Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Классификация бактериальных токсинов.

Луи Пастером в 1887 г. были проведены опыты доказывающие, что веществами, которые образуются в результате жизнедеятельности микроорганизмов и находятся в питательном бульоне, можно вызывать такие же клинические признаки заболевания, как и при заражении самим возбудителем болезни. Э. Ру и А. Иерсин в своих экспериментах 1889 года подтвердили этот вывод. Дальнейшие исследования показали, что безмикробные, стерильные фильтраты, полученные с жидких питательных сред, где размножались изучаемые микроорганизмы, вызывают клинические проявления и патологические изменения, характерные для столбняка, ботулизма, холеры, скарлатины. Познее выяснилось, что проявление ряда патологических процессов при многих инфекционных заболеваниях вызвано продуктами жизнедеятельности микробов. Эти продуцируемые микроорганизмами вещества получили название микробных токсинов. Уже к 1890 году были обнаружены токсины двух важнейших патогенных для человека микроорганизмов (вызывающих большой процент смертельного исхода при заболевании) С.diphtheriae - дифтерия и Cl.tetani - столбняк. Постепенно, в ходе экспериментов, все токсины микробной этиологии разделили на две группы. В первую включили токсические продукты связанные со стромой (телом) микробной клетки. Они становятся токсичными только после гибели и разрушения микроорганизмов. Эту группу токсинов выявили у грамотрицательных бактерий и назвали эндотоксинами (эндо - endo - внутри). Для них характерна низкая специфичность действия. При введении экспериментальным животным, все они вызывают схожие клинические и патологические симптомы. Изучение их природы и места локализации в клетке потребовало длительного, интенсивного исследования. Сейчас установлено, что эндотоксины - это комплекс липополисахаридов с белками, которые находятся в наружных слоях клеточной стенки грамотрицательных бактерий. Во вторую группу отнесли секретируемые или растворимые микробные токсины. Они выделяются в окружающую среду при жизни микроорганизмов и не связаны со стромой последних. Эти токсины оказались чувствительны к нагреванию и являются белками. Так как они присутствуют в среде и не являются структурной частью микроорганизма, то получили название экзотоксины (экзо - exo - снаружи, вне). В экспериментах было доказано, что экзотоксины оказывают специфическое действие на организм, характерное для той или иной болезни. Термины «эндотоксины» и «экзотоксины», которыми называют две вышеуказанные группы токсических веществ не должны вводить в заблуждение. В настоящее время есть данные, показывающие, что многие «экзотоксины» связаны с бактериальными клетками во время их роста и высвобождаются только после гибели и лизиса (разрушения) бактерий. Общепринято что, экзотоксины являются белками, а эндотоксины - молекулярными комплексами, содержащими белок, липид и полисахарид. Приведенные выше термины, в настоящее время настолько общеприняты, что отказываться от них никто не хочет. Предложенный М. Далиным и Н. Фишем (1980) термин «мезотоксины», объединяющий те токсины микроорганизмов, что имеют общие характеристики первой и второй групп, не получил признания. В таблице 1 дана дифференциальная характеристика экзо- и эндотоксинам.

Таблица 1

Сравнительная характеристика экзо- и эндотоксинов. (по Н. Колычеву, 1991 г.)

Однако, биохимики, разделение микробных токсинов на группы, проводят в соответствии с данными об их природе и химических свойствах. Они различают группу простых и сложных белков (протеотоксины), группу со стероидной конфигурацией (афлотоксины) и группу липополисахаридных комплексов, токсическую активность которых определяет липидный компонент (липид А). Такой биохимический, а в последствии иммунохимический подход позволил теоретически и биохимически обосновать получение антитоксинов (Э. Беринг, 1892г.). С их помощью смогли отличать один токсический микробный биополимер от другого, микробиологи - отличать in vitro (в пробирке) токсигенные штаммы от нетоксигенных, патофизиологи - понимать (в какой-то степени) механизм поражающего действия токсинов. П. Эрлих (P. Ehrlich), используя антитоксины, как молекулярные зонды, впервые выявил молекулярную характеристику микробных токсинов. Позднее Г. Рамон (G. Ramon) опираясь на его теоретические разработки, организовал производство анатоксинов. Исследования по антитоксинам позволили провести разделение, дифференциацию токсинов на серотипы (серогруппы, сероварианты) в соответствии с их антигенной структурой. Однако при серологическом анализе доказана некоторая идентичность токсинов, вырабатываемых бактериями разных видов и родов. Выяснилось, что антигенно-родственными оказались холерный токсин и термолабильные энтеротоксины, продуцируемые E.coli, Sal.typhimurium. Установлена антигенная похожесть энтеротоксинов выделяемых бактериями видов Sh.plexneri и Sh.dysenteriaе. Высокая степень сходства отмечается у токсинов (гемолизина) Cl.tetani, Bac.cereus и Diplococcus pneumonie и St.pyogenes, СL.perfringens.

Проведенные иммунологические исследования позволяют рассматривать микробные токсины как совокупность серогрупп, которые сходны в каких-то структурах по своему молекулярному строению. Стало ясно, что микробные токсины можно группировать не только по сходству происхождения (эндо- или экзо-), химической природе (белки, липополисахариды), по сходству в молекулярной организации, по его антигенной структуре, но и потому, какую роль играют отдельные структурные единицы или молекулы в патогенезе интоксикации на клеточном или субклеточном уровнях. Так, например, выявлено, что экзотоксины шигелл, синегнойной палочки, дифтерийной бактерии почти одинаковым образом блокируют синтез белков на субклеточном уровне, причем два последних выводят из строя один и тот же фермент - трансферазу II. Обнаружилась функциональная общность холерного токсина и термолабильного токсина E.coli, поражающее действие которых связано со способностью активировать клеточную аденилатциклазу.

Благодаря методическому подходу по разделению (дифференциации) микробных токсинов по указанному принципу были уточнены некоторые особенности микробных токсинов. Получены данные, что они отдельными участками своих молекул иммитируют (подражают) структуре ферментов, гормонов, нейромедиаторов макроорганизма. Возможно, эта особенность и обеспечивает микробным токсинам способность вмешиваться в обменные процессы у макроорганизма (человека).

Патогенез (болезнетворность), бактериальных токсинов.

Опираясь, на наиболее распространенную, схему дифференциации бактериальных токсинов рассмотрим, ту роль, которую они играют в патогенезе как при токсикоинфекциях и токсикозах человека, так и при других инфекционных болезнях. Патогенетическое действие экзотоксинов достаточно наглядно представлено в таблице 2 (R.Stanier et.all, 1976 г.)

Таблица 2

Основные экзотоксины и их патогенетическое воздействие. (по R. Stanier. et. all, 1976 г.)

Микроорганизмы	Экзотоксин		Механизм действия
	Нейротоксин.	Нервно-мышечный синапс.	Подавляет выделение ацетилхолина.
		Любая ткань в месте поражения.	Лецитиназная активность (разрушает клетки).
		Любая ткань (по всему организму)	Подавляет синтез белка.
	Энтеротоксин	Эпителий кишечника.	Нарушает регуляцию переноса электролитов, обезвоживая организм.
Bac.antracis Yer.pestis	«Токсин мор- ских свинок».	Любая ткань.	Неизучен.

Те токсины, которые выделяются во время роста грамположительными бактериями, являются истинными экзотоксинами. Их не обнаружили не в цитоплазме, не в структуре тела. По всей вероятности их синтез происходит на связанных с мембраной рибосомах. Однако механизм, с помощью которого эти белки выходят сквозь клеточную стенку наружу, полностью неясен. Неясна до конца и функция экзотоксина. Установлено, что многие не токсигенные штаммы размножаются в клетке хозяина так же интенсивно, как и токсигенные. Причем гены, определяющие синтез экзотоксина, часто локализованы в плазмидах или профагах, а не на бактериальной хромосоме. Сейчас выяснено, что дифтерийный токсин, токсин Str.pyoqenes, энтеротоксин Staph. aureus, токсин Cl.botulinum типа «D» детермируется генами профага, а некоторые токсины E.coli - плазмидными генами. Потеря данного генетического материала ведет к утрате способности продуцировать токсин. При введении в бактериальную клетку такого детерменированного профага или плазмиды, образование токсина восстанавливается. Другим примером иллюстрирующим выше проведенный тезис, могут служить токсины Cl.botulinum типа «А» и «В», а также Е- и i-токсины Cl.perfringens. Они образуются в результате протеолитического расщепления более крупных нетоксичных полипептидов. Для этого необходимо, чтобы протеолитические ферменты, расщепляющие их, выделялись бактериями в культуральную среду (жидкая питательная среда для размножения бактерий).

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ЭКЗОТОКСИНОВ проявляется вмешательством в работу определенных функций, тканевых клеток или в разрушении некоторых субклеточных структур. Примером первого может служить дифтеритический токсин, продуцируемый Cor.diphthеriae. Он влияет на процессы синтеза ДНК, РНК и белка клетки. Подавление этих процессов происходит в результате того, что токсин инактивирует фермент трансферазу II. А так как этот фермент способствует переносу растущей полипептидной цепи с одной молекулы т-РНК на другую на поверхности рибосом, то разрушение трансферазы II и останавливает синтез белка. Примером разрушения субклеточных структур бактериальным токсином может служить токсин Cl.perfringens. По своей природе это лецитиназа. Она расщепляет лецитин, являющийся важным структурным компонентом клеточной мембраны. Его расщепление приводит к разрушению мембраны разнообразных тканевых клеток, что возможно и является причиной распада тканей при газовой гангрене. Лецитиназу продуцируют и микроорганизмы родов Bacillus, Staphyloccocus, входящие в группу пищевых токсикозов.

Представители группы пищевых токсикоинфекций (например: E.coli, Sal.typhimurium, Cl.perfringens), а так же возбудители холеры и бактериальной дизентерии продуцируют энтеротоксины (entero - кишка), которые специфически действуют на эпителий кишечника. Механизм их действия заключается в том, что эти вещества связываются со специфическими рецепторами мембраны эпителия. Связанный токсин активирует мембранную аденилатциклазу, это вызывает повышение концентрации в клетке циклического аденозинмонофосфата (АМФ), что в свою очередь вызывает повышение скорости переноса электролитов, т.е. утечку из тканевых структур. Вместе с ними уходит и вода. В результате происходит потеря тканевой жидкости, а это приводит к обезвоживанию организма и шоку. Если не восполнить потерю жидкости и электролитов циркулирующих в организме, то наступает смерть.

Механизм патогенетического действия эндотоксинов иной. Как уже указывалось выше, по своей химической природе это комплекс липополисахаридов с белками клеточных стенок грамотрицательных бактерий. Таким образом они идентичны О -антигенам (соматическим антигеном) целой клетки. Эндотоксины выделены из всех патогенных граммотрицательных бактерий. Для токсинов этой группы характерны два типа механизма активности - они вызывают повышение температуры тела (пирогенность) и являются токсичными. Этими двумя свойствами обладает липополисахаридная фракция токсина, белковая фракция имеет только антигенные свойства. Пирогенная активность липосахаридного комплекса высока. Введение его лошади весом в 700 кг в количестве 0,000001 г вызывает повышение температуры тела. Известно, что температура животного, человека регулируется определенными центрами в головном мозге. Однако, эндотоксины не действуют на эти центры. Они действуют на полиморфноядерные лейкоциты, вызывая освобождение пирогенного вещества. Химическая природа его до настоящего времени точно не ясна, но установлено, что оно и вызывает повышение температуры. Патогенетическое действие данной группы токсинов заключается и в том, что они увеличивают проницаемость капилляров и вызывают разрушение клеток, в свою очередь выделяются воспалительные агенты, которые так же участвуют в развитие патологического процесса. Механизм воспалительного процесса до конца не известен, возможно тут значительную роль играет не токсин (липополисахаридная часть эндотоксина), а аллерген - т.е. антигенный продукт микроорганизма (соматическая часть клетки), который индуцирует воспалительную аллергическую реакцию у сенсибилизированного макроорганизма.

Так как целью данного издания является учебное справочное пособие по пищевым токсикоинфекциям и токсикозам, мы не будем рассматривать весь механизм патогенеза при различных инфекционных болезнях, а ограничимся выше приведенной информацией.

Патогенность микроорганизмов обусловлена вырабатыванием ими микробных токсинов, которые при попадании в организм человека вызывают отравления и конкретные заболевания. Эти токсичные соединения могут быть как растительного, так и животного происхождения. Но наибольшее распространение получили токсины, вырабатываемые бактериями.

Токсичные вещества образуются в результате жизнедеятельности болезнетворных микроорганизмов. Они могут оказывать свое разрушительное действие на клетки тканей человека или способствовать развитию симптомов интоксикации путем воздействия на определенные структуры, начинающие усиленно вырабатывать ферменты метаболизма.

В микробиологии бактериальные токсины, классификация которых основана на физико-химических свойствах, делятся на две группы.

Эндотоксины

Это липополисахариды, являющиеся компонентами стенок грамотрицательных бактерий. Они освобождаются и начинают оказывать свое действие только после гибели микробов. Их небольшое количество активизирует у людей выработку фагоцитов, В-лимфоцитов и интерферона. За счет данных факторов происходит повышение иммунитета и нейтрализация болезнетворных микробов и токсинов. Иногда организм реагирует на присутствие эндотоксинов аллергическими проявлениями.

При выделении значительных доз данных веществ они угнетают выработку иммунитета, увеличивают проницаемость капиллярных стенок, разрушают лейкоциты. Это проявляется в виде лейкопении, снижения общей температуры тела, гипотонии, снижении уровня pH крови.

Экзотоксины

Это белки, особенностью которых является способность сохранять биологическую активность вне бактериальной клетки. Механизм их действия основан на повышении проницаемости клеточных мембран, блокировке синтеза белковых структур, нарушении процесса взаимодействия клеток между собой.

Микробные экзотоксины, в свою очередь, делятся на 3 класса в зависимости от их связи с бактерией:

• класс А - это белковые токсины, выделяемые во внешнюю среду;
• класс В - это микробные токсины, которые одновременно секретируются во внешнюю среду, но при этом взаимодействуют с бактериальной клеткой;
• класс С - это токсины микроорганизмов, которые при жизни связаны с клеткой микроба, а после ее гибели выделяются наружу.

Характеристика бактериальных токсинов в зависимости от влияния на ткани и органы людей, включает в себя:

1. Нейротоксины. Оказывают негативное действие на нейроны, блокируя передачу нервных импульсов.
2. Цитотоксины. Разрушают определенные участки или полностью растворяют мембраны различных клеток.
3. Токсины-ферменты. Расщепляя участки белковых молекул и липидов, приводят к нарушению физиологических процессов у людей и животных.
4. Токсины, ингибирующие ферменты. Нарушают взаимосвязь между процессами, происходящими в организме.

Специалисты также выделяют токсины, имеющие смешанный тип токсического воздействия.

Особенностью холерного вибриона и кишечной палочки является способность выделять одновременно как экзотоксины, так и эндотоксины, осложняя этим течение болезни и лечение.

Отдельное место в классификации занимают токсины грибов, которые называются микотоксинами. Они загрязняют овощи, фрукты, зерна злаковых культур, семена подсолнечника, а также развиваются при неправильном или длительном хранении в готовых пищевых продуктах. Наиболее опасны для человека токсины, выделяемые грибами рода Aspergillus.

Они вызывают аллергические реакции, токсические гепатиты, патологии почек и некоторые специфические инфекционные заболевания. Доказано, что данные токсические грибы провоцируют развитие злокачественных опухолей.

Наиболее опасные заболевания

Самые известные и наиболее опасные токсины продуцируют бактерии рода Clostridium, вызывающие такие заболевания, как ботулизм, газовая гангрена и столбняк.

Ботулизм

Возбудитель ботулизма Clostridium botulinum выделяет несколько разновидностей экзотоксинов, развиваясь преимущественно в рыбных, мясных и грибных консервах. Данные микроорганизмы проявляют свои патогенные свойства только в анаэробных условиях. В присутствии кислорода они погибают. Желудочный сок, воздействие низких температур (заморозка) и просаливание не инактивируют токсины, а вот длительная термическая обработка действует на них губительно.

Скопление ботулотоксинов в консервированных продуктах проявляется вздутием крышки тары (это явление называется бомбаж). Вкусовые качества при этом практически не изменяются. Иногда может присутствовать легкий привкус прогорклого жира, и только при значительном скоплении газов происходит изменение цвета и консистенции продуктов.

Газовая гангрена

Clostridium perfringens вызывает газовую гангрену, продуцируя 12 известных ядов, которые приводят к образованию отеков, газообразованию и некрозу тканей. Попадание патогенных микроорганизмов происходит во время ранений и получения огнестрельных, колотых, рваных и прочих ран, а также после травматических ампутаций. Благоприятными условиями образования токсинов в организме являются:

• наличие в области раны омертвевших клеток;
• анаэробные условия;
• общее снижение сопротивляемости организма инфекциям.

Помимо этого, данные микроорганизмы могут вызывать пищевые отравления бактериальными токсинами, которые проявляются частой рвотой, диареей, эритематозной сыпью, повышением температуры тела.

Некоторые штаммы Clostridium perfringens не инактивируются даже кипячением в течение 6 часов и сохраняются в готовых пищевых продуктах при несоблюдении сроков и условий хранения.

Столбняк

Бактерия Clostridium tetani является возбудителем столбняка. Она продуцирует один из сильнейших микробных экзотоксинов, состоящий из двух фракций. Сначала выделяется тетанолизин, который разрушает клетки крови и подавляет фагоцитоз, способствуя скорейшему проникновению возбудителя к нервным ганглиям. Далее вырабатывается тетаноспазмин, блокирующий действие тормозных медиаторов. Это вызывает неконтролируемые мышечные сокращения, приводящие к генерализованным судорогам и летальному исходу.

При неблагоприятных условиях или при наличии кислорода бактерии Clostridium tetani образуют споры, которые длительное время могут сохранять жизнеспособность во внешней среде.

Токсичность условно-патогенных микроорганизмов

Некоторые штаммы стафилококков выделяют эндоксин, вызывающий патологии в желудочно-кишечном тракте человека. Накапливаясь в большом количестве в готовых молочных, мясных, рыбных продуктах и кондитерских изделиях, он может стать причиной сильных отравлений.

Токсичность сальмонелл дополняется патогенным действием живых микробов. При массовой гибели бактерий происходит интенсивное высвобождение эндотоксинов, нарушающих барьерную функцию стенок кишечника, что ускоряет процесс попадания сальмонелл в кровяное русло и развитие патологий в месте их локализации.

Заражение чаще всего происходит при поедании некачественных готовых мясных продуктов (зельцев, паштетов, колбас, студней, изделий из фарша).

Многие штаммы кишечной палочки (Escherichia coli) являются патогенными за счет выработки ими микробных токсинов, вызывающих острые пищевые отравления. Заражение происходит при поедании обсемененных молочных и мясных продуктов.

Бактериологическое оружие

К сожалению, в мировой практике зафиксировано немало случаев применения бактериологического оружия, которое представляет собой патогенную микрофлору, токсины бактерий и средства их доставки. Оно создано с целью массового уничтожения людей, животных или сельскохозяйственных растений.

В лабораториях тщательно изучается характеристика токсинов и болезнетворных микробов, которая становится основой для создания данного вида оружия. Культивирование патогенных микроорганизмов и создание препаратов, содержащих живые культуры и токсины, является главной задачей. Но при этом немаловажную роль играют и пути распространения микробов, к основным из которых относятся:

• аэрогенный;
• контактный;
• алиментарный;
• трансмиссивный.

Достаточно часто в качестве биологического оружия используется смесь различных патогенных микробов, что увеличивает процент заражения и летальности. Однако для этого выбираются штаммы, которые не передаются от зараженного человека здоровым людям. Это позволяет локализовать очаг поражения и не допустить распространения заболеваний на другие территории.

Современные ученые пытаются синтезировать подобное оружие. Для этого проводится доскональное изучение токсинов бактерий, их природы, свойства и получение искусственным путем их аналогов в лабораторных условиях.

Помимо ферментов защиты и агрессии микроорганизмы, также способны вырабатывать при размножении биологически активные элементы, которые повреждают ткани и клетки макроорганизма, так называемые токсины. Помимо этого, определенные токсины становятся ключевыми факторами при развитии всевозможных заболеваний. Однако действие, таких как лейкоцидин и гемолизин стафилококк довольно ограничено.

Стоит отметить, что сила токсинов, в том числе и вирулентность, в основном измеряет DLM и LD50. Таким образом, абсолютно все токсины разделяются на 2 вида:

* Экзотоксины представляют собой белки, при этом являются термолабильными и продуцируются грамположительными бактериями. Кроме того, они обладают общетоксичным эффектом, после специальной обработке могут переходить в анатоксин и считаются сильными антигенами.

* Эндотоксины представляют собой липополисахариды. Как правило, они термостабильны, однако в отличие от предыдущего типа продуцируются грамотрицательными бактериями.

Для медицинской практики наиболее значимыми продуцентами экзотоксинов считаются следующие возбудители:

* среди грамотрицательных – шигелл, некоторые виды псевдомонад, холерный вибрион;

* среди грамположительных – ботулизма, дифтерии, газовой гангрены, столбняка, некоторые типы стрептококков и стафилококков.

В зависимости от прочности соединения экзотоксины и микробной клетки могут разделяться на:

* не секретируемые;

* частично секретируемые;

* на полностью секретируемые.

Стоит отметить, что не секретируемые соединения освобождаются в ходе разрушения бактериальных клеток, за счет чего они довольно схожи с эндотоксинами по этому свойству.

Кроме того, бактериальные токсины также разделяются на определенные типы по механизму действия на клетки микроорганизмов. Однако подобное разделения считается условным, поэтому некоторые токсины иногда относятся одновременно к двум видам.

1) Первый вид представляется собой мембранотоксины.

2) Второй тип это нейротоксины или функциональные блокаторы. Они блокируют передачу нервных импульсов.

3) Третий вид представляет собой термолабильные и термостабильные энтеротоксины, которые активизируют аденилатциклазу клетки, что в свою очередь приводит к

Развитию диарейного синдрома и нарушению энтеросорбции. Такие токсины продуцируют энтеротоксигенные кишечные палочки, холерный вибрион.

4) Четвертый тип это цитотоксины. Они блокируют синтез белков на субклеточном уровне. Кроме того, в эту категорию также относят антиэлонгаторы, которые препятствуют транслокации элонгации. Таким образом, передвижение и-РНК по рибосоме значительно замедляется, что в свою очередь блокирует синтез белка (токсин синегнойной палочки, дифтерийный гистотоксин).

5) Пятый тип это эксфолиатины, которые образуются некоторыми определенными штаммами золотистого стафилококка, а также эритрогенины, которые продуцируются пиогенным стрептококком группы А. Эта группа влияет на процесс взаимодействия межклеточных веществ и клеток, кроме того клиническая картина инфекции значительно легче определяется. Дело в том, что в первом случае образуется пузырчатка новорожденных, а во втором – скарлатина.

Стоит отметить, что большое количество бактерии могут образовывать не один, а сразу пару белковых токсинов, которые, к тому же, будут обладать различным действием – цитотоксическим, нейротоксическим и гемолитическим. К таким бактериям, как правило, относят стрептококк и стафилококк.

Помимо этого, довольно-таки много бактерии способны одновременно образовывать как эндотоксины, так и белковые экзотоксины: холерный вибрион, кишечная палочка и так далее.

По функциям факторы патогенного действия бактерий подразделяются на четыре группы:

* 1-я включает в себя бактерии с эпителием экологических ниш;

* 2-я представляет собой интерферирующие бактерии, которые взаимодействуют с гуморальными и клеточными механизмами хозяина, а также обеспечивают размножение возбудителя;

* 3-я это бактериальные модулины, которые индуцируют синтез определенных медиаторов и цитокинов воспаления, а также приводят к имуносупрессии;

* 4-я включает в себя токсические продукты и токсины, оказывающие разрушительное действие. Как правило, оно связано со специфическими изменениями различных тканей и органов организма.

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.

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.

представляют собой белки, состоящие из одной ептидной 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.

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,

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.

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.

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.

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.

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.