CYTOLOGIE A MORFOLOGIE PROKARYOT 5 Struktury vybraných bakteriálních toxinů Toxiny •zodpovědné za toxicitu a invazivitu •enzymy - peptidy způsobující póry v membráně •superantigeny •toxiny jsou také virulentní faktory •Toxin je složen ze dvou domén • •A a B doména •A….. katalytická fce (modifikace proteinů hostitele) •např: glykosylace, proteolýza, nekovalentní modifikace • •B….. vazebná doména •když domény oddělíme, samotná A doména je toxická, ale nedostane se do buňky • •B doména je schopná se do buňky dostat, ale není nijak toxická • •existuje zde také translokační doména - inzerce toxinu pomoci endozomu • (= toxin díky tomu lépe proniká do cytoplasmy) A B •Vstup toxinů do cílové buňky • •Dva mechanizmy vstupu přes membránu: • •1) přímý vstup po vazbě B jednotky na receptor a vytvoření póru v • membráně pro transport A podjednotky do CPL • •2) vazba A+B komplexu na receptor, ten zprostředkuje endocytózu •uvnitř endozomu přibývá H+ iontů a okyseluje se, to vede k oddělení jednotek •B podjednotka následně napomáhá průniku A jednotky • • •některé toxiny vstupují oběma cestami •podobná enzymatická fce nemusí znamenat stejnou cestu vstupu •př. anthrax a adenylát cykláza Bordetella pertusis - obojí katalyzují produkci • cAMP z rezerv ATP, ale anthrax vstupuje receptorem •Póry formující toxiny •nejpočetnější skupina toxinů • způsobují póry u rostlin, živočichů •tím dojde k narušení membrány • •pór je tvořen podjednotkami přisedajícími na membránu •tak vznikne komplex , dojde ke změně konformace proteinu a vznikne pór • •dominují dvě podskupiny proteinové konformace- alfa a beta (alfa helix, beta list) Póry formující toxiny Superantigeny •další skupina toxinů •vyvolávají velkou systémovou odezvu, protože se važí na molekuly MHC druhé třídy •modifikuji pomocné T-lymfocyty •to způsobí imunitní odpověď •např. syndrom toxického šoku je způsobé superantigenem • •TSS - syndrom toxického šoku •reakce těla na toxiny uvolňované bakteriemi Staphylococcus •může způsobit nutné amputace i smrt způsobenou hypovolemickým šokem •tj. náhlá porucha průtoku krve orgány a tkání •přestanou fungovat srdce a plíce •je rel. vzácný ale častou příčinou je nevhodné používání menstruačních tampónů •příznaky - vysoká horečka se zvracením • •Superantigen - mechanismus •napojí se na molekulu MHC buňky, která antigen má •tj. makrofág a na T-buněčný receptor T-lymfocytů •T-lymfocyty schopné účinně regulovat imunitní systém tím, že vylučují do krve cytokiny •superantigen vede k masivnímu uvolnění cytokininů a chemokininů •superantigeny jsou rezistentní k proteázám a denaturaci teplem •nespecificky se vážou na molekuly MHC II aktivace T lymfocytů •jejich proliferace a diferenciace pak vede produkc zvýšeného množství prozánětlivých faktorů (TNF-α, IL-2, IFN-γ) a TSS Bakteriální exotoxiny •exotoxiny jsou vysoce toxické, působí v místě vzdálením od místa vstupu •nezvyšují teplotu • •vylučovány živými buňkami v exp. fázi •produkovány G+ i G- bakteriemi •proteiny, málo polypeptidy (př: enzymy) •vážou se obvykle na specifické receptory – GP, sialoglykosidy (G proteiny) •kódovány geny plazmidů •termolabilní; inaktivovány při 60 °C •produkovány: V. cholerae, enterotoxigenní E. coli (ETEC), některé kmeny S. aureus, •Bakteriální exotoxiny a makroorganizmus • •vysoce toxické, pro zvířata letální i v malých dávkách •vysoce antigenní, stimulují vznik antitoxinu •spojené s průjmovými onemocněními a otravami z potravin •to je způsobené tím, že chlor jde z buňky ven, ale sodík nejde dovnitř •tím dochází k poškození epitelu ve střevě=průjem •většinou exotoxin působí v místě vzdáleném od vstupu •tj. je invazivní - botulin, tetanospazmin • •specificky toxické – botulin, tetanospazmin – neurony • •nespecificky toxické - pro celou řadu cílových buněk, způsobují nekrózu • (kolagenáza, hyaluronidáza, streptokináza, fosfolipáza, lecitináza, hemolyziny, leukocidiny) •neindukují horečnaté stavy; zvyšují hladinu nitrobuněčného cAMP • (choleratoxin stimulující kinázu A) •inhibují syntézu proteinů (difterický toxin), způsobuje záškrt) • mají afinitu k nervovým vláknům • Bakteriální exotoxiny jako vakcíny •exotoxin lze konvertovat na toxoid –tj. modifikované toxiny •po konverzy na toxoidy jsou využity jako agens pro imunizaci - vakcíny •tj. můžou imunizovat organismus •endotoxiny nelze takto použít!!! • •nejsou toxické, pouze antigenní, použití ve vakcínách (př: difterický toxoid, tetanový o.) •konverze exotoxinů do toxoidů probíhá např. působením formalinu,iodinu, kys.askorbové, pepsinu, ketonů (směs: 37 °C, v rozmezí pH 6 – 9; několik dnů) Letalita bakteriálních exotoxinů Toxiny z Clostridií •Clostridium tetani, Clostridium botulinum – SNARE proteiny (hrají zásadní roli ve •splývání membránových váčků v buňkách) •Clostridium perfringens - poškození epiteliální buněčné vrstvy •Clostridium septicum - srdce vstup Ca do bunek --> poškození buněk (pokud se tento toxin dostane do jater = smrt působí toxicky na srdce, pokud se dostane do krve... způsobuje ale taky nekrózu jiných svalů Bakteriální endotoxiny •endotoxiny –jsou součástí buněčné stěny G- bakterií •tvořeny lipopolysacharidem •součást bun.stěny G- bakterií •nelze je konvertovat na toxoid (NE vakcíny) • •uvolnitelné lyzí buňky •nemají specifický receptor •mírně toxické - ve větších dávkách letální pro zvířata •termostabilní- toxicita zachována často i při vícehodinovém působení 60 °C •slabě antigenní •nekonvertovatelné na toxoid •syntéza řízena geny nukleoidu •Bakteriální endotoxiny a makroorganismus • •účinky endotoxinů – shodují se u většiny G- bakterií •jsou pyrogenní - vyvolávají horečku •stimuluje odpověď imunitního systému – aktivace makrofágů, neutrofilů, lymfocytů B •vznik lokální zánětlivé reakce. •při vyšších koncentracích může dojít ke vzniku endotoxického šoku • • • horečka – působí na makrofágy, uvolňuje se IL-1, působí na centrum termoregulace •leukopenie – může být následována leukocytózou •hypoglykémie – LPS způsobuje glykolýzu v buňkách různého typu •septický šok – při bakteriémii •koagulační kaskády, která vede ke konverzi fibrinogenu na fibrin • endotoxin způsobí adhezi destiček na endotelium cév • aktivuje přeměnu plazminogenu na plazmin •vznik diseminované intravaskulární koagulace (DIC) - vede k zvýšení krvácivosti •může způsobit smrt (septický šok) •Enterotoxigenní E. coli •dvě skupiny - LT1 a LT2, obě maji podjednotku A • a)Tepelně labilní enterotoxin •dvě skupiny (LT-I, LT-II) •jedna podjednotka A, pět podjednotek B • •b) Tepelně stabilní enterotoxin • malé monomery s mnoha cysteinovými zbytky • pospojovaných disulfidickými můstky (stabilita) • dvě skupiny STa a STb působi na cyklický guanosin-monofosfát •inhibuje adsorpci Na -výsledek je průjem •STb taky poskozuje klky a vyvolává atrofii • • •Enterohemoragická/Shigatoxigenní E. coli • •způsobuje shigatoxin 1, shigatoxin 2 •hemoragická kolitida- krev ve stolici, silna bolest břicha, zvraceni, horecky • •hemolyticko-uremický syndrom- krvavy prujem, neuropatie (poskozeni nervove soustavy), selhani ledvin, trombocytopemie (pokles desticek) • •trombotická trombocytopenická purpura •shigaroxin --> do bunek endocytozou, pres GA jde az do ER • •toxin cestuje přes Golgiho aparát a end.retikulum •receptorem toxinu je GM1 receptor •Enteroagregativní E. coli • •tepelně stabilní enterotoxin EAST1 a Pet toxin •nutí buňky střevniho epitelu vytvářet sliz •vytvaří se biofilm, produkuje dva toxiny • Pet (pusobi na fodrin-protein potrebny k tomu, aby se aktinove vlakna napojily na PMembr.) • a EAST1 fce neni uplne jasná • ale je jasné, ze dochází k průjmům :) • •Toxiny u Staphylococcus aureus •a) Superantigeny – toxin syndromu toxického šoku (TSST-1) a stafylokokové enterotoxiny (SE) • •Diagnostická kritéria syndromu toxického šoku: • vysoká teplota (nad 38,9 oC) •vyrážka •pokles krevního tlaku •1-2 týdny po počátku onemocnění olupování pokožky na dlaních a ploskách •zvracení •průjem •bolest svalů •kombinace těchto příznaků mohou znesnadňovat určení správné diagnózy! •b) toxiny tvořící póry v buněčné stěně – dvě podskupiny: •leukotoxiny a α-hemolyzin •α-hemolyzin • produkovan temer vsemi kmeny S.aurea • •působí na fibroblasty, epitel, redukuje srazlivost krve •existuje taky Gama hemolysin - pusobí na neutrofily, makrofágy a č.krvinky • •c) toxiny vyznačující se proteolytickou aktivitou – exfoliativní •toxiny a toxiny způsobující epidermolytické infekce • α-hemolyzin Cyanotoxiny •Cyanotoxin je toxin produkovaný sinicemi •mohou působit problémy zejména při přemnožení sinic („vodní květ“) •vodní květ je často způseben eutrofizací vody (obohacení živinami – např. splach z polí) • •účinky mohou být akutní nebo chronické •záleží na síle a koncentraci toxinu...a taky na době vystavení tomuto toxinu •toxiny sinic často vyvolávají alergické reakce • • •Proč sinice toxiny produkují? •nejasná odpověď, několik možností… • •strukturní či metabolická funkce - tzn. že představují zásobní látky, chelatace železa •mohou představovat signální molekuly ke komunikaci •potlačení růstu konkurenčních fotoautotrofních organismů - alelopatie (cyanobakteriny či nostocyklamid) •alelopatické účinky na lidi mají pravděpodobně mikrocystiny – neg. účinek hlavně na vyš. rostliny •řada případů otrav dobytka a zvěře sinicemi Aphanizomenon flos-aquae, Anabaena flos-aquae a Microcystis aeruginosa •v Evropě často ůsobí problémy sinice Microcystis a Planktothrix •zaznamenána i lidská úmrtí přičítaná cyanotoxinům •teorie o vymření několika velkých savců v pleistocénu - na základě chemických rozborů fosílií přičítáno rovněž cyanotoxinům • •Rozdělení cyanotoxinů: • •1.) Podle chemické struktury se rozlišují cyanotoxiny na bázi alkaloidů, cyklické a lineární peptidy a lipopolysacharidy • •2.) Podle biologické aktivity •hepatotoxiny (toxické pro činnost jater), •neurotoxiny (toxický účinek na nervový systém), •imunotoxiny (negativně ovlivňují imunitní systém), •imunomodulanty (alergenní vliv, podnícení závažnějších autoimunitních chorob, a podobně), •mutageny a genotoxiny (způsobují mutace DNA, často schopné vyvolat rakovinu), •embryotoxiny (toxické pro embryo), •cytotoxiny (toxické pro buňky bakterií, řas či např. lidské buňky) • • •nodularin, mikrocistin = hepatotoxiny (poškozují játra teplokrevných živocichů-strukturu i fci) • •anatoxiny = neurotoxiny (neurotoxické efekty, narušení signalizace mezi neurony a svalstvem-pozor - i u dýchacích svalů - udušení) • •dermatotoxiny (zpusobuji vyrážky) • • DĚKUJI ZA POZORNOST