептор-зв'язуючий домен, і домен транслокації [3,4].

Екзотоксини володіють вираженою специфічністю дії та імуногенністю. Їх розрізняють за цитотоксичною активністю, силу токсинів вимірюють зазвичай у LD50 [5]. LD50 — це мінімальна кількість збудника, яка викликає загибель 50% членів популяції, що тестується [6].

Хоча однією з властивостей бактеріальних екзотоксинів є здатність отруювати чутливі клітини, біохімічні дослідження встановили, що багато бактеріальних екзотоксинів володіють незначною каталітичною активність. Дослідження показали що бактерії виробляють і виділяють екзотоксини як проферменти, які повинні бути активовані, щоб виявити каталітичну активність. Кожен екзотоксин вимагає особливих умов для активації, у тому числі протеоліз, відновлення дисульфідних зв’язків, або з'єднання з нуклеотидом або допоміжним білком. Деякі процеси активації можуть призвести до випуску каталітичного домену, А з домену B, в той час як інші процеси активації, призводять до конформативних змін в каталітичному домені, що робить його каталітично активним [7]. Деякі екзотоксини вимагають послідовних кроків активації. Наприклад, дифтерійний токсин активується шляхом обмеженого протеолізу з подальшим відновленням дисульфідних зв’язків [8] (див. рис. 1. 1).

Рисунок 1.1 — Активація дифтерійного токсину [4]

У визначенні механізму активації екзотоксинів також допомагає вивчення фізіологічних шляхів клітин-хазяїнів. Еукаріотичний білок, АРФ (АДФ-рибозилювання фактор), який активує холерний токсин, грає центральну роль в злитті везикул в еукаріотичній клітині. Здатність клітин-хазяїна активувати холерний токсин часто використовується як ознака присутності АРФ [4]. Аналогічним чином, вивчення механізму, що використовують токсини коклюшу та холерний токсин для отруєння еукаріотичних клітин дали уявлення про шлях передачі сигналу до еукаріотичного G білка-посередника. Здатність токсину коклюшу інгібувати дію ліганду в стимуляції сигналу по його сигнальному шляху часто використовується, щоб виявити роль G білків в цьому сигнальному шляху [9].

Здатність бактеріальних патогенів викликати захворювання зазвичай потребує синтезу екзотоксинів, але самої здатності синтезувати токсини не достатньо щоб викликати захворювання [7]. Наприклад, холерний токсин є основним фактором вірулентності холерних. Використання декількох мікрограм очищеного холерного токсину на добровольцях викликає діареї, яка характерна для природної інфекції. Проте, невірулентні токсин-продукуючі штами V. cholerae, були виділені і було визначено, що вони не мають специфічної біологічної активності, такі як рухливість або хемотаксис [10]. Аналогічним чином, хоч токсин сибірки і є основним токсичним компонентом Bacillus anthracis, невірулентні токсин-продукуючі штами B. anthrasis були виділені і було встановлено, що вони не володіють здатністю продукувати капсулу з поліглутамінової кислоти [11]. Винятком з цього узагальнення є інтоксикація викликана нейротоксином ботуліна, оскільки прийом їжі з токсином відповідає за виникнення захворювання; харчове отруєння виникає внаслідок інтоксикації ботулотоксином, а не інфекції токсин-продукуючого штаму Clostridium botulinum [4,11].

1. 1 Структурно-функціональні особливості екзотоксинів

Більшість бактеріальних екзотоксинів мають структурно-функціональну організацію AB. (див. рис. 1. 2) Домен, А є каталітичним доменом, в той час як, а домен B включає рецептор-зв'язуючий домен, і домен транслокації. Домен транслокації відповідає за доставку каталітичного домену A до внутрішньоклітинних структур клітини-хазяїна [4]. Екзотоксини організовані одним з декількох загальних типів AB організації [7]. Найпростіша організація AB представлена ?? дифтерійним токсином, в якому область, А і область В містяться в одному білку. Токсин дифтерії є прототипом для цього класу AB екзотоксинів. Токсин дифтерії являє собою 535-амінокислотний білок, в якому аміно залишок являє собою домен АДФ-рибозилування, а карбоксильний залишок включає домен транслокації і рецептор-зв'язуючий домен [8].

Рисунок 1.2 — Структурно-функціональна організація екзотоксинів [4]

Домен, А (заштрихований) являє собою каталітичний домен, область В містить домен переміщення і рецептор-зв'язуючий домен. AB5 представлена холерним токсином V. cholerae, структура AB представлена дифтерійним токсином C. diphtheriae. Структура A-B представлена С2 токсином Clostridium botulinum.

AB5 екзотоксини складаються з шести білків, які нековалентно зв’язані як олігомер. Холерний токсин є прототипом для екзотоксинів AB5 типу. Домен, А холерного токсину становить домен АДФ-рибозилування, тоді як домен B5 складається з п’яти ідентичних білків, утворюючих пентамер. Вони утворюють кільцеву структуру, на якій розташовується домен А. П’ять білків, які утворюють домен B можуть бути однаковими, як у випадках з холерним токсином і термолабільним ентеротоксином E. coli, або ці білки можуть бути різними, утворюючи несиметричну кільцеву структуру, що спостерігається з B олігомером коклюшного токсину [10].

Третій клас А-В екзотоксинів складається з білків, які не утворюють зв’язків в розчиненому стані, але вони об'єднуються іншими зв’язками в процесі транспорту домену B до клітини-господаря. C2 токсин є прикладом цього класу A-B екзотоксинів [4]. C2 екзотоксин складається з білка, який кодує каталітичний домен і окремий білок, який кодує домен B. Домен, А білка спричиняє АДФ-рибозилування актину. Домен B зв’язується з чутливими клітинами і розщеплюється еукаріотичними протеазами. Оброблені компоненти B олігомеризуються і після здатні зв’язуватись з будь-яким з A білків-доменів [12].

Також був визначений новий клас організації токсинів, в якому домен, А являє собою білок, і бактерія приймає пряму учать у його доставці в клітину. Бактерія зв’язується з еукаріотичною клітиною і використовує апарат секреції типу III, щоб доставити токсин у внутрішньоклітинний простір клітини. YopE цитотоксин бактерій роду Yersinia є прототипом цієї групи токсинів [13].

Хоча домен, А відповідає за каталітичні активності екзотоксину, домен B має дві специфічні функції, зв’язування рецепторів і здатність транспортувати [4]. Кожен екзотоксин використовує унікальний компонент поверхні клітини — хазяїна в якості рецептора. Рецептори клітинної поверхні для кожного екзотоксину можуть бути специфічними [7]. Рецептор клітинної поверхні для холерного токсину є гангліозид, GM1, в той час як дифтерійний токсин зв’язується безпосередньо до фактору росту попередника [8, 10]. На противагу цьому, коклюшний токсин здатний зв’язувати різноманітні білки клітинної поверхні [7]. Здатність зв’язуватись з рецептором клітинної поверхні є абсолютною вимогою для отруєння екзотоксином клітини-хазяїна, тому що видалення рецептор-зв'язуючого домену перетворює екзотоксин в нецитотоксичний [11].

Друга функція домена В включає потенціал транслокації, який відповідає за доставку області A через клітинну мембрану. Присутність домену транслокації була визначена за допомогою досліджень структурно-функціональної організації дифтерійного токсину [8], який показав, що на додаток до каталітичного та рецептор-зв'язуючого домену, необхідна третя функція, для ефективної експресії цитотоксичності [4]. Згодом було визначено, що ця третя функція відповідає області дифтерійного токсину, яка схильна до взаємодії з мембранами. Чиста структура токсину дифтерії показала наявність трьох різних областей, що представляють каталітичну, рецепторзв’язуючу функцію і функцію переміщення [8].

1. 2 Класифікація екзотоксинів

Бактеріальні екзотоксини класифікуються відповідно до їх механізмів дії. Ковалентні модифікації компонентів клітини-господаря, які каталізуються бактеріальними екзотоксинами, включають АДФ-рибозилування, дезамідування, депурінізація, розщеплення білків і глікозилювання [4, 7] (див. табл. 1. 1). Зазвичай мішенями бактеріальних екзотоксинів є білки, хоча є й винятки, такі як токсин Шига, який каталізує деаденілування рибосомальної РНК [14].

Патологія викликана в організмі специфічною дією екзотоксинів пов’язана з каталітичною ковалентною модифікацією певного компонента клітини-хазяїна. Хоча токсин дифтерії та холерний токсин обидва бактеріальні АДФ-рибозилюючі екзотоксини [8,10], патогенез, викликаний кожним екзотоксином унікальний [4]. Це пов’язано з тим, що дифтерійний токсин викликає АДФ-рибозилування фактору елонгації 2, викликає інгібування синтезу білка і подальшої загибелі клітин [8], тоді як холерний токсин каталізує перенесення АДФ-рибози із НАД+ (АДФ-рибозилювання) на б-субодиницю Gs білка, який стимулює активність аденілатциклази. Стимуляція аденілатциклази підвищує вміст внутрішньоклітинного цАМФ і подальшу секрецію електролітів і Н2О з клітини, внаслідок чого проявляються клінічні прояви холери [12].

Таблиця 1.1 — Класифікація бактеріальний екзотоксинів

Механізм

Екзотоксин

Бактерія

AB

Ціль

Внесок у патогенез

АДФ-рибозилування

Дифетрійний токсин

C. diphtheriae

AB

Фактор елонгації-2

Інгібування синтезу білка

Екзотоксин А

P. aeruginosa

AB

Фактор елонгації -2

Інгібування синтезу білка

Холерний токсин

V. cholerae

AB5

Gs-білок

Інгібування ГТФ-азної активності

Термолабільний ентеротоксин

E. coli

AB5

Gs-білок

Інгібування ГТФ-азної активності

Токсин коклюшу

B. pertussis

AB5

Gs-білок

Порушення передачі сигналу

C2

C. botulinum

A-B

Актин

Деполімеризація актину

Токсин A і B

C. difficile

AB

Гомолог сімейства генів Ras, A

Гальмування сигналів Rho ГТФ-ази

Ендопротеази

Антракс токсин

B. anthrasis

A-B

Набряковий фактор A,

Летальний фактор

Аденілатциклаза

Ендопротеази

Ботулотоксин (A-F)

C. botulinum

AB

Везикулярні білки

Інгібування функцій везикул

Правцевий токсин

C. tetani

AB

Везикулярні білки

Інгібування функцій везикул

Дезамідування

Цитотоксичний

некротичний фактор

E. coli

AB

Гомолог сімейства генів Ras, A

Стимуляція гомологів сімейства генів Ras

Деаденілування

Токсин Шига

Shigella spp.

AB5

28S РНК

Інгібування синтезу білка

Веротоксин

E. coli

AB5

28S РНК

Інгібування синтезу білка

1. 3 Механізм дії екзотоксинів

Екзотоксини використовують декілька унікальних механізмів ковалентної модифікації компонентів клітини-хазяїна. Основними типами реакцій є: ковалентне приєднання хімічної групи до білка-мішені, розщеплення хімічною групою білка-мішені, або ендопротеолітічне розщеплення пептидного зв’язку білка-мішені [4].

АДФ-рибозилування білків є типовим механізмом дії бактеріальних екзотоксинів [12]. Численні бактеріальні екзотоксини каталізують АДФ-рибозилування конкретних білків і викликають фізіологічні зміни. У реакції АДФ-рибозилування, екзотоксини використовувати окислену форму нікотинамід-аденін-динуклеотиду (НАД) як субстрат, і транспортують АДФ-рибозний залишок НАД до конкретної амінокислоти за допомогою N-глікозидного зв’язку на білок-мішень. Специфічна амінокислота, яка АДФ-рибозилюється може бути різною в залежності від конкретного екзотоксину [15]. АДФ-рибозилування може або інактивувати або стимулюють активність білка-мішені [12]. Токсин дифтерії викликає АДФ-рибозилування фактора елонгації-2 на посттрансляційній модифікації залишку гістидину — дифтаміду. АДФ-рибозильований фактор елонгації-2 не може виконувати транслокаціюфункцію зростаючих поліпептидів у рибосомі, що призводить до інгібування синтезу білка і подальшої загибелі клітин [8]. На відміну від цього, холерний токсин викликає АДФ-рибозилювання компоненту Gsa з гетеротримірного G-білка [10]. АДФ-рибозильований Gsa є заблокованим в активній конформації, що призводить до стимуляції аденілатциклази і подальшого підвищення вмісту внутрішньоклітинного цАМФ [9]. Слід відмітити, що хоча для більшості екзотоксинів ціллю є білки, токсин Шига каталізує деаденілування конкретного аденіну з 28S РНК [14].

Хоча немає ніяких абсолютних правил для типів білків, що є ціллю для ковалентних модифікацій, найбільш частими мішенями є нуклеотидні-зв'язуючі білки, які беруть участь в сигнальній трансдукції, в тому числі в гетеротримірних G-білків і ГТФ-зв'язуючих білків надсімейства Ras [4].

2. Екзотоксини хвороботворних прокаріотичних мікроорганізмів

Токсини прокаріотичних мікроорганізмів є основними факторами патогенності, що визначають патогенні властивості хвороботворних бактерій (див. табл. 2. 1) [17].

Таблиця 2.1 — Білкові екзотоксини бактерій [17]

Назва токсину

Продуцент

Ботулотоксин

C. botulinum

Екзотоксин А

P. aeruginosa

Дифтерійний токсин

C. diphtheriae

Антраксевий токсин

B. anthrasis

Правцевий токсин

C. tetani

Стафілококовий -токсин

S. aureus

2. 1 Ботулотоксин

Ботулотоксин — це нейротоксин білкової природи, який продукується бактеріями Clostridium botulinum. Є одією з найсильніших отрут [5].

Ботулотоксин по серотипу збудника поділяють на типу A, B, C1, C2, D, E, F, G, H, серед них найчастіше зустрічається тип А. Летальна доза LD50 у середньому складає 0,001 мкг/кг ваги, найбільш отруйним є тип H (0,28 мкг/кг ваги) [18].

Ботулотоксин також є одним з найскладніших білків, що синтезуються живими організмами (див. рис. 2. 1). Його маса складає близько 150 тисяч атомних одиниць маси. [5]

Clostridium botulinum, будучи строгими анаеробами, здатні до поділу тільки за умови повної відсутності кисню. Екзотоксин, що синтезується бактеріями при розмноженні потрапляє в організм разом з їжею, всмоктується в шлунково-кишковому тракті впливаючи при цьому на нервову систему, викликає порушення в роботі черепних нервів, скелетної мускулатури, нервових центрів серця [18].

Ботулотоксин не має смаку, кольору і запаху. Руйнується при кип’ятінні протягом 5−10 хвилин. Токсин не руйнується при взаємодії з соляною кислотою шлункового соку [19].

Рисунок 2.1 — 3D модель поверхні ботулотоксину [19]

2. 2 Екзотоксин А

Екзотоксин А, що синтезується Pseudomonas aeruginosa — це термолабільний білок, який складається з одного поліпептидного ланцюга довжиною в 613 амінокислот [17].

Він пригнічує синтез білків через АДФ-рибозилювання і порушення структури матриці білкового синтезу (фактор елонгації-2). Механізм його дії дуже подібний до дифтерійного токсину. Дія екзотоксину, А відображається в загальному токсичному ефекті, набряках, некрозах, артеріальній гіпотензії, метаболічному ацидозі, дихальної недостатності [20].

2.3 Дифтерійний токсин

Дифтерійний токсин, що синтезується Corynebacterium diphtheriae, — це білок з молекулярною масою 65,5 кДа, являє собою один поліпептидний ланцюг з 535 амінокислот (див. рис. 2. 2), що складається з двох субодиниць, А і В, з'єднаних дисульфідними містками. Домен В (термостабільний) сприяє зв’язуванню токсину з рецептором і проникненню домену, А в тканини. В свою чергу домен, А (термолабільний) забезпечує цитотоксичний ефект [21]. Незвичним є те, що ген токсину кодується бактеріофагом. Дифтерійний токсин є одним з самих сильних токсинів у природі, поступається лише ботулотоксину і правцевому токсинам [8].

Дифтерійний токсин має механізм дії, схожий до ферменту АДФ-рибозилтрансферази. Він каталізує перенесення НАД+ до дифтамідного залишку в факторі елонгації-2 еукаріот, інактивуючи цей білок. Таким чином, він діє як інгібітор РНК трансляції [12, 21].

Рисунок 2.2 — Стрічкова діаграма рентгенівської кристалічної структури мономерного дифтерійного токсину [21]

2.4 Антраксевий токсин

Антраксевий токсин, що синтезується Bacillus anthracis, є термолабільним трьохкомпонентним екзотоксином, він складається з трьох компонентів — набрякового (викликає запалення і набряки), захисного антигена (див. рис. 2. 3), який не має токсичних властивостей і летального компоненту [22].

Рисунок 2.3 — Летальний компонент B. Anthracis [23]

Потрапляючи до органів-мішеней екзотоксин розпадається на ці три компоненти, поєднання яких в наступному й буде обумовлювати переважання того чи іншого напрямку в перебігу хвороби. Об'єднання захисного та набрякового компонентів призводить до функціональних змін в циклі аденозинтрифосфат-аденозинмонофосфат (АТФ-АМФ) з накопиченням цАМФ, внаслідок цього виникає прилив великої кількості рідини в клітини і розвитку значного підшкірного набряку. Поєднання захисного та летального компонентів зумовлює пригнічення фагоцитарної активності, лізис макрофагів із вивільненням фактора некрозу пухлин-б та інтерлейкіну-1, що викликає тяжкі, нерідко смертельні наслідки. Об'єднання набрякового та летального компонентів полегшує проникнення збудників в клітини-мішені хазяїна [24].

2. 5 Правцевий токсин

Правцевий токсин, або тетанотоксин — це сильний токсин, він проникає в відростки нервових клітин і потрапляє в центральну нервову систему, пригнічуючи сигнали гальмування в синапсах (перешкоджаючи вивільнення гальмівних медіаторів) [17].

Тетанотоксин — білок з молекулярною масою 150 кДа. Він є гетеродимером, що складається з ланцюга А, масою 50 кДа, і ланцюга В, масою 100 кДа, які з'єднанні дисульфідним зв’язком. Ланцюг В зв’язується з гангліозидами (GD2 и GD1b) на мембрані нейрона і забезпечує проникнення в клітину. Ланцюг, А — це цинк-залежна ендопептидаза, яка розщеплює синаптобревін (білок, який здійснює екзоцитоз везикул з нейромедіаторами в синаптичну щілину) [25].

При інфікуванні людини, тетанотоксин поширюється по лімфатичній і кровоносній системах (не впливаючи суттєво на них). Через нервово-м'язий синапс токсин потрапляє в аксон і далі по механізму ретроградного транспорту, за участі моторних білків потрапляє до центральної нервової системи [25] [26] (див. рис. 2. 4). Там він блокує вивільнення гліцину (гальмівного нейромедіатора) з нервових закінчень, через розщеплення синаптобревіна [27]. Токсин необоротно вражає нервові закінчення, і функція нерва може відновитися тільки шляхом виникнення нових синапсів [25].

Рисунок 2.4 — Механізм дії тетанотоксину [26]

3.6 Стафілококовий -токсин

Стафілококовий -токсин синтезується Staphylococcus aureus у вигляді молекули попередника, яка складається з 319 амінокислот і має на N-конці сигнальну послідовність з 26 амінокислотних залишків. Готовий токсин, що виділяється являє собою гідрофільну молекулу молекулярної маси близько 33 кДа, в якій відсутні залишки цистеїну [28, 29].

На поверхні плазматичної мембрани 7 протомерів токсину утворюють грибоподібний гептамер (232 кДа), який містить 3 домена (див. рис. 2. 5) [30,31]. Домени, що утворюють «шляпку» і «край», розміщуються на зовнішній поверхні плазматичної мембрани, а домен «ніжки» виконує роль трансмембранного каналу.

Рисунок 2.5 — Пошкодження клітинних мембран під дією -токсину S. aureus [32]

Після зв’язування і олігомеризації «ніжка» гептамеру -токсину проникає в уражену клітину і порушує вхід і вихід іонів. -токсин володіє цитолітичними властивостями по відношенню до різних типів клітин, включно з моноцитами, лімфоцитами, еритроцитами, тромбоцитами і ендотеліоцитами людини [29].

Розрізняють три послідовні стадії пошкодження клітинної мембранни під дією -токсину. Протомери токсину спочатку зв’язуються з мембраною клітини-мішені за допомогою рецепторів або неспецифічно абсорбуються фосфотиділхоліном чи холестеролом, які входять до біліпідного шару мембрани [28]. Потім, зв’язані з мембраною протомери олігомеризуються в нелітичний гептамерний комплекс. І в кінці, гептамер зазнає ряд конформативних змін, кінцевим результатом яких є формування «ніжки», котра проникає крізь цитоплазматичну мембрану [30,31]. Через пору, що утворилась, відбувається вхід і вихід невеликих молекул і йонів, що приводить до набухання і загибелі клітин, які мають ядра, і осмотичному лізису еритроцитів [32].

3. Застосування екзотоксинів

Деякі з сильних хвороботворних токсинів використовують при вивченні біології клітин та в медичних цілях [32].

Багато бактеріальних екзотоксинів можуть бути модифікованими до анатоксинів, які більше не виявляють цитотоксичність, але можуть зберегти імуногенність. Екзотоксини можуть бути використані в якості терапевтичних агентів для лікування різних розладів. Крім того, бактеріальні токсини використовуються в якості дослідницьких інструментів для вивчення різних метаболічних шляхів еукаріотів [4].

3.1 Значення в біотехнології

Велике значення мають екзотоксини при вивченні біології клітин, оскільки їх можна використовувати як інструменти при вивченні метаболічних шляхів еукаріотів, наприклад, G-білок-опосередкованої сигнальної трансдукції; холерний токсин і подібний до нього термолабільний токсин E. coli, так само як і токсин B. pertussis, застосовуються при вивченні механізму активації аденілатциклази і ролі цАМФ як вторинного посередника еукаріотичних клітин. [33−35].

3.2 Значення в медицині

Екзотоксини здобули досить широке застосування в медицині. Екзотоксини можуть бути використані в якості терапевтичних агентів для лікування різних розладів, у тому числі при лікуванні м’язових спазмів від токсину ботулізму. Нетоксичні форми екзотоксинів були використані в якості носіїв для транспорту гетерологічних молекул, що викликають імунну відповідь, а також, як агенти у розвитку клітинно-специфічної хіміотерапії [32].

Активність деяких сильний екзотоксинів використовується в якості потенціальної терапії ряду онкологічних захворювань. Вони можуть використовуватись безпосередньо або в якості компонентів імунотоксинів [36−38]. Например, Stx-токсин ентерогеморагічної E. coli зв’язується з гліколіпідом CD77, який виділяється В-лімфоцитами деякий В-лімфом [39,40]. Це стало поштовхом до досліджень, які показали, що Stx-токсин може «очищати» кістковий мозок гризунів (потенційно — і людський) від злоякісних CD77+ В-лімфоцитів перед аутологічною пересадкою кісткового мозку [41]. Інші токсини, які інгібують білковий синтез, такі, як дифтерійний токсин, екзотоксин, А у штамів Pseudomonas spp. , часто використовуються в якості цитотоксичних компонентів імунотоксинів. Ці речовини, поєднуючи в собі ферментативно активну частину молекули токсину і моноклональні антитіла, проходять клінічні випробування для лікування хворих на В-лімфоми, лейкемії та при трансплантації кісткового мозку.

Ботулотоксин типа, А має декілька клінічних показань [42,43]. Один із них — це лікування м’язової гіперактивності. Мікродози ін'єкцій очищеного токсину в певні точки викликає параліч м’язів-мішеней і усувають м’язові спазми. Терапію потрібно постійно продовжувати, оскільки дія токсину продовжується тільки декілька місяців. Вперше ботулотоксин типу, А був застосований при лікуванні порушень функцій окорухових м’язів [44]. Ефективність ботулотоксин типу, А доведена також при багатьох інших порушень, включно з дистонією м’язів шиї, гортані, і рук, тремор і нервовий тик [42,43]. Ботулотоксин типу, А використовується і в косметичних цілях для зменшення глибоких зморшок, які викликані контрактурою м’язів обличчя [45].

Інший бактеріальний екзотоксин, який використовується в медиині - стрептокіназа деяких патогенних штамів стрептококів, яка є активатором плазміногену. Протеолітична активність стрептокінази використовується для відновлення прохідності трамбованих артерій при інфаркті міокарду [46,47].

Іншим методом використання екзотоксинів є вакцини. Багато бактеріальних екзотоксинів можуть бути хімічно модифіковані, до анатоксинів, які більше не виявляють цитотоксичність, але можуть зберегти імуногенність. Дослідження показали, що бактеріальні токсини також можуть бути генетично модифікованами в анатоксини, які забезпечують більш широкий спектр дії вакцин. Вакцини, націлені на токсичний компонент бактеріальних патогенів, є доведеним ефективним засобом профілактики деяких хвороб. Токсоїдні вакцини складаються з частково очищених токсинів, отриманих з над осадової рідини культури бактерій, зокрема C. diphtheriae, C. tetani, B. anthracis [32]. При виготовлені вакцин застосовують формальдегід для усунення токсичності дифтерійного чи правцевого токсину; вакцина проти сибірки містить захисний антиген і невелику кількість летального і набрякового фактору. Безклітинна вакцина проти коклюшу, яка має у своєму складі або один анатоксин коклюшу, або ще декілька компонентів, має однакову ефективність і значно меншу реактогенність у порівнянні з вакциною, яка містить цілі вбиті клітини [48].

Наступні покоління вакцин можна поділити на три категорії: очищенні анатоксини, інактивовані хімічним або генетичним методом; живі ослаблені штами збудників, які продукують генетично змінений анатоксин; живий ослаблений незв’язаний векторний штам, наприклад V. cholerae или Salmonella spp. , які продукують необхідний анатоксин [49].

Антитоксини, отримані проти токсинів дифтерії, ботулізму та правцю використовуються при лікуванні важкохворих. Досліджуючи можливість використання специфічної антисироватки проти Stx-токсинів, які виділяються E. coli O157: H7, для попередження небезпечного для життя ускладнення — гемолітико-уремічного синдрому [32].

Список використаної літератури

1. Экологический энциклопедический словарь. — Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И. И. Дедю. 1989.

2. Микробиология: словарь терминов, Фирсов Н. Н., М: Дрофа, 2006 г. ]

3. Тимаков В. Д., Левашев В. С., Борисов Л. Б., Микробиология: Учебник. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Медицина, — 1983. — 517 c.

4. Moselio Schaechter, Desk Encyclopedia of Microbiology // Exotoxins / Edited by Joseph T. Barbieri. — L.: Academic Press, — 2004. — P. 427−435.

5. Супотницкий М. В., Микроорганизмы, токсины и эпидемии. — М.: Вузовская книга, 2000. -376 с.

6. Doris V. Sweet, Registry of toxic effects of chemical substances (RTECS): comprehensive guide to the RTECS. — Cincinnati, Ohio: U.S. Dept. of Health and Human Services. — 1997. — 177 p.

7. Alouf J.E. (2000). Bacterial protein toxins. An overview. Methods Mol Biol. 145: 1−26.

8. Collier, R.J. (1975). Diphtheria toxin: mode of action and structure. Bacteriol. Rev. 39 (1), 54−85.

9. Moss, J., and Vaughan, M. (1990). «ADP-Ribosylating Toxins and G proteins: Insights into Signal Transduction.» Am. Soc. Microbiol, Washington, D.C.

10. Sixma, T.K., Pronk, S.E., Kalk, K.H., Wartna, E.S., van Zanten, B.A., Witholt, B., and Hol, W.G. (1991). Crystal structure of a cholera toxin-related heat-labile enterotoxin from E. coli. Nature 35 (6326), 371−377.

11. Saelinger, C.B., and Morris, R.E. (1994). Uptake and processing of toxins by mammalian cells. Meth. Enzymol. 235, 705−717.

12. Barbieri, J.T., and Burns, D. (2003). Bacterial ADP-ribosylating exotoxins. In. «Bacterial Protein Toxins» (D. Burns, J.T. Barbieri, B. Iglewski, and R. Rappuoli, eds.), ASM, Washington, DC.

13. Sandvig, K., Garred, O., Holm, P.K., and van Deurs, B. (1993). Endocytosis and intracellular transport of protein toxins. Biochem. Soc. Trans. 21 (Pt 3), 707−711.

14. Stathopoulos, C., Hendrixson. D.R., Thanassi, D.G., Hultgren, S.J., St Geme, J.W., 3rd, and Curtiss, R., 3rd (2000) Secretion of virulence determinants by the general secretory pathway in gram-negative pathogens: an evolving story. Microbes Infect. Jul. 2 (9): 1061−72.

15. Lesnick, M.L. Guiney, D.G. (2001). The best defense is a good offense-Salmonella deploys an ADP-ribosylating toxin. Trends Microbiol. Jan; 9 (1): 2−4;

16. Dobrindt, U., Janke, B., Piechaczek, K., Nagy, G., Ziebuhr, W. Fischer, G., Schierhorn, A., Hecker, M., Blum-Oehler, G., and Hacker, J., 2000 Oct. Toxin genes on pathogenicity islands: impact for microbial evolution. Int J Med Microbiol. 290 (4−5): 307−11.

17. Елинов Н. П. Химическая микробиология. — М.: Высшая школа, 1989. — 448 с.

18. Botulinum Toxin as a Biological Weapon: Medical and Public Health Management / Stephen S. Arnon, R. Schechter, T.V. Inglesby and others // Journal of the American Medical Association. — 2001. — Vol. 285, № 8. — P. 1059−1070.

19. Crystal structure of botulinum neurotoxin type A and implications for toxicity / D.B. Lacy, W. Tepp, A.C. Cohen and others // Nature structural biology. — Vol. 5, № 10. — P. 898−902.

20. Yates S.P., Merrill A.R. Elucidation of eukaryotic elongation factor-2 contact sites within the catalytic domain of Pseudomonas aeruginosa exotoxin A // Biochem. J. — 2004. — Vol. 379, № 3. — Р. 563−572.

21. Baron S. Medical Microbiology, 4th edition // Corynebacterium Diphtheriae: Diphtheria Toxin Production / Edited by J.R. Murphy. — Galveston: University of Texas Medical Branch at Galveston, 1996. — Chapter 32.

22. Brossier F., Mock M. Toxins of Bacillus anthracis // Toxicon. — 2001. — Vol. 39, № 11. Р. 1747−1755.

23. A.D. Pannifer et al. Crystal structure of the anthrax lethal factor // Nature. — 2001. — Vol. 414. — P. 229−233.

24. Голубовська О. А. Інфекційні хвороби. — Київ: ВСВ «Медицина». — 2012. — С. 728.

25. Tetanus / J.J. Farrar, L.M. Yen, Т. Cook and others // Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. — 2000. — Vol. 69, № 3. — Р. 292−301.

26. Lalli G., Gschmeissner S., Schiavo G. Myosin Va and microtubule-based motors are required for fast axonal retrograde transport of tetanus toxin in motor neurons // Journal of Cell Science. — 2003. — Vol. 116, № 22. Р. 4639−4650.

27. Tetanus and botulinum-B neurotoxins block neurotransmitter release by proteolytic cleavage of synaptobrevin / G. Schiavo; F. Benfenati; B. Poulain and others // Nature. — 1992. — Vol. 359. P. 832−835.

28. Bhakdi S., Tranum Jensen J. Alpha-toxin of Staphylococcus aureus // Microbiol Reviews. — 1991. — Vol. 55, № 4. — P. 733−751.

29. Tomita T., Kamio Y. Molecular biology of the pore-forming cytolysins from Staphylococcus aureus, alpha — and gamma-hemolysins and leukocidin // Biosci Biotechnol Biochem. — 1997. — Vol. 61, № 4. Р. 565−572.

30. Structure of staphylococcal alpha-hemolysin, a heptameric transmembrane pore / L. Song, M.R. Hobaugh, C. Shustak and others // Science. — 1996. — Vol. 274. — P. 1859−1866.

31. Membrane insertion: the strategies of toxins / C. Lesieur, S.B. Vecsey, L. Abrami and others // Molecular Membrane Biology. — 1997. — Vol. 14. — P. 45−64.

32. Clare K. Schmitt, Karen C. Meysick, Alison D. O’Brien Bacterial Toxins: Friends or Foes? // Emerging Infectious Diseases. — 1999. Vol. 5, № 2. — Р. 224−233.

33. Harnett M.M. Analysis of G-proteins regulating signal transduction pathways // Methods of Molecular Biology. — 1994. — Vol. 27. — P. 199−211.

34. Identification of the predominant substrate for ADP-ribosylation by islet activating protein / G.M. Bokoch, T. Katada, J.K. Northup // The Journal of Biolical Chemistry. — 1983. — Vol. 258. — P. 2072−2075.

35. Neer E.J. Heterotrimeric G proteins: organizers of transmembrane signals // Cell. — 1995. — Vol. 80. — P. 249−257.

36. Pastan I. Targeted therapy of cancer with recombinant immunotoxins // Biochim Biophys Acta. — 1997. — Vol. 1333. — P. 1−6.

37. Ghetie M.A., Ghetie V., Vitetta E.S. Immunotoxins for the treatment of B-cell lymphomas // Molecular Medicine. — 1997. — Vol. 3, № 7. — P. 420−427.

38. The emerging role of immunotoxins in leukemia and lymphoma / U. Winkler, S. Barth, R. Schnell and others // Annals of Oncology. — 1997. — Vol. 8, № 1. — P. 139−146.

39. Murray L.J., Habeshaw J.A., Wiels J. Expression of Burkitt lymphoma-associated antigen (defined by the monoclonal antibody 38. 13) on both normal and malignant germinal-centre B cells // Int. J. Cancer. — 1985. — Vol. 36. — P. 561−565.

40. Taga S., Mangeney M., Tursz T. Differential regulation of glycosphingolipid biosynthesis in phenotypically distinct Burkitt’s lymphoma cell lines // Int. J. Cancer. — 1995. — Vol. 61. — P. 261−267.

41. LaCasse E.C., Saleh M.T., Patterson B. Shiga-like toxin purges human lymphoma from bone marrow of severe combined immunodeficient mice // Blood. — 1996. — Vol. 88, № 5. — P. 1551−1567.

42. Kessler K.R., Benecke R. Botulinum toxin: from poison to remedy // Neurotoxicology. — 1997. — Vol. 18. — P. 761−770.

43. Wheeler A.H. Therapeutic uses of botulinum toxin // Am. Fam. Physician. — 1997. — Vol. 55. — P. 541−548.

44. Averbuch-Heller L., Leigh R.J. Medical treatments for abnormal eye movements: pharmacological, optical and immunological strategies // Aust. NZJ Ophthalmol. — 1997. — Vol. 25. — P. 7−13.

45. Carter S.R., Seiff S.R. Cosmetic botulinum toxin injections // Int. Ophthalmol Clin. — 1997. — Vol. 37. — P. 69−79.

46. Maseri A., Andreotti F. Targeting new thrombolytic regimens at specific patient groups: implications for research and cost-containment // Eur. Heart J. -1997. — Vol. 18. — P. 28−35.

47. Levine S.R. Thrombolytic therapy for stroke: the new paradigm // Hosp. Pract. — 1997. — Vol. 32. — P. 57−73.

48. Cherry J.D. Comparative efficacy of acellular pertussis vaccines: an analysis of recent trials // Pediatr. Infect. Dis. — 1997. — Vol. 16. — P. 890−896.

49. Michie C.A., Cohen. J. The clinical significance of T-cell superantigens // Trends Microbiol. — 1998. — Vol. 6, № 2. — Р. 61−65.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой