Глава 1.5. Токсины патогенных бактерий

Организация и механизм действия токсической молекулы. Происхождение токсинов. Образование молекул токсинов. Максимально возможная токсичность.

Патогенные бактерии продуцируют загадочные субстанции, которые прямо или косвенно оказывают токсическое действие на клетки и организм хозяина. По определению В. Finlay, S. Falkow (1997), отражающему представления авторов о предназначении таких субстанций для развития инфекционной болезни, токсины — это секретируемые микробные протеины, обычно ферменты, которые убивают клетки хозяина в исключительно маленьких концентрациях. Ю.В. Вертиев (1996), стремясь избежать узкого медицинского толкования функции бактериальных токсинов в природе, определяет их как регуляторные элементы, действующие в гетерологических клеточных системах вне их контроля и сдвигающие равновесие, протекающих в них, физиологических процессов. Оба определения, видимо, справедливы. Первое — для понимания опасности отдельных токсинов, второе — для понимания их сути.

При многих инфекционных болезнях токсины, действительно, определяют их основные симптомы. Это дифтерия, коклюш, холера, сибирская язва, ботулизм, столбняк, гемолититический уремический синдром и др. [Smitt C.K et al., 1999] В качестве примера, иллюстрирующего участие токсина в инфекционном процессе, приведена схема патогенеза дифтерии (рис. 16). Однако к настоящему времени уже накоплены данные, показывающие возможность выполнения бактериальными токсинами и других функций. Среди них: защита хозяина от хищников в почвенных (водных) сообществах (токсины сине-зеленых водорослей защищают их от поедания беспозвоночными животными и рыбами); использование токсинов как средства антагонизма в микробных сообществах (холерный токсин оказывает ингибирующее действие на ряд бактерий); участие токсинов в авторегуляторных процессах в бактериальных популяциях (энтеротоксин C.perfringens) и др. [Бухарин О.В., Литвин В.Ю., 1997].

Рис. 16. Схема патогенеза дифтерии. При дифтерии коринебактерии не проникают за пределы входных ворот инфекции. За счет дифтерийных экзотоксинов создаются условия для возникновения дифтерического воспаления в месте проникновения возбудителя в организм и развитие различных органных поражений с нарушением функций и структуры жизненно важных органов и систем организма [Гавришева Н.Ф., Антонова Т.В., 1999]

Организация и механизм действия токсической молекулы. Большинство токсинов представляют собой А-В структуру. Эта структура предполагает наличие двух компонентов — В-субъединицы, которая участвует в связывании токсина с рецептором на поверхности клетки хозяина и способствует транспортировке токсина в клетку хозяина; и А-субъединицы — проявляющей энзиматическую (токсическую) активность в клетке хозяина. Структура В-доменов зависит от структуры рецепторов-мишеней, с которыми взаимодействует токсин. А-субъединицы более консервативны чем В, особенно в участках, критических для их ферментативной активности [Finlay В., Falkow S.,1997].

По механизму действия С. Smitt и соавт. (1999) подразделяют все токсины на 5 типов (табл. 3 и рис. 17).

Таблица 3

Характеристика бактериальных токсинов [1]

Повреждающие мембраны

Aeromonas hydrophila / Аэролизин | Пороформирующий | Гликопротеин | Диарея | (да) | ~7 мкг (м)

Clostridium perfringens / Перфринголизин O | То же | Холестерин | Газовая гангрена |?

Escherichia coli / Гемолизинd | То же | Плазматическая мембрана | Инфекция уринарного тракта | (да) | —

Listeria monocytogenes /Листериолизин О | то же | Холестерин | Ситемные пищевые инфекции, менингиты | (да) | 3…12 мкг (м)

Staphylococcus aureus / альфа-токсин | То же | Плазматическая мембрана | Абсцессыс | (да) | 40…60 нг (м)

Staphylococcus pneumoniae / | Пневмолизин | То же | Холестерин | Пневмонияс | (да) | ~1.5 мкг (к)

Streptococcus pyogenes / | Стрептолизин О | То же | Холестерин | Стрептококовая ангина, скарлатинас |? | ~8 мкг (м) | 1…2 мкг (к)