Экзотоксин возбудителя ботулизма

Ботулинические токсины относятся к категории простых токсинов. Согласно современным представлениям ботулинический токсин продуцируется Clostridium botulinum в форме высокомолекулярных комплексов, состоящих из нейротоксина и нетоксичных белковых компонентов, в том числе гемагглютинина. Существует несколько типов экзотоксинов (A, B, C, D, E, F, G), отличающихся по антигенной структуре и по молекулярному механизму действия.

По данным электронной микроскопии токсин имеет вид длинного цилиндра, окруженного спиралью из нетоксичного белка - гемагглютинина. Который, как полагают, обеспечивает защиту и стабильность молекулы токсина в желудочно-кишечном тракте. Гены, кодирующие ботулинический нейротоксин (BoNT) локализованы на плазмидах (для BoNT/ A, G и, возможно, B) или в составе ДНК бактериофагов (BoNT/C, D, E, F).

Заражение происходит при употребление в пищу недоброкачественных продуктов, в которых вследствие размножения бактерий накапливается нейротоксин, это как правило консервы. Токсин устойчив к действию пищеварительных ферментов и из верхних отделов желудочно-кишечного тракта быстро всасывается в кровь, через нее попадая в нервно-мышечные синапсы.

Все изученные нейротоксины характеризуются примерно одинаковым аминокислотным составом. Из 1200-1350 АМК-остатков в большем количестве в молекуле присутствуют аспарагиновая (195-240) и глутаминовая (112-149) кислоты, при этом содержание гидрофобных неполярных аминокислот составляет 35-40%. Наиболее важные в функциональном отношении аминокислоты (гистидин, триптофан, цистеин) присутствуют в относительно меньшем количестве (5-20 остатков) на молекулу.

Нейротоксины синтезируются в виде неактивных полипептидов с молекулярной массой до 150 кДа. Они высвобождаются при лизисе бактериальной клетки и активируются путем протеолитического расщепления незащищенной петли полипептида. Каждая активная молекула нейротоксина состоит из тяжелой или В (100 кДа) и легкой или В (50 кДа) цепочек, соединенных единичной бисульфидной связью. Тяжелая цепочка BoNT содержит два домена: участок, ответственный за транслокацию токсина в N-концевой части, и область на C-конце, регулирующую связывание токсина с клеткой. Легкие цепочки BoNT содержат цинксвязывающие последовательности, необходимые для осуществления протеазной активности токсина, зависящей от ионов цинка.

Активация протоксина происходит под влиянием протеолитического фермента бактерий (тип С), с другой стороны токсины типов А и В - аутоактивируются, остальные типы токсинов активируются в макроорганизме - под действием ферментов желудочно-кишечного тракта (ограниченный протеолиз), например, тип Е.

После протеолитического расщепления, протоксин приобретает свойство нейротоксина.

Первой стадией действия токсина является его связывание со специфическими рецепторами внешней стороны пресинаптических мембран синаптосом. Рецептором для нейротоксинов является трисиалоганглиозид (G_T1b). За связывание токсина отвечает С- область тяжелой или В цепи.

Следующий этап действия токсина заключается в интернализации, т.е. транспорте токсина внутрь клетки. Этот процесс осуществляется как считают за счет опосредованного рецепторами эндоцитоза.

Действие токсина связывают с активностью легкой или А цепи. Нейротоксин подавляет освобождение ацетилхолина из нервных окончаний и тем самым блокирует передачу нервных импульсов через периферические синапсы и нервно-эффекторные соединения.

Нейротоксины нарушают лишь секрецию ацетилхолина. Этапы, предшествующие экзоцитозу ацетилхолина, не нарушаются.

Клеточными мишенями BoNT является группа белков, участвующих в стыковке и соединении синаптических пузырьков с пресинаптическими плазматическими мембранами для последующего высвобождения нейромедиаторов. BoNT связываются с рецепторами на пресинаптической мембране моторных нейронов периферической нервной системы. Протеолиз белков-мишеней в этих нейронах ингибирует высвобождение ацетилхолина, препятствуя таким образом мышечным сокращениям. BoNT/B, D, F и G разрушают везикулоассоциированный мембранный протеин и синаптобревин; BoNT/A и E поражают синаптосомально-ассоциированный белок SNAP 25; BoNT/C гидролизует синтаксин и SNAP 25. Кроме того, как было сказано выше C2 токсин Clostridium botulinum обладает АДФ –рибозилирующей активностью в отношении мономеров актина, предотвращает удлинение актиновой нити и приводит таким образом к полной деполимеризации клеточного актина и нарушению секреции. C3 токсин C. botulinum инактивирует малую гуанозин трифосфотазу (ГТФ-связывающий белок) Rho, приводя к дезорганизации цитоскелета, что также приводит к нарушению секреции.

Эффектами от действия токсина являются поражение бульбарных нервных центров. После короткого инкубационного периода (2-12 часов) развиваются явления общей интоксикации и появляются первые признаки поражения органов зрения - расстройство аккомодации, двоение в глазах, поражение глазных мышц, расширение зрачков. Вместе с этим затрудняется глотание, появляется афония, головная боль, головокружение, иногда рвота. Летальность составляет до 60%.

Токсин является сильным антигеном, антитела нейтрализуют только одно-типовые токсины.

Ганглиозиды: Природные органические соединения, относящиеся к группе сложных липидов (гликосфинголипидов) и содержащие остатки сиаловой кислоты). Наиболее богата ткань мозга.

Гидрофильная часть молекул находится снаружи клеточной мембраны эукариотических клеток и состоит из глюкозы, галактозы, N-ацетилгалактозамина и N-ацетилнейраминовой кислоты.

Гидрофобная часть состоит из сфингозина и жирных кислот (например стеариновой кислоты) и локализована внутри ЦПМ, ассоциирована с белками.

Количество сиаловых кислот может варьировать от 1 до 5.