Бактериални ендотоксини. GPM.1.2.4.0006.15 Бактериални ендотоксини Кои микроорганизми съдържат ендотоксини

Съдържание на темата "Патогенност на микроорганизмите. Вирулентност.":
1. Патогенност на микроорганизмите. Патогенни микроорганизми. Патогенни микроби.
2. Опортюнистични микроорганизми. Опортюнистични микроби. Опортюнистични патогени. Непатогенни микроорганизми.
3. Облигатни паразити. Факултативни паразити. Случайни паразити. Патогенност. Какво е патогенност?
4. Вирулентност. Какво е вирулентност? Критерии за вирулентност. Летална доза (DL, LD). Инфекциозна доза (ID).
5. Генетичен контрол на патогенността и вирулентността. Генотипно намаляване на вирулентността. Фенотипно намаляване на вирулентността. Затихване.
6. Фактори на патогенност на микроорганизмите. Фактори на патогенност на микробите. Способност за колонизация. Адхезия. Фактори на колонизация.
7. Капсулата като фактор за патогенност на микроорганизмите. Инхибиране на ензимите на микробите като патогенни фактори. Инвазивност на микроорганизми.
8. Токсигенност на микроорганизмите. Токсини. Частични токсини. Цитолизини. Протоксини.
9. Екзотоксини. Екзотоксини на микроорганизми. Класификация на екзотоксините. Групи екзотоксини.

До известна степен токсигенните микроорганизми (активно секретиращи токсини) се противопоставят на патогенни бактерии, които имат токсични вещества, които слабо дифундират в околната среда и се наричат ​​(по предложение на Р. Пфайфър) ендотоксини.

Ендотоксини- неразделни компоненти на клетъчната стена на грам-отрицателни бактерии; повечето от тях се освобождават едва след смъртта на бактериалната клетка. Те са представени от комплекс от протеини, липидни и полизахаридни остатъци. Всички групи на молекулата са отговорни за проявата на биологичния ефект ендотоксин.

Биологичната активност наподобява тази на някои възпалителни медиатори; ендотоксемияобикновено се придружава от треска, причинена от освобождаването на ендогенни пирогени от гранулоцити и моноцити. Ако значително количество ендотоксин навлезе в кръвта, е възможно ендотоксинов шок, обикновено завършващи със смъртта на пациента.

Бактериални ендотоксинипоказват относително слаб имуногенен ефект и имунните серуми не са в състояние напълно да блокират техните токсични ефекти. Някои бактерии могат едновременно да синтезират екзотоксини и да освобождават (когато умрат) ендотоксини (например токсигенни Escherichia coli и Vibrio cholerae).

Екзоензими

Трябва да се имат предвид важни фактори за патогенност екзоензими(например лецитиназа, хиалуронидаза, колагеназа и др.), нарушаващи хомеостазата на клетките и тъканите, което води до тяхното увреждане. Способността да образуват екзоензими до голяма степен определя инвазивността на бактериите – способността да проникват през лигавиците, съединителната тъкан и други бариери. Например хиалуронидазата разгражда хиалуроновата киселина, която е част от междуклетъчното вещество, което повишава пропускливостта на различни тъкани. Този ензим се синтезира от бактерии от родовете Clostridium, Streptococcus, Staphylococcus и др. Невраминидазата улеснява преодоляването на слузния слой, проникването в клетките и разпространението в междуклетъчните пространства. Невраминидазата се секретира от холерни вибриони и дифтериен бацил; също е част от грипния вирус. Бактериалните ензими, които разграждат антибиотиците, също трябва да бъдат включени в тази група.

Суперантигени

Някои токсини (например токсин на Дик от стрептококи или ентеротоксин от стафилококи) могат да действат като суперантигени, причинявайки поликлонално активиране на различни лимфоцитни клонове. Поликлоналното активиране е придружено от хиперсекреция на лимфокини с развитие на цитокин-медиирана интоксикация.

Ендотоксини се намират само в грам-отрицателни бактерии. Те са представени от липополизахариди и свързани с тях протеини. Особеността на ендотоксините е, че те са термоустойчиви и се освобождават от бактериалните клетки след тяхното унищожаване. Ендотоксините, за разлика от екзотоксините, нямат специфично действие. Тяхната токсичност и пирогенност се причиняват от липид А, който е част от LPS и има подобна структура в различни грам-отрицателни бактерии. Пирогенният ефект на ендотоксините не е свързан с прякото им въздействие върху терморегулаторните центрове на мозъка. Те индуцират отделянето на известно количество пирогенно вещество от полиморфонуклеарни левкоцити. Ендотоксините са възпалителни агенти; повишават пропускливостта на капилярите и имат разрушителен ефект върху клетките. Техните възпалителни и пирогенни ефекти са неспецифични. Разнообразието от прояви на отравяне с ендотоксин се дължи не само на самия LPS, но и на освобождаването на множество биологично активни съединения, чийто синтез той индуцира при хора и животни (хистамин, серотонин, простагландини, левкотриени и др., повече от общо 20). Тези вещества причиняват нарушения в различни органи и тъкани.

И трите компонента на LPS - липид А, полизахаридното ядро ​​и неговата странична верига от повтарящи се захари - имат изразени антигенни свойства. LPS стимулира синтеза на интерферони, активира системата на комплемента по класическия път, има митогенен ефект върху лимфоцитите, както и алергенен ефект. Неговите токсични свойства, за разлика от екзотоксините, не се отстраняват чрез третиране с формалдехид и LPS не се превръща в токсоид.

Екзотоксини. Те се произвеждат както от грам-положителни, така и от грам-отрицателни бактерии. При грам-положителните бактерии екзотоксините се секретират активно през CM и клетъчната стена в околната среда с помощта на специални секреторни системи. При грам-отрицателни бактерии (Vibrio cholerae, токсигенна Е. coli, Salmonella) някои екзотоксини (ентеротоксини) се синтезират само при определени условия директно в заразения организъм и често се съхраняват в цитоплазмата, освобождавайки се от клетката само след нейното унищожаване.

Всички известни бактериални екзотоксини са протеини, сред които има термолабилни и термостабилни. Основните им свойства са свързани с белтъчната природа на екзотоксините: те имат висока активност (най-силните токсини в природата са от микробен произход), висока селективност и свързаната с това специфичност на действие (картината на тетанус при лабораторни животни е една и съща, както при те са заразени с патогена и неговия екзотоксин), които се проявяват след определен латентен период. Екзотоксините са силни антигени, а някои дори са суперантигени. Те предизвикват образуването на антитела в организма, т.е. антитоксини, които неутрализират действието им. При третиране с формалин екзотоксините се неутрализират и се превръщат в токсоиди. Токсоидите са лишени от токсични свойства, но запазват способността си да индуцират синтеза на антитоксини, поради което се използват широко за създаване на изкуствен имунитет срещу дифтерия, тетанус, ботулизъм и други заболявания.

Токсигенезата включва производството на токсини от патогенни бактерии. Това е един от основните методи за предаване на заболявания и заболявания, причинени от бактерии. 2 категории токсини, които водят до различни инфекции и заболявания; ендотоксини и екзотоксини и те се различават в зависимост от тяхната химична природа. Ендотоксините са бактериални токсини, съставени от липиди (липополизахариди), докато екзотоксините са съставени от протеини.

Какво представляват ендотоксините?

Ендотоксините са липополизахариди, произведени от грам-отрицателни бактерии. Ендотоксините се свързват от клетките и се произвеждат само когато клетките се лизират. Ентотоксините присъстват във външната мембрана на клетъчната стена на Грам бактериите. Ендотоксините се наричат ​​още липополизахариди и присъстват в клетките на E coli, Shigella, Salmonella, Pseudomonas, Haemophilus influenza, Neisseria и Vibrio cholerae. Ендотоксините обикновено се секретират от бактериално развитие поради действието на някои антибиотици или чрез действието на фагоцитно смилане.

Ендотоксините проявяват по-слаба активност и не са много активни върху своя субстрат. Те са термоустойчиви. Външната стена на бактериите е непропусклива за големи молекули и молекули, които не могат да се разтворят във вода и да се предпазят от външната среда.

Тези токсини са част от тази защитна дейност. Той действа върху гостоприемника по време на колонизацията. В допълнение, ендотоксините проявяват слаба антигенност.

Какво представляват екзотоксините?

Екзотоксините са токсини, които се освобождават извънклетъчно, докато тялото се развива. Екзотоксините са заразни токсини, които се разпространяват от мястото на инфекцията до други части на тялото и причиняват увреждане. Те са разтворими протеини, които действат като ензими. Екзотоксинът е способен да причини увреждане на гостоприемника чрез унищожаване на клетки или нарушаване на нормалния клетъчен метаболизъм. Екзотоксините са много мощни и могат да причинят вреда на гостоприемника. Екзотоксините се освобождават поради бързия им растеж или по време на клетъчен лизис. Както грам+, така и грам-бактериите произвеждат екзотоксини.

Екзотоксините са по-токсични от ендотоксините и се различават от определени щамове бактерии. Екзотоксините причиняват заболявания, специфични само за тази инфекция. напр. Clostridium tetani произвежда тетаничен токсин. Има 3 основни категории екзотоксини: ентеротоксини, невротоксини и цитотоксини. Тези видове показват местоположението на дейността. Ентеротоксична активност може да се наблюдава в стомашно-чревния тракт. Невротоксините упражняват своите функции върху невроните, а цитотоксините нарушават функционирането на клетката гостоприемник. Някои от здравословните разстройства, причинени от екзотоксини, включват холера, тетанус и дифтерия. Антигенността на екзотоксините е доста висока. Екзотоксините задействат имунната система и отделят антитоксини, за да унищожат токсина.

Фигура 1. Структура на ендотоксини и екзотоксини (Aryal, 2015)

Разлика между ендотоксини и екзотоксини

Химическа природа на ендотоксините и екзотоксините

ендотоксини

Ендотоксините са известни също като липополизахариди от грам бактерии. Ендотоксините са съставени от два компонента с различни физични и химични характеристики: хетерополизахарид и ковалентно свързан липид, наречен липид А.

Екзотоксини

Екзотоксините са токсини, отделяни от бактерии и химическият състав е изграден от протеини.

Ензими в ендотоксини и екзотоксини

ендотоксини

Каталаза, фибролизин, IgA/IgG протеази

Екзотоксини

Хиалуронидаза, колагеназа, определена протеаза, нуклеаза, невраминидаза, определена протеаза, фосфолипаза А

Източник на ендотоксини и екзотоксини

ендотоксини

Ендотоксините се секретират от клетъчната мембрана на Грам бактерии само след клетъчен лизис. Ендотоксините са неразделна част от клетъчната стена.

Екзотоксини

Екзотоксините се отделят от някои грам+ и грам-бактерии

Местоположение на ендотоксини и екзотоксини

ендотоксини

Той присъства вътре в клетъчната мембрана и се освобождава само след лизис на стената на клетъчната клетка.

Екзотоксини

Секретира се извън клетката както от грам+, така и от грам-бактерии.

Начин на действие, свързан с ендотоксини и екзотоксини

ендотоксин

Включва TNF и Interlukin-1

екзотоксин

Различни режими

Термична стабилност на ендотоксини и екзотоксини

ендотоксин

Ендотоксините са термостабилни и относително стабилни при 250oC за един час

екзотоксин

Екзотоксините могат да бъдат унищожени при 600-800°C (отговорно за топлината). Те са нестабилни, с изключение на стафилококовия ентеротоксин.

Тестове за откриване

ендотоксин

Установено чрез теста Limula limut assay.

екзотоксин

Преципитати, ELISA-базирани методи, неутрализация

имуногенност

ендотоксин

Ендотоксините проявяват слаба имуногенност. Ендотоксините не произвеждат антитоксини.

екзотоксин

Екзотоксините са изключително имуногенни. Те предизвикват хуморален отговор (антитела, насочени към токсините). Когато имунната система се стимулира от екзотоксини, те освобождават антитоксини, за да неутрализират токсина

Токсичен потенциал/ваксини

ендотоксин

Токсиците не могат да се правят и няма ваксини.

екзотоксин

Токсините могат да бъдат произведени чрез третиране с формалдехид, но третираните токсини са имуногенни. Токсините могат да се използват като ваксини.

Връзка с микроорганизмите

ендотоксин

Намира се в LPS на външната мембрана на клетъчната стена и се секретира при клетъчно увреждане или по време на клетъчно размножаване.

екзотоксин

Метаболитен продукт на развиваща се клетка.

заболявания

ендотоксини

Инфекции на пикочните пътища, коремен тиф, менингококов менингит, коронарна артериална болест, неонатален некротизиращ ентероколит, болест на Crohn и улцерозен колит, кистозна фиброза, менингококцемия, сепсис с грам-отрицателни пръчици, хеморагичен шок

Екзотоксини

Газова гангрена, скарлатина, дифтерия, ботулизъм, тетанус, свързана с антибиотици диария, кожен синдром.

Резюме на ендотоксини срещу екзотоксини

Разликите между ендотоксини и екзотоксини са дадени по-долу:

Сравнителна таблица за ендотоксини и екзотоксини

Терминът "пироген" идва от гръцкото "пирето" - треска. Пирогените са вещества, които могат да причинят повишаване на телесната температура. Пирогенните реакции могат да бъдат причинени от вещества от различно естество и произход. Пирогените включват грам-отрицателни бактерии и техните токсини, грам-положителни бактерии и техните токсини, вируси и техните метаболитни продукти, както и стероиди и др. В областта на контрола на качеството на инжекционните лекарства те са от практическо значение бактериални ендотоксини,които са фрагменти от външната стена на грам-отрицателни бактерии.

Грам-отрицателните бактерии имат двуслойна клетъчна стена, която обгражда цитоплазмената мембрана. Първият слой е много тънка (с дебелина 1 nm) нелипидна мембрана, състояща се от пептидогликан. Нарича се още гликопептид или мукопептид. Това е сложна матрица, съдържаща полизахаридни вериги, свързани една с друга чрез кръстосано свързване на къси пептидни вериги. Вторият слой на клетъчната стена е липидна мембрана с дебелина 7,5 nm. Именно върху тази външна мембрана се намират ендотоксините (липополизахаридите). Ендотоксиновите молекули осигуряват структурна цялост и са отговорни за много физиологични функции, включително определяне на патогенните и антигенни свойства на бактериите. Структурно молекулата на ендотоксина е разделена на три части - Липид А, ЯдроИ О-специфична верига.


O-специфична верига Core Lipid A
Липид Асе състои от дизахарид, фосфат и мастни киселини. Мастните киселини, които изграждат Липид А, могат да бъдат наситени или ненаситени. Най-често срещаните киселини в Липид А са: палмитинова, лауринова, глутаминова и меристикова. Областта на липида А е най-постоянната област на LPS молекулата и нейната структура е подобна в много бактерии.
О-специфична веригалипополизахаридите са изградени от повтарящи се олигозахариди. Най-често срещаните захари, които съставляват О-специфичната верига, са глюкоза, галактоза и рамноза. Тази част от молекулата му придава хидрофилни свойства, поради което LPS е силно разтворим във вода. Полизахаридната част е най-променливата част от LPS молекулата. Този фрагмент от молекулата често се нарича О-антиген, тъй като е отговорен за антигенната активност на грам-отрицателните бактерии.
Ядро- централната част на молекулата, която свързва О-антигена с Липид А. Формално структурата на ядрото е разделена на външна и вътрешна част. Вътрешната част на ядрото обикновено съдържа остатъци от L-глицеро-О-манохептоза и 2-кето-3-дезоксиоктонова киселина (KDO). KDO съдържа 8 въглеродни атома и не се среща почти никъде другаде в природата.
В допълнение към липополизахаридите, външната стена на грам-отрицателните бактерии също включва протеини (външната мембрана е ¾ LPS и само ¼ са протеинови компоненти). Тези протеини, заедно с LPS, образуват протеиново-липополизахаридни комплекси с различни размери и молекулно тегло. Именно тези комплекси се наричат ​​бактериални ендотоксини. Пречистените препарати, които се използват като стандарти, са лишени от пептидни фрагменти и представляват чист препарат от липополизахарид. Въпреки това, терминът „бактериални ендотоксини“ се прилага еднакво добре както за естествени ендотоксини, които се появяват в разтвор в резултат на бактериално разрушаване, така и за чисти LPS препарати.
Външната стена на една грам-отрицателна бактерия може да съдържа до 3,5 милиона LPS молекули. След нейната смърт всички те се озовават в решение. Ендотоксините на грам-отрицателните бактерии остават биологично активни молекули дори след смъртта на бактериите. Ендотоксиновата молекула е температурно стабилна и лесно издържа цикъла на стерилизация в автоклав. Малкият размер на молекулите на ендотоксина им позволява лесно да преминават през мембрани, използвани за стерилизиране на разтвори (0,22 микрона). Следователно, ендотоксините могат да присъстват в готовите лекарствени форми, дори тези, произведени при асептични условия и подложени на крайна стерилизация.
Бактериалните ендотоксини са изключително активни (силни) пирогени. За развитие на фебрилен пристъп е достатъчно наличието на бактериални ендотоксини в инфузионния разтвор в концентрация 1 ng/ml (около 10 EU/ml). Други пирогени са по-малко активни и за развитието на пирогенен отговор тяхната концентрация трябва да бъде 100-1000 пъти по-висока. Обикновено термините "пирогени" и "ендотоксини" се използват взаимозаменяемо и въпреки че не всички пирогени са ендотоксини, най-значимите са ендотоксините на грам-отрицателни бактерии.