Чем отличаются экзо и эндотоксины
Токсины делят на 2 группы: эндотоксины и экзотоксины
Экзотоксины выделяются в окружающую среду в процессе жизнедеятельности микроорганизма. Эндотоксины прочно связаны с бактериальной клеткой и выделяются в окружающую среду после гибели клетки.
Свойства эндо и экзотоксинов.
Экзотоксины образуют возбудители так называемых токсинемических инфекций, к которым относятся дифтерия, столбняк, газовая гангрена, ботулизм, некоторые формы стафилококковых и стрептококковых инфекций.
Некоторые бактерии одновременно образуют как экзо-,так и эндотоксины (кишечная палочка, холерный вибрион).
Получение экзотоксинов.
1) выращивание токсигенной (образующей экзотоксин) культуры в жидкой питательной среде;
2) фильтрование через бактериальные фильтры (отделение экзотоксина от бактериальных клеток); можно использовать другие способы очистки.
Экзотоксины используют затем для получения анатоксинов.
Получение анатоксинов.
1) к раствору экзотоксина (фильтрату бульонной культуры токсигенных бактерий) добавляют 0,4% формалин и выдерживают в термостате при 39-40°С 3-4 недели; происходит потеря токсичности, но антигенные и иммуногенные свойства сохраняются;
2) добавляют консервант и адъювант.
Анатоксины – это молекулярные вакцины. Они используются для специфической профилактики токсинемических инфекций, а также для получения лечебно-профилактических антитоксических сывороток, также используемых при токсинемических инфекциях.
Получение эндотоксинов.
Используются различные методы разрушения микробной клетки, а затем проводят очистку, т.е. отделение эндотоксина от других компонентов клетки.
Так как эндотоксины – это липополисахариды, их можно извлечь из микробной клетки путем ее разрушения ТХУ (трихлоруксусная кислота) с последующим диализом для очистки от белков.
Свойства макроорганизма, влияющие на течение инфекционного процесса.
Основной фактор – восприимчивость к тому или иному возбудителю. Восприимчивость может быть видовая и индивидуальная.
Видовая восприимчивость присуща данному виду животного или человека. Она обусловлена генетически. Определенный вид микроба находит оптимальную среду для своего существования в тканях определенного вида хозяина.
Индивидуальная восприимчивость определяется состоянием каждого конкретного организма.
Она зависит от многих факторов:
2) входные ворота – ткань или орган, через которые возбудитель проникает в макроорганизм; для большинства возбудителей необходимо проникновение через определенные входные ворота для развития заболевания (для гонококка – только через слизистые оболочки половых органов или конъюктиву глаза, для возбудителя дизентерии – через слизистую оболочку толстой кишки, для вируса гриппа – через слизистую оболочку дыхательных путей); есть микроорганизмы, способные проникать через любые входные ворота (возбудитель чумы, стафилококки).
3) общая физиологическая реактивность организма; она определяется физиологическими особенностями макроорганизма, характером обмена веществ, функцией внутренних органов, эндокринных желез, особенностями иммунитета.
На общую физиологическую реактивность влияют:
а) пол и возраст: существуют детские инфекции (скарлатина, коклюш, корь, паротит), в преклонном возрасте тяжело протекает пневмония, во врем беременности женщины более чувствительны к стафилококковым и стрептококковым инфекциям, до 6 месяцев дети устойчивы к многим инфекциям, т.к. получают антитела от матери;
б) состояние нервной системы: угнетение нервной системы способствует более тяжелому течению инфекции; психические расстройства снижают регулирующую функцию ЦНС;
в) наличие соматических заболеваний (диабет, заболевания сердечно-сосудистой системы, печени, почек);
г) состояние нормальной микрофлоры, представители которой обладают антагонистическими свойствами;
д) питание: при недостаточном и неполноценном питании люди чаще подвержены инфекционным заболеваниям (туберкулез, дизентерия, холера), при этом наибольшее значение имеют белковые компоненты пищи, витамины и микроэлементы, так как они необходимы для синтеза антител и поддержания активного фагоцитоза; в результате голодания может быть утрачен не только индивидуальный, но и видовой иммунитет; недостаток витаминов приводит к нарушению обмена веществ, что снижает сопротивляемость к инфекциям;
е) иммунобиологические особенности организма, т.е. устойчивость естественных защитных факторов.
Сравнительная характеристика экзо- и эндотоксинов.
| Свойства | Экзотоксины | Эндотоксины |
| Основные особенности | Выделяются во внешнюю среду | Прочно связаны со структурами бактериальной клетки, высвобождается при гибели |
| Продуцент | Преимущественно Гр (+) бактерии | Гр (−) бактерии |
| Химическая структура | Белки | Липополисахариды клеточной стенки |
| Чувствительность к температуре | Термолабильны | Термостабильны |
| Токсичность | Высокая | Умеренная |
| Антигенность | Высокая | Умеренная |
| Органотропность | Высокая | Отсутствует |
| Действие на организм | Специфическое, избирательное | Неспецифическое: повышение температуры, интоксикация, сосудистые нарушения |
| Возможность получения анатоксина | Легко получить при обработке формалином 0,3-0,4%, при 37-40 0 С в течении 30-40 дней (Рамон,1923) | Большинство не переводится в анатоксины |
Молекулярная организация бактериальных токсинов:
По строению бактериальные токсины белковой природы делятся на простые и сложные.
Простые токсины образуются в виде единой неактивной полипептидной цепи (протоксина), которая под действием протеаз (самого микроорганизма, представителей нормальной микрофлоры, тканей макроорганизма) превращается в активную двухкомпонентную структуру: компонент В (от англ. binding – связывать) выполняет рецепторсвязывающую (а также образует канал в ЦПМ клетки, обуславливая проникновение компонента А), а компонент А (от англ. active –активный) – энзиматическую функцию.
Сложные токсины представляют собой уже готовую бифункциональную (В-А) структуру.
Классификация экзотоксинов по механизму действия:
1. Цитотоксины блокируют синтез белка на рибосомах (например, дерматонекротоксин дифтерийной палочки, энтеротоксин золотистого стафилококка, антиэлонгаторы синегнойной палочки).
2. Мембранотоксины повышают проницаемость мембраны эритроцитов (гемолизины) и лейкоцитов (лейкоцидины), вызывая гемолиз первых и разрушение вторых (например, α-токсин золотистого стафилококка, О-стрептолизин Str. рyogenes).
3. Токсины, активирующие пути метаболизма вторичных мессенджеров активируют клеточную аденилатциклазу, что приводит к повышению проницаемости стенки тонкой кишки и увеличению выхода жидкости в ее просвет – диарее (холероген холерного вибриона, энтеротоксин E. coli).
4. Функциональные блокаторы – нейротоксины возбудителей столбняка и ботулизма блокируют передачу нервного импульса.
5. Активаторы иммунного ответа (эксфолиатины и эритрогенины) влияют на процесс взаимодействия клеток между собой (например, продуцируются St. aureus и Str. рyogenes).
Разные токсины взаимодействуют с неодинаковыми клеточными рецепторами (ганглиозидные, гликопротеидные, гликолипидные или холинсодержащие). Так, на холинсодержащих рецепторах фиксируются тетанолизин, О-стрептолизин, пневмолизин и др., на ганглиозидах определенного типа – тетаноспазмин, холероген, энтеротоксины кишечных бактерий и др.
Перечисленные факторы патогенности обуславливают:
Ø Адгезию – процесс прикрепления на клетках хозяина. Механизм адгезии включает две фазы:
1. Обратимая – неспецифические физико-химические механизмы, связанные с гидрофобным взаимодействием и электростатическим притяжением.
2. Необратимое специфическое химическое связывание, обусловленное комплементарностью строения молекулы адгезина, находящиеся на поверхности микроорганизма, и рецептора клеток, которые должны соответствовать как «ключ-замок».
Адгезины очень разнообразны, их уникальное строение обеспечивает высокую специфичность. Этим объясняется способность одних микроорганизмов прикрепляться и колонизировать преимущественно эпителий в дыхательных путей, других – кишечного тракта, третьих – мочевыделительной системы и т. д.
Рецепторы клеток тканей человека также неоднородны. Их подразделяют на:
§ нативные (располагаются на эпителиальных клетках, участвуя в адгезии соответствующих бактерий);
§ индуцированные (образуются только после адсорбции вирусов на чувствительных клетках, после чего на них могут адгезироваться стафилококки и другие бактерии; это объясняется тем, что рецептором для этих бактерий служит вирусный гемагглютинин, который встраивается в цитоплазматическую мембрану эпителиальных клеток; данное явление имеет важное значение для понимания механизмов возникновения вторичной бактериальной инфекции);
§ приобретенные (появляются при определенных условиях, представляют собой «мостики», состоящие из иммуноглобулинов разных классов, альбуминов, фибронектина и других соединений, способных взаимодействовать с комплементарными бактериальными адгезинами).
Ø Колонизацию – процесс размножения микроорганизмов в месте адгезии, обеспечивает накопление микроорганизмов до такой критической концентрации, которая способна вызвать патологическое действие.
Ø Пенетрацию – проникновение внутрь эпителиальных и других клеток, при этом клетки разрушаются, что сопровождается нарушением целостности эпителиального покрова соответствующего органа и возникновением патологического процесса.
Ø Инвазию – способность проникать через слизистые и соединительнотканные барьеры в подлежащие ткани.
Ø Агрессию – способность противостоять защитным силам макроорганизма и оказывать патогенное токсическое действие.
Сравнительная характеристика экзо- и эндотоксинов.
| Свойства | Экзотоксины | Эндотоксины |
| Основные особенности | Выделяются во внешнюю среду | Прочно связаны со структурами бактериальной клетки, высвобождается при гибели |
| Продуцент | Преимущественно Гр (+) бактерии | Гр (−) бактерии |
| Химическая структура | Белки | Липополисахариды клеточной стенки |
| Чувствительность к температуре | Термолабильны | Термостабильны |
| Токсичность | Высокая | Умеренная |
| Антигенность | Высокая | Умеренная |
| Органотропность | Высокая | Отсутствует |
| Действие на организм | Специфическое, избирательное | Неспецифическое: повышение температуры, интоксикация, сосудистые нарушения |
| Возможность получения анатоксина | Легко получить при обработке формалином 0,3-0,4%, при 37-40 0 С в течении 30-40 дней (Рамон,1923) | Большинство не переводится в анатоксины |
Молекулярная организация бактериальных токсинов:
По строению бактериальные токсины белковой природы делятся на простые и сложные.
Простые токсины образуются в виде единой неактивной полипептидной цепи (протоксина), которая под действием протеаз (самого микроорганизма, представителей нормальной микрофлоры, тканей макроорганизма) превращается в активную двухкомпонентную структуру: компонент В (от англ. binding – связывать) выполняет рецепторсвязывающую (а также образует канал в ЦПМ клетки, обуславливая проникновение компонента А), а компонент А (от англ. active – активный) – энзиматическую функцию.
Сложные токсины представляют собой уже готовую бифункциональную (В-А) структуру.
Классификация экзотоксинов по механизму действия:
1. Цитотоксины блокируют синтез белка на рибосомах (например, дерматонекротоксин дифтерийной палочки, энтеротоксин золотистого стафилококка, антиэлонгаторы синегнойной палочки).
2. Мембранотоксины повышают проницаемость мембраны эритроцитов (гемолизины) и лейкоцитов (лейкоцидины), вызывая гемолиз первых и разрушение вторых (например, α-токсин золотистого стафилококка, О-стрептолизин Str. рyogenes).
3. Токсины, активирующие пути метаболизма вторичных мессенджеров активируют клеточную аденилатциклазу, что приводит к повышению проницаемости стенки тонкой кишки и увеличению выхода жидкости в ее просвет – диарее (холероген холерного вибриона, энтеротоксин E. coli).
4. Функциональные блокаторы – нейротоксины возбудителей столбняка и ботулизма блокируют передачу нервного импульса.
5. Активаторы иммунного ответа (эксфолиатины и эритрогенины) влияют на процесс взаимодействия клеток между собой (например, продуцируются St. aureus и Str. рyogenes).
Разные токсины взаимодействуют с неодинаковыми клеточными рецепторами (ганглиозидные, гликопротеидные, гликолипидные или холинсодержащие). Так, на холинсодержащих рецепторах фиксируются тетанолизин, О-стрептолизин, пневмолизин и др., на ганглиозидах определенного типа – тетаноспазмин, холероген, энтеротоксины кишечных бактерий и др.
Перечисленные факторы патогенности обуславливают:
Ø Адгезию – процесс прикрепления на клетках хозяина. Механизм адгезии включает две фазы:
1. Обратимая – неспецифические физико-химические механизмы, связанные с гидрофобным взаимодействием и электростатическим притяжением.
2. Необратимое специфическое химическое связывание, обусловленное комплементарностью строения молекулы адгезина, находящиеся на поверхности микроорганизма, и рецептора клеток, которые должны соответствовать как «ключ-замок».
Адгезины очень разнообразны, их уникальное строение обеспечивает высокую специфичность. Этим объясняется способность одних микроорганизмов прикрепляться и колонизировать преимущественно эпителий в дыхательных путей, других – кишечного тракта, третьих – мочевыделительной системы и т. д.
Рецепторы клеток тканей человека также неоднородны. Их подразделяют на:
§ нативные (располагаются на эпителиальных клетках, участвуя в адгезии соответствующих бактерий);
§ индуцированные (образуются только после адсорбции вирусов на чувствительных клетках, после чего на них могут адгезироваться стафилококки и другие бактерии; это объясняется тем, что рецептором для этих бактерий служит вирусный гемагглютинин, который встраивается в цитоплазматическую мембрану эпителиальных клеток; данное явление имеет важное значение для понимания механизмов возникновения вторичной бактериальной инфекции);
§ приобретенные (появляются при определенных условиях, представляют собой «мостики», состоящие из иммуноглобулинов разных классов, альбуминов, фибронектина и других соединений, способных взаимодействовать с комплементарными бактериальными адгезинами).
Ø Колонизацию – процесс размножения микроорганизмов в месте адгезии, обеспечивает накопление микроорганизмов до такой критической концентрации, которая способна вызвать патологическое действие.
Ø Пенетрацию – проникновение внутрь эпителиальных и других клеток, при этом клетки разрушаются, что сопровождается нарушением целостности эпителиального покрова соответствующего органа и возникновением патологического процесса.
Ø Инвазию – способность проникать через слизистые и соединительнотканные барьеры в подлежащие ткани.
Ø Агрессию – способность противостоять защитным силам макроорганизма и оказывать патогенное токсическое действие.
Чем отличаются экзо и эндотоксины
В определённой степени токсигенным микроорганизмам (активно секретирующими токсины) противопоставлены патогенные бактерии, обладающие токсическими субстанциями, слабо диффундирующими в окружающую среду и названные (по предложению Р. Пфайффера) эндотоксинами.
Эндотоксины — интегральные компоненты клеточной стенки грамотрицателъных бактерий; большая их часть высвобождается только после гибели бактериальной клетки. Представлены комплексом протеинов, липидных и полисахаридных остатков. За проявление биологического эффекта ответственны все группировки молекулы эндотоксина.
Биологическая активность напоминает таковую у некоторых медиаторов воспаления; эндотоксинемия обычно сопровождается лихорадкой, обусловленной выбросом эндогенных пирогенов из гранулоцитов и моноцитов. При попадании значительного количества эндотоксина в кровоток возможен эндотоксиновый шок, обычно заканчивающийся смертью больного.
Бактериальные эндотоксины проявляют сравнительно слабое иммуногенное действие, и иммунные сыворотки не способны полностью блокировать их токсические эффекты. Некоторые бактерии могут одновременно синтезировать экзотоксины и выделять (при гибели) эндотоксины (например, токсигенные Escherichia coli и холерные вибрионы).
Экзоферменты
Важными факторами патогенности следует считать экзоферменты (например, лецитиназа, гиалуронидаза, коллагеназа и др.), нарушающие гомеостаз клеток и тканей, что приводит к их повреждению. Способность к образованию экзоферментов во многом определяет инвазивность бактерий — возможность проникать через слизистые оболочки, соединительнотканные и другие барьеры. Например, гиалуронидаза расщепляет гиалуроновую кислоту, входящую в состав межклеточного вещества, что повышает проницаемость различных тканей. Этот фермент синтезируют бактерии родов Clostridium, Streptococcus, Staphylococcus и др, Нейраминидаза облегчает преодоление слоя слизи, проникновение внутрь клеток и распространение в межклеточных пространствах. Нейраминидазу секретируют холерные вибрионы, дифтерийная палочка; он также входит в состав вируса гриппа. К этой же группе следует отнести и бактериальные ферменты, разлагающие антибиотики.
Суперантигены
Некоторые токсины (например, токсин Дика стрептококков или энтеротоксин стафилококков) способны действовать как суперантигены, вызывая поликлональную активацию различных клонов лимфоцитов. Поликлональная активация сопровождается гиперсекрецией лимфокинов с развитием цитокинопосредованной интоксикации.
— Вернуться в оглавление раздела «Микробиология.»
Токсины у бактерий. Экзотоксины и эндотоксины.
» data-shape=»round» data-use-links data-color-scheme=»normal» data-direction=»horizontal» data-services=»messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger»>
Токсины у бактерий. Экзотоксины и эндотоксины.
Токсины – мощные факторы агрессии, играющие основную роль в патогенезе инфекционного процесса. Бактериальные токсины могут быть секретируемыми (экзотоксин) и несекретируемыми (эндотоксин).
Токсины секретируемые (экзотоксины) по механизму действия делятся на:
Отдельные участки белковой молекулы этих токсинов имитируют структуры субъединиц гормонов, ферментов, нейромедиаторов макроорганизма и блокируют функциональную активность этих соединений.
Токсины несекретируемые отливаются от секретируемых меньшей специфичностью действия, меньшей токсичностью, большей термостабильностью. Эндотоксины угнетают фагоцитоз, вызывают одышку, диарею, падение сердечной деятельности, понижение температуры тела. Малые дозы эндотоксина могут вызывать обратный эффект.
Эндотоксины активируют комплемент по альтернативному пути.
Многие факторы вирулентности бактерий (адгезия, колонизация, пенптрация, инвазия, подавление неспецифической и иммунной защиты макроорганизма) контролируются хромосомными и плазмидными генами. R – плазмиды детерминируют не только множественнную резистентность к разным антибиотикам, но и их токсигенность.
Токсинообразование детерминируется хромосомными генами или различными плазмидами, содержащими токсины – транспонозы или умеренные фаги. Утрата плазмидных генов не приводит к гибели бактериальной клетки.