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.