 |
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 микроорганизмов.
С тех пор, как Ру (Roux) и Йерсен (Yersin) выделили в 1888 г. дифтерийный токсин, микробные токсины были признаны основными факторами вирулентности различных патогенных бактерий. Бактериальные токсины были определены как растворимые вещества, которые изменяют нормальный метаболизм клеток хозяина и оказывают тем самым вредное влияние на макроорганизм.
Действительно, основные симптомы заболеваний, вызываемых Corynebacterium diphtheriae (дифтерия), Bordetella pertussis (коклюш), Vibrio cholerae (холера), Bacillus anthracis (сибирская язва), Clostridium botulinum (ботулизм), Clostridium tetani (столбняк) и энтерогеморрагическими Escherichia coli (EHEC) (кровавая диарея и гемолитико-уремический синдром), являются результатом действия токсинов, продуцируемых перечисленными микроорганизмами.
В других случаях, токсины - это только одна из нескольких причин болезни.
|
|
|
Бактериальные белковые токсины могут быть разделены на три группы согласно сайту их действия. (I) Токсины, действующие на уровне плазматической мембраны, где они интерферируют с трансмембранными сигнальными путями. Эта группа включает, например, E. coli ST (термостабильный) энтеротоксин, который непосредственно активирует трансмембранную гуанилат-циклазу кишечных клеток. (II) Токсины, которые изменяют мембранную проницаемость, например, пороформирующие токсины семейства streptolysin O/listeriolysin O (у стрептококков и листерий соответственно); a-токсин Staphylococcus aureus, и RTX токсины, например гемолизины E. coli. (III) Токсины-ферменты, которые действуют внутри клеток, в которых они ферментативно изменяют определенную цель, находящуюся в цитоплазме. Эти токсины могут быть подразделены на шесть категорий согласно их ферментативной тропности.
Знания о ведущей роли токсинов в возникновении симптомов этих и ряда других заболеваний позволили использовать инактивированные токсины (анатоксины) в качестве вакцин, что внесло большой вклад в сохранение и укрепление здоровья общества.
Токсины, которые изменяют хозяйские клеточные субстраты, являются наиболее мощными. Эти токсины часто опосредуют изменения в цитоскелете клетки хозяина или сигнальных путях. В некоторых случаях, из-за их специфики, они стали ценными инструментами для клеточных биологов; например, C2 токсин Clostridium botulinum АДФ-рибозилирует мономеры актина, предотвращая удлинение актиновой нити и приводя, таким образом, к полной деполимеризации клеточного актина. C3 токсин C. botulinum инактивирует малую гуанозин трифосфатазу (ГТФ-связывающий белок) Rho, приводя к дезорганизации цитоскелета, тогда как, например, токсин E. coli CNF (цитотоксический некротизирующий фактор – является дерматонекротическим токсином и обнаруживается у штаммов выделяемых при интестинальных и экстраинтестинальных эшерихиозах) наоборот конститутивно активизирует Rho.
Многие бактериальные токсины вырабатываются патогенными бактериями в виде неактивных предшественников - протоксинов. Они должны пройти стадию активации для выражения своего биологического действия. Процесс активации может осуществляться под действием либо бактериальных протеаз, либо протеаз желудочно-кишечного тракта (энтеротоксины), либо протеаз той ткани, на которую действует токсин.
|
|
|
Основное значение активации белков-протоксинов протеолизом заключается в появлении у них ферментативной активности (например, АДФ-рибозилтрансферазной).
Каталитический центр этой активности, видимо, «скрыт» в интактной молекуле протоксина, и требуются соответствующие конформационные изменения, открывающие доступ к структуре активного центра. Такие изменения и происходят в результате мягкого протеолиза белковой молекулы. Для некоторых токсинов эти протеазы до сих пор не идентифицированы, но по субстратной специфичности они напоминают трипсин.
У простых токсинов, предшественники которых синтезируются в виде одной полипептидной цепи, протеолитическое расщепление молекулы не только делает доступным каталитический центр активаторной субъединицы, но и приводит к отделению субъединицы, ответственной за взаимодействие токсина со специфическим мембранным рецептором.
Таким образом, в результате воздействия протеаз на цельную (одно-цепочечную) молекулу протоксина возникают фрагменты (субьединицы) полипептидной цепи, образующие бифункциональную систему. В ней одна субьединица выполняет функцию активатора, (А) ответственного за взаимодействие с внутриклеточной мишенью, а другая – акцептора (В), взаимодействующего с рецептором на поверхности клетки - мишени.
Дифтерийный токсин.
Токсин дифтерийной палочки (Corynebacterium diphtheriae) является простым. Он синтезируется в виде одной полипептидной цепи с м.в. 62 кД. В результате активации происходит гидролиз пептидной связи в области дисульфидной петли белковой молекулы, в присутствии тиоловосстанавливающих агентов и белок протоксина фрагментируется на 2 полипептида: фрагмент А с м.в. 22-24 тыс. и фрагмент В - 38-39 тыс.
Фрагмент А - обладает ферментативными свойствами, является активатором (218 а.о.) и фрагмент В (371 а.о.) является рецептором.
Субьединица А обладает НАД - гликогидролазной активностью и АДФ - рибозилтрансферазной активностью.
|
|
|
Биологическое действие.
Токсическое действие дифтерийного токсина осуществляется в результате последовательных процессов:
1) адсорбция на специфических клеточных рецепторах;
2) транспорт через плазматическую мембрану;
3) инактивация внутриклеточной мишени, участвующей в биосинтезе белка.
Клеточным рецептором, с которым взаимодействует дифтерийный токсин, является гликопротеин плазматической мембраны, м.в. 160 000. Этот гликопротеин обнаружен лишь у чувствительных к токсину клеток. Предполагается, что он обладает свойством протеазы.
Транспорт токсина через плазматическую мембрану может быть осуществлен 2 путями: активаторная субьединица проникает при помощи везикул, включающихся в эндоцитоз или проникновение активаторной субьединицы А идет с помощью специальных каналов в липидных двухслойных мембранах. Эти каналы образуются с помощью гидрофобного фрагмента В.
В основе токсического действия дифтерийного токсина лежит его способность подавлять биосинтез белка в чувствительных клетках.
Дифтерийный токсин специфически инактивирует фактор элонгации - 2, который соединяется с рибосомами и участвует в элонгации полипептидных цепей.
На первом этапе токсин гидролизует НАД до АДФ-рибозы и никотинамида, на втором - переносит АДФ - рибозу на EF-2. При этом образовавшийся комплекс полностью неактивен.
Антигенные свойства.
Под действием формалина в молекуле токсина образуется метиленовый мостик, который препятствует диссоциации токсина на фрагменты А и В. Особое значение имеют детерминанты, локализованные на С - терминальном участке фрагмента В. От них зависит присоединение токсина к клеточной мембране. Поэтому антитела только против этого участка полностью нейтрализуют токсин.
Другие токсины бактерий вызывающие блок синтеза белков.
Также как и у коринебактерий экзотоксин А Pseudomonas aeruginosa вызывает АДФ-рибозилирование фактора элонгации 2 (EF-2), нарушая синтез белка.
Shigella dysenteriae серотипа 1 и некоторые другие клинически значимые бактерии, например Stx-продуцирующие (Stx - Токсин Шига) E.coli (ЕНЕС [энтерогеморрагические E.coli ]), вырабатывают Stx-токсины (или веротоксины). Stx-токсины инактивируют рибосомальную РНК, нарушая ее взаимодействие с факторами эллонгации. Подавление белкового синтеза данной группой токсинов приводит в конечном итоге к гибели клетки-мишени.
Stx-токсины являются мощными цитотоксинами и могут быть разделены на две группы, отличающиеся по антигенным свойствам и имеющие 50-60% гомологии: Stx=Stx-1 и Stx2-токсины. Stx-токсин S.dysenteriae серотипа 1 и Stx1-токсин E.coli отличаются только одной аминокислотой. Различные модификации Stx2-токсинов обнаружены у штаммов E.coli. Хотя Stx2-токсин рассматривается в качестве прототипа этой группы, были найдены различные модификации, отличающиеся по антигенным свойствам, степени сродства к рецепторам и способности активироваться под действием интестинальной слизи. Некоторые из перечисленных свойств обусловлены различиями в одном-двух нуклеотидах кодирующих генов.
|
|
|
Ген stx у S.dysenteriae всегда расположен на хромосоме, тогда как гены, кодирующие Stx1 и Stx2, могут входить в состав бактериальной хромосомы или генетического материала лизогенных бактериофагов. Гены, кодирующие А и В субъединицы Stx-токсинов (stx A и stx B соответственно), объединены в оперон. Оперон Stx/Stx1-токсинов (но не Stx2) содержит область, ответственную за регуляцию экспрессии Stx- и Stx1-токсинов, которая в свою очередь зависит от наличия ионов железа. На экспрессию Stx2-токсина не влияют ни наличие железа, ни другие внешние факторы. Однако кишечная слизь усиливает активность некоторых разновидностей Stx2-токсина. Stx-токсины, не способны активно выделяться через стенку бактериальной клетки. Предполагается, что в данном случае токсин попадает во внешнюю среду при лизисе клетки.
Stx-токсины имеют типичную АВ-структуру, то есть ферментативно активная субъединица А нековалентно связана с субъединицей В, непосредственно взаимодействующей с мишенью.
Субъединица А, обладающая ферментативной активностью, действует как N-гликозидаза, отщепляя единичный адениновый остаток от 28S рибосомальной РНК. Подобная депуринизация в конечном итоге подавляет синтез белка в пораженной клетке. При этом к действию N-гликозидазы одинаково чувствительны рибосомы про- и эукариот.
EHEC лишь недавно приобрела статус "проблемного" микроорганизма после вспышки в 1983 г. геморрагического колита, вызванного употреблением гамбургеров, подвергнутых недостаточной термической обработке. EHEC О157:Н7 ежегодно вызывает в США около 20 тыс. случаев геморрагического колита, тысячу случаев гемолитико-уремического синдрома и 100 летальных исходов.
|
|
|
