Endotoxine bacteriene. GPM.1.2.4.0006.15 Endotoxine bacteriene În care microorganismele se găsesc endotoxine
Cuprinsul subiectului „Patogenitatea microorganismelor. Virulența.”:1. Patogenitatea microorganismelor. Microorganisme patogene. Microbii patogeni.
2. Microorganisme patogene condiționat. Microbi oportunisti. agenţi patogeni oportunişti. Microorganisme nepatogene.
3. Paraziți obligatorii. paraziți facultativi. paraziți la întâmplare. Patogenitate. Ce este patogenitatea?
4. Virulența. Ce este virulența? Criterii de virulență. Doza letală (DL, LD). doza infectioasa (ID).
5. Controlul genetic al patogenității și virulenței. Scăderea genotipică a virulenței. Scăderea fenotipică a virulenței. Atenuare.
6. Factori de patogenitate a microorganismelor. Factori de patogenitate microbiană. Capacitatea de a coloniza. Adeziune. factori de colonizare.
7. Capsula ca factor de patogenitate a microorganismelor. Enzimele inhibitoare microbiene ca factor de patogenitate. Invazivitatea microorganismelor.
8. Toxigenitatea microorganismelor. Toxine. Toxine parțiale. Citolizinele. Protoxine.
9. Exotoxine. Exotoxine ale microorganismelor. Clasificarea exotoxinelor. grupuri de exotoxine.
Într-o anumită măsură, microorganismele toxigenice (secretă activ de toxine) se opun bacteriilor patogene care au substanțe toxice care difuzează slab în mediu și sunt numite (la sugestia lui R. Pfeiffer) endotoxine.
Endotoxine- componente integrante ale peretelui celular al bacteriilor Gram-negative; majoritatea sunt eliberate numai după moartea celulei bacteriene. Reprezentat de un complex de proteine, reziduuri lipidice și polizaharide. Toate grupurile moleculei sunt responsabile de manifestarea efectului biologic. endotoxină.
Activitatea biologică seamănă cu cea a unor mediatori inflamatori; endotoxemie de obicei însoțită de febră datorată eliberării pirogenilor endogene din granulocite și monocite. Dacă o cantitate semnificativă de endotoxină intră în sânge, este posibil șoc de endotoxină sfârşindu-se de obicei cu decesul pacientului.
Endotoxine bacteriene prezintă un efect imunogen relativ slab, iar serurile imune nu sunt capabile să-și blocheze complet efectele toxice. Unele bacterii pot sintetiza simultan exotoxine și secreta (când mor) endotoxine (de exemplu, Escherichia coli toxigenă și Vibrio cholerae).
Exoenzime
Ar trebui luați în considerare factori importanți de patogenitate exoenzime(de exemplu, lecitinaza, hialuronidază, colagenaza etc.), perturbând homeostazia celulelor și țesuturilor, ceea ce duce la deteriorarea acestora. Capacitatea de a forma exoenzime determină în mare măsură caracterul invaziv al bacteriilor - capacitatea de a pătrunde în membranele mucoase, țesutul conjunctiv și alte bariere. De exemplu, hialuronidaza descompune acidul hialuronic, care face parte din substanța intercelulară, ceea ce crește permeabilitatea diferitelor țesuturi. Această enzimă este sintetizată de bacterii din genurile Clostridium, Streptococcus, Staphylococcus etc. Neuraminidaza facilitează depășirea stratului de mucus, pătrunderea în celule și distribuirea în spațiile intercelulare. Neuraminidaza este secretată de vibrionii holeric, bacilul difteric; face parte și din virusul gripal. În acest grup ar trebui incluse și enzimele bacteriene care descompun antibioticele.
Superantigene
Unele toxine (cum ar fi toxina lui Dick streptococică sau enterotoxina stafilococică) pot acționa ca superantigene, provocând activarea policlonală a diferitelor clone de limfocite. Activarea policlonală este însoțită de hipersecreție de limfokine cu dezvoltarea intoxicației mediate de citokine.
Endotoxinele se găsesc numai în bacteriile Gram-negative. Ele sunt reprezentate de lipopolizaharide și proteinele asociate acestora. Particularitatea endotoxinelor este că sunt termostabile și sunt eliberate din celulele bacteriene după distrugerea lor. Endotoxinele, spre deosebire de exotoxinele, nu au o acțiune specifică. Toxicitatea și pirogenitatea lor se datorează lipidei A, care face parte din LPS și are o structură similară în diferite bacterii gram-negative. Efectul pirogen al endotoxinelor nu este asociat cu efectul lor direct asupra centrilor de termoreglare ai creierului. Ele induc eliberarea unei substanțe pirogene din leucocitele polimorfonucleare. Endotoxinele sunt agenți inflamatori; cresc permeabilitatea capilarelor și au un efect distructiv asupra celulelor. Acțiunea lor inflamatorie și pirogenă este nespecifică. Varietatea manifestărilor otrăvirii cu endotoxine se datorează nu numai LPS-ului în sine, ci și eliberării a numeroși compuși biologic activi, a căror sinteză o induce la oameni și animale (histamină, serotonină, prostaglandine, leucotriene etc., mai mult de 20 în total). Aceste substanțe provoacă tulburări în diferite organe și țesuturi.
Toate cele trei componente ale LPS - lipida A, miezul polizaharidei și lanțul său lateral de zaharuri repetate - au proprietăți antigenice pronunțate. LPS stimulează sinteza interferonilor, activează sistemul complementului de-a lungul căii clasice, are un efect mitogen asupra limfocitelor, precum și un efect alergenic. Proprietățile sale toxice, spre deosebire de exotoxine, nu sunt îndepărtate prin tratamentul cu formol, iar LPS nu se transformă într-o anatoxină.
Exotoxine. Sunt produse atât de bacterii Gram-pozitive, cât și de Gram-negative. În bacteriile gram-pozitive, exotoxinele sunt secretate în mod activ prin CM și peretele celular în mediu folosind sisteme speciale de secretare. La bacteriile Gram-negative (Vibrio cholerae, Escherichia coli toxigenă, Salmonella), unele exotoxine (enterotoxine) sunt sintetizate doar în anumite condiții direct în organismul infectat și sunt adesea depozitate în citoplasmă, fiind eliberate din celulă abia după distrugerea acesteia.
Toate exotoxinele bacteriene cunoscute sunt proteine, printre acestea se numără și cele termolabile și termostabile. Principalele lor proprietăți sunt asociate cu natura proteică a exotoxinelor: au o potență mare (cele mai puternice toxine din natură sunt de origine microbiană), selectivitate ridicată și specificitatea acțiunii asociate acesteia (imaginea tetanosului la animalele de laborator este aceeași). , atât atunci când sunt infectate cu un agent patogen, cât și cu exotoxina acestuia), pe care le manifestă după o anumită perioadă de latentă. Exotoxinele sunt antigene puternice, iar unele sunt chiar superantigene. Ele induc formarea de anticorpi în organism, adică antitoxine care le neutralizează acțiunea. Când sunt tratate cu formol, exotoxinele sunt neutralizate și transformate în toxoizi. Anatoxinele sunt lipsite de proprietăți toxice, dar își păstrează capacitatea de a induce sinteza antitoxinelor, prin urmare sunt utilizate pe scară largă pentru a crea imunitate artificială împotriva difteriei, tetanosului, botulismului și a altor boli.
Toxigeneza presupune producerea de toxine de către bacteriile patogene. Este una dintre principalele metode de naștere a bolilor și bolilor cauzate de bacterii. 2 categorii de toxine care duc la diferite infectii si boli; endotoxine și exotoxine și sunt diferite în funcție de natura lor chimică. Endotoxinele sunt toxine bacteriene formate din lipide (lipopolizaharide), în timp ce exotoxinele sunt formate din proteine.
Ce sunt endotoxinele?
Endotoxinele sunt lipopolizaharide produse de bacteriile Gram-negative. Endotoxinele sunt legate de celule și sunt produse numai atunci când celulele sunt lizate. Entotoxinele sunt prezente în învelișul exterior al peretelui celular la bacteriile gram. Endotoxinele sunt numite și lipopolizaharide și sunt prezente în celulele E coli, Shigella, Salmonella, Pseudomonas, Haemophilus influenza, Neisseria și Vibrio cholerae. Endotoxinele sunt secretate de obicei prin dezvoltarea bacteriană datorită acțiunii anumitor antibiotice sau prin acțiunea digestiei fagocitare.
Endotoxinele sunt mai puțin active și nu foarte active pe substratul lor. Sunt rezistente la căldură. Peretele exterior al bacteriilor este impermeabil la moleculele mari și moleculele care nu se pot dizolva în apă și nu se pot proteja de mediul extern.
Aceste toxine fac parte din această activitate protectoare. Acționează asupra gazdei în timpul colonizării. În plus, endotoxinele prezintă o antigenicitate slabă.
Ce sunt exotoxinele?
Exotoxinele sunt toxine care sunt eliberate extracelular pe măsură ce organismul se dezvoltă. Exotoxinele sunt toxine contagioase care se răspândesc de la locul infecției în alte părți ale corpului și provoacă daune. Sunt proteine solubile care acționează ca niște enzime. Exotoxina este capabilă să provoace daune gazdei prin distrugerea celulelor sau prin perturbarea metabolismului celular normal. Exotoxinele sunt foarte eficiente și pot dăuna gazdei. Exotoxinele sunt eliberate datorită creșterii lor rapide sau în timpul lizei celulare. Atât bacteriile Gram+, cât și Gram produc exotoxine.
Exotoxinele sunt mai toxice decât endotoxinele și diferă de anumite tulpini bacteriene. Exotoxinele provoacă boli specifice acelei infecții. De exemplu. Clostridium tetani produce toxina tetanica. Există 3 categorii principale de exotoxine: enterotoxine, neurotoxine și citotoxine. Aceste tipuri indică locația activității. Activitate enterotoxică poate fi observată în tractul gastrointestinal. Neurotoxinele își exercită funcțiile asupra neuronilor, în timp ce citotoxinele perturbă funcționarea celulei gazdă. Unele dintre problemele de sănătate cauzate de exotoxine includ holera, tetanosul și difteria. Antigenicitatea exotoxinelor este destul de mare. Exotoxinele declanșează sistemul imunitar și secretă antitoxine pentru a anula toxina.
Figura 1 Structura endotoxinelor și exotoxinelor (Aryal, 2015)
Diferența dintre endotoxine și exotoxine
Natura chimică a endotoxinelor și exotoxinelor
endotoxine
Endotoxinele sunt cunoscute și ca lipopolizaharide ale bacteriilor Gram. Endotoxinele sunt compuse din două componente cu caracteristici fizice și chimice diferite: o heteropolizaharidă și o lipidă atașată covalent numită lipidă A.
Exotoxine
Exotoxinele sunt toxine secretate de bacterii, iar chimia provine din proteine.
Enzime din endotoxine și exotoxine
endotoxine
Catalază, fibrolizină, proteaze IgA/IgG
Exotoxine
Hialuronidază, colagenază, anumite protează, nuclează, neuraminidază, anumite protează, fosfolipază A
Sursă de endotoxine și exotoxine
endotoxine
Endotoxinele sunt secretate de membrana celulară a bacteriilor gram numai după liza celulară. Endotoxinele sunt o parte integrantă a peretelui celular.
Exotoxine
Exotoxinele sunt secretate de anumite bacterii Gram+ și Gram
Localizarea endotoxinelor și exotoxinelor
endotoxine
Este prezent în membrana celulară și este eliberat numai după liza peretelui celular Gram.
Exotoxine
Este secretat în afara celulei atât de bacteriile gram+, cât și de bacteriile gram.
Modul de acțiune asociat cu endotoxine și exotoxine
endotoxină
Include TNF și Interlukin-1
exotoxină
Diverse moduri
Rezistența la căldură a endotoxinelor și exotoxinelor
endotoxină
Endotoxinele sunt stabile la căldură și relativ stabile la 250oC timp de o oră
exotoxină
Exotoxinele pot fi distruse la 600-800°C (responsabil termic). Sunt instabile, cu excepția enterotoxinei stafilococice.
Teste de descoperire
endotoxină
Detectat de testul Limula limu.
exotoxină
Precipitare, metode bazate pe ELISA, neutralizare
imunogenitatea
endotoxină
Endotoxinele prezintă o imunogenitate slabă. Endotoxinele nu produc antitoxine.
exotoxină
Exotoxinele sunt extrem de imunogene. Ele provoacă un răspuns umoral (anticorpii vizează toxinele). Când sunt stimulate de sistemul imunitar, exotoxinele eliberează antitoxine pentru a neutraliza toxina
Potenţial toxic / Vaccinuri
endotoxină
Nu se pot produce toxine și nu sunt disponibile vaccinuri.
exotoxină
Toxinele pot fi produse prin tratament cu formaldehidă, dar toxinele tratate sunt imunogene. Toxinele pot fi folosite ca vaccinuri.
Atitudine față de microorganisme
endotoxină
Este situat în LPS-ul învelișului exterior al peretelui celular și este secretat cu deteriorarea celulelor sau în timpul înmulțirii celulelor.
exotoxină
Produsul metabolic al unei celule în curs de dezvoltare.
boala
endotoxine
Infecții ale tractului urinar, febră tifoidă, meningită meningococică, boală coronariană, enterocolită necrozantă neonatală, boala Crohn și colită ulceroasă, fibroză chistică, meningococemie, sepsis cu bastonașe Gram-negative, șoc hemoragic
Exotoxine
Gangrenă gazoasă, scarlatina, difterie, botulism, tetanos, diaree asociată antibioticelor, sindrom cutanat.
Rezumatul endotoxinelor versus exotoxine
Diferențele dintre endotoxine și exotoxine sunt prezentate mai jos:
Tabel de comparație pentru endotoxine și exotoxine
Termenul „pirogen” provine din grecescul „pyreto” – febră. Pirogenii sunt substanțe care pot provoca o creștere a temperaturii corpului. Reacția pirogenă poate provoca substanțe de natură și origine foarte diferite. Pirogenii includ bacteriile gram-negative și toxinele acestora, bacteriile gram-pozitive și toxinele acestora, virușii și produsele lor metabolice, precum și steroizii etc. În domeniul controlului calității medicamentelor injectabile, endotoxine bacteriene, care sunt fragmente din peretele exterior al bacteriilor Gram-negative.
Bacteriile Gram-negative au un perete celular cu două straturi care înconjoară membrana citoplasmatică. Primul strat este o membrană non-lipidă foarte subțire (1 nm grosime) constând din peptidoglican. Se mai numește și glicopeptidă sau mucopeptidă. Aceasta este o matrice complexă care conține lanțuri de polizaharide legate între ele prin legături încrucișate ale lanțurilor peptidice scurte. Al doilea strat al peretelui celular este o membrană lipidică de 7,5 nm grosime. Pe această membrană exterioară sunt localizate endotoxinele (lipopolizaharide). Moleculele de endotoxină asigură integritate structurală și sunt responsabile pentru multe funcții fiziologice, inclusiv determinarea proprietăților patogene și antigenice ale bacteriilor. Din punct de vedere structural, molecula de endotoxină este împărțită în trei părți - Lipida A, Korși Circuit specific O. 
Lanțul specific O Core Lipid A
Lipida A constă dintr-o dizaharidă, fosfat și acizi grași. Acizii grași care alcătuiesc Lipida A pot fi saturați sau nesaturați. Cel mai adesea, Lipida A conține acizi: palmitic, lauric, glutamic, meristic. Regiunea lipidă A este cea mai constantă regiune a moleculei LPS, iar structura sa este similară la multe bacterii.
Lanț specific O lipopolizaharidele sunt construite din oligozaharide repetate. Cele mai comune zaharuri care alcătuiesc lanțul specific O sunt glucoza, galactoza și ramnoza. Această regiune a moleculei îi conferă proprietăți hidrofile, datorită cărora LPS este foarte solubil în apă. Partea polizaharidă este cea mai variabilă parte a moleculei LPS. Adesea, acest fragment al moleculei se numește antigen O, deoarece el este cel care este responsabil pentru activitatea antigenică a bacteriilor gram-negative.
Kor- partea centrală a moleculei care leagă O-antigenul de Lipida A. Formal, structura de bază este împărțită în părți externe și interne. Compoziția părții interioare a miezului include de obicei reziduuri de L-glicero-O-manoheptoză și acid 2-ceto-3-deoxioctonic (KDO). BWW conține 8 atomi de carbon și nu se găsește aproape nicăieri în natură.
Pe lângă lipopolizaharide, peretele exterior al bacteriilor gram-negative include și proteine (membrana exterioară este formată din ¾ de LPS și doar ¼ din componente proteice). Aceste proteine, împreună cu LPS, formează complexe proteine-lipopolizaharide de diferite dimensiuni și greutăți moleculare. Aceste complexe sunt numite endotoxine bacteriene. Preparatele purificate care sunt utilizate ca standarde sunt lipsite de fragmente de peptide și reprezintă un preparat pur de lipopolizaharidă. Cu toate acestea, termenul de „endotoxine bacteriene” este aplicat cu egal succes la endotoxinele naturale care au ajuns în soluție ca urmare a distrugerii bacteriilor și la preparatele LPS pure.
Peretele exterior al unei bacterii Gram-negative poate conține până la 3,5 milioane de molecule LPS. După moartea ei, toți ajung în soluție. Endotoxinele bacteriilor gram-negative rămân molecule biologic active chiar și după moartea bacteriilor. Molecula de endotoxină este stabilă la temperatură și rezistă cu ușurință ciclului de sterilizare în autoclavă. Dimensiunea mică a moleculelor de endotoxină le permite să treacă cu ușurință prin membranele utilizate pentru sterilizarea soluțiilor (0,22 µm). Prin urmare, endotoxinele pot fi prezente în forme de dozare finite, chiar dacă sunt produse în condiții aseptice și au fost supuse sterilizării finale.
Endotoxinele bacteriene sunt pirogeni extrem de activi (puternici). Pentru dezvoltarea unui atac febril, este suficientă prezența endotoxinelor bacteriene în soluția perfuzabilă la o concentrație de 1 ng/ml (aproximativ 10 EU/ml). Alți pirogeni sunt mai puțin activi, iar pentru dezvoltarea unui răspuns pirogenic, concentrația lor ar trebui să fie de 100-1000 de ori mai mare. De obicei, termenii „pirogen” și „endotoxină” sunt folosiți interschimbabil și, deși nu toți pirogenii sunt endotoxine, cele mai semnificative sunt endotoxinele bacteriilor gram-negative.
