Биологические свойства бактериальных токсинов. Токсины Бактерии выделяющие экзотоксин

Если в отношении вирусов у ученых есть сомнения, являются ли они отдельной формой жизни (см. Кто такие вирусы), то с бактериями всё предельно понятно - это полноценные одно- или многоклеточные организмы. Современная наука знает порядка 10 тыс. видов бактерий (предполагается, что их существует более миллиона).

Бактерии куда крупнее вирусов, порядка 0,5-5 мкм. А самую крупную бактерию Thiomargarita namibiensis , которая известна на данный момент, можно увидеть невооруженным глазом, поскольку ее длина составляет 0,75 мм.

Благодаря достаточно крупным размерам, первые бактерии были обнаружены и описаны в далеком 1676 году. Сделал это известный голландский ученый-натуралист Антони ван Левенгук. Непосредственное название "бактерии" было введено Христианом Эренбергом в 1828 году.

Новый этап в изучении бактерий (молекулярная биология) начался в 30-е годы двадцатого столетия с изобретением электронного микроскопа, благодаря чему к 1961 году все бактерии по типу клеточного строения были разделены на прокариот и эукариот . В 1977 году, благодаря исследованиям К. Вёзе, прокариоты были разделены на собственно и археи .

Подавляющее большинство известных ныне бактерий имеют одноклеточное строение.

Чрезвычайно важное значение имеет форма бактерий :

• округлую форму имеют кокки;
• палочковидную - клостридии, бациллы, псевдомонады;
• извитую - спирохеты, спириллы, вибрионы;
• более редкие формы бактерий: С-образная, О-образная, кубическая, тетраэдрическая, звездоподобная.

В зависимости от своей формы, бактерии различаются способностью прикрепляться к поверхности, степенью подвижности, поглощением питательных веществ.

Может показаться странным, но аж до начала 20-го столетия медицина не различала бактериальные и вирусные инфекции по методу лечения. Главной задачей врача 19 века было оказание посильной помощи организму больного в надежде, что тот самостоятельно справится с недугом.

Всё перевернулось с "головы на ноги" в 1928 году, когда Александр Флеминг открыл пенициллин , - первый антибиотик, спасший жизни миллионов людей. Уникальное свойство пенициллина заключалось в том, что он эффективно убивал вредоносные бактерии, при этом не оказывал существенного негативного влияния на организм больного.

К сожалению, "музыка играла не долго". Вскоре выяснилось, что бактерии, борясь за жизнь, научились прекрасно мутировать, и традиционный пенициллин уже не оказывал на них своего "магического" действия. С тех пор и до наших дней идёт соревнование между бактериями и людьми "кто кого" - фармакологи изобретают все новые и новые антибиотики, а бактерии не без успеха приспосабливаются к ним. Чем закончится подобная "гонка вооружений", сказать трудно. Пессимисты считают, что в относительно недалеком будущем многие виды бактерий станут полностью неуязвимы и ныне банальная ангина станет смертельно опасным заболеванием.

В отличие от вирусов, многие бактерии не столь "привередливы" в выборе места обитания, например, стафилококк прекрасно себя чувствует и на коже, и в кишечнике, и в слизистой дыхательный путей, вызывая самые разнообразные болезни. В то же время, некоторые бактерии более избирательны, например, дизентерийная палочка уютнее всего чувствует себя в толстом кишечнике, а менингококк - в оболочках головного мозга. Такие возбудители являются причиной конкретных заболеваний (дизентерии и менингита).

Следует признать, что сами по себе бактерии, в общем-то, безобидные существа. Главная проблема заключается в том, что они являются практически полноценными живыми организмами, которые образуют продукты жизнедеятельности или токсины , которые и наносят вред организму-хозяину, в котором существуют бактерии.

Бактериальные токсины по своей сути являются ядами, при этом конкретная бактерия выделяет "свой" уникальный токсин, оказывающий специфическое негативное воздействие на организм человека, определяя тем самым симптомы конкретного заболевания, тяжесть которого определяется количеством выделяемых токсинов и их опасностью.

Токсины бывают двух видов :

• эндотоксины во время жизни бактериальной клетки находятся внутри ее, и выделяются только после гибели бактерии;
• экзотоксины выделяются во время жизнедеятельности бактерий - это самые опасные яды, вызывающие смертельно опасные болезни (сибирская язва, столбняк, ботулизм, газовая гангрена и проч.);
• в некоторых случаях возможен комбинированный вариант, когда бактерии выделяют как эндо-, так и экзотоксины (например, холера).

ВАЖНО! Антибиотики не эффективны при лечении экзотоксических бактериальных инфекций . В подобных случаях требуется введение антитоксической сыворотки (специального лекарства, нейтрализующего действие экзотоксинов).

Проблема заключается в том, что во многих случаях время идет на часы, а антитоксическая сыворотка не является тем лекарством, которое можно приобрести в ближайшей аптеке. Решением проблемы является своевременная вакцинация, в результате проведения которой в организме человека уже находится антитоксин, способный нейтрализовать ядовитое действие экзотоксина. Вот почему так нужны своевременные прививки, например, от и (например, АКДС).

ВНИМАНИЕ! Информация, представленная на данном сайте, носит справочный характер. Мы не несем ответственности за возможные негативные последствия самолечения!

100 р бонус за первый заказ

Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line

Узнать цену

Экзотоксины продуцируются клеткой и выделяются в окр.ср. Эндотоксины прочно связаны с клеткой.

Экзотоксины называют истинными токсинами. Они впервые были обнаружены в 1890 г. у двух патогенных для человека микроорганизмов: Corynebacterium diphtheriae – возбудителя дифтерии (дифтерийная палочка) и Clostridium tetani – возбудителя столбняка (столбнячная палочка). Для доказательства продукции экзотоксинов поставлены одинаковые эксперименты: бактерии выращивали в питательной среде in vitro и бесклеточный фильтрат, приготовленный из выросшей культуры, вводили опытным животным.

По химической природе экзотоксины принадлежат к белкам. Они термолабильны и разрушаются при температуре 60–80 .С в течение 10– 60 мин. Легко разрушаются под влиянием пищеварительных ферментов. При обработке формалином (0,3–0,4 %) при температуре 38–40 .С экзотоксины обезвреживаются, но сохраняют при этом антигенность. Такие лишенные активности экзотоксины называются анатоксинами. Они используются как вакцины. При парентеральном введении анатоксинов в организме вырабатываются антитоксины (антитела), нейтрализующие соответствующие яды.

Гены, определяющие синтез бактериальных экзотоксинов случаях локализованы на плазмидах или в составе профагов. Дифтерийный и столбнячный токсины, а также токсин ботулизма детерминируются генами профагов. Патогенные бактерии продуцируют их лишь в том случае, когда в хромосоме находится профаг. Синтез некоторых токсинов, продуцируемых штаммами Escherichia coli и других, детерм-ся плазмид. генами (Ent-плазмиды). Утрата профага или плазмиды делает кл-ку нетоксигенной.

Экзотоксины высокотоксичны, их действие направлено на разрушение определенных субклеточных структур или на нарушение определенных клеточных процессов. Альфа-токсин одного из возбудителей газовой гангрены (Clostridium perfringens) является гидролитическим ферментом лецитиназой. Лецитин – важный липидный компонент клеточных и митохондриальных мембран.Дифтерийный токсин, синтезируемый Corynebacterium diphtheriae, образует комплекс с НАД+, который взаимодействует с одним из факторов трансляции белка (трансферазой II) в рибосомах, в результате чего происходит нарушение синтеза белка и клетка хозяина погибает. Столбнячный и ботулинический токсины относятся к нейротоксинам. При ботулизме токсин поражает периферическую нервную систему, при столбняке – центральную нервную систему. Столбнячный токсин блокирует импульс расслабления, сразу все мышцы, ботулинический действует за счет общего расслабления мышц. Паралич дыхания.

Холерный токсин проникает в кровь, активирует мембранную аденилатциклазу, что вызывает резкое увеличение концентрации цАМФ в клетке; это в свою очередь приводит к тому, что ионы Na+ не проникают в кровь. В кишечнике создаются гипертонические условия и вода поступает из тканей в кишечник. Потеря тканевой жидкости приводит к ацидозу и шоку.

Токсин палочки чумы ингибирует респираторную акт-сть митохондрий, что приводит к гибели клетки.

Эндотоксинами являются комплексы липополисахаридов с белками (липополисахаридпротеиновый комплекс), находящиеся в наружных слоях клеточных стенок грамотрицательных бактерий. Они вырабатываются возбудителями брюшного типа, паратифов, дизентерии и рядом других энтеробактерий (в том числе патогенными штаммами кишечной палочки).

Эндотоксины термостабильны, выдерживают кипячение и автоклавирование при температуре 120 .С в течение 30 мин, под действием формалина и температуры обезвреживаются частично. Действие эндотоксинов неспецифично и при введении в организм они всегда вызывают резкое повышение температуры. В липополисахаридпротеиновом комплексе за токсигенность и пирогенность (повышение температуры) отвечает липополисахаридная часть молекулы, а белковый фрагмент только за антигенные свойства. Эндотоксины – менее токсичны. Иногда эндотоксины вызывают воспалительные реакции, которые проявляются в увеличении проницаемости капилляров и разрушении клеток. При попадании значительного кол-ва эндотоксинов в кровоток возможен эндотоксиновый шок. Бактериальные эндотоксины проявляют сравнительно слабое иммуногенное действие, и иммунные сыворотки не способны полностью блокировать их токсические эффекты. Микроорганизмы, которые образуют экзо- и эндотоксины (холерный вибрион, гемолитические штаммы кишечной палочки и др.).

Довольно часто в основе развития бактериальной инфекции лежит действие токсинов. Они представляют собой специфические биологические вещества, которые воздействуют на организм и провоцируют развитие отравления. Токсины бактерий и их природа изучаются медиками с целью поиска противоядий.

Токсины представляют собой биологически активные вещества, которые повреждают клетку организма и приводят к ее гибели. Данные вещества могут быть растительной, микробной, животной природы, однако наиболее широко встречается данное свойство у бактерий. Свойство продуцировать яды характеризует бактерии как патогенные, а если речь идет о представителях растительной, грибковой, животной природы, то они считаются ядовитыми.

По характеру химического состава большая часть токсинов бактерий имеет в своей структуре высокомолекулярные вещества (гликопротеиды, белки, пептиды).

Биохимики в соответствии с химическими свойствами бактерий разделяют бактериальные яды на несколько групп:

• протеотоксины – представлены группой белков простой или сложной конфигурации;
• афлатоксины – имеют отличительную особенность в виде стероидной конфигурации;
• липид А – группа комплексов из липополисахаридов, токсическая активность которых определяется липидом.

Данный биохимический, а также иммунохимический диагностические подходы позволили аргументировать действие антитоксинов. Их получение позволяет ученым-медикам различать один бактериальный биополимер токсического действия от другого. Также стало возможным определение in vitro токсигенных штаммов и нетоксигенных (в пробирке), степени и патофизиологических механизмов токсического воздействия на организм.

Пауль Эрлих первым определил молекулярные свойства токсинов бактерий, применяя антитоксины в качестве молекулярных зондов. Рамон Гастон, на основе его теоретических наработок, внедрил производство бактериальных анатоксинов.

Антитоксические исследования сделали возможным проводить дифференциальную диагностику токсинов бактерий с их разделением на серотипы (серологические варианты, группы), что определяется антигенными свойствами. Посредством серологического исследования доказана идентичность определенных серотипов бактерий различных родов и видов. Как установилось при исследованиях, родственными по антигенным свойствам являются продуцируемые E.coli и Sal.typhimurium термолабильные энтеротоксины и холерные токсины.

Механизмы действия

Механизмы воздействия токсинов на зараженный живой организм бывают различного характера. Например, нейротоксины могут быть пре-, постсинаптического, а также аксонального воздействия. К ядам, которые блокируют синаптическую передачу импульса, относятся бунгаротоксины, ботулинические токсические вещества.

Определенные токсические продукты являются ингибиторами некоторых ферментов. Это могут быть протеаза, липаза, другие ферменты, которые разрушают структурные клеточные компоненты и метаболиты системного значения.

Активность

Высокая степень токсической активности бактерий обуславливается нарушением обмена веществ и прочих жизненных процессов на молекулярном уровне и при минимальных концентрациях. Яды характеризуются наличием специфичности к тканевым и органным биомишеням. Соответственно различают токсины цитотоксического и системного действия. К токсинам с системным воздействием относятся миотропные (крототоксин), нейротропные (бунгаротоксины, ботулотоксины), кардиотоксины (палитоксин). Примером цитотоксического яда может быть токсин с меньшей тканевой специфичностью (выделяемые бактериями газовой гангрены).

Разделение по способу выделения ядов

Все отравляющие вещества, выделяемые бактериями, подразделяют на экзо- и эндотоксины. Разница между ними заключается в том, в какую среду продуцируются эти яды микроорганизмами.

Экзотоксины

Экзотоксины производятся как грамположительными, так и грамотрицательными микроорганизмами. Данные токсины белковой природы разделяются на мембранотоксины, цитотоксины, эритрогемины, эксфолианты, блокаторы функционального значения. Белковые токсические продукты оказывают следующие эффекты:

• блокада белкового синтеза и других жизненных процессов клетки;
• увеличение степени проницаемости клеточной мембраны;
• нарушение клеточного взаимодействия.

По молекулярной структуре экзотоксины могут состоять из единой цепи из полипептидов либо из 2 фрагментов. В зависимости от связи экзогенных токсических веществ с бактерией различают три класса:

• А – токсические вещества, которые выделяются во внешнюю окружающую среду;
• В – частично имеют связь с клеткой, а частично продуцируют токсины наружу;
• С – связанные с клеткой токсины, которые выходят наружу лишь при гибели бактерии.

Экзотоксины характеризуются высокой степенью токсичности, которая утрачивается при нагревании и под действием формалина. Однако иммуногенное действие сохраняется. Подобные токсические продуктыприменяются в медицине (известны под названием анатоксины), с их помощью проводится профилактика гангрены, ботулизма, дифтерии, столбняка. Используются они для получения специальных анатоксических сывороток.

Эндотоксины

Эндотоксины представляют собой вещества, состоящие из липополисахаридов. Они располагаются в составе стенки грамотрицательных микробов, и выходят наружу в связи с гибелью клетки. Эндотоксины характеризуются меньшей токсичностью, термостабильностью. Данные продукты также активизируют выработку интерферонов, характеризуются выраженным аллергическим действием.

При попадании в живой организм небольших количеств эндотоксин активизирует фагоцитоз, стимулирует повышение иммунных свойств, пробуждает В-лимфоциты.

Гангренозные возбудители и их токсичность

Одной из наиболее агрессивных бактерий, которым присущи свойства образовывать токсины, являются клостридии. Они вызывают развитие газовой гангрены.

Наиболее известна из них Clostridium perfringens. Эта бактерия может продуцировать 12 известных ферментов и энтеротоксин. К ферментам с доказанной токсичностью относятся токсины А, К и λ (лямбда). Возбудитель газовой гангрены воздействует на биологические мембраны организма больного, что проявляется развитием отека и тканевого аутолиза (саморазрушения). Каждый из ядов, которые выделяет микроб при газовой гангрене, обладает рядом эффектов. Основными среди них являются летальное, гемолитическое, дерматонекротизирующее действия. Энтеротоксин, выделяемый микробом при газовой гангрене, способствует развитию пищевых токсикоинфекций, проявляющихся рвотой, диареей, сыпью эритематозного характера на коже.

Помимо ферментов защиты и агрессии микроорганизмы, также способны вырабатывать при размножении биологически активные элементы, которые повреждают ткани и клетки макроорганизма, так называемые токсины. Помимо этого, определенные токсины становятся ключевыми факторами при развитии всевозможных заболеваний. Однако действие, таких как лейкоцидин и гемолизин стафилококк довольно ограничено.

Стоит отметить, что сила токсинов, в том числе и вирулентность, в основном измеряет DLM и LD50. Таким образом, абсолютно все токсины разделяются на 2 вида:

* Экзотоксины представляют собой белки, при этом являются термолабильными и продуцируются грамположительными бактериями. Кроме того, они обладают общетоксичным эффектом, после специальной обработке могут переходить в анатоксин и считаются сильными антигенами.

* Эндотоксины представляют собой липополисахариды. Как правило, они термостабильны, однако в отличие от предыдущего типа продуцируются грамотрицательными бактериями.

Для медицинской практики наиболее значимыми продуцентами экзотоксинов считаются следующие возбудители:

* среди грамотрицательных – шигелл, некоторые виды псевдомонад, холерный вибрион;

* среди грамположительных – ботулизма, дифтерии, газовой гангрены, столбняка, некоторые типы стрептококков и стафилококков.

В зависимости от прочности соединения экзотоксины и микробной клетки могут разделяться на:

* не секретируемые;

* частично секретируемые;

* на полностью секретируемые.

Стоит отметить, что не секретируемые соединения освобождаются в ходе разрушения бактериальных клеток, за счет чего они довольно схожи с эндотоксинами по этому свойству.

Кроме того, бактериальные токсины также разделяются на определенные типы по механизму действия на клетки микроорганизмов. Однако подобное разделения считается условным, поэтому некоторые токсины иногда относятся одновременно к двум видам.

1) Первый вид представляется собой мембранотоксины.

2) Второй тип это нейротоксины или функциональные блокаторы. Они блокируют передачу нервных импульсов.

3) Третий вид представляет собой термолабильные и термостабильные энтеротоксины, которые активизируют аденилатциклазу клетки, что в свою очередь приводит к

Развитию диарейного синдрома и нарушению энтеросорбции. Такие токсины продуцируют энтеротоксигенные кишечные палочки, холерный вибрион.

4) Четвертый тип это цитотоксины. Они блокируют синтез белков на субклеточном уровне. Кроме того, в эту категорию также относят антиэлонгаторы, которые препятствуют транслокации элонгации. Таким образом, передвижение и-РНК по рибосоме значительно замедляется, что в свою очередь блокирует синтез белка (токсин синегнойной палочки, дифтерийный гистотоксин).

5) Пятый тип это эксфолиатины, которые образуются некоторыми определенными штаммами золотистого стафилококка, а также эритрогенины, которые продуцируются пиогенным стрептококком группы А. Эта группа влияет на процесс взаимодействия межклеточных веществ и клеток, кроме того клиническая картина инфекции значительно легче определяется. Дело в том, что в первом случае образуется пузырчатка новорожденных, а во втором – скарлатина.

Стоит отметить, что большое количество бактерии могут образовывать не один, а сразу пару белковых токсинов, которые, к тому же, будут обладать различным действием – цитотоксическим, нейротоксическим и гемолитическим. К таким бактериям, как правило, относят стрептококк и стафилококк.

Помимо этого, довольно-таки много бактерии способны одновременно образовывать как эндотоксины, так и белковые экзотоксины: холерный вибрион, кишечная палочка и так далее.

По функциям факторы патогенного действия бактерий подразделяются на четыре группы:

* 1-я включает в себя бактерии с эпителием экологических ниш;

* 2-я представляет собой интерферирующие бактерии, которые взаимодействуют с гуморальными и клеточными механизмами хозяина, а также обеспечивают размножение возбудителя;

* 3-я это бактериальные модулины, которые индуцируют синтез определенных медиаторов и цитокинов воспаления, а также приводят к имуносупрессии;

* 4-я включает в себя токсические продукты и токсины, оказывающие разрушительное действие. Как правило, оно связано со специфическими изменениями различных тканей и органов организма.

Токсины бактериальные Токсины бактериальные

входящие в состав структур микробной клетки или продуцируемые ею в окружающую среду вещества, оказывающие повреждающее действие на организм человека и животных. Вызывают характерные синдромы и в большей или меньшей мере определяют течение и исход болезни. Т.б. условно разделяют на: эндотоксины (см.) и экзотоксины (см.). Исходя из структурно-функциональных св-в Т. дифференцируют на простые и сложные. Простые Т. являются белками, одна полипептидная цепь к-рых несет токсическую (активатор), др. - транспортную (рецептор) функцию. Все они относятся к группе экзотоксинов. Сложные Т. состоят из нескольких компонентов белковой и небелковой (полисахаридной, липидной) природы, также имеют рецептор и активатор. Сложное строение свойственно всем эндотоксинам и некоторым экзотоксинам. Все Т. обладают выраженными антигенными и протективными св-вами, причем по специфичности Аг эндотоксинов близки к бактериям-продуцентам, Аг экзотоксинов отличаются от них. В связи с этим антисыворотки против эндотоксинов нейтрализуют и эндотоксин, и бактерию-продуцент, против экзотоксинов - только экзотоксин. Эффект, вызываемый Т., как правило, является следствием целого ряда поступательно протекающих реакций, начиная с адсорбции транспортной части Т. на рецепторах клеток-мишеней. Рецепторы для экзотоксинов расположены на ограниченной группе клеток, поэтому их действие проявляется в специфическом симптомокомплексе; эндотоксины способны адсорбироваться и повреждать клетки различных органов, в связи с чем клин, проявления действия разных эндотоксинов близки. См. Токсикозы микробные , Токсико-инфекции пищевые.

(Источник: «Словарь терминов микробиологии»)

Смотреть что такое "Токсины бактериальные" в других словарях:

Ядовитые вещества, выделяемые бактериями в окружающую среду (экзотоксины) или содержащиеся в микробных клетках (эндотоксины). Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь

Современная энциклопедия

Соединения (часто белковой природы) бактериального, растительного или животного происхождения, способные при попадании в организм животных или человека вызывать заболевание или их гибель. Содержатся в ядах змей, пауков, скорпионов. Бактериальные… … Большой Энциклопедический словарь

ТОКСИНЫ - ТОКСИНЫ. Понятие «токсин» вошло в иммунобиологию в конце 19 в., когда были обнаружены у животных и растений, а также у бактерий вещества, обладающие следующими основными свойствами: 1) При введении в организм животного вызывают… … Большая медицинская энциклопедия

Токсины - ТОКСИНЫ, соединения, выделяемые микроорганизмами, растениями или животными, которые при попадании в другой организм могут вызывать его заболевание или гибель. Содержатся в ядах змей, пауков, скорпионов и др. Бактериальные токсины вызывают… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

- (от греч. toxikon яд), ядовитые вещества, образуемые нек рыми микроорганизмами, растениями н животными. По химич. природе полипептиды и белки. Иногда термин «Т.» распространяется и на ядовитые вещества небелковой природы (в частности афлатоксины… … Биологический энциклопедический словарь

Соединения (часто белковой природы) бактериального, растительного или животного происхождения, способные при попадании в организм животных или человека вызывать заболевание или гибель. Содержатся в ядах змей, пауков, скорпионов. Бактериальные… … Энциклопедический словарь

- (от греческого toxikоn яд) вещества бактериального, растительного или животного происхождения, способные угнетать физиологические функции, что приводит к заболеванию или гибели животных и человека. По химической природе все Т. белки или… … Большая советская энциклопедия

ТОКСИНЫ - (от греч. toxikón — яд), ядовитые продукты метаболизма микроорганизмов (бактерий, грибов), растений и животных.К Т. растительного происхождения (фитотоксины) относятся абрин, рицин, круцин и другие вещества, содержащиеся в семенах растений… … Ветеринарный энциклопедический словарь

Соединения (часто белковой природы) бактериального, растит. или животного происхождения, способные при попадании в организм животных или человека вызывать заболевание или гибель. Содержатся в ядах змей, пауков, скорпионов. Бактериальные Т.… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Книги

• Судебно-медицинская экспертиза пищевых отравлений. Учебное пособие , Г. Н. Зарафьянц , М. И. Круть , С. Ю. Сашко Категория: Учебники для ВУЗов Издатель: Издательство СПбГУ , Производитель: Издательство СПбГУ ,
• Судебно-медицинская экспертиза пищевых отравлений , Михаил Круть , В пособии изложены современные классификации пищевых отравлений (ПО) немикробной (истинные и косвенные), микробной этиологии (пищевые токсикоинфекции, бактериальные интоксикации) и… Категория: Учебная литература Издатель: