Exotoxine si endotoxine bacteriene ; particularitati fizico-chimice si actiune biologica
Comparativ cu alte substante toxice, exotoxinele bacteriene au o toxicitate foarte inalta, atat in stare bruta sub forma filtratelor de cultura, dar mai ales in forma purificata. Astfel, toxina botulinica de tip D este de trei milioane de ori mai puternica decat stricnina luata ca etalon. Efectul toxic este variabil nu numai in functie de specia bacteriana producatoare, ci si de tulpina, chiar pe medii optime. In multe cazuri, toxigeneza se atenueaza sau chiar dispare prin subcultivare repetata.
In general, efectul toxinelor este variabil in functie de natura, varsta, greutatea, sexul si linia genetica a animalelor pe care sunt testate, ca si de tehnica si calea de administrare folosite.
Datele referitoare la toxigeneza se refera la administrarea lor parenterala, deoarece cu exceptia enterotoxinelor, toxinele uzuale sunt distruse de modificarile de pH sau de activitatea enzimelor digestive.
Potentialul toxic al toxinelor este ilustrat de date teoretice:
1) toxina botulinica de tip A purificata si cristalizata ar contine intr-un miligram, 1 000 000 DLM (doze limite mortale) pentru un kg corp cobai, ceea ce inseamna ca 1 mg de toxina poate sa omoare l 200 tone de cobai sau doua milioane de soareci;
2) 200 g neurotoxine (botulinica sau tetanica) ar putea omori intreaga populatie a globului.
Potentialul toxic al toxinelor bacteriene este dependent de calea de administrare. Dozele letale pentru caile respiratorie si digestiva sunt de l00 - l000 de ori mai mari decat pentru caile intravenoasa, intramusculara, intraperitoneala sau subcutanata. Pielea intacta este o bariera eficienta fata de toxine.
Determinismul genetic al sintezei toxinelor. Sinteza toxinelor bacteriene este codificata de gena tox, a carei localizare este cromosomala, plasmidiala sau fagica. La V. cholerae, subunitatile toxinei holerice sunt codificate de gene cromosomale, asociate cu alte gene ce codifica alti factori de virulenta. Astfel de grupe de gene de virulenta se numesc insule de patogenitate. Secventa lor difera mult de a altor gene cromosomale, ceea ce denota ca ele sunt achizitii relativ recente in evolutie. Ar putea sa aiba originea prin integrarea unui element genetic exogen - fagul.
La Cl. botulinum, gena tox, cu situs cromosomal, prezinta mai multe alele, care codifica sinteza a 7 serotipuri de toxina (notate A --- G), care nu dau reactie incrucisata semnificativa cu anticorpii obtinuti fata de una dintre ele.
Enterotoxinele si hemolizinele de E. coli, toxina dermo-exfoliativa stafilococica sunt codificate de gene plasmidiale.
Gena tox, codificatoare a toxinei difterice este localizata in genomul unor bacteriofagi ADN (β, P, 1, W). Activitatea ei este controlata de o gena situata pe cromosomul bacterian.
Fagii purtatori ai genei tox se gasesc in celulele de C. diphteriae in stare integrata (profag), de fag virulent replicativ sau sub forma de replicon autonom represat. Este cunoscut modul de functionare a genei tox, purtata de fagul β, ce se integreaza ca profag. Ea se gaseste aproape de situsul de insertie a genomului fagic in cromosomul bacterian, dar are propriul sau promotor si se poate exprima independent de alte gene fagice, dar poate fi represata fara sa afecteze biosinteza altor proteine fagice. Aceasta gena nu pare a fi esentiala pentru genomul fagc. Modificarea ei mutationala nu influenteaza ciclul de multiplicare a fagului. Se considera ca gena tox a acestui fag este de origine bacteriana, care a fost mobilizata prin procesul de transductie fagica.
Sinteza toxinei eritrogene streptococice (scarlatinoasa), precum si a toxinelor botulinice C si D este codificata de fagi temperati. La Cl. perfringens, toxigeneza este legata temporal de procesul sporularii. Sporularea este o conditie obligatorie, dar insuficienta pentru producerea toxinei. Toxina pare a fi un produs al unei gene de sporulare si este o proteina de structurata a tunicii sporale.
Termenul de "endotoxina" (introdus de Pffeifer, l892) este impropriu, deoarece lipopolizaharidele (LPS) sunt componente ale suprafetei bacteriilor Gram negative, dar este totusi folosit pentru ca, spre deosebire de exotoxine semnifica asocierea LPS cu celula.
Factorul toxic al bacteriilor Gram negative a fost extras de Boivin si Mesrobeanu (l933). Ei au identificat complexul glico-lipidic, cu antigenul somatic (O) al bacteriilor ce formeaza colonii netede (S-Smooth).
Endotoxinele LPS sunt componente structurale ale peretelui celular, la toate bacteriile Gram negative patogene si se elibereaza dupa dezintegrarea celulei. Sunt relativ termo-stabile si mai putin toxice decat exotoxinele, iar efectele lor sunt lipsite de specificitate. Din punct de vedere chimic, endotoxinele LPS sunt macromolecule complexe ce contin fosfolipide si polizaharide. Toxicitatea lor rezida in fractia fosfolipidica. Nu se denatureaza si nu rezulta anatoxine.
Endotoxinele LPS reprezinta 25% din moleculele de suprafata ale celulei si sunt esentiale pentru integritatea membranei externe.
Termenii de "LPS" si "endotoxina" sunt folositi cu sensuri echivalente, dar LPS semnifica moleculele purificate, iar denumirea de "endotoxina" desemneaza complexul format din LPS si proteinele asociate din membrana externa.
Sursele majore de endotoxine sunt urmatoarele: 1)septicemia cu bacterii Gram negative; 2)bacterii originare in microbiota intestinala, datorita leziunilor mucoasei.
O particularitate a LPS, in contrast cu actiunea exotoxinelor, consta in aceea ca simptomele toxice nu se datoreaza actiunii lor directe asupra celulelor sensibile, ci sunt mediate, in mare parte, de citochinele sintetizate de novo de macrofage, ca raspuns la LPS.
Efectele endotoxinei se manifesta atat in stare fizica legata de celula, cat si dupa ce a fost eliberata prin moartea si liza celulei sau printr-un proces de "inmugurire", care nu afecteaza viabilitatea acesteia. Din aceasta cauza, cele doua stari, endotoxemia si bacteriemia pot sa coexiste sau sa se manifeste in etape distincte ale procesului infectios. Proprietatile endotoxice ale celulelor bacteriene, vii sau omorate sunt aceleasi cu ale preparatului de endotoxina. In organismul infectat nu este o corelatie lineara intre nivelul bacteriemiei si endotoxemiei si respectiv, intensitatea efectelor endotoxice. Capacitatea organismului de a detoxifica este un factor modulator esential al manifestarilor endotoxice. Glucocorticoizii au efect protector anti-endotoxic, probabil prin modificarea permeabilitatii capilare.
Endotoxinele nu au rol in colonizarea si penetrarea suprafetei mucoase, deoarece lipidul A are o localizare profunda in membrana externa. Tulpinile invazive si neinvazive de Salmonella produc cantitati similare de endotoxina. Endotoxina are rol in initierea infectiei, probabil prin inducerea unei scaderi tranzitorii a capacitatii de aparare a gazdei, prin intarzierea declansarii unui raspuns inflamator.
Dozele mici de toxina maresc rezistenta organismului la infectiile bacteriene si virale prin stimularea activitatii fagocitare si respectiv, a producerii de interferon.
Endotoxinele initiaza calea alterna a activarii complementului, dar efectul nu este bacteriocitoliza, deoarece reactia se produce la distanta de membrana externa. In vitro au efect mitogenic asupra limfocitelor B. LPS au proprietati adjuvante, deoarece stimuleaza raspunsul imun specific fata de un antigen administrat simultan.
Dozele mari de endotoxine determina o serie de manifestari patologice sistemice, nespecifice:
hipertermie (febra), prin actiunea lor asupra centrilor termoreglarii, chiar dupa administrarea unor doze minimale. Inducerea febrei este semnul marcant al toxicitatii LPS. Febra este efectul indirect al actiunii LPS asupra macrofagului, care secreta cateva citochine: IL-1, TNF β, IFN γ, cu actiune directa asupra hipotalamusului. Starea febrila se instaleaza brusc, este monofazica, mediata de prostaglandine;
leucopenie urmata de leucocitoza. Efectul se exercita direct si rapid asupra leucocitelor. Ele parasesc patul vascular si se retrag aproape instantaneu in plaman si in alte tesuturi, in proportie de circa 60%. Dupa circa 4 ore, numarul leucocitelor circulante creste peste limitele normale. Creste numarul hematiilor circulante, datorita eliberarii in circulatie a rezervelor celulare din centrele de formare si depozitare a eritrocitelor;
modificari cardiovasculare: legarea endotoxinei de celulele hepatice sau de alte celule induce eliberarea rapida a aminelor biogene (histamina, serotonina) si a peptidelor (bradikinina) din depozitele celulare. Aminele produc o hipertensiune tranzitorie, urmata de hipotensiune severa, hipovolemie si formarea cheagurilor vasculare de fibrina. Endotoxinele activeaza sistemul de coagulare sanguina;
efecte metabolice: inhiba sistemele enzimatice ale gluconeogenezei si ale sintezei glicogenului.
Din punct de vedere clinic, dozele mari de endotoxina produc urmatoarea secventa de modificari: frison, febra, somnolenta, dispnee, modificari ale dinamicii tranzitului intestinal, diaree sanguinolenta, hiperglicemie incipienta urmata de hipoglicemie, paralizie, coma, moarte. Acest tablou de modificari se succede in circa 24 de ore dupa injectarea preparatului la animalele sanatoase si corespund starii de soc endotoxic, consecinta a endotoxemiei. Endotoxemia este rezultatul supraincarcarii celulelor cu rol de aparare, ca urmare a revarsarii endotoxinelor in circulatie. Starea de endotoxemie nu este totdeauna urmata de soc si moarte. Nu se cunosc cauzele marilor diferente de raspuns si reactivitate, la starea de endotoxemie. Socul fatal este consecinta interactiunii endotoxinei cu sistemul de coagulare a sangelui, pe care il activeaza si il amplifica. S-a emis ipoteza ca instalarea socului ireversibil este favorizata de absorbtia in sange a endotoxinelor produse de microbiota intestinala. In mod normal, mecanismele de detoxifiere a organismului sunt eficiente, dar starea de soc se instaleaza consecutiv diverselor tulburari functionale, care impiedica o reactivitate optima fata de infectia cu bacterii Gram negative.
|
