СВОЙСТВА БАКТЕРИАЛЬНЫХ ТОКСИНОВ И ИХ ПОЛУЧЕНИЕ.

В отличие от химических ядов токсинами называют яды микробного, растительного или животного происхождения, обладающие высоким молекулярным весом и антигенностью - способностью вызывать в организме образование специфических антител (иммуноглобулинов), обезвреживающих их.

Микробные токсины делят на две группы - экзотоксины и эндотоксины.

Экзотоксины выделяются микробами в окружающую среду.

Эндотоксины прочно связаны с бактериальной клеткой и освобождаются только после её разрушения.

Такое деление в некоторой степени условно, т.к. связь экзотоксинов с бактериальной клеткой может колебаться в широких пределах; экзотоксины могут быть полностью секретируемые, частично секретируемые и несекретируемые.

Независимо от прочности связи с клеткой токсины различаются по химической структуре.

По своей химической природе токсины являются либо белками (экзотоксины), либо липополисахаридами (эндотоксины). К токсинам белковой природы относятся экзотоксины, полностью или частично секретируемые бактериями в окружающую среду, а также связанные со структурами микробной клетки.

Экзотоксины

Белковые токсины образуются различными видами микроорганизмов: дифтерийной и столбнячной палочками, возбудителями газовой гангрены, ботулизма, стафилококками, стрептококками, некоторыми видами дизентерийных микробов, кишечной палочкой, холерным вибрионом и другими микроорганизмами. Это белки с разной молекулярной массой простой или сложной структуры.

Независимо от сложности строения токсины имеют два центра. Один из них фиксирует молекулу токсина на соответствующем клеточном рецепторе, второй - токсический фрагмент - проникает внутрь клетки, где блокирует жизненно важные метаболические реакции.

Будучи белками, экзотоксины, как правило, термолабильны (разрушаются при t 60°С). Дифтерийный токсин разрушается при t 60°С в течение часа, столбнячный - в течение 20 минут. Но имеются и термостабильные токсины, которые могут переносить кратковременное кипячение. Это токсины возбудителя ботулизма, стафилококка, холерного вибриона, кишечной палочки.

Белковые токсины малоустойчивы и к действию света, кислорода, кислот и щелочей.

Экзотоксины обладают избирательным действием на отдельные органы и ткани организма. Специфичность токсического действия определяется избирательной фиксацией токсина на рецепторах клеток-мишеней определенных тканей (эпителиальной, нервной и др.) организма человека и животных. Дифтерийный токсин вызывает некроз в месте введения, повреждает надпочечники и мышцу сердца; столбнячный токсин воздействует на двигательные нервные клетки.

При парентеральном введении белковых токсинов они вызывают образование специфических веществ (антител), способных нейтрализовать эти токсины, т.е. они обладают хорошо выраженной антигенностью.

Одни токсины (дифтерийный, столбнячный, анаэробной инфекции) разрушаются под действием пищеварительных ферментов, вследствие чего они являются безвредными при введении их через рот; другие (ботулинический, патогенных стафилококков) не разрушаются в желудке и кишечнике и вызывают отравление при пероральном введении.

Экзотоксины характеризуются высокой токсичностью, действуют на восприимчивый организм в малых дозах. Высокую токсичность белковых токсинов можно объяснить особенностью строения участков их молекул, имитирующих структуры субъединиц гормонов, ферментов, нейромедиаторов макроорганизма. Это делает их антиметаболитами вышеупомянутых жизненно важных соединений, блокирующих функциональную активность последних.

Силу действия токсинов оценивают в тех же единицах, в которых оценивают вирулентность - DLM и LD₅₀.

Белковые токсины под действием формалина утрачивают свою ядовитость, сохраняя при этом иммуногенные свойства. Такие токсины получили название анатоксинов. Анатоксины получают воздействием на белковые токсины 0,4% раствором формалина в течение 3-4 недель при температуре 39-40°С. Они применяются в качестве вакцин для специфической профилактики токсинемических инфекций.

По механизму действия белковые токсины делятся на 4 группы:

1. Цитотоксины - блокируют синтез белка на субклеточном уровне. Например, дифтерийный гистотоксин полностью выводит из строя фермент трансферазу II, ответственную за элонгацию (удлинение) полипептидной цепи на рибосоме.

2. Мембранотоксины - повышают проницаемость поверхностной мембраны эритроцитов (гемолизины) и лейкоцитов (лейкоцидины), вызывая гемолиз первых и разрушение вторых.

3. Функциональные блокаторы – токсины, блокирующие функции определенных тканевых систем. Энтеротоксины (холероген и др.) активируют фермент аденилатциклазу, что приводит к повышению проницаемости стенки тонкой кишки и повышению выхода жидкости в ее просвет, т.е. диарее. Нейротоксины (тетаноспазмин столбнячной палочки и др.) блокируют передачу нервных импульсов в клетках спинного мозга.

4. Эксфолиатины и эритрогенины, образуемые некоторыми штаммами золотистого стафилококка и скарлатинозным стрептококком, влияют на процесс взаимодействия клеток между собой и с межклеточными веществами. Многие бактерии образуют не один, а несколько белковых токсинов, которые обладают разным действием: летальным, дермонекротическим, цитотоксическим, нейро-токсическим, гемолитическим.

Получение экзотоксинов включает два основных этапа. Первый этап - выращивание микроорганизма, продуцирующего экзотоксин, в жидкой питательной среде. На втором этапе культуральную жидкость очищают от микробных клеток различными способами:

- фильтрованием через бактериальные фильтры;

- коагуляцией в изоэлектрической точке;

- многократным переосаждением трихлоруксусной кислоты при низкой температуре и рН 4,0;

- высаливанием сульфатом аммония;

- адсорбцией различными веществами.

Эндотоксины

Патогенные грамотрицательные бактерии (возбудители брюшного тифа, паратифов, гонореи, туляремии, бруцеллеза и др.) не продуцируют экзотоксины, они содержат эндотоксины.

Эндотоксины - это липополисахариды (ЛПС) клеточной стенки.

Эндотоксины в отличие от токсинов белковой природы (экзотоксинов) более устойчивы к повышенной температуре (термостабильны): выдерживают кипячение и автоклавирование при 120˚С в течение 30 минут. Под влиянием формалина они не переходят в анатоксины.

Действие эндотоксинов на организм не отличается специфичностью. Независимо от того, из какого микроба получен эндотоксин, клиническая картина, вызываемая им, однотипна и характеризуется угнетением фагоцитоза, одышкой, диареей, падением сердечной деятельности, понижением температуры тела, слабостью. Малые дозы эндотоксина могут вызвать обратный эффект: стимуляция фагоцитоза, повышение температуры тела, менее выраженный токсикоз.

ЛПС - сравнительно слабые антигены. Сыворотка крови животных, иммунизированных чистым эндотоксином, не обладает высокой антитоксической активностью и не способна полностью нейтрализовать его ядовитые свойства.

Для получения эндотоксинов пользуются различными методами, в основу которых положено разрушение микробной клетки. Т.к. эндотоксин является липополисахаридным комплексом клеточной стенки грамотрицательных бактерий, он может быть извлечен из микробной клетки путем разрушения ее трихлоруксусной кислотой с последующим диализом, при котором используются полупроницаемые мембраны, задерживающие высокомолекулярные вещества (белки) и пропускающие низкомолекуляр-ные (в т.ч. и липополисахариды). Данный комплекс определяет антигенные свойства эндотоксина и получил название «полный антиген».

Некоторые бактерии одновременно образуют как белковые токсины, так и эндотоксины, например, кишечная палочка, холерный вибрион и другие.