Реферат токсины бактерий свойства применение в медицине

Обновлено: 05.07.2024

Тихие убийцы

Среди патогенных микроорганизмов есть немало видов, которые синтезируют токсины — высокоактивные вещества, угнетающие физиологические функции. Их воздействие приводит к заболеванию или гибели людей и животных. Бактериальные токсины являются важнейшими факторами патогенности возбудителей таких тяжелых инфекционных болезней, как холера, дифтерия, ботулизм, столбняк, газовая гангрена, сибирская язва и др. Многие возбудители вырабатывают несколько токсинов, и по их специфическому воздействию на человеческий организм определяют симптомы конкретной болезни.

Бактериальные токсины подразделяют на два больших класса: экзо- и эндотоксины. Если первые секретируются живым микроорганизмом, то вторые являются структурными компонентами бактериальной клетки, часто высвобождаемыми после ее гибели. Экзотоксины — самые опасные яды из всех обнаруженных в природе или созданных человеком. Их действие можно сравнить с полетом стрелы, поражающей мишень. Действие же эндотоксинов обычно отличается неспецифичностью и сравнимо с эффектом брошенного в воду камня, когда волны расходятся во все стороны. Эндотоксины, вызывая продукцию собственных медиаторов организма, приводят к множеству функциональных нарушений.

Токсин в действии

На первый взгляд, бактериальные экзотоксины — разнообразная группа белков как по структурной организации, так и по механизму действия. Однако их объединяет ряд общих принципов функционирования. Как правило, экзотоксины состоят из двух фрагментов: активного и связывающего. Последний отвечает за распознавание клетки-мишени и связывание токсина с ее поверхностью. Активный же фрагмент обладает ферментативной активностью и модифицирует компоненты клетки, что приводит к ее гибели или изменению физиологического состояния.

Наиболее распространенный вариант воздействия бактериального экзотоксина на клетку-мишень характерен для дифтерийного, коклюшного и холерного токсина, а также отечного фактора возбудителя сибирской язвы: они вызывают необратимую модификацию клеточных белков. Другой вариант воздействия экзотоксинов — повреждение (лизис) мембраны клетки-мишени. Такой механизм описан для альфа-токсина возбудителя газовой гангрены Clostridium perfringens, гемолизинов золотистого стафилококка и гноеродного стрептококка — Staphylococcus aureus и Streptococcus pyogenes. Третий вариант — экзотоксины, ингибируя высвобождение нейромедиаторов, оказывают нейротоксическое действие. Так, ботулотоксин блокирует синаптическую передачу на уровне мотонейронов, вызывая расслабление мышечных структур. А токсин возбудителя столбняка Clostridium tetani блокирует передачу тормозных импульсов на двигательные нейроны в спинном мозге, приводя к мучительным судорогам и спастическому параличу.

Токсины против токсинов

Важнейшая область применения бактериальных экзотоксинов — получение анатоксинов для вакцинации человека и животных, а также антитоксических сывороток.

Опасность ряда тяжелых заболеваний, возбудители которых продуцируют экзотоксины, состоит в том, что при их лечении антибактериальные средства зачастую оказываются неэффективными. Уничтожая патогенные микроорганизмы, антибиотики бессильны перед экзотоксинами, которые уже успели выделиться в ткани и продолжают свою разрушительную деятельность. Важную роль в таких случаях играет серотерапия — введение на ранних стадиях заболевания специфических сывороток, нейтрализующих токсины. Например, противостолбнячную сыворотку следует вводить при травмах, особенно когда существует риск заражения ран, ссадин или ожоговых поверхностей возбудителем столбняка. А при подозрении на ботулизм срочное введение противоботулинической сыворотки является, по сути, единственным эффективным методом терапии этого опасного заболевания. Специфические сыворотки используют также в лечении дифтерии и газовой гангрены.

В 1888 г. был открыт дифтерийный токсин, синтезируемый возбудителями дифтерии бактериями Сorynebacterium diphtheriae — инфекционного заболевания верхних дыхательных путей, при котором наблюдается токсическое поражение органов и тканей, особенно почек, нервной системы и миокарда

Конечно, далеко не всегда оказывается возможным вовремя ввести сыворотку. А промедление буквально на несколько часов может стать роковым. В связи с этим большое значение приобретает профилактика тяжело протекающих заболеваний с высокой летальностью путем активной иммунизации. В качестве вакцин наравне с ослабленными или убитыми культурами микроорганизмов широко применяют обезвреженные токсины бактерий — анатоксины или токсоиды. Технологию их получения, разработанную 20-х годах прошлого века французским иммунологом Гастоном Рамоном, используют и по сей день. Анатоксины получают путем обработки токсина формалином при 37–40 °C. Становясь безопасными, анатоксины сохраняют антигенные и иммуногенные свойства, то есть способствуют появлению в крови специфических антител, нейтрализующих действие соответствующего токсина.

Анатоксины также необходимы для приготовления лечебных антитоксических сывороток. Ими иммунизируют лошадей, а затем, используя специальную технологию, изготавливают препараты специфических иммуноглобулинов (антитоксинов), лишенные балластных веществ.

Вакцины, содержащие анатоксины, вводят для профилактики дифтерии, столбняка, ботулизма, газовой гангрены и стафилококковых инфекций, а антитоксические сыворотки — для лечения этих заболеваний. На различных стадиях разработки и клинических испытаний находятся вакцины нового поколения, созданные с использованием генно-инженерных технологий.

В 1946 г. был получен чистый кристаллический ботулинический токсин типа А, а позднее изучен механизм его действия, заключающийся в блокировании выброса ацетилхолина из пресинаптической мембраны в нервно-мышечном синапсе. Фармакологическим эффектом процесса является стойкая хемоденервация, проявляющаяся расслаблением мышц, что с успехом используют при лечении мышечной гиперактивности. Введение в определенные точки очищенного токсина в микродозах (до 6 Ед/кг) вызывает паралич мышцы-мишени, устраняет мышечный спазм и боль при отсутствии местных или системных побочных эффектов. Инъекции необходимо периодически повторять, так как через 4–6 месяцев после введения токсина формируются новые нервно-мышечные синапсы, и прежняя мышечная активность восстанавливается.

Клиническое применение ботулинического токсина в медицине началось в 80-х годах ХХ века после того, как американский офтальмолог A. Скотт использовал токсин для лечения нарушений функции глазодвигательных мышц — блефароспазма и страбизма (косоглазия). А в 1989 г. было получено разрешение на коммерческое использование препарата ботулотоксина в США. Эффективность ботулотоксина доказана также при ряде других расстройств, включая дистонию мышц шеи и гортани, писчий спазм, гемифасциальный спазм, тремор и тик. Токсин применяют не только у взрослых, но и у детей старше двух лет, в том числе при детском церебральном параличе и спастичности. Ботулинический токсин производят несколько фармацевтических фирм, его использование в медицинской практике одобрено более чем в 50 странах, а исследования, направленные на расширение сферы его применения, не прекращаются.

Яд на службе у косметологов

Врачи, проводившие лечение инъекциями ботулотоксина, заметили, что у некоторых пациентов стали разглаживаться морщины на лбу. И хотя омолаживающий эффект в показаниях к применению препаратов ботулотоксина не значился, в 90-е годы их все чаще использовали в косметологии. С юридической точки зрения в этом не было ничего противозаконного, так как устранение морщин всегда можно назвать лечением мышечного спазма. Правда, реклама в СМИ подобных процедур была запрещена, а проводить их разрешалось высококлассным специалистам. В 2002 г. в США было официально разрешено применять препарат ботулинического токсина в косметологии как эффективное и безопасное средство коррекции морщин на лбу и вокруг глаз.

Морщины бывают статические и динамические (мимические). Первые обусловлены возрастными изменениями, происходящими в коже, либо неблагоприятным воздействием факторов окружающей среды, истощением и др. Такие морщины ботулиническому токсину не под силу. Зато с динамическими он справляется великолепно. Ведь они образуются в результате активности мимических мышц, которые постоянно сморщивают и растягивают кожу вокруг глаз, рта, на переносице, на лбу. При точечном введении невысокой дозы токсина в соответствующие мимические мышцы они на длительное время теряют способность к сокращению, и морщины разглаживаются. Главное — помнить, что имеешь дело с опаснейшим ядом. Поэтому инъекции ботулинического токсина должен проводить высококвалифицированный врач, прошедший специальную подготовку.

В медицине используют еще один бактериальный токсин — стрептокиназу, фермент выделяемый некоторыми патогенными штаммами стрептококков. Стрептокиназа —мощный активатор плазминогена — применяется при инфаркте миокарда для восстановления проходимости тромбированных артерий

Послать яд врагу

Цитотоксический компонент иммунотоксинов универсален, так как уничтожает любую клетку, в которую попадает. Обычно используют дифтерийный токсин, экзотоксин А бактерий рода Pseudomonas, а также токсин растительного происхождения рицин. С антителами ситуация более сложная, так как для каждого типа опухоли необходимо определить специфические рецепторы и, соответственно, получить антитела, которые определят специфичность действия иммунотоксина. В настоящее время проводятся клинические испытания иммунотоксинов для лечения больных с В-клеточными лимфомами, лейкемией и, что особенно важно, меланомой.

Токсины (от греческого toxikоn - яд), вещества бактериального происхождения, способные угнетать физиологические функции, что приводит к заболеванию или гибели животных и человека. По химической природе все токсины - белки или полипептиды. В отличие от других органических и неорганических ядовитых веществ, токсины при попадании в организм вызывают образование антител.
При некоторых инфекционных заболеваниях (дифтерия, скарлатина) для определения напряженности иммунитета и восприимчивости детей используются внутрикожные пробы с применением соответствующих разведенных токсинов. Положительная реакция (местное воспаление кожи в области введения токсина) обусловливается ядовитым действием токсина на ткани кожи. Отрицательный результат реакции объясняется нейтрализацией введенного в кожу токсина соответствующим антитоксином, содержащимся в иммунном организме в достаточном для этого количестве.
Токсины получают из токсигенных штаммов микробов (дифтерийная палочка или скарлатинозный стрептококк) методом посева на жидкую питательную среду (мартеновский бульон) с последующей фильтрацией через бактериальные фильтры. Из полученных токсинов готовят диагностические токсины Шика (дифтерийный) и Дика (скарлатинный). Токсины вводят внутрикожно, в количестве 0,2 мл (Шика) и 0,1 мл (Дика), в среднюю часть внутренней поверхности предплечья.
Анатоксины - фильтраты бульонных культур токсигенных микроорганизмов, утратившие благодаря специальной обработке токсичность, но сохранившие в значительной степени антигенные и иммуногенные свойства исходных токсинов.
При введении в организм человека или животных анатоксины вызывают образование антитоксического иммунитета, это свойство и позволяет применять их для профилактики тех инфекционных заболеваний, в основе которых лежит действие экзотоксинов, выделяемых возбудителями, а также для гипериммунизации животных - продуцентов антитоксических сывороток.
Независимо от вида анатоксина его иммуногенность и антигенность определяются соответствующими свойствами исходного токсина. Поэтому в лабораториях, изготавливающих эти препараты, уделяется большое внимание созданию оптимальных условий для токсинообразования.
Для получения токсинов высокой силы необходимы штаммы, отличающиеся особенно выраженной способностью к токсинообразованию в искусственных условиях. Этими свойствами обладают далеко не все штаммы токсигенных бактерия. Для производственных целей пользуются штаммами, адаптированными к искусственным средам и стойко сохраняющими способность к токсинообразованию.
Культуры токсинообразователей сохраняются либо в высушенном состоянии, либо на средах оптимальных для данного вида бактерий. Перед употреблением для засева массовых партий штаммы пассируются на среде, используемой для получения токсина.
При прочих равных условиях сила токсинов определяется качеством питательной среды, поэтому лаборатории уделяют внимание приготовлению питательных сред. Сырье, химикалии и другие ингредиенты, входящие в состав среды, подвергаются самому тщательному контролю в биохимических лабораториях производственных институтов.
Для токсинообразования применяются жидкие питательные среды, в состав которых входят мясная вода и продукты пептического (бульон Мартена, среда Рамона) или триптического (среда Попе) переваривания мяса.
Процесс гидролиза мяса контролируется определением общего и аминного азота и коэффициента расщепления белка, который вычисляется из отношения аминного азота к общему. Используются также безмясные казеиновые, полусинтетические среды.
В питательную среду, предназначенную для токсинообразования, добавляются углеводы (глюкоза, мальтоза или смесь их). При сбраживании углеводов освобождается большое количество энергии, необходимой для процессов синтеза, происходящих в развивающейся культуре. Добавление углеводов резко повышает силу образующихся в среде токсинов.
Помимо углеводов для токсинообразования необходимы в минимальных дозах некоторые металлы. Токсинообразование дифтерийной палочки тормозится избытком железа в среде в равной мере как и отсутствием его. При наличии в среде оптимальных количеств железа токсинообразование резко усиливается.
Токсинообразование осуществляется в полную меру при определенном рН среды. Между тем в процессе роста культуры значение рН изменяется и может достигнуть таких показателей, которые будут тормозить образование токсина.
Для устранения этого в среды добавляются буферные вещества, поддерживающие нужное значение рН. Одним из таких веществ, обладающих свойствами буфера, является уксусно-кислый натр, который добавляется в бульон в количестве 0,5-0,75 %.
В зависимости от биологических особенностей микроба-токсинообразователя применяются разные условия выращивания и, в частности, регулируется аэрация среды. Дифтерийная палочка образует токсин в условиях максимальной аэрации, наоборот, столбнячная палочка и другие токсигенные анаэробы в кислороде не нуждаются. В соответствии с этим в первом случае культура выращивается в тонком слое среды с большой поверхностью соприкосновения с воздухом, во втором - среда наливается высоким слоем и в нее добавляются различные адсорбенты кислорода (вата, сухие эритроциты).
Температура выращивания и длительность его варьируют для разных микробов. Общей для процесса токсинообразования является необходимость безукоризненной регулировки температуры в термостате. Колебания температуры отрицательно сказываются на силе токсина. Поэтому термостаты, в которых происходит токсинообразование, снабжаются точными терморегуляторами.
В каждом отдельном случае длительность выращивания культуры определяется интенсивностью токсинообразования на данной серии среды. Для решения вопроса о времени прекращения культивирования производят определение силы токсина и рН среды в разные сроки выращивания.
Когда сила токсина достигает максимума, производят отделение его от микробных тел, это производится путем фильтрации через специальные бактериальные фильтры (анаэробные микроорганизмы) или обычные бумажные (дифтерийная палочка).
Перевод токсических фильтратов в анатоксин осуществляется путем длительного воздействия на них формалина при температуре 39-40 °С. Формалин соединяется свободными аминогруппами аминокислот, полипептидов и белков токсина, в связи с чем, утрачивает свои ядовитые свойства. Переход токсина в анатоксин происходит в течение 3-4 недель. Для правильного анатоксинообразования имеет значение рН токсина. Наиболее благоприятной является нейтральная или слабощелочная реакция среды.
Анатоксины характеризуются полной безвредностью для животных. Однако при неполном обезвреживании в них могут сохраняться остатки токсина, которые вызывают в чувствительном организме поздние повреждения. Поэтому при проверке безвредности анатоксинов наблюдение за животными ведут в течение длительного времени. Безвредность анатоксинов необратима. Никакие воздействия не приводят к восстановлению утраченной токсичности.
Анатоксины сохраняют почти в полной мере антигенные свойства токсинов. Это может быть проверено различными методами в пробирке (реакция флокуляции, реакция связывания анатоксина) и в опытах на животных, у которых введение анатоксина вызывает образование соответствующих антитоксинов и создание антитоксического иммунитета.
Анатоксины отличаются стойкостью; они переносят повторное замораживание и оттаивание, противостоят действию высокой температуры и стабильны при длительном хранении.
Анатоксины содержат помимо специфических белков также балластные вещества, от которых они могут быть освобождены разными методами. Они основаны на способности анатоксинов осаждаться при насыщении нейтральными солями, солями тяжелых металлов, кислотами (соляной, трихлоруксусной, метафосфорной), а также в присутствии этилового и метилового спирта при низкой температуре. Эти методы используются в настоящее время для получения очищенных концентрированных анатоксинов.
Анатоксины адсорбируются на различных нерастворимых веществах (фосфорные соли, гидроокись алюминия), это используется для приготовления сорбированных анатоксинов, которые отличаются замедленной всасываемостью в организме, в результате чего можно получить более напряженный иммунитет.
Благодаря своей безвредности, высокой антигенности и иммуногенности, анатоксины являются ценнейшими средствами профилактики и терапии ряда заболеваний.
В настоящее время получены анатоксины: дифтерийный, столбнячный, ботулинический, стафилококковый, дизентерийный, из токсинов, продуцируемых возбудителями газовой гангрены, а также из змеиного яда.

Микробиология - наука, изучающая организмы, неразличимые (невидимые) невооруженным какой- либо оптикой глазом, которые за свои микроскопические размеры называют микроорганизмы (микробы).
Предметом изучения микробиологии является их морфология, физиология, генетика, систематика, экология и взаимоотношения с другими формами жизни.
В таксономическом отношении микроорганизмы очень разнообразны. Они включают прионы, вирусы, бактерии, водоросли, грибы, простейшие и даже микроскопические многоклеточные животные.
По уровню организации геномов, наличию и составу белоксинтезирующих систем и клеточной стенки все живое делят на 4 царства жизни: эукариоты, эубактерии, архебактерии, вирусы и плазмиды .

Содержание

I. Введение 3
II. Основная часть 7
1. Патогенность и вирулентность бактерий. 7
2. Факторы патогенности. 11
3. Токсины бактерий, их свойства 13
III. Заключение 18
IV. Использованная литература 20

Вложенные файлы: 1 файл

Документ Microsoft Word.docx

Важную роль в развитии инфекционного процесса играют токсины. По биологическим свойствам бактериальные токсины делятся на экзотоксины и эндотоксины.

3. Токсины бактерий и их свойства

Экзотоксины продуцируют как грамположительные, так и грамотрицательные бактерии. По своей химической структуре это белки.

По механизму действия экзотоксина на клетку различают несколько типов: цитотоксины, мембранотоксины, функциональные блокаторы, эксфолианты и эритрогемины.

Механизм действия белковых токсинов сводится к повреждению жизненно важных процессов в клетке: повышение проницаемости мембран, блокады синтеза белка и других биохимических процессов в клетке или нарушении взаимодействия и взаимокоординации между клетками. Экзотоксины являются сильными антигенами, которые и индуцируют образование в организме антитоксинов.

По молекулярной организации экзотоксины делятся на две группы:

• экзотоксины, состоящие из двух фрагментов;

• экзотоксины, составляющие единую полипептидную цепь.

По степени связи с бактериальной клетки экзотоксины делятся условно на три класса.

• Класс А - токсины, секретируемые во внешнюю среду;

• Класс В - токсины частично секретируемые и частично связанные с микробной клеткой;

• Класс С - токсины, связанные и с микробной клеткой и попадающие в окружающую среду при разрушении клетки.

Экзотоксины обладают высокой токсичностью. Под воздействием формалина и температуры экзотоксины утрачивают свою токсичность, но сохраняют иммуногенное свойство. Такие токсины получили название анатоксины и применяются для профилактики заболевания столбняка, гангрены, ботулизма, дифтерии, а также используются в виде антигенов для иммунизации животных с целью получения анатоксических сывороток.

Эндотоксины по своей химической структуре являются липополисахаридами, которые содержатся в клеточной стенке грамотрицательных бактерий и выделяются в окружающую среду при лизисе бактерий. Эндотоксины не обладают специфичностью, термостабильны, менее токсичны, обладают слабой иммуногенностью. При поступлении в организм больших доз эндотоксины угнетают фагоцитоз, гранулоцитоз, моноцитоз, увеличивают проницаемость капилляров, оказывают разрушающее действие на клетки. Микробные липополисахариды разрушают лейкоциты крови, вызывают дегрануляцию тучных клеток с выделением вазодилататоров, активируют фактор Хагемана, что приводит к лейкопении, гипертермии, гипотонии, ацидозу, диссеминированной внутрисосудистой коагуляции (ДВК).

Эндотоксины стимулируют синтез интерферонов, активируют систему комплемента по классическому пути, обладают аллергическими свойствами.

При введении небольших доз эндотоксина повышается резистентность организма, усиливается фагоцитоз, стимулируются В-лимфоциты. Сыворотка животного иммунизированного эндотоксином обладает слабой антитоксической активностью и не нейтрализует эндотоксин.

Патогенность бактерий контролируется тремя типами генов: гены - собственной хромосомами, гены, привнесенные плазмидами и умеренными фагами.

Экзотоксины продуцируют как грамположительные, так и грамотрицательные бактерии. По своей химической структуре это белки. По механизму действия экзотоксина на клетку различают несколько типов: цитотоксины, мембранотоксины, функциональные блокаторы, эксфолианты и эритрогемины. Механизм действия белковых токсинов сводится к повреждению жизненно важных процессов в клетке: повышение проницаемости мембран, блокады синтеза белка и других биохимических процессов в клетке или нарушении взаимодействия и взаимокоординации между клетками. Экзотоксины являются сильными антигенами, которые и индуцируют образование в организме антитоксинов.Экзотоксины обладают высокой токсичностью. Под воздействием формалина и температуры экзотоксины утрачивают свою токсичность, но сохраняют иммуногенное свойство. Такие токсины получили название анатоксины и применяются для профилактики заболевания столбняка, гангрены, ботулизма, дифтерии, а также используются в виде антигенов для иммунизации животных с целью получения анатоксических сывороток.

Под инфекциозностью (или инфективностью) понимают способность возбудителей проникать в организм и вызывать заболевание, а также способность микробов передаваться с помощью одного из механизмов передачи, сохраняя в этой фазе свои патогенные свойства и преодолевая поверхностные барьеры (кожу и слизистые). Она обусловлена наличием у возбудителей факторов, способствующих его прикреплению к клеткам организма и их колонизации.

Под инвазивностью понимают способность возбудителей преодолевать защитные механизмы организма, размножаться, проникать в его клетки и распространяться в нем.

Токсигенность бактерий обусловлена выработкой ими экзотоксинов. Токсичность обусловлена наличием эндотоксинов. Экзотоксины и эндотоксины обладают своеобразным действием и вызывают глубокие нарушения жизнедеятельности организма.

Инфекциозные, инвазивные (агрессивные) и токсигенные (токсические) свойства относительно не связаны друг с другом, они по-разному проявляются у разных микроорганизмов .

Подлинная роль биологических токсинов в живой природе на сегодняшний день известна не до конца. Сложность и многофункциональность молекул токсинов свидетельствуют об их длительном эволюционном пути. Токсичность, это частное проявление первичной функции сигнальных молекул отдельных бактерий. В настоящее время выделяют 5 типов токсинов.

Одинаково направленное действие отбора привело к конвергентным гомологиям отдельных структур токсических молекул, а также выполняющих сходную функцию структур белков эукариотов и вирусов. Максимальная токсичность достигнута ботулиническим токсином за счет предельного увеличения размера и сложности молекулы.

Читайте также: