Основные свойства экзотоксинов

Все известные бактериальные экзотоксины – белки.

Химической природой экзотоксинов объясняется их малая устойчивость к факторам внешней среды, в частности к повышенной температуре. Большинство экзотоксинов (дифтерийный, столбнячный и др.) термолабильны, разрушаются при 60 ⁰С в течение 20-60 минут. Исключение составляют ботулинический токсин, энтеротоксины стафилококка, кишечной палочки, выдерживающие кипячение в течение нескольких минут. Эти токсины не разрушаются в течение нескольких минут. Эти токсины не разрушаются под действием пищеварительных ферментов и при пероральном введении вызывают отравление организма.

Отличительной особенностью большинства экзотоксинов является выраженная органотропность, проявляющаяся в избирательном поражении определенных органов и тканей.

Высокая специфичность действия экзотоксинов обусловливает характерную клиническую картину заболевания. В основе патогенетического действия токсинов лежит их способность разрушать определенные клеточные структуры или нарушать определенные клеточные функции (табл. 2). Например, при попадании в рану Clostridium tetani, токсин распространяется по периферическим двигательным

Таблица 2

Органотропность и механизм действия некоторых токсинов

Микроорганизм	Экзотоксин	Мишень	Механизм действия
Clostridium botulinum	нейротоксин	Нервно-мышечный синапс	Подавляет выделение ацетилхолина
Clostridium tetani	-“-	Центральная нервная система	Подавляет синаптическое торможение
Clostridium perfringens	a-токсин	Любая ткань в месте поражения	Лецитиназная активность (приводит к лизису клеток)
Corynebacterium diphtheriae	Дифтерийный токсин	Любая ткань (распространяется по всему организму)	Подавляет синтез белка
Staphylococcus aureus	a-токсин “энтеротоксин”	Любая ткань Нервные клетки	Приводит к лизису клеток Неизвестен
Shigella dysenteriae	Энтеротоксин	Эпителий кишечника	Нарушает регуляцию переноса электролитов
Vibrio cholerae	-“-	То же	То же
Yersinia pestis	мышиный	Любая ткань	Неизвестен

нервам к центральной нервной системе, где связывается с поверхностными рецепторами нейронов и подавляет нормальное синаптическое торможение. По-иному действует на нервную систему токсин C. botulinum. Он подавляет выделение ацетилхолина в нервно-мышечном синапсе, блокируя передачу нервного импульса на мышечное волокно.

Связывание токсина с клеточным рецептором специфично. С помощью иммунодиффузионных методов показано, что холерный токсин реагирует с высокоочищенным ганглиозидом Gm1, являющимся рецептором для этого токсина, образуя в агаровом геле четкую линию преципитации (аналогично как при взаимодействии антигена и антител), и не вступает в реакцию с другими ганглиозидами.

Однако во многих случаях повреждение представляет собой вторичную, неспецифическую реакцию хозяина на первичное действие токсина. Рассмотрим следующий пример. Выход ионов и воды из тканей регулируется эпителиальными клетками кишечника. Эта регуляция может быть нарушена множеством различных агентов в частности токсином, выделяемым холерным вибрионом, который вызывает очень сильную и часто приводящую к летальному исходу потерю жидкости. Таким образом потеря жидкости – неспецифическая реакция хозяина на связывание токсина холерного вибриона клетками кишечного эпителия.

Другая неспецифическая реакция тканей хозяина на заражение – воспаление, которое представляет собой сложную последовательность клеточных изменений. Неспецифический характер воспалительной реакции очень затрудняет выяснение вопроса о том, чем является продукт бактерии, вызывающий реакцию, - истинным токсином аллергеном – антигенным продуктом микроорганизма, индуцирующим воспалительную аллергическую реакцию у предварительно сенсибилизированного хозяина. Предшествующее сенсибилизирующее воздействие антигена, попавшего в организм с пищей или пылью, почти невозможно исключить даже в экспериментах на безмикробных животных.

Органотропность и специфичность действия экзотоксинов связаны с наличием на поверхности чувствительных клеток организма специфических рецепторных структур, к которым присоединяются молекулы токсина, и особенностями строения токсинов.

Роль клеточных рецепторов для большинства известных бактериальных экзотоксинов (столбнячного, ботулинического, холерного и др.) выполняют молекулы ганглиозидов. Ганглиозиды представляют собой гликосфинголипиды, содержащие сиаловые кислоты, причем непосредственное участие в связывании с токсином принимает углеводная часть ганглиозидной молекулы. Именно поэтому воздействие нейраминидазой, расщепляющей сиаловые кислоты, снижает степень связывания ганглиозида с токсином, а ганглиозиды, лишенные остатков сиаловой кислоты, не обладают токсисвязывающей способностью.

Некоторые токсины, обладающие литическим действием в отношении клеток, в частности эритроцитов (пневмолизин, 0-стрептолизин, тетанолизин), фиксируются на холестеринсодержащих рецепторах клетки.

Экзотоксины чрезвычайно токсичны, действуют в малых дозах. Наиболее сильным из бактериальных токсинов является ботулинический. В одном миллиграмме чистого токсина содержится около 1 000 000 Dlm для морских свинок.

Токсичность связана с наличием в структуре токсинов активного центра, блокирование которого путем обработки формалином (0,3-0,4 % формалина в течение 30 дней при 38 ⁰С) приводит к утрате токсических свойств. Такие обезвреженные токсины именуются анатоксинами (или токсоидами). Они широко применяются в качестве вакцин для профилактики заболеваний, в патогенезе которых основную роль играет токсический фактор (дифтерия, столбняк и др.).

У всех экзотоксинов хорошо выражены антигенные и иммуногенные свойства, которые сохраняются после их детоксикации. Антитела против экзотоксинов обладают защитным действием и составляют основу антитоксического иммунитета. Для лечения и создания искусственного иммунитета против столбняка, ботулизма, дифтерии и других инфекций используют антитоксические сыворотки, содержащие антитела – антитоксины.

В настоящее время по механизму действия выделяют три группы экзотоксинов: