Токсины бактерий микробиология. Бактериальные токсины. Примеры. Наиболее опасные заболевания
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.
К зашлакованности часто приводит токсины бактерий. Эти биологические вещества способны привести к разрушению клетки, повреждая ее. Такие микроорганизмы вырабатывают яды. В них содержатся липоиды, белки, пептиды, что обладают высокомолекулярной структурой.
Виды токсинов
Бактерии выделяют отравляющие вещества в различную среду. В зависимости от чего их относят к разным видам. Экзотоксины складываются из полипептидной цепи, но могут состоять из двух фрагментов. Токсины, что относятся к классу A, выделяются во внешнее окружение, к B – активируют выработку яда либо в клетку, либо в наружу, к C – покидают ее только после гибели.
Эти бактериальные токсины теряют свойства при нагревании до высокой температуры и боятся воздействия формалина. Из них делают сыворотки, что используют в профилактических целях для того, чтобы не допустить гангрену, столбняк. Вводят их против дифтерии. Применяют в борьбе с ботулизмом.
Грамположительные бактерии продуцируют развитие экзотоксинов, грамотрицательные – эндотоксинов, в состав которых входят липополисахариды.
Обитают такие токсины на стенках микробов, во внешнюю среду попадают после того, как бактерия погибнет. Они менее ядовиты, чем предыдущий вид, но и более устойчивы к росту температуры. Такие бактериальные токсины способны вырабатывать интерферон, повышать иммунные свойства.
Токсины, что провоцируют стафилококк
Стафилококк, что нередко служит причиной отравление пищевыми продуктами, провоцируется грамположительными бактериями, что по-латыни называют Staphylococcus aureus.
Хорошо развиваются они в молоке, в мясе, продуктам из него, в белковых и масляных кремах, содержащих большое количество сахара.
Избавиться от активности, что вызывают бактериальные токсины, можно при длительном кипячении на протяжении не менее 2 часов. Гибнут они при воздействии кислот – фосфорной, уксусной, лимонной, при большой концентрации соли.
Эти бактерии являются клетками, что по форме похожи на шары и имеют приблизительно одинаковый размер. Обитают целыми колониями, особенно при оптимальной для их развития температуре, что составляет 37 градусов.
Бактериальные токсины живут в грунте, в воздухе, оседают на коже человека, особенно в нарывах и гнойниках. Некоторые их штаммы приводят к развитию острого гастроэнтерита.
Возбудители сальмонеллы
Возбудители сальмонеллеза, являющиеся бактериальными токсинами, похожи на коротенькие палочки. У них нет спор. Некоторые виды таких токсинов выдерживают сильное замораживание, не гибнут в масляном и соляных растворах, выживают в воде. Мгновенно избавиться от них можно при температуре, что составляет 80 градусов. Не переносят возбудители ультрафиолетовых лучей.
Токсины бактерий могут вызвать паратиф, энтерит. Бактерии долго живут в пище и быстро размножаются, если она хранится неправильно.
Находятся токсины в:
- фарше
- говядине
Инфекция нередко проникает в организм при употреблении яиц, способна передаваться через молочные продукты.
Токсины ботулизма и протеи
Токсины бактерий, что вызывают ботулизм, обитают в консервах из
- овощей
- грибов
Но только в том случае, если они плохо обработаны.
Микроорганизмы устойчивы к кислотам, но теряют ядовитые свойства под воздействием щелочей и очень высокой температуры.
Бактериальные токсины протеи размножаются при гниении продуктов. Происходить это может даже при 6 градусах. Бактерии не погибают при 65, не высыхают. Пищевые отправления вызывают далеко не все из них, а только определенные виды. В организм инфекция попадает обычно из рыбы, мясных блюд. Присутствуют такие бактерии при патологиях мочевых органов, воспалении легких и бактериемии.
Программа очищения организма в домашних условиях
Фиточай для очищения организма
Очищение кишечника перед операцией
Очищение организма активированным углем для похудения
Худеем за неделю. Очищение организма
Очищение организма по Семеновой
Выделяются в окружающую среду в процессе жизнедеятельности микроорганизма. Эндотоксины прочно связаны с бактериальной клеткой и выделяются в окружающую среду после гибели клетки.
Свойства эндо и экзотоксинов.
Экзотоксины образуют возбудители так называемых токсинемических инфекций, к которым относятся дифтерия , столбняк , газовая гангрена , ботулизм , некоторые формы стафилококковых и стрептококковых инфекций.
Некоторые бактерии одновременно образуют как экзо-,так и эндотоксины (кишечная палочка, холерный вибрион).
Получение экзотоксинов.
1) выращивание токсигенной (образующей экзотоксин) культуры в жидкой питательной среде;
2) фильтрование через бактериальные фильтры (отделение экзотоксина от бактериальных клеток); можно использовать другие способы очистки.
Экзотоксины используют затем для получения анатоксинов.
Получение анатоксинов.
1) к раствору экзотоксина (фильтрату бульонной культуры токсигенных бактерий) добавляют 0,4% формалин и выдерживают в термостате при 39-40°С 3-4 недели; происходит потеря токсичности, но антигенные и иммуногенные свойства сохраняются;
2) добавляют консервант и адъювант.
3) общая физиологическая реактивность организма; она определяется физиологическими особенностями макроорганизма, характером обмена веществ, функцией внутренних органов, эндокринных желез, особенностями иммунитета.
На общую физиологическую реактивность влияют :
а) пол и возраст : существуют детские инфекции (скарлатина, коклюш, корь, паротит), в преклонном возрасте тяжело протекает пневмония, во врем беременности женщины более чувствительны к стафилококковым и стрептококковым инфекциям, до 6 месяцев дети устойчивы к многим инфекциям, т.к. получают антитела от матери;
б) состояние нервной системы : угнетение нервной системы способствует более тяжелому течению инфекции; психические расстройства снижают регулирующую функцию ЦНС;
в) наличие соматических заболеваний (диабет, заболевания сердечно-сосудистой системы, печени, почек);
г) состояние нормальной микрофлоры , представители которой обладают антагонистическими свойствами;
д) питание : при недостаточном и неполноценном питании люди чаще подвержены инфекционным заболеваниям (туберкулез, дизентерия, холера), при этом наибольшее значение имеют белковые компоненты пищи, витамины и микроэлементы, так как они необходимы для синтеза антител и поддержания активного фагоцитоза; в результате голодания может быть утрачен не только индивидуальный, но и видовой иммунитет; недостаток витаминов приводит к нарушению обмена веществ, что снижает сопротивляемость к инфекциям;
е) иммунобиологические особенности организма, т.е. устойчивость естественных защитных факторов.
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.
Если в отношении вирусов у ученых есть сомнения, являются ли они отдельной формой жизни (см. Кто такие вирусы), то с бактериями всё предельно понятно - это полноценные одно- или многоклеточные организмы. Современная наука знает порядка 10 тыс. видов бактерий (предполагается, что их существует более миллиона).
Бактерии куда крупнее вирусов, порядка 0,5-5 мкм. А самую крупную бактерию Thiomargarita namibiensis , которая известна на данный момент, можно увидеть невооруженным глазом, поскольку ее длина составляет 0,75 мм.
Благодаря достаточно крупным размерам, первые бактерии были обнаружены и описаны в далеком 1676 году. Сделал это известный голландский ученый-натуралист Антони ван Левенгук. Непосредственное название "бактерии" было введено Христианом Эренбергом в 1828 году.
Новый этап в изучении бактерий (молекулярная биология) начался в 30-е годы двадцатого столетия с изобретением электронного микроскопа, благодаря чему к 1961 году все бактерии по типу клеточного строения были разделены на прокариот и эукариот . В 1977 году, благодаря исследованиям К. Вёзе, прокариоты были разделены на собственно и археи .
Подавляющее большинство известных ныне бактерий имеют одноклеточное строение.
Чрезвычайно важное значение имеет форма бактерий :
- округлую форму имеют кокки;
- палочковидную - клостридии, бациллы, псевдомонады;
- извитую - спирохеты, спириллы, вибрионы;
- более редкие формы бактерий: С-образная, О-образная, кубическая, тетраэдрическая, звездоподобная.
В зависимости от своей формы, бактерии различаются способностью прикрепляться к поверхности, степенью подвижности, поглощением питательных веществ.
Может показаться странным, но аж до начала 20-го столетия медицина не различала бактериальные и вирусные инфекции по методу лечения. Главной задачей врача 19 века было оказание посильной помощи организму больного в надежде, что тот самостоятельно справится с недугом.
Всё перевернулось с "головы на ноги" в 1928 году, когда Александр Флеминг открыл пенициллин , - первый антибиотик, спасший жизни миллионов людей. Уникальное свойство пенициллина заключалось в том, что он эффективно убивал вредоносные бактерии, при этом не оказывал существенного негативного влияния на организм больного.
К сожалению, "музыка играла не долго". Вскоре выяснилось, что бактерии, борясь за жизнь, научились прекрасно мутировать, и традиционный пенициллин уже не оказывал на них своего "магического" действия. С тех пор и до наших дней идёт соревнование между бактериями и людьми "кто кого" - фармакологи изобретают все новые и новые антибиотики, а бактерии не без успеха приспосабливаются к ним. Чем закончится подобная "гонка вооружений", сказать трудно. Пессимисты считают, что в относительно недалеком будущем многие виды бактерий станут полностью неуязвимы и ныне банальная ангина станет смертельно опасным заболеванием.
В отличие от вирусов, многие бактерии не столь "привередливы" в выборе места обитания, например, стафилококк прекрасно себя чувствует и на коже, и в кишечнике, и в слизистой дыхательный путей, вызывая самые разнообразные болезни. В то же время, некоторые бактерии более избирательны, например, дизентерийная палочка уютнее всего чувствует себя в толстом кишечнике, а менингококк - в оболочках головного мозга. Такие возбудители являются причиной конкретных заболеваний (дизентерии и менингита).
Следует признать, что сами по себе бактерии, в общем-то, безобидные существа. Главная проблема заключается в том, что они являются практически полноценными живыми организмами, которые образуют продукты жизнедеятельности или токсины , которые и наносят вред организму-хозяину, в котором существуют бактерии.
Бактериальные токсины по своей сути являются ядами, при этом конкретная бактерия выделяет "свой" уникальный токсин, оказывающий специфическое негативное воздействие на организм человека, определяя тем самым симптомы конкретного заболевания, тяжесть которого определяется количеством выделяемых токсинов и их опасностью.
Токсины бывают двух видов :
- эндотоксины во время жизни бактериальной клетки находятся внутри ее, и выделяются только после гибели бактерии;
- экзотоксины выделяются во время жизнедеятельности бактерий - это самые опасные яды, вызывающие смертельно опасные болезни (сибирская язва, столбняк, ботулизм, газовая гангрена и проч.);
- в некоторых случаях возможен комбинированный вариант, когда бактерии выделяют как эндо-, так и экзотоксины (например, холера).
ВАЖНО! Антибиотики не эффективны при лечении экзотоксических бактериальных инфекций . В подобных случаях требуется введение антитоксической сыворотки (специального лекарства, нейтрализующего действие экзотоксинов).
Проблема заключается в том, что во многих случаях время идет на часы, а антитоксическая сыворотка не является тем лекарством, которое можно приобрести в ближайшей аптеке. Решением проблемы является своевременная вакцинация, в результате проведения которой в организме человека уже находится антитоксин, способный нейтрализовать ядовитое действие экзотоксина. Вот почему так нужны своевременные прививки, например, от и (например, АКДС).
ВНИМАНИЕ! Информация, представленная на данном сайте, носит справочный характер. Мы не несем ответственности за возможные негативные последствия самолечения!