Struktury vybraných
bakteriálních toxinů
zodpovědné za toxicitu a invazivitu
129.10.2015
Enzymy; peptidy způsobující póry v membráně; superantigeny
29.10.2015 2
Clostridium botulinum C2 toxin diphtheria toxin
A a B doména
A….. Katalytická fce - modifikace proteinů hostitele
B….. Vazebná doména
• 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)
Vstup toxinů do cílové buňky
329.10.2015
29.10.2015
účast redoxních faktorů: PDI - protein disulfide isomerase
GILT - γ-interferon inducible lysosomal thiol reductase
Nox - NADPH oxidase
29.10.2015 5
Póry formující toxiny
Toxin species prostup nemoc
perfringiolysin O Clostridium
perfringens
cholesterol gas gangrene
hemolysin Escherichia coli cell membrane UTI
listeriolysin Listeria
monocytogenes
cholesterol systemic;
meningitis
anthrax EF Bacillus anthracis cell membrane anthrax (edema)
alpha toxin Staphylococcus
aureus
cell membrane abcesses
pneumolysin Streptococcus
pneumoniae
cholesterol pneumonia; otitis
media
streptolysin O Streptococcus
pyogenes
cholesterol strep throat
leukocidin Staphylococcus
aureus
phagocyte
membrane
pyogenic
infections
Póry formující toxiny
629.10.2015
29.10.2015 7
Superantigeny
Superantigen mechanism of action. Superantigens bind to MHC class II molecules of
antigen presenting cells (i.e., macrophages) and Vβ region of T-cell receptor in a nonantigen-specific
manner, which leads to massive release of cytokines and chemokines, as
well as the clonal expansion of certain clonal types of T cells.
29.10.2015 8
• rezistentní k proteázám a denaturaci teplem
• nespecificky se vážou na molekuly MHC II aktivace T lymfocytů
(jejich proliferace a diferenciace) produkce zvýšeného množství
prozánětlivých faktorů (TNF-α, IL-2, IFN-γ)
TSS
Bakteriální exotoxiny
• 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,
V. parahaemolyticus, Y. enterocolitica, Aeromonas sp., Cl. perfringens
929.10.2015
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
• Většinou působí v místě vzdáleném bráně vstupu (invazivní)
- botulin, tetanospazmin
• Specificky toxické – botulin, tetanospazmin – neurony
• Nespecificky toxické - pro celou řadu cílových buněk, nekróza
- kolagenáza, hyaluronidáza, streptokináza, fosfolipáza, lecitináza,
hemolyziny, leukocidiny
• Neindukují horečnaté stavy; zvyšují hladinu nitrobuněčného cAMP
(choleratoxin stimulující kinázu A); inhibují syntézu proteinů
(difterický toxin), mají afinitu k nervovým vláknům
1029.10.2015
• Konvertovatelné na toxoidy – modifikované toxiny
• Agens pro imunizaci
– nejsou toxické, pouze antigenní, použití ve vakcínách (př:
difterický toxoid, tetanový o.)
- konverze exotoxinů do toxoidů např. působením formalinu,
iodinu, kys.askorbové, pepsinu, ketonů (směs: 37 °C, v rozmezí
pH 6 – 9; několik dnů)
Bakteriální exotoxiny jako vakcíny
1129.10.2015
Letalita bakteriálních exotoxinů
Toxin Toxic Dose
(mg)
Host Lethal
toxicity
compared
with:
Strychnine
Endotoxin
(LPS)
Snake
Venom
Botulinum
toxin
0.8x10-8 Mouse 3x106 3x107 3x105
Tetanus
toxin
4x10-8 Mouse 1x106 1x107 1x105
Shiga toxin 2.3x10-6 Rabbit 1x106 1x107 1x105
Diphtheria
toxin
6x10-5 Guinea pig 2x103 2x104 2x102
1229.10.2015
29.10.2015 13
Clostridium tetani, Clostridium botulinum – SNARE proteiny (hrají zásadní roli ve
splývání membránových váčků v buňkách)
Clostridium perfringens - poškození epiteliální buněčné vrstvy
Clostridium septicum - srdce
Bakteriální endotoxiny
• Endotoxiny – součásti buněčné stěny G- bakterií, lipopolysacharid
• 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
1429.10.2015
Bakteriální endotoxiny a makroorganismus
• Účinky endotoxinů – shodují se u většiny G- bakterií
– 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 a
vede k hypoglykémii
– septický šok – při bakteriémii
– diseminovaná intravaskulární koagulace DIC – iniciováno aktivací
koagulační kaskády, která vede ke konverzi fibrinogenu na fibrin;
endotoxin způsobí adhezi destiček na endotelium cév, aktivuje
přeměnu plazminogenu na plazmin
– smrt (septický šok; DIC)
1529.10.2015
Enterotoxigenní E. coli
29.10.2015 16
a) Tepelně labilní enterotoxin – dvě skupiny (LT-I, LT-II), jedna
podjednotka A, pět podjednotek B
29.10.2015 17
29.10.2015 18
b) Tepelně stabilní enterotoxin – malé monomery s mnoha
cysteinovými zbytky, pospojovaných disulfidickými můstky
(stabilita), dvě skupiny STa a STb
Enterohemoragická/Shigatoxigenní
E. coli
29.10.2015 19
shigatoxin 1, shigatoxin 2
• Hemoragická kolitida
• Hemolyticko-uremický
syndrom
• Trombotická
trombocytopenická purpura
Enteroagregativní E. coli
29.10.2015 20
tepelně stabilní enterotoxin EAST1 a Pet toxin.
Toxiny u Staphylococcus aureus
29.10.2015 21
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 Různé kombinace těchto příznaků mohou
znesnadňovat určení správné diagnózy!
α-hemolyzin
29.10.2015 22
b) Toxiny tvořící póry v buněčné stěně – dvě podskupiny:
leukotoxiny a α-hemolyzin
29.10.2015 23
c) Toxiny vyznačující se proteolytickou aktivitou – exfoliativní
toxiny a toxiny způsobující epidermolytické infekce
Cyanotoxiny
29.10.2015 24
29.10.2015 25
Rozdělení
a) chemické
b) dle toxikologických vlastností
a) peptidy, alkaloidy,
lipopolysacharidy
b) hepatocyty, cytotoxiny,
neurotoxiny, dermatotoxiny