Bakteriális endotoxinok. GPM.1.2.4.0006.15 Bakteriális endotoxinok Mely mikroorganizmusok tartalmaznak endotoxinokat

A "Mikroorganizmusok patogenitása. Virulencia" témakör tartalomjegyzéke:
1. A mikroorganizmusok patogenitása. Patogén mikroorganizmusok. Patogén mikrobák.
2. Opportunista mikroorganizmusok. Opportunista mikrobák. Opportunista kórokozók. Nem patogén mikroorganizmusok.
3. Kötelező paraziták. Fakultatív paraziták. Véletlenszerű paraziták. Patogenitás. Mi a patogenitás?
4. Virulencia. Mi a virulencia? Virulencia kritériumai. Halálos dózis (DL, LD). Fertőző dózis (ID).
5. A patogenitás és a virulencia genetikai szabályozása. A virulencia genotípusos csökkenése. A virulencia fenotípusos csökkenése. Csillapítás.
6. A mikroorganizmusok patogenitásának tényezői. A mikrobák patogenitásának tényezői. Gyarmatosítási képesség. Tapadás. A gyarmatosítás tényezői.
7. A kapszula, mint a mikroorganizmusok patogenitásának tényezője. A mikrobák enzimeinek gátlása, mint patogenitási faktorok. A mikroorganizmusok invazivitása.
8. Mikroorganizmusok toxicitása. Méreganyagok. Részleges toxinok. Citolizinek. Protoxinok.
9. Exotoxinok. A mikroorganizmusok exotoxinjai. Az exotoxinok osztályozása. Exotoxinok csoportjai.

A toxigén mikroorganizmusokkal (aktív toxinokat választva) bizonyos mértékig szembeszállnak a patogén baktériumokkal, amelyek mérgező anyagokkal gyengén diffundálnak a környezetbe, és (R. Pfeiffer javaslatára) endotoxinok.

Endotoxinok- a gram-negatív baktériumok sejtfalának szerves komponensei; legtöbbjük csak a baktériumsejt halála után szabadul fel. Ezeket fehérjékből, lipidekből és poliszacharidokból álló komplexek képviselik. A biológiai hatás megnyilvánulásáért a molekula minden csoportja felelős endotoxin.

A biológiai aktivitás hasonlít egyes gyulladásos mediátorokéhoz; endotoxémiaáltalában láz kíséri, amelyet a granulocitákból és monocitákból endogén pirogének felszabadulása okoz. Ha jelentős mennyiségű endotoxin kerül a véráramba, lehetséges endotoxin sokk, amely általában a beteg halálával végződik.

Bakteriális endotoxinok viszonylag gyenge immunogén hatást mutatnak, és az immunszérumok nem képesek teljesen blokkolni toxikus hatásukat. Egyes baktériumok egyidejűleg képesek exotoxinokat szintetizálni és (halál esetén) endotoxinokat felszabadítani (például toxikus Escherichia coli és Vibrio cholerae).

Exoenzimek

Figyelembe kell venni a fontos patogenitási tényezőket exoenzimek(például lecitináz, hialuronidáz, kollagenáz stb.), megzavarják a sejtek és szövetek homeosztázisát, ami károsodásukhoz vezet. Az exoenzimek képződésének képessége nagymértékben meghatározza a baktériumok invazivitását - a nyálkahártyákon, kötőszöveteken és egyéb akadályokon való áthatolás képességét. Például a hialuronidáz lebontja a hialuronsavat, amely az intercelluláris anyag része, ami növeli a különböző szövetek permeabilitását. Ezt az enzimet a Clostridium, Streptococcus, Staphylococcus stb. nemzetségekhez tartozó baktériumok szintetizálják. A neuraminidáz elősegíti a nyálkahártya leküzdését, a sejtekbe való behatolást és az intercelluláris terekben való eloszlást. A neuraminidázt a kolera vibrió és a diftéria bacillus választja ki; ez is része az influenzavírusnak. Ebbe a csoportba kell sorolni az antibiotikumokat lebontó bakteriális enzimeket is.

Szuperantigének

Egyes toxinok (például a streptococcusok Dick-toxinja vagy a staphylococcusok enterotoxinja) szuperantigének, ami különböző limfocita klónok poliklonális aktiválását okozza. A poliklonális aktivációt limfokinek hiperszekréciója kíséri citokin által közvetített mérgezés kialakulásával.

Az endotoxinok csak a gram-negatív baktériumokban találhatók meg. Lipopoliszacharidok és kapcsolódó fehérjék képviselik őket. Az endotoxinok sajátossága, hogy hőstabilak, és pusztulásuk után felszabadulnak a baktériumsejtekből. Az endotoxinoknak az exotoxinokkal ellentétben nincs specifikus hatása. Toxicitásukat és pirogenitásukat az LPS részét képező lipid A okozza, amely hasonló szerkezetű a különböző Gram-negatív baktériumokban. Az endotoxinok pirogén hatása nem függ össze az agy hőszabályozási központjaira gyakorolt ​​közvetlen hatásukkal. Valamilyen pirogén anyag felszabadulását idézik elő a polimorfonukleáris leukocitákból. Az endotoxinok gyulladásos szerek; növelik a kapillárisok permeabilitását és romboló hatással vannak a sejtekre. Gyulladást okozó és pirogén hatásuk nem specifikus. Az endotoxin-mérgezés megnyilvánulásainak változatossága nemcsak magának az LPS-nek köszönhető, hanem számos biológiailag aktív vegyület felszabadulásának is, amelyek szintézisét emberben és állatban is indukálja (hisztamin, szerotonin, prosztaglandinok, leukotriének stb.) összesen 20). Ezek az anyagok különböző szervekben és szövetekben rendellenességeket okoznak.

Az LPS mindhárom összetevője – a lipid A, a poliszacharid mag és az ismétlődő cukrok oldallánca – kifejezett antigén tulajdonságokkal rendelkezik. Az LPS serkenti az interferonok szintézisét, aktiválja a komplementrendszert a klasszikus út mentén, mitogén hatással van a limfocitákra, valamint allergén hatást fejt ki. Toxikus tulajdonságai az exotoxinokkal ellentétben formaldehides kezeléssel nem távolíthatók el, és az LPS nem alakul át toxoiddá.

Exotoxinok. Gram-pozitív és gram-negatív baktériumok egyaránt termelik. A Gram-pozitív baktériumokban az exotoxinok aktívan kiválasztódnak a CM-en és a sejtfalon keresztül a környezetbe speciális szekréciós rendszerek segítségével. A Gram-negatív baktériumokban (Vibrio cholerae, toxigén E. coli, Salmonella) egyes exotoxinok (enterotoxinok) csak bizonyos körülmények között szintetizálódnak közvetlenül a fertőzött szervezetben, és gyakran a citoplazmában raktározódnak, és csak annak elpusztítása után szabadulnak fel a sejtből.

Az összes ismert bakteriális exotoxin fehérje, köztük vannak hőlabilis és hőstabilok. Főbb tulajdonságaik az exotoxinok fehérjetermészetéhez köthetők: nagy hatékonysággal (a természetben a legerősebb toxinok mikrobiális eredetűek), nagy a szelektivitása és az ezzel összefüggő hatásspecifitásuk (a laboratóriumi állatok tetanuszának képe ugyanaz, mind fertőzöttek a kórokozóval és annak exotoxinjával), ami bizonyos látens időszak után manifesztálódik. Az exotoxinok erős antigének, sőt egyesek szuperantigének is. A szervezetben antitestek, azaz antitoxinok képződését idézik elő, amelyek hatásukat semlegesítik. Formalinnal történő kezelés során az exotoxinok semlegesítődnek és toxoidokká alakulnak. A toxoidok mentesek a toxikus tulajdonságoktól, de megtartják az antitoxinok szintézisét indukáló képességüket, ezért széles körben használják mesterséges immunitás létrehozására diftéria, tetanusz, botulizmus és más betegségek ellen.

A toxigenezis magában foglalja a patogén baktériumok által termelt toxinokat. Ez az egyik fő módja a betegségek és a baktériumok által okozott betegségek szállításának. A toxinok 2 kategóriája, amelyek különféle fertőzésekhez és betegségekhez vezetnek; endotoxinok és exotoxinok, és ezek kémiai természetüktől függően különböznek. Az endotoxinok lipidekből (lipopoliszacharidokból) álló bakteriális toxinok, míg az exotoxinok fehérjékből állnak.

Mik azok az endotoxinok?

Az endotoxinok a gram-negatív baktériumok által termelt lipopoliszacharidok. Az endotoxinokat a sejtek megkötik, és csak akkor keletkeznek, amikor a sejteket lizálják. Az entotoxinok a Gram baktériumok sejtfalának külső membránjában vannak jelen. Az endotoxinokat lipopoliszacharidoknak is nevezik, és jelen vannak az E coli, Shigella, Salmonella, Pseudomonas, Haemophilus influenza, Neisseria és Vibrio cholerae sejtekben. Az endotoxinok általában baktériumok fejlődése során választódnak ki bizonyos antibiotikumok hatására vagy a fagocita emésztés hatására.

Az endotoxinok kisebb aktivitást mutatnak, és nem túl aktívak a szubsztrátumukon. Hőállóak. A baktériumok külső fala áthatolhatatlan a nagy molekulák és molekulák számára, amelyek nem tudnak vízben oldódni és megvédeni magukat a külső környezettől.

Ezek a toxinok ennek a védekező tevékenységnek a részét képezik. A kolonizáció során hat a gazdaszervezetre. Ezenkívül az endotoxinok gyenge antigenitást mutatnak.

Mik azok az exotoxinok?

Az exotoxinok olyan toxinok, amelyek a szervezet fejlődése során extracellulárisan szabadulnak fel. Az exotoxinok olyan fertőző toxinok, amelyek a fertőzés helyéről a test más részeire terjednek, és károsodást okoznak. Ezek oldható fehérjék, amelyek enzimként működnek. Az exotoxin képes károsítani a gazdaszervezetet azáltal, hogy elpusztítja a sejteket, vagy megzavarja a normál sejtanyagcserét. Az exotoxinok nagyon erősek, és károsíthatják a gazdaszervezetet. Exotoxinok szabadulnak fel gyors növekedésük vagy sejtlízis során. Mind a gram+, mind a gram-baktériumok exotoxinokat termelnek.

Az exotoxinok mérgezőbbek, mint az endotoxinok, és különböznek bizonyos baktériumtörzsektől. Az exotoxinok csak erre a fertőzésre specifikus betegségeket okoznak. Például. A Clostridium tetani tetanusztoxint termel. Az exotoxinoknak 3 fő kategóriája van: enterotoxinok, neurotoxinok és citotoxinok. Ezek a típusok jelzik a tevékenység helyét. Enterotoxikus aktivitás figyelhető meg a gyomor-bél traktusban. A neurotoxinok a neuronokon fejtik ki funkcióikat, a citotoxinok pedig megzavarják a gazdasejt működését. Az exotoxinok által okozott egészségügyi rendellenességek közé tartozik a kolera, a tetanusz és a diftéria. Az exotoxinok antigenitása meglehetősen magas. Az exotoxinok beindítják az immunrendszert, és antitoxinokat választanak ki, hogy semmissé tegyék a toxint.

1. ábra Az endotoxinok és exotoxinok szerkezete (Aryal, 2015)

Az endotoxinok és az exotoxinok közötti különbség

Az endotoxinok és exotoxinok kémiai természete

endotoxinok

Az endotoxinokat gram-baktériumokból származó lipopoliszacharidoknak is nevezik. Az endotoxinok két különböző fizikai és kémiai jellemzőkkel rendelkező komponensből állnak: egy heteropoliszacharidból és egy kovalens kötésű lipidből, amelyet lipid A-nak neveznek.

Exotoxinok

Az exotoxinok baktériumok által kiválasztott toxinok, amelyek kémiai összetétele fehérjékből áll.

Enzimek endotoxinokban és exotoxinokban

endotoxinok

Kataláz, fibrolizin, IgA/IgG proteázok

Exotoxinok

Hialuronidáz, kollagenáz, bizonyos proteázok, nukleázok, neuraminidázok, bizonyos proteázok, foszfolipáz A

Endotoxinok és exotoxinok forrása

endotoxinok

Az endotoxinokat a Gram-baktériumok sejtmembránja csak sejtlízis után választja ki. Az endotoxinok a sejtfal szerves részét képezik.

Exotoxinok

Az exotoxinokat bizonyos gram+ és gram-baktériumok választják ki

Az endotoxinok és exotoxinok elhelyezkedése

endotoxinok

A sejtmembrán belsejében van jelen, és csak a gramm sejtfal lízise után szabadul fel.

Exotoxinok

Gram+ és gram-baktériumok is kiválasztják a sejten kívül.

Endotoxinokhoz és exotoxinokhoz kapcsolódó hatásmechanizmus

endotoxin

Tartalmazza a TNF-et és az Interlukin-1-et

exotoxin

Különféle módok

Endotoxinok és exotoxinok hőstabilitása

endotoxin

Az endotoxinok hőstabilak és viszonylag stabilak 250 oC-on egy órán keresztül

exotoxin

Az exotoxinok 600-800°C-on elpusztulhatnak (hő felelős). Instabilak, kivéve a staphylococcus enterotoxint.

Kimutatási tesztek

endotoxin

A Limula limut assay teszttel kimutatható.

exotoxin

Precipitátumok, ELISA alapú módszerek, semlegesítés

immunogenitás

endotoxin

Az endotoxinok gyenge immunogenitást mutatnak. Az endotoxinok nem termelnek antitoxinokat.

exotoxin

Az exotoxinok rendkívül immunogének. Humorális választ okoznak (a toxinokat célzó antitestek). Amikor az immunrendszert exotoxinok stimulálják, antitoxinokat bocsátanak ki, hogy semlegesítsék a toxint

Mérgező potenciál / Vakcinák

endotoxin

Mérgező anyagokat nem lehet előállítani, és nincs védőoltás.

exotoxin

Méreganyagok termelhetők formaldehides kezeléssel, de a kezelt toxinok immunogének. A toxinok vakcinaként használhatók.

Mikroorganizmusokkal való kapcsolat

endotoxin

A sejtfal külső membránjának LPS-ében található, és sejtkárosodás vagy sejtszaporodás során választódik ki.

exotoxin

A fejlődő sejt anyagcsereterméke.

betegségek

endotoxinok

Húgyúti fertőzések, tífusz, meningococcus okozta agyhártyagyulladás, koszorúér-betegség, újszülöttkori nekrotizáló enterocolitis, Crohn-betegség és fekélyes vastagbélgyulladás, cisztás fibrózis, meningococcemia, szepszis Gram-negatív pálcákkal, hemorrhagiás sokk

Exotoxinok

Gáz gangréna, skarlát, diftéria, botulizmus, tetanusz, antibiotikumokkal összefüggő hasmenés, bőrszindróma.

Az endotoxinok és az exotoxinok összefoglalása

Az endotoxinok és az exotoxinok közötti különbségek az alábbiak:

Összehasonlító táblázat az endotoxinokhoz és az exotoxinokhoz

A "pirogén" kifejezés a görög "pyreto" - láz - szóból származik. A pirogének olyan anyagok, amelyek testhőmérséklet-emelkedést okozhatnak. Pirogén reakciókat különböző természetű és eredetű anyagok okozhatnak. A pirogének közé tartoznak a Gram-negatív baktériumok és toxinjaik, a Gram-pozitív baktériumok és toxinjaik, a vírusok és anyagcseretermékeik, valamint a szteroidok stb. Az injekciós gyógyszerek minőségellenőrzése terén gyakorlati jelentőséggel bírnak. bakteriális endotoxinok, amelyek a Gram-negatív baktériumok külső falának töredékei.

A Gram-negatív baktériumok kétrétegű sejtfallal rendelkeznek, amely körülveszi a citoplazmatikus membránt. Az első réteg egy nagyon vékony (1 nm vastag) nem lipid membrán, amely peptidoglikánból áll. Glikopeptidnek vagy mukopeptidnek is nevezik. Ez egy összetett mátrix, amely poliszacharidláncokat tartalmaz, amelyek rövid peptidláncok keresztkötésével kapcsolódnak egymáshoz. A sejtfal második rétege egy 7,5 nm vastagságú lipidmembrán. Ezen a külső membránon találhatók az endotoxinok (lipopoliszacharidok). Az endotoxin molekulák szerkezeti integritást biztosítanak, és számos élettani funkcióért felelősek, beleértve a baktériumok patogén és antigén tulajdonságainak meghatározását. Szerkezetileg az endotoxin molekula három részre oszlik: Lipid A, MagÉs O-specifikus lánc.


O-specifikus lánc Core Lipid A
Lipid A diszacharidokból, foszfátokból és zsírsavakból áll. A lipid A-t alkotó zsírsavak lehetnek telítettek vagy telítetlenek. A lipid A leggyakrabban tartalmazott savak a palmitinsav, a laurinsav, a glutaminsav és a merisztsav. A lipid A régió az LPS molekula legkonstansabb régiója, szerkezete sok baktériumban hasonló.
O-specifikus lánc A lipopoliszacharidok ismétlődő oligoszacharidokból épülnek fel. Az O-specifikus láncot alkotó leggyakoribb cukrok a glükóz, galaktóz és ramnóz. A molekulának ez a része hidrofil tulajdonságokat ad, aminek köszönhetően az LPS jól oldódik vízben. A poliszacharid rész az LPS molekula legváltozatosabb része. A molekulának ezt a fragmentumát gyakran O-antigénnek nevezik, mivel ez felelős a gram-negatív baktériumok antigénaktivitásáért.
Mag- a molekula központi része, amely az O-antigént a lipid A-hoz köti. Formálisan a mag szerkezete külső és belső részekre oszlik. A mag belső része általában L-glicero-O-mannoheptóz és 2-keto-3-dezoxioktonsav (KDO) maradékokat tartalmaz. A KDO 8 szénatomot tartalmaz, és a természetben szinte sehol máshol nem található.
A Gram-negatív baktériumok külső fala a lipopoliszacharidokon kívül fehérjéket is tartalmaz (a külső membrán ¾ LPS, és csak ¼ fehérjekomponens). Ezek a fehérjék az LPS-sel együtt különböző méretű és molekulatömegű fehérje-lipopoliszacharid komplexeket alkotnak. Ezeket a komplexeket nevezik bakteriális endotoxinoknak. A standardként használt tisztított készítmények mentesek a peptidfragmensektől, és a lipopoliszacharid tiszta készítményét képviselik. Mindazonáltal a „bakteriális endotoxinok” kifejezést ugyanúgy alkalmazzák a természetes endotoxinokra, amelyek a baktériumok elpusztítása következtében oldatban jelennek meg, valamint a tiszta LPS-készítményekre.
Egy gram-negatív baktérium külső fala akár 3,5 millió LPS-molekulát is tartalmazhat. Halála után mindegyik megoldásba kerül. A Gram-negatív baktériumok endotoxinjai biológiailag aktív molekulák maradnak még a baktériumok halála után is. Az endotoxin molekula hőmérséklet-stabil, és könnyen ellenáll az autokláv sterilizálási ciklusnak. Az endotoxin molekulák kis mérete lehetővé teszi, hogy könnyen átjussanak az oldatok sterilizálására használt membránokon (0,22 mikron). Ezért az endotoxinok jelen lehetnek a kész adagolási formákban, még azokban is, amelyeket aszeptikus körülmények között állítanak elő és végső sterilizáláson mennek keresztül.
A bakteriális endotoxinok rendkívül aktív (erős) pirogének. Lázas roham kialakulásához elegendő a bakteriális endotoxinok jelenléte az infúziós oldatban 1 ng/ml (kb. 10 EU/ml) koncentrációban. Más pirogének kevésbé aktívak, és a pirogén válasz kialakulásához koncentrációjuknak 100-1000-szer magasabbnak kell lennie. A „pirogének” és „endotoxinok” kifejezéseket általában felcserélhetően használják, és bár nem minden pirogén endotoxin, a legjelentősebbek a Gram-negatív baktériumok endotoxinjai.