Механизм действия отдельных групп бактериальных экзотоксинов. Токсины бактериальной клетки. Токсичность условно-патогенных микроорганизмов

ПРИРОДНЫЕ ТОКСИКАНТЫ

Природные токсины, не уступающие по канцерогенной активности антропогенным ксенобиотикам, из-за своей широкой распространенности и очень высокой степени нагрузки на организм человека представляют огромный риск для здоровья населения планеты. Это касается не только развивающихся стран, но и стран с развитой рыночной экономикой.

При остром воздействии наибольшую опасность представляют бактериальные токсины. С точки зрения хронического воздействия и опасности отдаленных последствий на первое место по степени риска выходят микотоксины.

Токсин (др.-греч. τοξικός (toxikos) - ядовитый) - яд биологического происхождения, т.е. ядовитое вещество, вырабатываемое живым организмом. Многие виды плесени, некоторые грибы (к примеру, бледная поганка) и семена некоторых высших растений (ракитник, клещевина) вырабатывают токсины. Змеиные яды содержат сильнейшие токсины. Неприятные симптомы при многих бактериальных заболеваниях вызываются именно тем, что токсины в организм вносят бактерии. Токсины могут выделяться в кровь в процессе жизнедеятельности бактерий или высвобождаться после их гибели.

Некоторые токсины, как например, дифтерийный, столбнячный, ботулинический, являются ведущими факторами развития соответствующих заболеваний. Действие других (гемолизины стафилококка, лейкоцидины) более ограничено. По своим свойствам токсины делятся на 2 группы:

эндотоксины - это липополисахариды, они термостабильны, продуцируются, как правило, грамотрицательными бактериями, обладают общетоксическим действием.

экзотоксины - это белки, они термолабильны, продуцируются, как правило, грамположительными бактериями, обладают специфичностью действия.

Наиболее значимыми для медицинской практики продуцентами экзотоксинов среди грамположительных бактерий являются возбудители дифтерии, ботулизма, столбняка, газовой гангрены, некоторые виды стафилококков и стрептококков. Среди грамотрицательных - холерный вибрион, некоторые виды псевдомонад, шигелл.

]Бактериальные токсины загрязняют пищевые продукты и являются причиной острых пищевых интоксикаций. Рассмотрим наиболее часто регистрируемые интоксикации, связанные с поражением пищевых продуктов некоторыми бактериальными токсинами.

Staphylococcus aureus - грамположительные бактерии, являются причиной стафилококкового пищевого отравления. Энтеротоксины S. aureus термостабильны и инактивируются лишь после 2-3 часового кипячения. Бактерицидным действием по отношению к стафилококкам обладают уксусная, лимонная, фосфорная, молочная кислоты при рН до 4,5. Кроме того, жизнедеятельность бактерий прекращается при концентрации соли (NaCl) - 12%, сахара - 60-70%, вакуумная упаковка также ингибирует рост бактерий. Все это необходимо учитывать в различных технологиях консервирования, как в промышленном масштабе, так и в домашних условиях.

Наиболее благоприятной средой для роста и развития стафилококков являются молоко, мясо и продукты их переработки, а также кондитерские кремовые изделия, в которых концентрация сахара составляет менее 50%. Стафилококковые энтеротоксины являются причиной 27- 45% всех пищевых токсикоинфекций (токсикоинфекция - отравление, вызванное действием живых микробов, попавших в организм вместе с пищей).

Clostridium botulinum продуцирует токсины, представляющие особую опасность для человека. Эти микроорганизмы являются облигатными анаэробами с термостабильными спорами. Различают А, В, С, D, E, F и G виды ботулотоксинов, причем наибольшей токсичностью обладают токсины А и Е. Ботулотоксины имеют белковую природу, молекулярная масса порядка 150 кДа.

Они поражают рыбные, мясные продукты, фруктовые, овощные и грибные консервы при недостаточной тепловой обработке и в условиях резкого снижения содержания кислорода (герметично закупоренные консервы). Кроме того, ботулотоксины характеризуются высокой устойчивостью к действию протеолитических ферментов, кислот, низких температур, но инактивируются под влиянием щелочей и высоких температур (80°С - 30 мин; 100°С - 15 мин).

Ботулизм встречается довольно часто, летальность достигает порядка 7-9%.

К токсинообразующим микроорганизмам, вызывающим пищевые отравления у человека, относятся также Clostridium perfringens - спорообразующие анаэробные грамположительные бактерии, которые продуцируют большое число энтеротоксинов.

Патогенные штаммы Escherichia coli являются продуцентами термостабильных токсинов полипептидной природы с молекулярной массой от 4 до 10 кДа и способны вызывать как острые токсиноинфекции, так и являться причиной хронической интоксикации, в частности, являться причиной хронической почечной недостаточности.

Сырое молоко, мясо и мясные продукты, а также вода могут быть причиной возникновения заболеваний, связанных с присутствием патогенных штаммов Е. coli.

Токсины бактериальные Токсины бактериальные

входящие в состав структур микробной клетки или продуцируемые ею в окружающую среду вещества, оказывающие повреждающее действие на организм человека и животных. Вызывают характерные синдромы и в большей или меньшей мере определяют течение и исход болезни. Т.б. условно разделяют на: эндотоксины (см.) и экзотоксины (см.). Исходя из структурно-функциональных св-в Т. дифференцируют на простые и сложные. Простые Т. являются белками, одна полипептидная цепь к-рых несет токсическую (активатор), др. - транспортную (рецептор) функцию. Все они относятся к группе экзотоксинов. Сложные Т. состоят из нескольких компонентов белковой и небелковой (полисахаридной, липидной) природы, также имеют рецептор и активатор. Сложное строение свойственно всем эндотоксинам и некоторым экзотоксинам. Все Т. обладают выраженными антигенными и протективными св-вами, причем по специфичности Аг эндотоксинов близки к бактериям-продуцентам, Аг экзотоксинов отличаются от них. В связи с этим антисыворотки против эндотоксинов нейтрализуют и эндотоксин, и бактерию-продуцент, против экзотоксинов - только экзотоксин. Эффект, вызываемый Т., как правило, является следствием целого ряда поступательно протекающих реакций, начиная с адсорбции транспортной части Т. на рецепторах клеток-мишеней. Рецепторы для экзотоксинов расположены на ограниченной группе клеток, поэтому их действие проявляется в специфическом симптомокомплексе; эндотоксины способны адсорбироваться и повреждать клетки различных органов, в связи с чем клин, проявления действия разных эндотоксинов близки. См. Токсикозы микробные , Токсико-инфекции пищевые.

(Источник: «Словарь терминов микробиологии»)

Смотреть что такое "Токсины бактериальные" в других словарях:

Ядовитые вещества, выделяемые бактериями в окружающую среду (экзотоксины) или содержащиеся в микробных клетках (эндотоксины). Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь

Современная энциклопедия

Соединения (часто белковой природы) бактериального, растительного или животного происхождения, способные при попадании в организм животных или человека вызывать заболевание или их гибель. Содержатся в ядах змей, пауков, скорпионов. Бактериальные… … Большой Энциклопедический словарь

ТОКСИНЫ - ТОКСИНЫ. Понятие «токсин» вошло в иммунобиологию в конце 19 в., когда были обнаружены у животных и растений, а также у бактерий вещества, обладающие следующими основными свойствами: 1) При введении в организм животного вызывают… … Большая медицинская энциклопедия

Токсины - ТОКСИНЫ, соединения, выделяемые микроорганизмами, растениями или животными, которые при попадании в другой организм могут вызывать его заболевание или гибель. Содержатся в ядах змей, пауков, скорпионов и др. Бактериальные токсины вызывают… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

- (от греч. toxikon яд), ядовитые вещества, образуемые нек рыми микроорганизмами, растениями н животными. По химич. природе полипептиды и белки. Иногда термин «Т.» распространяется и на ядовитые вещества небелковой природы (в частности афлатоксины… … Биологический энциклопедический словарь

Соединения (часто белковой природы) бактериального, растительного или животного происхождения, способные при попадании в организм животных или человека вызывать заболевание или гибель. Содержатся в ядах змей, пауков, скорпионов. Бактериальные… … Энциклопедический словарь

- (от греческого toxikоn яд) вещества бактериального, растительного или животного происхождения, способные угнетать физиологические функции, что приводит к заболеванию или гибели животных и человека. По химической природе все Т. белки или… … Большая советская энциклопедия

ТОКСИНЫ - (от греч. toxikón — яд), ядовитые продукты метаболизма микроорганизмов (бактерий, грибов), растений и животных.К Т. растительного происхождения (фитотоксины) относятся абрин, рицин, круцин и другие вещества, содержащиеся в семенах растений… … Ветеринарный энциклопедический словарь

Соединения (часто белковой природы) бактериального, растит. или животного происхождения, способные при попадании в организм животных или человека вызывать заболевание или гибель. Содержатся в ядах змей, пауков, скорпионов. Бактериальные Т.… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Книги

• Судебно-медицинская экспертиза пищевых отравлений. Учебное пособие , Г. Н. Зарафьянц , М. И. Круть , С. Ю. Сашко Категория: Учебники для ВУЗов Издатель: Издательство СПбГУ , Производитель: Издательство СПбГУ ,
• Судебно-медицинская экспертиза пищевых отравлений , Михаил Круть , В пособии изложены современные классификации пищевых отравлений (ПО) немикробной (истинные и косвенные), микробной этиологии (пищевые токсикоинфекции, бактериальные интоксикации) и… Категория: Учебная литература Издатель:

100 р бонус за первый заказ

Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line

Узнать цену

Экзотоксины продуцируются клеткой и выделяются в окр.ср. Эндотоксины прочно связаны с клеткой.

Экзотоксины называют истинными токсинами. Они впервые были обнаружены в 1890 г. у двух патогенных для человека микроорганизмов: Corynebacterium diphtheriae – возбудителя дифтерии (дифтерийная палочка) и Clostridium tetani – возбудителя столбняка (столбнячная палочка). Для доказательства продукции экзотоксинов поставлены одинаковые эксперименты: бактерии выращивали в питательной среде in vitro и бесклеточный фильтрат, приготовленный из выросшей культуры, вводили опытным животным.

По химической природе экзотоксины принадлежат к белкам. Они термолабильны и разрушаются при температуре 60–80 .С в течение 10– 60 мин. Легко разрушаются под влиянием пищеварительных ферментов. При обработке формалином (0,3–0,4 %) при температуре 38–40 .С экзотоксины обезвреживаются, но сохраняют при этом антигенность. Такие лишенные активности экзотоксины называются анатоксинами. Они используются как вакцины. При парентеральном введении анатоксинов в организме вырабатываются антитоксины (антитела), нейтрализующие соответствующие яды.

Гены, определяющие синтез бактериальных экзотоксинов случаях локализованы на плазмидах или в составе профагов. Дифтерийный и столбнячный токсины, а также токсин ботулизма детерминируются генами профагов. Патогенные бактерии продуцируют их лишь в том случае, когда в хромосоме находится профаг. Синтез некоторых токсинов, продуцируемых штаммами Escherichia coli и других, детерм-ся плазмид. генами (Ent-плазмиды). Утрата профага или плазмиды делает кл-ку нетоксигенной.

Экзотоксины высокотоксичны, их действие направлено на разрушение определенных субклеточных структур или на нарушение определенных клеточных процессов. Альфа-токсин одного из возбудителей газовой гангрены (Clostridium perfringens) является гидролитическим ферментом лецитиназой. Лецитин – важный липидный компонент клеточных и митохондриальных мембран.Дифтерийный токсин, синтезируемый Corynebacterium diphtheriae, образует комплекс с НАД+, который взаимодействует с одним из факторов трансляции белка (трансферазой II) в рибосомах, в результате чего происходит нарушение синтеза белка и клетка хозяина погибает. Столбнячный и ботулинический токсины относятся к нейротоксинам. При ботулизме токсин поражает периферическую нервную систему, при столбняке – центральную нервную систему. Столбнячный токсин блокирует импульс расслабления, сразу все мышцы, ботулинический действует за счет общего расслабления мышц. Паралич дыхания.

Холерный токсин проникает в кровь, активирует мембранную аденилатциклазу, что вызывает резкое увеличение концентрации цАМФ в клетке; это в свою очередь приводит к тому, что ионы Na+ не проникают в кровь. В кишечнике создаются гипертонические условия и вода поступает из тканей в кишечник. Потеря тканевой жидкости приводит к ацидозу и шоку.

Токсин палочки чумы ингибирует респираторную акт-сть митохондрий, что приводит к гибели клетки.

Эндотоксинами являются комплексы липополисахаридов с белками (липополисахаридпротеиновый комплекс), находящиеся в наружных слоях клеточных стенок грамотрицательных бактерий. Они вырабатываются возбудителями брюшного типа, паратифов, дизентерии и рядом других энтеробактерий (в том числе патогенными штаммами кишечной палочки).

Эндотоксины термостабильны, выдерживают кипячение и автоклавирование при температуре 120 .С в течение 30 мин, под действием формалина и температуры обезвреживаются частично. Действие эндотоксинов неспецифично и при введении в организм они всегда вызывают резкое повышение температуры. В липополисахаридпротеиновом комплексе за токсигенность и пирогенность (повышение температуры) отвечает липополисахаридная часть молекулы, а белковый фрагмент только за антигенные свойства. Эндотоксины – менее токсичны. Иногда эндотоксины вызывают воспалительные реакции, которые проявляются в увеличении проницаемости капилляров и разрушении клеток. При попадании значительного кол-ва эндотоксинов в кровоток возможен эндотоксиновый шок. Бактериальные эндотоксины проявляют сравнительно слабое иммуногенное действие, и иммунные сыворотки не способны полностью блокировать их токсические эффекты. Микроорганизмы, которые образуют экзо- и эндотоксины (холерный вибрион, гемолитические штаммы кишечной палочки и др.).

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.

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.

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.

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.

Т. бактерий, у которых функционально-активная структура представлена одной ептидпой 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.

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.

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.

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

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.

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 ептидной цепи Т. или его отдельными субъединицами.

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

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.

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.

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.

Библиогр .: Далин М.В. и Фиш Н.Г.Токсины микроорганизмов, М., 1977, Езепчук Ю.В.Патогенность как функция биомолекул, М., 1985, библиогр.

Экзотоксины – секреторные белковые вещества, проявляющие ферментативную активность. По механизму действия экзотоксина на клетку различают: цитотоксины, мембранотоксины, функциональные блокаторы, эксфолианты и эритрогемины. Механизм действия белковых токсинов сводится к повреждению жизненно важных процессов в клетке: повышению проницаемости мембран, блокаде синтеза белка и других биохим процессов в клетке или нарушению взаидомействия и взаимокоординации между клетками.

Экзотоксины являются сильными антигенами, которые продуцируют образование в организме антитоксинов.

По молекулярной организации делятся на 2 группы: 1) экзотоксины из двух фрагментов 2) составляющие единую полипептидную цепь.

По степени связи с бактериальной клеткой: 1) класс А – токсины, секретируемые во внешнюю среду(токсин дифтериной палочки) 2) класс В – токсины, частично секретируемые во внешнюю среду и частично связанные с микробной клеткой (тетаноспазмин столбнячной палочки)

3) класс С – токсины, связанные и с микробной клеткой и попадающие в окр среду при разрушении клетки (экзотоксины энтеробактерий).

Классификация по характеру мишеней: нейротоксины, гемолизины(разрушают эритроциты), энтеротоксины, дерматонекротоксины, лейкоцидины(повреждают фагоциты)

Экзотоксины обладают высокой токсичностью. Под воздействием формалина и температуры утрачивают свою токсичность, но сохраняют иммуногенное свойство. Такие токсины получили название анатоксинов и применяются для профилактики заболевания столбняка, гангрены, ботулизма, дифтерии, а также используются в виде антигенов в иммунизации животных с целью получения анатоксических сывороток.

Экзотоксины, состоящие из двух фрагментов - А и В. Каждый фрагмент сам по себе не активен. Свойствами токсина они обладают, будучи связанными друг с другом. При этом фрагмент В выполняет две функции - акцепторную (распознает рецептор на мембране и связывается с ним) и формирования внутримембранного канала. Фрагмент А проникает через него в клетку и проявляет в ней токсическую активность, воздействуя на различные процессы метаболизма клетки. Такую структуру имеют, например, энтеротоксины холерного вибриона и патогенных грамотрицательных бактерий.

Нередко бактерии синтезируют несколько экзотоксинов, проявляющих различное действие(летальное, гемолитическое, цитотоксическое).

5. Эндотоксины, химический состав, свойства, механизм действия. Отличия экзо- и эндотоксинов.

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, дессиминированной 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 умеренными фагами.