Морфологические и биохимические аспекты вирулентности. Токсины бактерий их природа и свойства. Анатоксины. Получение титрование применение

Важнейшими факторами патогенности являются токсины микроорганизмов, которые повреждают ткани макроорганизма и играют главную роль в патогенезе инфекционных заболеваний. По физико-химическим и биологическим свойствам бактериальные токсины условно делятся на экзотоксины и эндотоксины.

Экзотоксины - это белковые вещества, секретируемые живыми бактериями, термолабильные (разрушаются при 58- 60 °С) или термостабильные (разрушаются при 40-100 °С), обладают высокой токсичностью. Примером термолабильного экзотоксина является дифтерийный, а термостабильного - столбнячный токсин. Они характеризуются выраженной специфичностью токсического действия. Их выделяют грамположительные и грамотрицательные бактерии. Свойство бактерий вырабатывать и секретировать во внешнюю среду экзотоксины называется токсигенностью.

Молекула экзотоксина состоит из двух полипептидных цепей. Один полипептид выполняет транспортную (рецепторную) функцию и обеспечивает связь молекулы токсина и рецепторов чувствительной клетки. Второй полипептид осуществляет токсическую (активаторную) функцию. Он проникает внутрь клетки хозяина и блокирует жизненно важные метаболические процессы. Строение активатора каждого токсина уникально, и, вероятно, этим объясняется специфичность действия экзотоксина.

Некоторые бактерии образуют протоксины, которые состоят из единой полипептидной цепи и секретируются в нетоксичной форме. Под действием протеолитических ферментов они переходят в активную бифункциональную структуру и осуществляют токсическую функцию.

Экзотоксины обладают выраженной иммуногенностью и вызывают выработку в макроорганизме токсиннейтрализующих антител (антитоксинов).

Под влиянием формалина, нагревания, действия света и других факторов токсичность утрачивается, но при этом сохраняется иммуногенность. Это свойство экзотоксинов используют для получения анатоксинов (от лат. ana - отрицание, toxin - токсин), которые применяют для активной иммунопрофилактики токсинемических инфекций.

По механизму действия выделяют четыре типа экзотоксинов:

- цитотоксины, к которым относят энтеротоксины (продуцируют S.aureus, C.perfringens), антиэлонгаторы, которые нарушают процесс наращивания (элонгации) полипептидной цепи на рибосоме (дифтерийный гистотоксин), дермонекротоксины (продуцируют S.pyogenes, P.aeruginosa и др.). Все они блокируют синтез белка на субклеточном уровне;

- мембранотоксины характеризуются способностью повышать проницаемость поверхностных мембран эритроцитов (различные гемолизины) и лейкоцитов (лейкоцидины), что приводит к разрушению этих клеток. Такие токсины обнаруживают у S.aureus, S.pyogenes, S.pneumoniae и др.;

- токсины - функциональные блокаторы. К ним принадлежат токсикоблокаторы и нейротоксины. Токсикоблокаторы способны активировать клеточную аденилатциклазу, повышать проницаемость сосудов и увеличивать выход жидкости, ионов натрия и хлоридов в просвет кишечника, что приводит к развитию диареи. Этим свойством обладают энтеротоксины, холероген. Нейротоксины обладают повышенным сродством к нервной ткани, и их действие связано с извращением процессов передачи нервных импульсов в отдельных звеньях ЦНС, периферической, симпатической нервной системы. Токсины такого типа секретируют C.tetani, C.botulinum;

- эксфолиатины и эритрогенины выделяют некоторые штаммы S.aureus и S.pyogenes, вызывающие скарлатину.

По связи с бактериальной клеткой и активности секреции экзотоксинов различают несколько классов бактерий, например:

- класс А - бактерии, активно секретирующие экзотоксины во внешнюю среду (дифтерийный гистотоксин, летальный токсин);

- класс В - экзотоксин секретируется во внешнюю среду частично, оставаясь связанным с микробной клеткой (тетаноспазмин, нейротоксин);

- класс С - экзотоксин связан с микробной клеткой и попадает во внешнюю среду при аутолизе (цитотоксины, энтеротоксины, нефротоксины).

Эндотоксины - это токсины, которые состоят из из липополисахаридов (ЛПС) и белков клеточной стенки грамотрицательных бактерий (Salmonella, Shigella, Escherichia и др.). Высвобождение эндотоксина возможно только после гибели бактерии. ЛПС является носителем основных биологических свойств эндотоксина и в комплексе с белком определяет антигенную активность бактерий, так как входит в состав соматического антигена. Эндотоксины термостабильны, менее токсичны, чем экзотоксины, не обладают специфичностью действия. Независимо от видовой принадлежности бактерий эндотоксины имеют сходную структуру и химический состав. Их токсические эффекты сопровождаются температурной реакцией.

Эндотоксины имеют низкую чувствительность к действию фенола, спирта, кислот и других химических веществ. При обработке формалином не переходят в анатоксин. Эндотоксины являются слабыми иммуногенами, а иммунные сыворотки, полученные на эти токсины, не могут полностью блокировать их токсические эффекты.

В процессе культивирования природных патогенных микробов можно получить протективный антиген, синтезируемый этими бактериями токсин затем превращается в анатоксин, сохраняющий специфическую антигенность и иммуногенность. Анатоксины являются одним из видов молекулярных вакцин. Анатоксины – препараты, полученные из бактериальных экзотоксинов, полностью лишенные своих токсических свойств, но сохранившие антигенные и иммуногенные свойства. Получение: токсигенные бактерии выращивают на жидких средах, фильтруют с помощью бактериальных фильтров для удаления микробных тел, к фильтрату добавляют 0,4% формалина и выдерживают в термостате при 30-40t на 4 недели до полного исчезновения токсических свойств, проверяют на стерильность, токсигенность и иммуногенность. Эти препараты называются нативными анатоксинам, в настоящее время почти не используются, т. к. содержат большое количество балластных веществ, неблагоприятно влияющих на организм. Анатоксины подвергаю физической и химической очистке, адсорбируют на адъювантах. Такие препараты называются адсорбированными высокоочищенными концентрированными анатоксинами.

Титрование анатоксинов в реакции фолликуляции производят по стандартной фолликулирующей атитоксической сыворотке, в которой известно количество антитоксических единиц. 1 антигенная единица анатоксина обозначается Lf, это то количеств о анатоксина, которое вступает в реакцию фолликуляции с 1 единицей дифтерийного анатоксина.

Анатоксины применяются для профилактики и реже, для лечения токсинемических инфекций дифтерия, газовая гангрена, ботулизм, столбняк). Так же анатоксины применяются для получения антитоксических сывороток путем гипериммунизации животных.

Примеры препаратов: АКДС, АДС, адсорбированный стафилококковый анатоксин, ботулинистический анатоксин, анатоксины из экзотоксинов возбудителей газовых инфекций.