Эндотоксины

Эндотоксины имеются только у грамотрицательных бактерий. Они представлены липополисахаридами и связанными с ними белками.

Эндотоксины входят в состав внешнего слоя клеточной стенки грамотрицательных бактерий. По химической природе они представляют собой липополисахариды (ЛПС) и являются структурным компонентом соматического О- антигена, который, кроме, ЛПС, включает также протеин.

В состав ЛПС входит липид А и полисахаридная область, состоящая из базальной структуры и О-специфических боковых цепей.

Липид А, являющийся существенной частью эндотоксина, ответственной за его токсические свойства, имеет сходную структуру и химический состав у различных видов грамотрицательных бактерий и состоит из ацетилглюкозамина и длинноцепочечных жирных кислот: лауриновой, миристиновой, гидроксилмиристиновой, пальмитиновой и др.

Базальная структура полисахарида различных грамотрицательных бактерий также построена по единому принципу и включает (у сальмонелл) внутреннюю область, состоящую из гептозных остатков и кетодиосиоктоната, и внешнюю часть, представленную олигосахаридом, состоящим из глюкозы и глюкозамина.

О-полисахариды боковых цепей ЛПС, в отличие от базальной структуры полисахарида и липида А, характеризуются чрезвычайным разнообразием и определяют серологическую специфичность различных бактерий. Они построены из повторяющихся олигосахаридных единиц, обычно содержащих чередующиеся в различной последовательности остатки маннозы, рамнозы, галактозы, глюкозы и один или более необычных дидезоксисахаров, таких как абеквоза, колитоза, паратоза или тивелоза, которые занимают терминальное положение и играют иммунодоминантную роль.

Липополисахаридная фракция обладает пирогенной активностью и токсичностью, белковая – ни той, ни другой, но сообщает всему комплексу антигенные свойства. Антисыворотки к эндотоксинам не полностью нейтрализуют их токсические свойства, что объясняется тем, что эндотоксин индуцирует образование антител к полисахаридной части, а токсичноть обусловлена липидным компонентом

Эндотоксины имеют характеристики, часто прямо противоположные таковым экзотоксинов. Эндотоксины термостабильны, некоторые из них выдерживают длительное кипячение и даже автоклавирование при 120 ⁰С в течение 30 минут. При обработке формалином эндотоксины обезвреживаются лишь частично. Эндотоксины по сравнению с экзотоксинами менее токсичны: LD₅₀ для среднего эндотоксинового препарата составляет от 200 до 400 мг на мышь.

Все три компонента ЛПС – липид А, ядро полисахарида и его боковая цепочка из повторяющихся сахаров – обладают выраженными антигенными свойствами. ЛПС стимулирует синтез интерферонов, активизирует систему комплемента по классическому пути, обладает митогенным действием в отношении лимфоцитов, а также аллергенным действием.

Наиболее изучены эндотоксины энтеробактерий: сальмонелл, шигелл, эшерихий. Кроме токсичности они обладают пирогенностью – способностью вызывать повышение температуры тела. За пирогенность, ровно как и за токсичность, ответственная липидная фракция токсина.

Температура тела животного регулируется с помощью механизмов, которые контролируются определенными центрами в головном мозге; многие вещества при введении в кровь вызывают повышение температуры. Поскольку самые разные типы воспаления сопровождаются повышением температуры, была предпринята попытка найти пирогенные соединения в поврежденных тканях. В конце концов оказалось, что все пирогенные препараты содержат примеси бактериальных эндотоксинов.

В связи с этим при исследовании пирогенности все усилия были направлены на изучение токсинов, которые, как оказалось, обладают необычайно высокой активностью. Эндотоксины не действуют непосредственно на терморегуляторные центры головного мозга; они вызывают высвобождение эндогенного пирогенного вещества из полиморфноядерных лейкоцитов и макрофагов. Это вещество, химическая природа которого до сих пор неизвестна, и вызывает повышение температуры.

Очищенные эндотоксины как вирулентных, так и авирулентных энтеробактерий при введении животным вызывают многие патологические симптомы. Они являются воспалительными агентами, которые увеличивают проницаемость капилляров и вызывают разрушение клеток. Из разрушенных клеток в свою очередь выделяются воспалительные агенты, биологически активные соединения (гистамин, серотонин, простагландины, лейкотриены и др., всего более 20), синтез которых индуцируется в организме человека и животных, и которые обусловливают развитие поражения.

Воспалительное и пирогенное действие эндотоксинов неспецифично. Хотя и тот и другой эффекты, несомненно, вносят свой вклад в общую картину заболевания, но не они определяют специфические симптомы болезни, вызываемой грамотрицательными патогенными бактериями. Важно также подчеркнуть, что повышение температуры и токсикоз сопровождают тяжелые инфекции, вызванные и грамположительными бактериями, которые не содержат эндотоксинов.

Эндотоксины энтеробактерий при введении их животным в небольших дозах вызывают временные изменения неспецифической устойчивости к инфекции. После введения мышам очищенной липополисахаридной фракции эндотоксина, проверялась устойчивость мышей к инфекции путем введения им через различные промежутки времени вирулентного штамма E. coli. Сразу после введения липополисахарида чувствительность мышей к бактериальному заражению резко увеличивалась: ЛД₅₀ (число бактериальных клеток в расчете на одно животное, необходимое для гибели 50 % испытуемых животных) снижалось в тысячу раз. Но в течение следующих 24 часов их чувствительность к инфекции сильно снижадась: ЛД₅₀ возрастала, пока не достигала величины примерно в 100 000 раз превышающей ЛД₅₀ для контроля. Повышенная устойчивость сохранялась 3-5 дней и затем исчезала.

Роль эндотоксина в увеличении устойчивости животных к заражению неспецифична; очищенный липополисахарид, полученный из одного вида грамотрицательных бактерий, сообщает устойчивость к заражению другими видами грамотрицательных бактерий. Механизм этого явления неизвестен. Оно может играть весьма важную роль в природе, поскольку все млекопитающие (включая человека) постоянно подвергаются действию эндотоксинов кишечных бактерий.

Основные различия между экзо- и эндотоксинами представлены в таблице 3.

Таюдица 3

Различия экзо- и эндотоксинов

Экзотоксины	Эндотоксины
Образуются грамположительными и грамотрицательными микроорганизмами	Образуются грамотрицательными микроорганизмами
Выделяются живыми клетками, обнаруживаются в высоких концентрациях в жидких средах	Компонент клеточной стенки грамотрицательных бактерий, освобождающийся при их дезинтеграции
Полипептиды, ОММ 10000-900000	Липополисахаридные комплексы, Липид А, очевидно, ответственен за токсигенность
Относительно нестабильны, быстро разрушаются при температуре свыше 60 0С	Относительно стабильны, выдерживают нагревание свыше 60 0С несколько часов без потери активности
Высокоантигенны, стимулируют образование антитоксина, нейтрализующего токсин	Не стимулируют образование антитоксина, вызывают образование антител к полисахаридам
Переходят в антигенные нетоксигенные анатоксины при помощи формалина, кислот нагревания	Не переходят в анатоксины
Высокотоксичны, вызывают гибель лабораторных животных при введении нескольких микрограммов или даже меньше	Слаботоксичны, вызывают гибель лабораторных животных при введении нескольких сотен микрограммов
Не вызывают лихорадки у организма-ъозяина	Часто вызывают лихорадку у хозяина