Заключение

Структура, механизмы действия и древность происхождения бактериальных токсинов свидельствуют о том, что их эволюция началась еще в сообществах одноклеточных микроорганизмов, где они играли роль сигнальных молекул, способных действовать на большом расстоянии от бактериальной клетки без ослабления силы сигнала. Эволюция токсинов происходила путем нарастания сложности их молекул, вызванной дупликациями и слияниями генов, кодирующих белки их отдельных доменов. Древность бактериальных токсинов позволяет поставить под сомнение антропозность отдельных инфекционных болезней, например, холеры, коклюша и дифтерии. Видимо целесообразно вести поиск природных резервуаров возбудителей этих болезней в сообществах простейших организмов. Субъединичная структура токсинов, где одна из субъединиц играет роль лиганда, другая вызывает токсический эффект, позволяет осуществлять исследования, направленные на получение нового поколения медицинских иммунобиологических препаратов, не имеющих аналогов в природе. В настоящее время разработаны подходы для вмешательства в структуру молекул токсинов, позволяющие получать иммунотоксины для прицельного терапевтического воздействия на злокачественные клетки крови, и токсины с измененной специфичностью и/или с более высокой токсичностью в отношении отдельных видов насекомых. Токсичность ботулинического токсина предельна не только для бактериальных токсинов, но и для природных токсических веществ. При модификации токсинов наиболее вероятно изменение спектра их целей. LD ₅₀гибридных и модифицированных токсинов даже при повышении их токсичности для отдельных экспериментальных животных, будет находиться в пределах, характерных для токсических веществ данного диапазона молекулярных масс.

 

 

* Сигнал — событие, имеющее регуляторное/управленческое значение в той системе, в которой оно опознаётся и потому значимо для неё. В живой клетке сигнал — это событие, имеющее регуляторное значение для функционирования клетки.

* В России ботулинический нейротоксин типа A зарегистрирован под торговыми наименованиями «Диспорт» и «Ботокс». Препараты ботулинического токсина применяются для временного сглаживания межбровных морщин, лечения косоглазия, блефароспазма и блокирования повышенного потоотделения.

 

 

Литература:

1.  Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки: В 3 т. // Пер. с англ. под ред. Г.П. Георгиева и Ю.С. Ченцова. — М., 1994.

 2. Антонов Н.С. Химическое оружие на рубеже двух столетий.   М., 1994.

 3. Вертиев Ю.В. Бактериальные токсины: биологическая сущность и происхождение // Журн. микробиол. — 1996. — № 3. — С. 43-46.

 4. Езепчук Ю.В. Патогенность, как функция биомолекул. — М., 1985.

 5. Супотницкий М.В. Микроорганизмы, токсины и эпидемии.   М., 2005.

 6. Филдс Б., Найп Д., Ченок Р. и др. Вирусология: В 3 т. // Пер. с англ. под ред. Н.В. Каверина, Л.Л. Киселева. — М., 1989.

 7. Шувалова Е.П. и др. Инфекционные болезни. — Ростов на Дону, 2001.

В ходе эволюционного развития болезнетворные микроорганизмы приспособились к росту в тех или иных тканях хозяина. Высокая степень специфичности, присущая многим микроорганизмам, отражает различия биохимического состава органов. Удалось выявить различие, связанное с эритритолом - предпочтительным источником углерода для нескольких видов рода Brucella, которые вызывают выкидыш у копытных. Эритритол обнаруживается в высокой концентрации только в плаценте копытных, но не в других тканях. Высокие концентрации железа подавляют образование токсина у Clostridium tetani, хотя и способствуют инвазивности микроорганизма. При туберкулезе фактором, ограничивающим рост микробов, является доступность соединений железа. И организм, и возбудитель используют для переноса железа в клетки выделяемые ими хелирующие соединения. В результате возникает "битва" за железо, исход которой зависит от силы связывания и концентрации хелирующих агентов, выделяемых организмом и микобактериями туберкулеза. Поэтому введение в организм соединений, снижающих концентрацию свободного железа, защищает животное от туберкулеза.

Патогенность и вирулентность

Потенциальную способность микроорганизма паразитировать в организме животных и вызывать инфекцию (инфекционный процесс) называют патогенностью, болезнетворностью. Патогенность - качественная характеристика вида, определяемая его генотипом, это потенциальная способность возбудителя вызывать инфекционный процесс. Факторы патогенности связаны со структурными элементами микробной клетки, ее метаболизмом. Они позволяют патогенному микроорганизму не только проникнуть и сохраниться, но и размножиться, распространиться в тканях и органах животного, активно воздействовать на его функции. Все микроорганизмы - паразиты, очевидно, происходят от свободноживущих сапрофитов, которые использовали для питания мертвые органические остатки. В мире микроорганизмов можно выделить облигатных паразитов, которые утратили способность к сапрофитическому образу жизни (вируса, некоторые простейшие, риккетсии, микоплазмы, хламидии - внутриклеточные паразиты). У них утрачиваются ферментные системы, и исключается возможность сапрофитного образа жизни. Другая группа патогенных микроорганизмов - факультативные паразиты (возбудители ботулизма, столбняка, злокачественного отека), способные существовать и даже размножаться во внешней среде. Предполагается, что все известные виды облигатных паразитов прошли этап факультативного паразитизма. Не всегда можно провести четкую грань между сапрофитами и паразитами. При изменении условий среды может измениться обмен веществ; у микроорганизмов вырабатываются адаптивные ферменты, с помощью которых они приспосабливаются к другому типу питания. Взаимоотношения организма животных и микроорганизмов многих видов (облигатных и факультативных паразитов), прошедшие длительный путь эволюции, продолжают непрерывно изменяться. Изменяются свойства паразита и иммунологическая реактивность их хозяев. Патогенность, таким образом, является эволюционно закрепленной характеристикой вида. Например, среди обширного рода Bacillus патогенным для млекопитающих является лишьBacillus anthracis (возбудитель сибирской язвы). Каждый вид болезнетворных микробов характеризуется специфическим набором факторов патогенности. Этот набор определяет характер патогенного действия, т. е. способность вызывать определенный инфекционный процесс. Например, ящуром болеют парнокопытные, а сапом - однокопытные, кошачьи; инфекционной анемией - лошади, чумой свиней - свиньи. Однако и в пределах вида патогенность микроорганизмов может колебаться. Степень патогенности, индивидуальная особенность каждого варианта и штамма микроорганизмов называется вирулентностью. Это качественная характеристика штамма микроорганизмов, характеристика его патогенности для животных определенного вида в определенных неменяющихся условиях. В процессе эволюции болезнетворные микроорганизмы приобрели разнообразные способности проникать в макроорганизм, преодолевая его защитные барьеры, противостоять защитным силам организма, подавлять их и вызывать изменения морфологии и функции клеток, тканей и органов. Вирулентность какого-либо штамма данного патогенного вида измеряют двумя факторами: токсигенностью (способность продуцировать токсины-вещества, повреждающие ткани) и инвазивностью (способность проникать в ткани организма, размножаться в них и распространяться). Инвазивность и токсигенность имеют собственный генетический контроль в клетке бактерии. Вирулентность измеряют минимальным количеством микроорганизмов или микрограммов токсина, вызывающих смертельный исход при заражении определенного животного или птицы. Обычно такую величину выражают в виде LD₅₀, т.е. количеством микроорганизмов или микрограммов токсина, вызывающим гибель 50% подопытных особей. Некоторые виды патогенных микроорганизмов повреждают организм позвоночного с помощью косвенного механизма, который вступает в действие лишь при условии предварительного контакта с тем же возбудителем или продуктами его жизнедеятельности. Это явление называется повышенной чувствительностью, или аллергией. Термин"аллергия" (allos-другой, ergon-действие) означает изменение. Аллергию следует рассматривать как компонент приобретенного иммунитета. Вещества, вызывающие ее, называют аллергенами. Аллергией называется состояние повышенной чувствительности организма на повторное внедрение аллергена.

Микробные токсины

Представления о природе микробных токсинов получены благодаря исследованиям патогенных бактерий. К 1890 г. были обнаружены первые токсины двух патогенных микроорганизмов: Corynebacterium diphtheriae и Clostridium tetani. В обоих случаях были поставлены одинаковые опыты: бактерию выращивали в культуральной среде in vitro, и стерильный фильтрат, приготовленный из выросшей культуры, вводили опытным животным. Последние погибали, а при их вскрытии обнаруживали изменения органов, характерные для соответствующей естественной инфекции. Эти токсические вещества оказались белками. Поскольку они представляли продукты обмена бактерий и не были связаны с бактериальными клетками, их назвали экзотоксинами. Экзотоксины образуют ряд других патогенных бактерий (возбудитель ботулизма, инфекционной энтеротоксемии, дизентерии и др.), в основном грамположительных. Однако фильтраты, приготовленные из культур многих других патогенных микроорганизмов, не были токсичны. Кипячением бактериальных культур доказано, что клетки почти всех грамотрицательных патогенных бактерий токсичны сами по себе. Более того, такое же токсическое действие оказывают и убитые нагреванием клетки многих патогенных грамотрицательных бактерий. Устойчивые к нагреванию токсины, связанные с клеточной оболочкой грамотрицательных бактерий, назвали эндотоксинами. Однако для многих патогенных бактерий, в том числе для возбудителя сибирской язвы, эти подходы не позволили обнаружить никаких сколько-нибудь токсичных продуктов. Условия культивирования в лаборатории всегда отличаются от условий в организме зараженного животного. Осознание этого очевидного факта заставило предпринять поиски бактериальных токсинов, образуемых непосредственно в организме инфицированного животного. Эта работа привела к обнаружению специфического экзотоксина у Bacillus anthracis.

Основные свойства токсинов

Экзотоксины

Эндотоксины

Выделяются живыми клетками, обнаруживаются в высоких концентрациях в жидких средах	Компонент клеточной стенки грамотрицательных бактерий, освобождающийся при их дезинтеграции
Полипептиды, ОММ 10000-100000	Липополисахаридные комплексы. Липид А, очевидно, ответственен за токсичность
Относительно нестабильны, быстро разрушаются при температуре свыше 600С	Относительно стабильны, выдерживают нагревание свыше 600С несколько часов без потери активности
Высокоантигенны, стимулируют образование активного антитоксина,нейтрализующего токсин	Не стимулируют образование антитоксина, вызывают образование антител к полисахаридам
Переходят в анатоксины при воздействиии нагревания, химических веществ	Не переходят в анатоксины
Высокотоксичны	Слаботоксичны
Не вызывают лихорадки	Часто вызывают лихорадку

Возбудитель столбняка (Clostridium tetani) продуцирует токсин, который путем ретроградного движения по аксонам проникает в ЦНС, где происходит его фиксация ганглиозидами. Токсин усиливает рефлекторную возбудимость в нейронах спинного мозга, подавляя освобождение ингибиторного медиатора в синапсах нейронов. Он также нарушает синаптическую передачу в нервно- мышечном соединении; в результате этих процессов возникают мышечные спазмы. Токсин возбудителя ботулизма (Clostridium botulinum) блокирует освобождение ацетилхолина в синапсах и нервно-мышечных соединениях, вызывая дисфагию, паралич дыхательной мускулатуры, а также двигательные параличи. Экзотоксины малоустойчивы к действию света, кислот, щелочей. Большая часть из них белки, разрушающиеся под действием пищеварительных ферментов (исключение составляют токсины возбудителя ботулизма и патогенных стафилококков). Обработанные формалином и теплом (0,3-0,5% при температуре +38…39⁰С) экзотоксины, утратившие патогенные свойства, но сохранившие антигенную активность, называют анатоксинами. Получены анатоксины против столбняка, ботулизма, клостридиозов. Они используются в качестве вакцин. Токсины Bacillus anthracis представляют собой комплекс из двух или более веществ. Само по себе каждое из них нетоксично, но в результате их взаимодействия в организме возникает токсический эффект. Некоторые грамположительные бактерии родов Streptococcus, Staphylococcus и других образуют разнообразные цитолитические токсины, вызывающие лизис различных клеток у млекопитающих. Стафилококковый a-токсин приводит к лизису клеток за счет своей лецитиназной активности. Для понимания патогенеза недостаточно выделить токсичное вещество из патогенной бактерии. Чтобы выяснить, обусловливает ли такое вещество вирулентность, следует показать, что оно вызывает один или несколько симптомов болезни. Кроме того, место действия и эффективная концентрация вещества должны соответствовать таковым при инфекции, возникающей в естественных условиях. Эти требования, имеющие экологическое значение, очень трудно удовлетворить, и полностью они были выполнены лишь в немногих случаях. Часто используют еще два критерия: корреляцию между образованием токсина и вирулентностью у различных штаммов патогенного вида и способность соответствующей антитоксичной сыворотки защищать животных от заболевания. Гены, определяющие синтез бактериальных экзотоксинов, во многих случаях локализованы в плазмидах или профагах, которые несет бактерия, а не в бактериальной хромосоме. К настоящему времени установлено, что эритрогенный токсин Streptococcus pyogenes, энтеротоксин, a-токсин Staphylococcus aureus и токсин Clostridium botulinum детерминируются генами профага, а ряд токсинов, продуцируемых Escherichia coli,- плазмидными генами. Во всех случаях утрата профага или плазмиды делает клетку нетоксигенной, а при введении профага или плазмиды в клетку образование токсина восстанавливается.

Механизм действия токсинов

Токсин в целом нарушает постоянство внутренней среды организма путем изменения его метаболических функций. Действие экзотоксинов проявляется в разрушении определенных субклеточных структур или в нарушении определенных клеточных функций: в ряде случаев удалось продемонстрировать действие очищенных токсинов на органоиды чувствительных клеток. Экзотоксины обладают цитотоксическим, пирогенным, антикомплементарным, ингибирующим дыхательную функцию митохондрии действием. Они лизируют эритроциты (род Streptococcus), гидролизуют лейкоциты (Cl.perfringens), вызывают поражения центральной и вегетативной нервных систем (Staphylococcus aureus), нарушают функции органов пищеварения (род Staphylococcus). Истинные энтеротоксины связываются со специфическими рецепторами мембран чувствительных клеток. Связанный токсин активизирует мембранную аденилатциклазу, что вызывает резкое увеличение концентрации циклического АМФ в клетке. Это, в свою очередь, нарушает регуляторные процессы в клетке и вызывает анормальное повышение скорости переноса электролитов, их утечку из тканей. Вместе с электролитами уходит вода; потеря тканевой жидкости приводит к ацидозу и шоку. Если не восполнить потери жидкости и электролитов, циркулирующих в организме, может наступить смерть. Экзотоксины вызывают глубокие изменения обмена веществ, что сопровождается интоксикацией. В отличие от химических ядов действие токсинов проявляется после определенного инкубационного периода. Эндотоксины состоят из трех фрагментов, и по разному действию их можно разделить на липополисахаридную, обладающую пирогенной активностью и токсичностью, ибелковую фракции. Последняя не обладает ни той, ни другой активностью, но сообщает всему комплексу антигенные свойства. Очищенные эндотоксины как вирулентных, так и авирулентных энтеробактерий при введении животным вызывают многие патологические явления. Они также вызывают воспаление, которое увеличивает проницаемость капилляров и разрушает клетки. Из разрушенных клеток в свою очередь выделяются воспалительные агенты, которые усугубляют поражения. Эндотоксины, не действуя непосредственно на терморегуляторные центры головного мозга, вызывают освобождение эндогенного пирогенного вещества из полиморфно-ядерных лейкоцитов. Это вещество, химическая природа которого до сих пор неизвестна, вызывает повышение температуры. Эндотоксины повышают порозность мелких кровеносных сосудов, выход из капилляров и разрушение лейкоцитов с образованием новых пирогенов. Липополисахарид ингибирует дыхательную функцию митохондрий клеток печени и сердца. Антикомплементарное действие эндотоксинов снижает в организме концентрацию основных хемотаксических и опсонирующих факторов. Эндотоксины продуцируют бруцеллы, сальмонеллы, возбудители туберкулеза, сапа и многие другие в основном грамотрицательные бактерии. Особенно характерны эти яды для семейства кишечных бактерий. Термостабильные токсические вещества, нарушающие обмен веществ в восприимчивых клетках, обнаружены и у некоторых вирусов. Эндотоксины энтеробактерий при введении их животным в небольших дозах вызывают временные изменения неспецифической устойчивости к инфекции.

Химический состав	Наименование
 Повторяющиеся комбинации олигосахаридов (например, манноза-рамноза-галактоза), которые являются типоспецифическими гаптенными детерминантами	 0-специфический полисахарид; соматический антиген "гладких" колоний. Индуцирует специфический иммунитет
 N-ацетилглюкозамин, глюкоза, галактоза, гептоза. Одинаковый у всех грамотрицательных бактерий	 Общий внутренний полисахарид (антиген "шероховатых" колоний). Индуцирует некоторую неспецифическую резистентность к сепсису, вызываемому грамотрицательными бактериями
 Основа из чередующихся гептоз и фосфатных групп, связанных посредством КДО (2-кето-3-деоксиоктановая кислота) с липидом. Липид связан с пептидогликаном	 Липид А с КДО, обусловливающий первичную токсичность

Роль эндотоксина в повышении устойчивости к заражению неспецифична, и механизм этого явления не известен. Такая устойчивость может играть весьма важную роль в природе, поскольку все млекопитающие постоянно подвергаются действию эндотоксинов кишечных бактерий. В клинических и экспериментальных условиях при введении эндотоксина кишечных бактерий отмечают следующие наиболее выраженные изменения: лихорадка, лейкопения, гипогликемия, гипотония и шок, нарушение кровоснабжения жизненно важных органов, активизация СЗ (компонент комплемента), внутрисосудистый тромбоз и смерть.

Ферменты

Некоторые бактерии образуют вещества, которые не обладают токсическим действием, но играют важную роль в инфекционном процессе. Они нарушают целостность определенных тканей, подавляют фагоцитоз и бактериолиз, расщепляют отдельные белки, липидные и полисахаридные комплексы, обусловливая при этом распад клеток и образование таких ядов, как гистамины, триптомины, аммиак. К этим веществам относятся ферменты и агрессины. Ферменты можно подразделить на группы, способствующие распространению возбудителя в тканях, его закреплению, и группу антифагоцитарного действия. Известно, что внедрению микробов в организм препятствуют полимерные молекулы белка (фибрина), полипептида (коллагена), ДНК лейкоцитов, гликопротеинов и мукополисахаридов. Расщепляя названные субстраты, патогенные бактерии обеспечивают свое диффузное распространение в тканях. Ядовитые продукты бактерий белковой природы способны избирательно поражать клетки той или иной ткани. Например, токсин возбудителя некробактериоза вызывает распад клеток кожи, Cl.histolyticum лизирует a-клетки поджелудочной железы, отечный токсин возбудителя сибирской язвы вызывает местную воспалительную реакцию. Некоторые патогенные микроорганизмы выделяют агрессины-полисахариды, подавляющие защитные реакции организма животного, в частности фагоцитоз и бактериолиз. Образование капсулы в организме животного также является важным фактором патогенности бактерий. Капсула защищает бактерии от действия антител, фагоцитоза, способствует их прикреплению к клеткам макроорганизма. Краткий обзор факторов патогенности позволяет составить общее представление, каким образом микроб может наносить тот или иной вред организму. При этом один вид патогенных микроорганизмов, как правило, образует несколько токсинов. Большое количество различных токсинов образуют клостридии, патогенные кокки, энтеробактерии и др. Различия в химической структуре этих факторов и в механизме действия затрудняют их систематизацию. Однако в микробиологии ферментативная активность бактерий уже давно служит приемом дифференциальной диагностики отдельных видов микроорганизмов.

Инвазивность

Инвазивность как таковая не является синонимом возникновения болезни. Некоторые возбудители могут широко распространяться в организме, не вызывая каких-либо патологических изменений. Факторы инвазивности облегчают распространение бактерий, защищая их от фагоцитоза и разрушения. Инвазивность является выражением совокупности наследственных биохимических свойств микробов и пока еще до конца не изучена. К факторам инвазивности относят поверхностные структуры бактерий: капсульные полисахариды, полипептиды, корд-фактор, коагулазу. За счет этих факторов некоторые патогенные микроорганизмы могут длительное время сохраняться в лимфоцитах в не переваренном состоянии. Инвазивность не имеет явной связи с токсигенностью.

1. Понятие о бактериальных токсинах 2. Классификация токсинов по механизму действия 3. Группы факторов патогенности

1. Кроме ферментов агрессии и защиты микроорганизмы, размножаясь, могут вырабатывать биологически активные вещества, повреждающие клетки и ткани макроорганизма. — токсины. Некоторые токсины (дифтерийный, столбнячный, ботулиниче-цкнп) являются ведущими факторами развития соответствующих заболеваний. Действие других (гемолизины стафилококка, лейкоцидины) более ограничено. Силу токсинов, как и вирулентность самих возбудителей, измеряют DLM или LD50-По своим свойствам токсины делятся на 2 группы: • эндотоксины — липополисахариды; термостабильны, продуцируются, как правило, грамотрицательными бактериями, обладают общетоксическим действием, являются cлабыми антигенами, не переходят в анатоксин; • экзотоксины — белки; термолабильны, продуцируются, как правило, грамположительными бактериями, обладают специфичностью действия, сильные антигены, при специальной обработке переходят в анатоксины. Наиболее значимыми для медицинской практики продуцентами экзотоксинов являются возбудители: • среди грамположительных бактерий — дифтерии, ботулизма, столбняка, газовой гангрены, некоторые виды стафилококков и стрептококков; • среди грамотрицательных — холерный вибрион, некоторые виды псевдомонад, шигелл. Экзотоксины в зависимости от прочности их соединения с микробной клеткой подразделяются: • на полностью секретируемые (собственно экзотоксины) в окружающую среду; • частично секретируемые; • несекретируемые. Последние освобождаются только в процессе разрушения бактериальных клеток, что делает их сходными по этому свойству с эндотоксинами. 2. По механизму действия на клетки макроорганизма бактериальные токсины делятся на несколько типов, хотя это деление достаточно условно и некоторые токсины могут быть отнесены сразу к нескольким типам: • 1-й тип — мембранотоксины (гемолизины, лейкоцидины); • 2-й тип — функциональные блокаторы, или нейротоксины (тета-носпазмин, ботулинический токсин), — блокируют передачу нервных импульсов в синапсах (в клетках спинного и головного мозга); • 3-й тип — термостабильные и термолабильные энтеротоксины — активизируют клеточную аденилатциклазу, что приводит к нарушению энтеросорбции и развитию диарейного синдрома. Такие токсины продуцируют холерный вибрион (холероген), энтеротоксигенные кишечные палочки; • 4-й тип — цитотоксины — токсины, блокирующие синтез белка на субклеточном уровне (энтеротоксин золотистых стафилококков, дерматонекротоксины стафилококков, палочек сибирской язвы, сине-зеленого гноя и возбудителя коклюша); сюда же относят антиэлонгаторы — препятствующие элонгации (наращиванию) или транслокации, т. е. передвижению и-РНК вдоль рибосомы, и тем самым блокирующие синтез белка (дифтерийный гистотоксин, токсин синегнойной палочки); • 5-й тип — эксфолиатины, образуемые некоторыми штаммами золотистого стафилококка, и эритрогенины, продуцируемые пиогенным стрептококком группы А. Они влияют на процесс взаимодействия клеток между собой и с межклеточными веществами и полностью определяют клиническую картину инфекции (в первом случае возникает пузырчатка новорожденных, во втором — скарлатина). Многие бактерии образуют не один, а несколько белковых токсинов, которые обладают разным действием — нейротокси-ческим, цитотоксическим, гемолитическим: стафилококк, стрептококк. В то же время некоторые бактерии могут одновременно образовывать как белковые экзотоксины, так и эндотоксины: кишечная палочка, холерный вибрион. 3. Все факторы патогенности по их функции принято подразделять на 4 группы: • 1-я — бактерии с эпителием соответствующих экологических ниш (биотопов); • 2-я — интерферирующие с клеточными и гуморальными защитными механизмами хозяина и обеспечивающие размножение возбудителя in vivo; • 3-я — бактериальные модулины, индуцирующие синтез некоторых цитокинов и медиаторов воспаления, приводящих к им-муносупрессии; • 4-я — токсины и токсические продукты, оказывающие повреждающее действие, связанное, как правило, со специфическими патоморфологическими изменениями различных органов и тканей организма.

Список использованной литературы:

1. http://nsau.edu.ru/images/vetfac/images/ebooks/microbiology/stu/immun/svozb_res.htm

2. Токсины (греч. toxikon яд) — биологически активные вещества микробного, растительного и животного происхождения, поражающие чужеродную эукариотическую клетку и не действующие на клетки прокариот. Способность к токсинообразованию наиболее широко распространена среди микроорганизмов. Токсины животных большей частью продуцируются представителями различных таксономических групп беспозвоночных. У позвоночных животных это свойство наиболее выражено у пресмыкающихся, например у змей. Способность продуцировать Т. обнаружена также у высших растений. Свойство вырабатывать токсины делает микробы патогенными, а некоторые грибы, растения и животных — ядовитыми.

3.     По химической природе большая часть Т. микроорганизмов, растений и животных представлена высокомолекулярными соединениями (пептиды, белки, гликопротеины), и то же время Т. грибков представляют собой компоненты преимущественно с низкой молекулярной массой. Примером могут служить афлатоксины, продуцируемые видами родов Aspergillus, а также трихотеценовые микотоксины, вырабатываемые видами родов Fusarium, Trichoderma и Cephalosporium. Эти Т. обладают сильным канцерогенным действием. Химическая природа Т. простейших изучена слабо, однако имеются данные для предположения, что например, такие виды, как Trypanosoma cruzi, Giardia lamblia и Entamoeba histolytica, вырабатывают токсические белки.

4.     Большое сходство по молекулярной структуре и механизму действия имеют некоторые растительные Т. (абрин, рицин, модецин, вискулин) и токсические белки (дифтерийный токсин, энтеротоксин Shigella dysenteriae) некоторых патогенных бактерий.

5.     Т. бактерий вырабатываются как патогенными, так и условно-патогенными бактериями и служат причиной возникновения разного рода патологических состояний. В зависимости от вида поражаемой ткани Т. бактерий делят на несколько групп; энтеротоксины, поражающие клетки тканей желудочно-кишечного тракта: нейротоксины, поражающие клетки нервной системы; лейкотоксины (например, лейкоцидин), поражающие клетки иммунной системы: пневмотоксины, поражающие клетки легочной ткани; кардиотоксины, поражающие клетки сердечной мышцы.

6.     По физико-химическим свойствам Т. бактерий относятся к белкам и пептидам. Некоторые из них синтезируются бактериальной клеткой в виде неактивного предшественника (дифтерийный, ботулинические токсины и др.), для переведения которого в активное состояние требуется стадия активации. Активация осуществляется при участии протеолитических ферментов, которые в условиях мягкого (ограниченного) протеолиза фрагментируют полипептидную цель с образованием двух пептидов (субъединиц А и В), выполняющих при взаимодействии токсина с клеткой-мишенью различные функции. Т.о., фрагментирование, сопровождающееся активацией, приводит к возникновению бифункциональной (или бинарной) молекулярной структуры.

7.   Т. бактерий, у которых функционально-активная структура представлена одной полипептидпой цепью, названы простыми; Т., имеющие субъединичное строение и состоящие из нескольких функционально различных пептидов, —сложными. Структура Т. бактерий тесно связана с механизмом их действия на эукариотическую клетку.

8.     По механизму действия на эукариотическую клетку Т. бактерий делятся на две группы: поражающие клетку-мишень посредством деструкции клеточной мембраны и Т., воздействующие на клетку-мишень, поражая ее жизненно важные регуляторные системы. Классическим примером Т. первой группы, вызывающих деструкцию клеточной мембраны, служат так называемые гемолизины (гемотоксины), разрушающие мембраны эритроцитов. Сюда же относятся тиолзависимые Т., такие как пневмолизин, стрептолизин, тетанолизин и др. Тиолзависимые Т.

9. представляют собой белки, состоящие из одной полипептидной цепи. Активное состояние этих Т. проявляется только в восстановленной форме, когда дисульфидная группа белка при наличии тиолвосстанавливающего агента переходит в сульфгидрильную. Мембранным рецептором для этих Т. на эукариотической клетке служит холестерин. После связывания с холестерином в мембране образуются поры, через которые вытекает содержимое клетки. При действии тиолзависимых Т. на клетки сосудов нарушается сосудистая проницаемость, что, как правило, сопровождается формированием отека.

10.     Т. второй группы, поражающие жизненно важные регуляторные системы, для того, чтобы поразить клетку-мишень, должны преодолеть мембрану и проникнуть внутрь клетки. Там они достигают какой-либо важнейшей регуляторной системы и инактивируют ее. К этой группе относятся такие токсины, как дифтерийный, холерный и холероподобный, экзотоксин A Pseudomonas aeruginosa, энтеротоксин Sh. dysenteriae, часть клостридиальных Т. Для Т. указанной группы характерной чертой является бифункциональность структуры. Иногда эти Т. называют бинарными. В основе их молекулярной структуры лежит так называемый тип А—В модели, определяющей их бифункциональность. Первое важное свойство таких Т. — способность узнавать чувствительную эукариотическую клетку и связываться с ней. Функцию узнавания и связывания в бинарном Т. выполняет компонент В (субъединица В). Так, в холерном и холероподобных Т. компонент В узнает комплементарный ему рецептор чувствительной клетки — ганглиозид GMI. С другими структурами мембраны эти Т. не связываются. Т.о., специфичность связывания Т. с поверхностью чувствительной клетки обусловлена наличием на ее поверхности рецептора строго определенной химической природы.

11.     После связывания Т. через компонент В с поверхностью клетки вся токсическая молекула посредством эндоцитоза доставляется внутрь клетки,

12. где в действие вступает компонент А. Обладая ферментативной активностью, компонент А взаимодействует внутри клетки с соответствующим субстратом. Так, для компонента А холерного и холероподобных Т. субстратом служит один из белков аденилатциклазы — важнейшей системы эукариотической клетки. Осуществляя ферментативную модификацию соответствующего белка аденилатциклазной системы, компонент А холерогена (холерного Т.) заставляет работать всю эту систему по аномальному типу. В клетках слизистой оболочки тонкой кишки, которые поражает холероген, нарушение функции аденилатциклазной системы приводит к нарушению обмена электролитов и как следствие этого к развитию характерных для холеры изменений.

13.     Внутриклеточной мишенью для дифтерийного Т. служит система биосинтеза белка эукариотической клетки. После прохождения через мембрану ферментативно-активная субъединица А дифтерийного Т. осуществляет рибозилирование одного из компонентов транскрипции и тем самым останавливает биосинтез белка.

14.     Инактивация (обезвреживание) Т. бактерий достигается путем модификации их нативной структуры. Существуют различные способы модификации токсической молекулы, но все они сводятся к изменению функции отдельных частей токсического белка. Модификации Т. бактерий можно достигнуть генетическим путем, химическим и физико-химическим воздействием. Широко известное обезвреживание Т. бактерий формалином сводится к нарушению пространственной конфигурации токсического белка за счет возникновения многочисленных сшивок между отдельными участками полипептидной цепи Т. или его отдельными субъединицами.

15.     В связи с расшифровкой молекулярной структуры многих Т. бактерий расширилась область их применения в практической медицине.

16. Как и прежде, Т. остались важными компонентами вакцинных препаратов, однако данные субъединичного строения, например холерогена, позволили разработать новое поколение субъединичных вакцин. Такие вакцины лишены реактогенности, не перегружены лишними антигенными детерминантами и, что особенно важно, рассчитаны на строго определенную область иммунного ответа.

17.     Изучение природы и топографии антигенных детерминант Т. бактерий способствовало развитию современных диагностических методов (например, иммуноферментный метод, или метод молекулярных зондов). Установление генов, контролирующих продукцию отдельных белковых токсинов, позволило разработать ДНК-зонды, с помощью которых осуществляется тестирование токсигенных форм различных видов микроорганизмов.

18.     Т. бактерий используют для конструирования так называемых иммунотоксинов. В препаратах иммунотоксинов, предназначенных для лечения новообразований, в качестве поражающего агента используется ферментативно-активная субъединица Т. (например, субъединица А дифтерийного Т.), а в качестве компонента, осуществляющего поиск чувствительной клетки, — антитело, полученное к одному из антигенов поверхности злокачественной клетки. Модели таких химерных иммунотоксинов широко изучаются.

19.     Другое новое направление практического применения Т. заключается в использовании их модифицированных форм, субъединиц или отдельных фрагментов для целей конкурентной терапии, основанной на блокировании соответствующих рецепторных структур клетки, участвующих в связывании активного Т.

20. Токсины [от трем, toxikon, яд] — важнейшие факторы патогенности, вырабатываемые микроорганизмами и реализующие основные механизмы инфекционного процесса. Роль микробных токсинов в патогенезе инфекционных болезней впервые доказали Э. Ру и А. Иерсён (1888), отделившие «ядовитое начало» возбудителя дифтерии от бактериальных клеток и сумевшие воспроизвести с его помощью клиническую картину болезни у морских свинок. Таблица 8-1. Характеристика бактериальных токсинов Особенность токсина Экзотоксины Эндотоксины Продуцент Грамположительные и грамотрицательные бактерии Грамотрицательные бактерии Локализация Внутри- и внеклеточная Внутриклеточная Химическая природа Пептиды Комплексы «белок-ЛПС» Стабильность при 100 °С Лабильны Стабильны Инактивация формальдегидом Инактивируются Не инактивируются Нейтрализация гомологичными AT Полная Частичная Биологическая активность Индивидуальная для каждого токсина Общая для всех токсинов Токсичность* 100-1 000 000 0,1 * В сравнении со стрихнином (активность стрихнина условно принята равной 1). Токсины облегчают первичную колонизацию и вызывают системные поражения, характеризующие специфические проявления той или иной инфекционной болезни. Некоторые токсины не ведут к развитию клинической картины, но вносят вклад в патогенез заболевания (так называемые парциальные токсины). Спектр активности токсинов необычайно широк: от веществ, облегчающих распространение по тканям, до метаболитов, селективно повреждающих активность определённых клеток. Бактериальные токсины традиционно подразделяют на эндотоксины и экзотоксины (их основные характеристики представлены в табл. 8-1), хотя подобная классификация не совсем корректна. Более правильной была бы систематизация токсинов по химическому составу (например, фосфолипазы или детергенты) либо по механизму действия, например, на поражающие клеточную мембрану (цитолизины) и действующие на различные внутриклеточные мишени. К сожалению, химический состав значительной части токсинов и комплекс оказываемых ими биологических эффектов изучены недостаточно. Многие бактериальные токсины вырабатываются в форме предшественников (протоксины), трансформирующихся в активную форму. За единицу измерения биологической активности токсинов, как и вирулентности микроорганизмов, принята величина летальной дозы.

21. Источник: http://meduniver.com/Medical/Microbiology/147.html MedUniver

22. Экзотоксины. Экзотоксины микроорганизмов. Классификация экзотоксинов. Группы экзотоксинов. Экзотоксины — секреторные белковые вещества, обычно проявляющие ферментативную активность. Нередко экзотоксины служат единственным фактором вирулентности микроорганизма, действуют дистанционно (далеко за пределами очага инфицирования) и ответственны за клинические проявления инфекции (например, энтеротоксины вызывают диарею, нейротоксины — параличи и другие неврологические симптомы). Наибольшую токсичность проявляет ботулотоксин — 6 кг токсина могли бы убить всё человечество. Высокая токсичность экзотоксинов обусловлена особенностью структуры их фрагментов, имитирующей строение субъединиц гормонов, ферментов или нейромедиаторов хозяина. В результате экзотоксины проявляют свойства антиметаболитов, блокируя функциональную активность естественных аналогов. Экзотоксины проявляют высокую иммуногежостъ, в ответ на их введение образуются специфические нейтрализующие AT (антитоксины). По степени связи с бактериальной клеткой экзотоксины разделяют на три группы — А, В и С. Группа А экзотоксинов — токсины, секретируемые во внешнюю среду (например, токсин дифтерийной палочки). Группа В экзотоксинов — токсины, частично секретируемые во внешнюю среду и частично ассоциированные с бактериальной клеткой (например, тетаноспазмин столбнячной палочки). Группа С экзотоксинов — токсины, связанные с бактериальной клеткой и высвобождающиеся после её гибели {например, экзотоксины энтеробактерий). Свойства экзотоксинов

23. Источник: http://meduniver.com/Medical/Microbiology/148.html MedUniver

24. • Экзотоксины обычно содержат бифункциональные (лигандныс и эффскторные) структуры. Первые распознают и связывают комплементарный рецептор (ганглиозиды, белки, гликопротеиды) на мембране клетки, вторые обеспечивают эффекторное действие, наиболее часто — гидролиз НАД до АДФ-рибозы и никотинамида с последующим переносом АДФ-рибозильного остатка на мишени. • Связывание и проникновение экзотоксинов в определённой степени напоминает механизм действия пептидных и гликопротеиновых гормонов, что обусловлено родством их молекулярных структур. Внутриклеточная мишень для эффекторной части молекулы токсина — обычно жизненно важная система, например биосинтеза белка (для А-токсина синегнойной палочки и шигелл) либо адснилатциклазная система (для холерогена, термолабилыюго токсина кишечной палочки или экзотоксина Bordetella pertussis). • Наиболее распространённая классификация экзотоксинов основана на характере мишеней для их эффектов: нейротоксины поражают клетки нервной ткани, гемолизины разрушают эритроциты, энтеротоксины поражают эпителий тонкого кишечника, дерматонекро-токсины вызывают некротические поражения кожных покровов, лейкоцидины повреждают фагоциты (лейкоциты) и т.д. • По механизму действия среди экзотоксинов выделяют цитотоксины (например, энтеротоксины или дерматонек-ротоксины), мембранотоксины (например, гемолизины и лейкоцидины), функциональные блокаторы (например, холероген), эксфолиатины и эритрогенины. Нередко патогенные бактерии синтезируют несколько экзотоксинов, проявляющих различное действие (летальное, гемолитическое, цитотоксическое и т.д.).

25. Источник: http://meduniver.com/Medical/Microbiology/148.html MedUniver

26. Эндотоксины. Эндотоксины микроорганизмов. Эндотоксиновый шок. Эндотоксинемия. Экзоферменты. Суперантигены. В определённой степени токсигенным микроорганизмам (активно секретирующими токсины) противопоставлены патогенные бактерии, обладающие токсическими субстанциями, слабо диффундирующими в окружающую среду и названные (по предложению Р. Пфайффера) эндотоксинами. Эндотоксины — интегральные компоненты клеточной стенки грамотрицателъных бактерий; большая их часть высвобождается только после гибели бактериальной клетки. Представлены комплексом протеинов, липидных и полисахаридных остатков. За проявление биологического эффекта ответственны все группировки молекулы эндотоксина. Биологическая активность напоминает таковую у некоторых медиаторов воспаления; эндотоксинемия обычно сопровождается лихорадкой, обусловленной выбросом эндогенных пирогенов из гранулоцитов и моноцитов. При попадании значительного количества эндотоксина в кровоток возможен эндотоксиновый шок, обычно заканчивающийся смертью больного. Бактериальные эндотоксины проявляют сравнительно слабое иммуногенное действие, и иммунные сыворотки не способны полностью блокировать их токсические эффекты. Некоторые бактерии могут одновременно синтезировать экзотоксины и выделять (при гибели) эндотоксины (например, токсигенные Escherichia coli и холерные вибрионы).

27. Источник: http://meduniver.com/Medical/Microbiology/149.html MedUniver

28. Экзоферменты Важными факторами патогенности следует считать экзоферменты (например, лецитиназа, гиалуронидаза, коллагеназа и др.), нарушающие гомеостаз клеток и тканей, что приводит к их повреждению. Способность к образованию экзоферментов во многом определяет инвазивность бактерий — возможность проникать через слизистые оболочки, соединительнотканные и другие барьеры. Например, гиалуронидаза расщепляет гиалуроновую кислоту, входящую в состав межклеточного вещества, что повышает проницаемость различных тканей. Этот фермент синтезируют бактерии родов Clostridium, Streptococcus, Staphylococcus и др, Нейраминидаза облегчает преодоление слоя слизи, проникновение внутрь клеток и распространение в межклеточных пространствах. Нейраминидазу секретируют холерные вибрионы, дифтерийная палочка; он также входит в состав вируса гриппа. К этой же группе следует отнести и бактериальные ферменты, разлагающие антибиотики. Суперантигены Некоторые токсины (например, токсин Дика стрептококков или энтеротоксин стафилококков) способны действовать как суперантигены, вызывая поликлональную активацию различных клонов лимфоцитов. Поликлональная активация сопровождается гиперсекрецией лимфокинов с развитием цитокинопосредованной интоксикации.

29. Источник: http://meduniver.com/Medical/Microbiology/149.html MedUniver

Важную роль в развитии инфекционного процесса играют токсины. По биологическим свойствам бактериальные токсины делятся на экзотоксины и эндотоксины.   Экзотоксины продуцируют как грамположительные, так и грамотрицательные бактерии. По своей химической структуре это белки. По механизму действия экзотоксина на клетку различают несколько типов: цитотоксины, мембранотоксины, функциональные блокаторы, эксфолианты и эритрогемины. Механизм действия белковых токсинов сводится к повреждению жизненно важных процессов в клетке: повышение проницаемости мембран, блокады синтеза белка и других биохимических процессов в клетке или нарушении взаимодействия и взаимокоординации между клетками. Экзотоксины являются сильными антигенами, которые и индуцируют образование в организме антитоксинов.  По молекулярной организации экзотоксины делятся на две группы:  • экзотоксины, состоящие из двух фрагментов;  • экзотоксины, составляющие единую полипептидную цепь.  По степени связи с бактериальной клетки экзотоксины делятся условно на три класса.  • Класс А - токсины, секретируемые во внешнюю среду;  • Класс В - токсины частично секретируемые и частично связанные с микробной клеткой;  • Класс С - токсины, связанные и с микробной клеткой и попадающие в окружающую среду при разрушении клетки.  Экзотоксины обладают высокой токсичностью. Под воздействием формалина и температуры экзотоксины утрачивают свою токсичность, но сохраняют иммуногенное свойство. Такие токсины получили название анатоксины и применяются для профилактики заболевания столбняка, гангрены, ботулизма, дифтерии, а также используются в виде антигенов для иммунизации животных с целью получения анатоксических сывороток.  Эндотоксины по своей химической структуре являются липополисахаридами, которые содержатся в клеточной стенке грамотрицательных бактерий и выделяются в окружающую среду при лизисе бактерий. Эндотоксины не обладают специфичностью, термостабильны, менее токсичны, обладают слабой иммуногенностью. При поступлении в организм больших доз эндотоксины угнетают фагоцитоз, гранулоцитоз, моноцитоз, увеличивают проницаемость капилляров, оказывают разрушающее действие на клетки. Микробные липополисахариды разрушают лейкоциты крови, вызывают дегрануляцию тучных клеток с выделением вазодилататоров, активируют фактор Хагемана, что приводит к лейкопении, гипертермии, гипотонии, ацидозу, диссеминированной внутрисосудистой коагуляции (ДВК).  Эндотоксины стимулируют синтез интерферонов, активируют систему комплемента по классическому пути, обладают аллергическими свойствами.   При введении небольших доз эндотоксина повышается резистентность организма, усиливается фагоцитоз, стимулируются В-лимфоциты. Сыворотка животного иммунизированного эндотоксином обладает слабой антитоксической активностью и не нейтрализует эндотоксин.   Патогенность бактерий контролируется тремя типами генов: гены - собственной хромосомами, гены, привнесенные плазмидами и умеренными фагами.