 |
|
II. Нетоксичные антигены, не обладающие протективными свойствами.
Капсульный полипептид Bacillus anthracis представляет собой неразветвленный полипептид Д-глутаминовой кислоты. Это единственный природный полимер, состоящий из Д-аминокислот. Он является основным структурным компонентом капсулы, наличие ее четко коррелирует с вирулентностью. Капсульное вещество имеет высокую антифагоцитарную активность. Она препятствует поглощению фагоцитами бацилл, в то же время способствует фиксации бацилл на макрофаге. Последние под действием токсинов микроорганизма быстро погибают. Таким образом, комплекс токсинов и полипептидов не только подавляет фагоцитоз, но и приводит фагоцитирующие клетки к гибели.
Капсула B. anthracis не является протективными антигеном, за эту функцию отвечает токсин.
III. Нетоксичные не антигенные компоненты.
Плазмокоагулаза - экзофермент, вырабатываемый только стафилококками. Это термолабильный белок с м.в. 44 кД. Коагулаза вырабатывается в виде профермента и взаимодействует с активатором, находящимся в плазме. При этом образуется тромбиноподобное вещество, которое переводит фибриноген в фибрин. Т.о. этот фермент способствует образованию вокруг микроба фибринозного чехла. В результате этого стафилококки становятся устойчивыми к действию фагоцитов.
Необходимым условием является чувствительность плазмы к стафилококкам, это поддерживается наличием активатора.
В сыворотке и нечувствительной плазме фагоцитоз коагулазоотрицательных стафилококков идет одинаково. Наиболее вирулентными для мышей являются овечьи стафилококки, т.к. они хорошо коагулируют мышиную плазму. А человеческие штаммы плохо коагулируют мышиную плазму и как следствие мало вирулентны для мышей при в/в введении. Вирулентность стафилококков повышается, если их вводить с чувствительной плазмой.
В эксперименте на животных под действием больших доз коагулазы - наблюдают падение концентрации фибриногена в крови и смерть животных.
IV. Токсические не антигенные компоненты
Корд-фактор M. tuberculosis. Относится к гликолипидам. Расположен снаружи от пептидогликана клеточной стенки и является производным миколовой кислоты (дитрегалозо-6,6-димеколат). Эти миколовые кислоты представляют собой очень большие разветвленные молекулы жирных кислот, включают от 60 до 90 атомов углерода и отвечают за кислоторезистентность микобактерий. Корд-фактор задерживает миграцию лейкоцитов, индуцирует развитие хронических гранулем.
V. Токсические антигенные компоненты клеточной стенки энтеробактерий.Липополисахарид,в котором липид- А обладает токсической активностью, полисахаридная часть является специфическим групповым антигеном. Утрата О - антигена приводит к понижению антифагоцитарной активности и вирулентности.
Токсины у бактерий
В соответствии с механизмом действия токсины разделяют на следующие группы:
1) Порообразующие токсины, нарушающие проницаемость и осмотическую целостность клеточных мембран;
2) Токсины, активирующие иммунный ответ макроорганизма (суперантигены);
3) Токсины ферменты, которые в зависимости от их ферментативной тропности, могут быть разделены на следующие подгруппы:
а. токсины ингибиторы синтеза белка;
б. токсины нарушающие процессы клеточной сигнальной трансдукции;
в. токсины повреждающие целостность ЦПМ клетки;
д. токсины повреждающие различные внутриклеточные мишени;
е. токсины действующие на структуру цитоскелета клетки;
ж. токсины ингибиторы секреции нейромедиаторов.
Порообразующие токсины нарушающие осмотическую целостность клеточных мембран
Токсины этой группы могут быть разделены на 4 подгруппы в зависимости от особенностей строения и тропности к определенному типу клеточных рецепторов.
1. Холестерол-зависимые цитолизины (ХЗЦ). Поро-формирующий механизм действия этих токсинов отличается двумя важными характеристиками: абсолютная зависимость их действия от присутствия в мембране холестерола и формирование экстраординарно широких пор. Примерами таких токсинов являются: перфринголизин О у Clostridium perfringens, тетанолизин у Clostridium tetani, интермедилизин у Streptococcus intermedius, стрептолизин O у Streptococcus pyogenes, листериолизин О у Listeria monocytogenes, пневмолизин у Streptococcus pneumoniae, антролизин О у Bacillus anthracis и цереолизин у Bacillus cereus.
2. Бактриальные олигомерные поро-формирующие цитолитические токсины. Токсины входящие в эту группу отличаются от других поро-формирующих токсинов тем, что в их состав входит только один тип белка. Зрелая пора обычно состоит из семи одинаковых белковых молекул (олиго-гептамер). К этой группе токсинов относятся: протективный антиген Bacillus anthracis. Белковая молекула с м.м. 83 кДа, участвует в формировании поры в клеточной эндосомальной мембране через которую в цитоплазму клетки поступают другие два компонента сибиреязвенного токсина - отечный фактор и летальный фактор; Альфа-токсин S.aureus. α—токсин золотистых стафилококков обладает цитолитическими свойствами в отношении различных типов клеток, включая моноциты, лимфоциты, эритроциты, тромбоциты и эндотелиоциты человека; α-токсин Clostridium septicum.
3. Бактериальные двух-компонентные гетеро-гептамерные поро-формирующие цитолитические токсины. Токсины входящие в эту группу отличаются от других поро-формирующих токсинов тем, что в их состав входят два различных водорастворимых белка. Примерами таких токсинов являются некоторые токсины Staphylococcus aureus - g-гемолизин, который состоит из белков Hlg1 с м.м. 34 кДа и Hlg2 с м.м. 32 кДа. Данный гемолизин обладает способностью эффективно лизировать эритроциты человека и других млекопитающих; лейкоцидин (LukF [34 кДа]/ LukS [33 кДа]), который лизирует ЦПМ полиморфноядерных лейкоцитов человека и кролика, а также кроличьи эритроциты; Panton-Valentine лейкоцидин (LukF-PV [34 кДа]/ LukS-PV [33 кДа]), которые отличаются высокой специфичностью к лейкоцитам.
4. Семейство бактериальных RTX токсинов. RTX токсины (Repeat-in-Toxin) это группа токсинов характеризующаяся присутствием тандемно повторяющихся аминокислотных последовательностей богатых глицином и аспарагиновой кислотой в карбокситерминальной области белковых молекул. Примером таких токсинов является - α-гемолизин (HlyA) Escherichia coli, который способен взаимодействовать с рецепторами на поверхности лейкоцитов и эритроцитов с последующим образованием пор. Кроме того к этой группе токсинов относят и аденилатциклазу токсин-гемолизин (CyaA) возбудителя коклюша Bordetella pertussis. Данный токсин состоит из двух доменов N-терминальной аденилатциклазы и С-терминальной гемолитической последовательности (Hly) или пороформирующего домена. Миелоидные фагоцитирующие клетки экспрессирующие рецептор αМβ2 интегрин (CD11b/CD18) рассматриваются как первичная клеточная мишень для CyaA токсина Bordetella pertussis.
Токсины, действующие на иммунную систему (Суперантигены)
Бактериальные и вирусные белки, которые отличаются способностью активировать T-лимфоцитарные клетки. Это двухвалентные молекулы, которые одновременно связываются с двумя различными рецепторами на поверхности клеток мишеней, в частности, главным комплексом гистосовместимости II класса (MHC II) и вариабельными доменами T-клеточных рецепторов. Это приводит к активации порядка 2-15% от всего пула Т клеток, что в конечном итоге выражается в быстрой T-клеточной пролиферации с продукцией разнообразных цитокинов, и экспрессией цитотоксической активности.
Бактериальные суперантигены или пирогенные токсины в основном синтезируются бактериями видов Staphylococcus aureus и Streptococcus pyogenes. В частности они включают группу стафилококковых энтеротоксинов типов A, B, C, D, E, G, H и I, эксфолиативные токсины (ETA и ETB), токсин синдрома токсического шока -1 (TSST-1). Кроме того, к этой группе относятся стрептококковые пирогенные энтеротоксины (SPEA and SPEC) и стрептококковый суперантиген (SSA).
Эти токсины играют важную роль в таких заболеваниях как например стафилококковый синдром токсического шока провоцируемый TSST-1, пищевая токсикоинфекция, основными симптомами которой являются рвота и диарея, вызываемая стафилококковыми энтеротоксинами и экзантемы, вызываемые пирогенными стрептококковыми экзотоксинами.
Токсины ферменты
1. Бактериальные токсины ингибиторы синтеза белка
Примерами таких токсинов являются экзотоксин Corynebacterium diphtheriae и экзотоксин А Pseudomonas aeruginosa.
Токсины этих бактерий обладают моно-АДФ-рибозилтрансферазными свойствами и способны осуществлять перенос АДФ-рибозы от НАД+ на эукариотический фактор элонгации 2, что приводит к его инактивации, выражающейся в нарушении процессов трансляции белков на рибосомах, что в конечном итоге приводит к гибели клеток.
Другим примером токсинов вызывающих нарушение синтеза белков в клетках мишенях являются токсин Шига (Stx) Shigella dysenteriae первого серотипа и Шига-подобные токсины 1 и 2 типов энтерогеморрагических E.coli, ответственных за возникновение дизентериеподобных диарейных состояний и E.coli вызывающих гемолитико-уремический синдром. Механизм действия этих токсинов основан на ферментативной инактивации 28S рибосомальной РНК (рРНК). В частности токсин обладает N-гликозидазной активностью направленной на отщепление единичного аденинового остатка от 28S рРНК.
2. Бактериальные токсины нарушающие процессы сигнальной трансдукции
В эукариотических клетках, сигналы полученные с внешних стимулированных рецепторов расположенных на поверхности клетки затем передаются через ее мембрану при помощи двух основных механизмов: 1) тирозин фосфорилирование цитоплазматической области рецептора, которое инициирует каскад событий ведущих к внутриклеточной передаче сигнала; и 2) модификация объединенного с рецептором ГТФ-связывающего протеина, которое ведет к переносу сигнала от рецептора к различным ферментам, отвечающим за освобождение вторичных мессенджеров (молекул посредников) как например циклический АМФ (цAMP), инозитол-трифосфат, и диацилглицерол, имеющих критическое значение в поддержании разнообразных функций клеток.
Коклюшный токсин (PT)
Этот токсин – белок с м.м. 105 кДа секретируется Bordetella pertussis и является этиологическим фактором кашлевого синдрома. Он принадлежит к A/B классу токсинов и обладает АДФ-рибозилирующей активностью. Домен А токсина активирует эукариотические клетки путем рибозилирования ГТФ-связывающих протеинов, что вызывает их разобщение от соответствующих рецепторов и приводит к нарушению ответов эукариотческих клеток на экзогенную стимуляцию. Проявлением действия этого токсина является лейкоцитоз, гистаминовая сенсибилизация и увеличение продукции инсулина.
Аденилатциклаза токсин-гемолизин (CyaA) возбудителя коклюша Bordetella pertussis.
Токсин секретируется бактериями видов Bordetella pertussis, B. bronchiseptica и B. parapertussis. Активность токсина существенна на ранних стадиях бактериальной колонизации дыхательных путей и может индуцировать развитие апоптоза легочных альвеолярных макрофагов. Как было отмечено выше токсин организован как бифункциональный протеин, состоящий из N-терминальная области, отвечающей за клеточную инвазию и кальмодулин зависимую аденилатциклазную ферментативную активность и связанного с ней пороформирующего гемолизина.
Этот токсин образует небольшие катионные каналы в липидном бислое ЦПМ клеток мишеней, через которые в них поступает аденилатциклазный домен, который после связывания с клеточным белком кальмадулином, катализирует неконтролируемую конверсию АТФ в цАМФ, накопление которой вызывает нарушения клеточных функций.
Холерный экзоэнтеротоксин (CT) и термолабильные токсины (LT) E.сoli
Холерный токсин и LT-I и LT-II токсины энтеротоксигенных кишечных палочек (ETEC) имеют идентичный механизм действия. Оба токсина принадлежат к классу АДФ-рибозилирующих токсинов и имеют АВ5 строение. Пять В субъединиц отвечают за прикрепление токсина к поверхности эпителиальных клеток тонкой кишки. Субъединица А выполняет активаторную ферментативную функцию. В частности, ферментативно активный домен А гидролизует клеточный НАД до никотинамида и АДФ-рибозы и переносит последнюю группу на некоторые ГТФ-связывающие протеины, такие как Gs, Gt и Golf. Рибозилирования Gs белка приводит к постоянной активации фермента аденилатциклазы, которая участвует в превращении АДФ в цАМФ. Увеличение внутриклеточной концентрации цАМФ, в свою очередь, приводит к нарушению транспорта электролитов в кишечнике, в частности, в эпителиальных клетках кишечника подавляется абсорбция ионов натрия и повышается секреция ионов хлора. Осмотическое давление в полости кишки повышается по сравнению с внутриклеточным осмотическим давлением и в полость кишки из клеток начинает секретироваться вода. В конечном итоге изменение ионных потоков приводит к развитию секреторной диареи.
3. Токсины ферменты повреждающие целостность ЦПМ клетки
α-Токсин Clostridium perfringens
Этот токсин является основным фактором патогенности у Clostridium perfringens, и ответственен за газовую гангрену или клостридиальный мионекроз. Токсин обладает свойствами фосфолипазы. После прикрепления токсина к клеточной мембране он разрезает мембрансвязанный фосфатидилхолин (или сфингомиелин) с образованием фосфохолина и диацилглицерола (или церамида). Считается что реакция приводящая к образованию диацилглицерола, который в свою очередь является предшественником лейкотриена, ответственна за последующие летальные эффекты.
4. Токсины ферменты повреждающие внутриклеточные мишени
Токсин Bacillus antracis
Токсин Bacillus antracis состоит из трех компонентов – отечного фактора (ОФ), протективного антигена (ПА) и летального фактора (ЛФ). Как уже было указано выше, протективный антиген обладает пороформирующей функцией и обеспечивает проникновение других компонентов токсина в клетку. Летальный фактор - протеаза, которая отщепляет аминотерминальную область клеточного белка MAPKK (митоген-активируемая киназа протеинкиназ) тем самым ингибируя функционирование МАРК зависимых сигнальных трансдукционных путей, являющихся ключевыми для клеточной пролиферации и сигналтрансдукционных процессов в клетке. В малом количестве, ЛФ блокирует выработку провосполительных цитокинов - интерлейкин-1 (IL-1), фактор некроза опухоли - альфа, (TНФ-АЛЬФА), и оксида азота. Это может приводить к редукции иммунного ответа против микроорганизма и его токсинов. Но при высоких уровнях, ЛФ - цитолитичен для макрофагов, вызывая высвобождение высоких количеств IL-1, фактора некроза опухоли-альфа (TNF-α), и оксида азота. Чрезмерное высвобождение этих цитокинов может вести к массивному восполительному ответу и шоковому каскаду, подобному при септическом шоке. Отечный фактор (ОФ) – кальмодулинзависимая аденилатциклаза, под действием которой в клетке накапливается циклический AMФ (цАМФ). При этом концентрация цАМФ в пораженных клетках может увеличиваться в 200 раз. Это, в свою очередь, приводит к повреждению фагоцитирующих клеток, и блокаде секрецию ТНФ и IL-6 моноцитами, а также к развитию тканевого отека.
5. Токсины ферменты, действующие на структуру цитоскелета клетки
Клеточный цитоскелет представляет собой волокнистую сеть, состоящую из микрофиламентов (нитей), микротрубочек, и промежуточных филаментов. Эта структура управляет рядом существенных функций в эукариотической клетке и участвует во всех видах клеточного движения и транспорта; кроме того, цитоскелет вовлечен в процессы экзо- и эндоцитоза, траспорта везикул, межклеточные контакты и митоз.
Группа бактериальных токсинов нарушающих клеточный цитоскелет включает не только факторы вирулентности, непосредственно действуйте на специфические элементы цитоскелета, но и на белки, которые выполняют косвенные функции, воздействуя на регулярные компоненты, контролирующие его организацию. Механизм действия большинства таких токсинов заключается в модификации, малых G белков, таких как Ras, Rho, Rac и Cdc42, которые участвуют в поддержании клеточной формы.
Примером таких токсинов являются цитотоксические некротизирующие факторы (CNF 1 и 2 типов), продуцируемые уропатогенными и ассоциированными с неонатальным менингитом штаммами E.coli. Кроме того, к этой группе токсинов относится дерматонекротический токсин Bordetella pertussis. Эти токсины обладают способностью активировать Rho.
В частности, под действием CNF1 в эукариотических клетках, развивается складчатость мембраны, фокальная адгезия и напряжение актиновых волокон, а также репликация ДНК без клеточного деления - феномен, в результате которого образуются гигантские многоядерные клетки. Модификация белка Rho заключается в дезаминировании остатка глутамина в 63 положении. Подобное изменение аминокислоты вызывает образование доминирующего активного Rho белка, не способного гидролизовать ГТФ.
Другим примером, однако прямо воздействующим на компоненты цитоскелета клетки является C2 токсин C. botulinum. Под действием этого токсина происходит прямое АДФ-рибозилирование мономеров актина, приводящее к нарушению его способности к полимеризации.
Такое действие индуцирует гипотензию, усиление кишечной секреции и сосудистой проницаемости, а также гемморрагические изменения в легочной ткани. В отличие от ботулинических нейротоксинов, С2, как считается, не обладает нейротоксическим эффектом.
6. Токсины ферменты ингибиторы секреции нейромедиаторов
Экзотоксин Clostridium tetani возбудителя столбняка
Тетаноспазмин (TeNT) Clostridium tetani - синтезируется в виде одной полипептидной цепи с м.м. 150,7 кД, построен из 1315 аминокислотных остатков. Внеклеточно расщепляется на 2 неидентичных по массе полипептидных цепи – отвечающую за рецепцию тяжелую цепь (Н-цепь) с м.м. 95 (107), включающую два домена НС и HN и активаторную легкую цепь (L-цепь) с м.м. 55 (53) кД, соединенных дисульфидной связью.
На первом этапе интоксикации, который происходит в раневой области наблюдается связывание Нс домена токсина с рецепторами на пресинаптических нейрональных мембранах нервномышечных соединений. На следующем этапе токсин проникает в периферические мотонейроны и за счет внутриаксонного ретроградного транспорта перемещается в центральную нервную систему. В спинном мозге токсин освобождается через постсинаптические мембраны в синаптические пространства и вновь проникает теперь в тормозные промежуточные нейроны ЦНС при помощи рецептор-опосредованного эндоцитоза. В цитоплазме тормозных нейронов активаторная L-цепь токсина освобождается в цитозоль клеток при помощи HN домена тяжелой цепи и осуществляет протеолитическое расщепление белка синаптобревина (везикулоассоциированного мембранного протеина), который необходим для стыковки и соединения синаптических пузырьков с пресинаптическими плазматическими мембранами, что в итоге приводит к блокированию секреции тормозных медиаторов (g-аминомасляной кислоты и глицина), вызывающему непрекращающуюся деятельность двигательных моторных нейронов спинного мозга, что свою очередь вызывают мышечные сокращения (контрактуры).
Первыми появляются тонические сокращения жевательных и мимических мышц, а затем - тоническое напряжение и спазм мышц затылка и спины. Смерть наступает от асфиксии и поражения жизненно важных центров при полном сохранении сознания.
Экзотоксин Clostridium botulinum возбудителя ботулизма
Ботулинические токсины относятся к категории простых токсинов. Согласно современным представлениям ботулинический токсин продуцируется в форме высокомолекулярных комплексов, состоящих из нейротоксина и нетоксичных белковых компонентов, в том числе гемагглютинина. Существует семь типов экзотоксинов (A, B, C, D, E, F, G), отличающихся по антигенной структуре и по молекулярному механизму действия.
Заражение происходит при употребление в пищу недоброкачественных продуктов, как правило консервов, в которых вследствие размножения бактерий накапливается нейротоксин,. Токсин устойчив к действию пищеварительных ферментов и из верхних отделов желудочно-кишечного тракта быстро всасывается в кровь, через нее попадая в нервно-мышечные синапсы.
Нейротоксины синтезируются в виде неактивных полипептидов с молекулярной массой до 150 кДа. Они высвобождаются при лизисе бактериальной клетки и активируются путем протеолитического расщепления незащищенной петли полипептида.
После протеолитического расщепления, протоксин приобретает свойство нейротоксина.
Первой стадией действия токсина является его связывание со специфическими рецепторами внешней стороны пресинаптических мембран - синаптосом нервномышечных соединений. Причем различные серологических типы токсинов используют для связывания различные типы рецепторов, природа которых до сих пор не охарактеризована.
Следующий этап действия токсина заключается в интернализации, т.е. транспорте токсина внутрь клетки. Этот процесс осуществляется, как считают, за счет опосредованного рецепторами эндоцитоза.
Клеточными мишенями BoNT является группа белков, участвующих в стыковке и соединении синаптических пузырьков с пресинаптическими плазматическими мембранами для последующего высвобождения ацетилхолина. BoNT связываются с рецепторами на пресинаптической мембране моторных нейронов периферической нервной системы. Протеолиз белков-мишеней в этих нейронах ингибирует высвобождение ацетилхолина, препятствуя таким образом мышечным сокращениям. BoNT серотипов B, D, F и G разрушают синаптобревин (везикулоассоциированный мембранный протеин); BoNT/A и E поражают синаптосомально-ассоциированный белок SNAP 25; BoNT/C гидролизует синтаксин и SNAP 25. Клиническими проявлениями всех этих процессов является возникновение вялого паралича с ослаблением вовлеченной мышечной ткани.
В первую очередь, эффектами от действия токсина являются поражение мышечной ткани иннервируемой ядерными нервными центрами. После короткого инкубационного периода (2-12 часов) развиваются явления общей интоксикации и появляются первые признаки поражения органов зрения - расстройство аккомодации, двоение в глазах, поражение глазных мышц, расширение зрачков. Вместе с этим затрудняется глотание, появляется афония, головная боль, головокружение, иногда рвота. Смерть, обычно, вызывается дыхательной недостаточностью. Летальность составляет до 60%.