Экзотоксины. Экзотоксины микроорганизмов. Классификация экзотоксинов. Группы экзотоксинов. Опасность, которую представляют для человека микробные токсины Примеры бактерий способные образовывать экзотоксины

Представления о природе микробных токсинов получены благодаря исследованиям патогенных бактерий.

К 1890 г. были обнаружены первые токсины двух патогенных микроорганизмов: Corynebacterium diphtheriae и Clostridium tetani.

В обоих случаях были поставлены одинаковые опыты: бактерию выращивали в культуральной среде in vitro, и стерильный фильтрат, приготовленный из выросшей культуры, вводили опытным животным. Последние погибали, а при их вскрытии обнаруживали изменения органов, характерные для соответствующей естественной инфекции. Эти токсические вещества оказались белками. Поскольку они представляли продукты обмена бактерий и не были связаны с бактериальными клетками, их назвали экзотоксинами . Экзотоксины образуют ряд других патогенных бактерий (возбудитель ботулизма, инфекционной энтеротоксемии, дизентерии и др.), в основном грамположительных. Однако фильтраты, приготовленные из культур многих других патогенных микроорганизмов, не были токсичны. Кипячением бактериальных культур доказано, что клетки почти всех грамотрицательных патогенных бактерий токсичны сами по себе. Более того, такое же токсическое действие оказывают и убитые нагреванием клетки многих патогенных грамотрицательных бактерий. Устойчивые к нагреванию токсины, связанные с клеточной оболочкой грамотрицательных бактерий, назвали эндотоксинами .

Однако для многих патогенных бактерий, в том числе для возбудителя сибирской язвы, эти подходы не позволили обнаружить никаких сколько-нибудь токсичных продуктов. Условия культивирования в лаборатории всегда отличаются от условий в организме зараженного животного. Осознание этого очевидного факта заставило предпринять поиски бактериальных токсинов, образуемых непосредственно в организме инфицированного животного. Эта работа привела к обнаружению специфического экзотоксина у Bacillus anthracis.

Кроме ферментов агрессии и защиты микроорганизмы, размножаясь, могут вырабатывать биологически активные вещества, повреждающие клетки и ткани макроорганизма. - токсины. Некоторые токсины (дифтерийный, столбнячный, ботулиниче-цкнп) являются ведущими факторами развития соответствующих заболеваний. Действие других (гемолизины стафилококка, лейкоцидины) более ограничено.

Силу токсинов, как и вирулентность самих возбудителей, измеряют DLM или LD50-По своим свойствам токсины делятся на 2 группы:

  • * эндотоксины - липополисахариды; термостабильны, продуцируются, как правило, грамотрицательными бактериями, обладают общетоксическим действием, являются слабыми антигенами, не переходят в анатоксин;
  • * экзотоксины - белки; термолабильны, продуцируются, как правило, грамположительными бактериями, обладают специфичностью действия, сильные антигены, при специальной обработке переходят в анатоксины.

Наиболее значимыми для медицинской практики продуцентами экзотоксинов являются возбудители:

  • * среди грамположительных бактерий - дифтерии, ботулизма, столбняка, газовой гангрены, некоторые виды стафилококков и стрептококков;
  • * среди грамотрицательных - холерный вибрион, некоторые виды псевдомонад, шигелл.

Экзотоксины в зависимости от прочности их соединения с микробной клеткой подразделяются:

  • * на полностью секретируемые (собственно экзотоксины) в окружающую среду;
  • * частично секретируемые;
  • * несекретируемые.

Последние освобождаются только в процессе разрушения бактериальных клеток, что делает их сходными по этому свойству с эндотоксинами.

По механизму действия на клетки макроорганизма бактериальные токсины делятся на несколько типов, хотя это деление достаточно условно и некоторые токсины могут быть отнесены сразу к нескольким типам:

  • * 1-й тип - мембранотоксины (гемолизины, лейкоцидины);
  • * 2-й тип - функциональные блокаторы, или нейротоксины (тета-носпазмин, ботулинический токсин), - блокируют передачу нервных импульсов в синапсах (в клетках спинного и головного мозга);
  • * 3-й тип - термостабильные и термолабильные энтеротоксины - активизируют клеточную аденилатциклазу, что приводит к нарушению энтеросорбции и развитию диарейного синдрома. Такие токсины продуцируют холерный вибрион (холероген), энтеротоксигенные кишечные палочки;
  • * 4-й тип - цитотоксины - токсины, блокирующие синтез белка на субклеточном уровне (энтеротоксин золотистых стафилококков, дерматонекротоксины стафилококков, палочек сибирской язвы, сине-зеленого гноя и возбудителя коклюша). Сюда же относят антиэлонгаторы - препятствующие элонгации (наращиванию) или транслокации, т. е. передвижению и-РНК вдоль рибосомы, и тем самым блокирующие синтез белка (дифтерийный гистотоксин, токсин синегнойной палочки);
  • * 5-й тип - эксфолиатины, образуемые некоторыми штаммами золотистого стафилококка, и эритрогенины, продуцируемые пиогенным стрептококком группы А. Они влияют на процесс взаимодействия клеток между собой и с межклеточными веществами и полностью определяют клиническую картину инфекции (в первом случае возникает пузырчатка новорожденных, во втором - скарлатина).

Многие бактерии образуют не один, а несколько белковых токсинов, которые обладают разным действием - нейротоксическим, цитотоксическим, гемолитическим: стафилококк, стрептококк.

В то же время некоторые бактерии могут одновременно образовывать как белковые экзотоксины, так и эндотоксины: кишечная палочка, холерный вибрион.

  • 3. Все факторы патогенности по их функции принято подразделять на 4 группы:
    • * 1-я - бактерии с эпителием соответствующих экологических ниш (биотопов);
    • * 2-я - интерферирующие с клеточными и гуморальными защитными механизмами хозяина и обеспечивающие размножение возбудителя in vivo;
    • * 3-я - бактериальные модулины, индуцирующие синтез некоторых цитокинов и медиаторов воспаления, приводящих к иммуносупрессии;
    • * 4-я - токсины и токсические продукты, оказывающие повреждающее действие, связанное, как правило, со специфическими патоморфологическими изменениями различных органов и тканей организма.

Классификация бактериальных токсинов.

Луи Пастером в 1887 г. были проведены опыты доказывающие, что веществами, которые образуются в результате жизнедеятельности микроорганизмов и находятся в питательном бульоне, можно вызывать такие же клинические признаки заболевания, как и при заражении самим возбудителем болезни. Э. Ру и А. Иерсин в своих экспериментах 1889 года подтвердили этот вывод. Дальнейшие исследования показали, что безмикробные, стерильные фильтраты, полученные с жидких питательных сред, где размножались изучаемые микроорганизмы, вызывают клинические проявления и патологические изменения, характерные для столбняка, ботулизма, холеры, скарлатины. Познее выяснилось, что проявление ряда патологических процессов при многих инфекционных заболеваниях вызвано продуктами жизнедеятельности микробов. Эти продуцируемые микроорганизмами вещества получили название микробных токсинов. Уже к 1890 году были обнаружены токсины двух важнейших патогенных для человека микроорганизмов (вызывающих большой процент смертельного исхода при заболевании) С.diphtheriae - дифтерия и Cl.tetani - столбняк. Постепенно, в ходе экспериментов, все токсины микробной этиологии разделили на две группы. В первую включили токсические продукты связанные со стромой (телом) микробной клетки. Они становятся токсичными только после гибели и разрушения микроорганизмов. Эту группу токсинов выявили у грамотрицательных бактерий и назвали эндотоксинами (эндо - endo - внутри). Для них характерна низкая специфичность действия. При введении экспериментальным животным, все они вызывают схожие клинические и патологические симптомы. Изучение их природы и места локализации в клетке потребовало длительного, интенсивного исследования. Сейчас установлено, что эндотоксины - это комплекс липополисахаридов с белками, которые находятся в наружных слоях клеточной стенки грамотрицательных бактерий. Во вторую группу отнесли секретируемые или растворимые микробные токсины. Они выделяются в окружающую среду при жизни микроорганизмов и не связаны со стромой последних. Эти токсины оказались чувствительны к нагреванию и являются белками. Так как они присутствуют в среде и не являются структурной частью микроорганизма, то получили название экзотоксины (экзо - exo - снаружи, вне). В экспериментах было доказано, что экзотоксины оказывают специфическое действие на организм, характерное для той или иной болезни. Термины «эндотоксины» и «экзотоксины», которыми называют две вышеуказанные группы токсических веществ не должны вводить в заблуждение. В настоящее время есть данные, показывающие, что многие «экзотоксины» связаны с бактериальными клетками во время их роста и высвобождаются только после гибели и лизиса (разрушения) бактерий. Общепринято что, экзотоксины являются белками, а эндотоксины - молекулярными комплексами, содержащими белок, липид и полисахарид. Приведенные выше термины, в настоящее время настолько общеприняты, что отказываться от них никто не хочет. Предложенный М. Далиным и Н. Фишем (1980) термин «мезотоксины», объединяющий те токсины микроорганизмов, что имеют общие характеристики первой и второй групп, не получил признания. В таблице 1 дана дифференциальная характеристика экзо- и эндотоксинам.

Таблица 1

Сравнительная характеристика экзо- и эндотоксинов. (по Н. Колычеву, 1991 г.)

Однако, биохимики, разделение микробных токсинов на группы, проводят в соответствии с данными об их природе и химических свойствах. Они различают группу простых и сложных белков (протеотоксины), группу со стероидной конфигурацией (афлотоксины) и группу липополисахаридных комплексов, токсическую активность которых определяет липидный компонент (липид А). Такой биохимический, а в последствии иммунохимический подход позволил теоретически и биохимически обосновать получение антитоксинов (Э. Беринг, 1892г.). С их помощью смогли отличать один токсический микробный биополимер от другого, микробиологи - отличать in vitro (в пробирке) токсигенные штаммы от нетоксигенных, патофизиологи - понимать (в какой-то степени) механизм поражающего действия токсинов. П. Эрлих (P. Ehrlich), используя антитоксины, как молекулярные зонды, впервые выявил молекулярную характеристику микробных токсинов. Позднее Г. Рамон (G. Ramon) опираясь на его теоретические разработки, организовал производство анатоксинов. Исследования по антитоксинам позволили провести разделение, дифференциацию токсинов на серотипы (серогруппы, сероварианты) в соответствии с их антигенной структурой. Однако при серологическом анализе доказана некоторая идентичность токсинов, вырабатываемых бактериями разных видов и родов. Выяснилось, что антигенно-родственными оказались холерный токсин и термолабильные энтеротоксины, продуцируемые E.coli, Sal.typhimurium. Установлена антигенная похожесть энтеротоксинов выделяемых бактериями видов Sh.plexneri и Sh.dysenteriaе. Высокая степень сходства отмечается у токсинов (гемолизина) Cl.tetani, Bac.cereus и Diplococcus pneumonie и St.pyogenes, СL.perfringens.

Проведенные иммунологические исследования позволяют рассматривать микробные токсины как совокупность серогрупп, которые сходны в каких-то структурах по своему молекулярному строению. Стало ясно, что микробные токсины можно группировать не только по сходству происхождения (эндо- или экзо-), химической природе (белки, липополисахариды), по сходству в молекулярной организации, по его антигенной структуре, но и потому, какую роль играют отдельные структурные единицы или молекулы в патогенезе интоксикации на клеточном или субклеточном уровнях. Так, например, выявлено, что экзотоксины шигелл, синегнойной палочки, дифтерийной бактерии почти одинаковым образом блокируют синтез белков на субклеточном уровне, причем два последних выводят из строя один и тот же фермент - трансферазу II. Обнаружилась функциональная общность холерного токсина и термолабильного токсина E.coli, поражающее действие которых связано со способностью активировать клеточную аденилатциклазу.

Благодаря методическому подходу по разделению (дифференциации) микробных токсинов по указанному принципу были уточнены некоторые особенности микробных токсинов. Получены данные, что они отдельными участками своих молекул иммитируют (подражают) структуре ферментов, гормонов, нейромедиаторов макроорганизма. Возможно, эта особенность и обеспечивает микробным токсинам способность вмешиваться в обменные процессы у макроорганизма (человека).

Патогенез (болезнетворность), бактериальных токсинов.

Опираясь, на наиболее распространенную, схему дифференциации бактериальных токсинов рассмотрим, ту роль, которую они играют в патогенезе как при токсикоинфекциях и токсикозах человека, так и при других инфекционных болезнях. Патогенетическое действие экзотоксинов достаточно наглядно представлено в таблице 2 (R.Stanier et.all, 1976 г.)

Таблица 2

Основные экзотоксины и их патогенетическое воздействие. (по R. Stanier. et. all, 1976 г.)

Микроорганизмы

Экзотоксин

Механизм действия

Нейротоксин.

Нервно-мышечный синапс.

Подавляет выделение ацетилхолина.

Любая ткань в месте поражения.

Лецитиназная активность (разрушает клетки).

Любая ткань (по всему организму)

Подавляет синтез белка.

Энтеротоксин

Эпителий кишечника.

Нарушает регуляцию переноса электролитов, обезвоживая организм.

Bac.antracis Yer.pestis

«Токсин мор- ских свинок».

Любая ткань.

Неизучен.

Те токсины, которые выделяются во время роста грамположительными бактериями, являются истинными экзотоксинами. Их не обнаружили не в цитоплазме, не в структуре тела. По всей вероятности их синтез происходит на связанных с мембраной рибосомах. Однако механизм, с помощью которого эти белки выходят сквозь клеточную стенку наружу, полностью неясен. Неясна до конца и функция экзотоксина. Установлено, что многие не токсигенные штаммы размножаются в клетке хозяина так же интенсивно, как и токсигенные. Причем гены, определяющие синтез экзотоксина, часто локализованы в плазмидах или профагах, а не на бактериальной хромосоме. Сейчас выяснено, что дифтерийный токсин, токсин Str.pyoqenes, энтеротоксин Staph. aureus, токсин Cl.botulinum типа «D» детермируется генами профага, а некоторые токсины E.coli - плазмидными генами. Потеря данного генетического материала ведет к утрате способности продуцировать токсин. При введении в бактериальную клетку такого детерменированного профага или плазмиды, образование токсина восстанавливается. Другим примером иллюстрирующим выше проведенный тезис, могут служить токсины Cl.botulinum типа «А» и «В», а также Е- и i-токсины Cl.perfringens. Они образуются в результате протеолитического расщепления более крупных нетоксичных полипептидов. Для этого необходимо, чтобы протеолитические ферменты, расщепляющие их, выделялись бактериями в культуральную среду (жидкая питательная среда для размножения бактерий).

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ЭКЗОТОКСИНОВ проявляется вмешательством в работу определенных функций, тканевых клеток или в разрушении некоторых субклеточных структур. Примером первого может служить дифтеритический токсин, продуцируемый Cor.diphthеriae. Он влияет на процессы синтеза ДНК, РНК и белка клетки. Подавление этих процессов происходит в результате того, что токсин инактивирует фермент трансферазу II. А так как этот фермент способствует переносу растущей полипептидной цепи с одной молекулы т-РНК на другую на поверхности рибосом, то разрушение трансферазы II и останавливает синтез белка. Примером разрушения субклеточных структур бактериальным токсином может служить токсин Cl.perfringens. По своей природе это лецитиназа. Она расщепляет лецитин, являющийся важным структурным компонентом клеточной мембраны. Его расщепление приводит к разрушению мембраны разнообразных тканевых клеток, что возможно и является причиной распада тканей при газовой гангрене. Лецитиназу продуцируют и микроорганизмы родов Bacillus, Staphyloccocus, входящие в группу пищевых токсикозов.

Представители группы пищевых токсикоинфекций (например: E.coli, Sal.typhimurium, Cl.perfringens), а так же возбудители холеры и бактериальной дизентерии продуцируют энтеротоксины (entero - кишка), которые специфически действуют на эпителий кишечника. Механизм их действия заключается в том, что эти вещества связываются со специфическими рецепторами мембраны эпителия. Связанный токсин активирует мембранную аденилатциклазу, это вызывает повышение концентрации в клетке циклического аденозинмонофосфата (АМФ), что в свою очередь вызывает повышение скорости переноса электролитов, т.е. утечку из тканевых структур. Вместе с ними уходит и вода. В результате происходит потеря тканевой жидкости, а это приводит к обезвоживанию организма и шоку. Если не восполнить потерю жидкости и электролитов циркулирующих в организме, то наступает смерть.

Механизм патогенетического действия эндотоксинов иной. Как уже указывалось выше, по своей химической природе это комплекс липополисахаридов с белками клеточных стенок грамотрицательных бактерий. Таким образом они идентичны О -антигенам (соматическим антигеном) целой клетки. Эндотоксины выделены из всех патогенных граммотрицательных бактерий. Для токсинов этой группы характерны два типа механизма активности - они вызывают повышение температуры тела (пирогенность) и являются токсичными. Этими двумя свойствами обладает липополисахаридная фракция токсина, белковая фракция имеет только антигенные свойства. Пирогенная активность липосахаридного комплекса высока. Введение его лошади весом в 700 кг в количестве 0,000001 г вызывает повышение температуры тела. Известно, что температура животного, человека регулируется определенными центрами в головном мозге. Однако, эндотоксины не действуют на эти центры. Они действуют на полиморфноядерные лейкоциты, вызывая освобождение пирогенного вещества. Химическая природа его до настоящего времени точно не ясна, но установлено, что оно и вызывает повышение температуры. Патогенетическое действие данной группы токсинов заключается и в том, что они увеличивают проницаемость капилляров и вызывают разрушение клеток, в свою очередь выделяются воспалительные агенты, которые так же участвуют в развитие патологического процесса. Механизм воспалительного процесса до конца не известен, возможно тут значительную роль играет не токсин (липополисахаридная часть эндотоксина), а аллерген - т.е. антигенный продукт микроорганизма (соматическая часть клетки), который индуцирует воспалительную аллергическую реакцию у сенсибилизированного макроорганизма.

Так как целью данного издания является учебное справочное пособие по пищевым токсикоинфекциям и токсикозам, мы не будем рассматривать весь механизм патогенеза при различных инфекционных болезнях, а ограничимся выше приведенной информацией.

Оглавление темы "Патогенность микроорганизмов. Вирулентность.":
1. Патогенность микроорганизмов. Патогенные микроорганизмы. Патогенные микробы.
2. Условно-патогенные микроорганизмы. Условно-патогенные микробы. Оппортунистические патогены. Непатогенные микроорганизмы.
3. Облигатные паразиты. Факультативные паразиты. Случайные паразиты. Патогенность. Что такое патогенность?
4. Вирулентность. Что такое вирулентность? Критерии вирулентности. Летальная доза (DL, LD). Инфицирующая доза (ID).
5. Генетический контроль патогенности и вирулентности. Генотипическое снижение вирулентности. Фенотипическое снижение вирулентности. Аттенуация.
6. Факторы патогенности микроорганизмов. Факторы патогенности микробов. Способность к колонизации. Адгезия. Факторы колонизации.
7. Капсула как фактор патогенности микроорганизмов. Ингибирующие ферменты микробов как фактор патогенности. Инвазивность микроорганизмов.
8. Токсигенность микроорганизмов. Токсины. Парциальные токсины. Цитолизины. Протоксины.

10. Эндотоксины. Эндотоксины микроорганизмов. Эндотоксиновый шок. Эндотоксинемия. Экзоферменты. Суперантигены.

Экзотоксины - секреторные белковые вещества, обычно проявляющие ферментативную активность. Нередко экзотоксины служат единственным фактором вирулентности микроорганизма, действуют дистанционно (далеко за пределами очага инфицирования) и ответственны за клинические проявления инфекции (например, энтеротоксины вызывают диарею, нейротоксины - параличи и другие неврологические симптомы). Наибольшую токсичность проявляет ботулотоксин - 6 кг токсина могли бы убить всё человечество.

Высокая токсичность экзотоксинов обусловлена особенностью структуры их фрагментов, имитирующей строение субъединиц гормонов, ферментов или нейромедиаторов хозяина. В результате экзотоксины проявляют свойства антиметаболитов, блокируя функциональную активность естественных аналогов. Экзотоксины проявляют высокую иммуногежостъ, в ответ на их введение образуются специфические нейтрализующие AT (антитоксины). По степени связи с бактериальной клеткой экзотоксины разделяют на три группы - А, В и С.

Группа А экзотоксинов - токсины, секретируемые во внешнюю среду (например, токсин дифтерийной палочки).

Группа В экзотоксинов - токсины, частично секретируемые во внешнюю среду и частично ассоциированные с бактериальной клеткой (например, тетаноспазмин столбнячной палочки).

Группа С экзотоксинов - токсины, связанные с бактериальной клеткой и высвобождающиеся после её гибели {например, экзотоксины энтеробактерий). Свойства экзотоксинов

Экзотоксины обычно содержат бифункциональные (лигандныс и эффскторные) структуры. Первые распознают и связывают комплементарный рецептор (ганглиозиды, белки, гликопротеиды) на мембране клетки, вторые обеспечивают эффекторное действие, наиболее часто - гидролиз НАД до АДФ-рибозы и никотинамида с последующим переносом АДФ-рибозильного остатка на мишени.

Связывание и проникновение экзотоксинов в определённой степени напоминает механизм действия пептидных и гликопротеиновых гормонов, что обусловлено родством их молекулярных структур. Внутриклеточная мишень для эффекторной части молекулы токсина - обычно жизненно важная система, например биосинтеза белка (для А-токсина синегнойной палочки и шигелл) либо адснилатциклазная система (для холерогена, термолабилыюго токсина кишечной палочки или экзотоксина Bordetella pertussis).

Наиболее распространённая классификация экзотоксинов основана на характере мишеней для их эффектов: нейротоксины поражают клетки нервной ткани, гемолизины разрушают эритроциты, энтеротоксины поражают эпителий тонкого кишечника, дерматонекро-токсины вызывают некротические поражения кожных покровов, лейкоцидины повреждают фагоциты (лейкоциты) и т.д.

По механизму действия среди экзотоксинов выделяют цитотоксины (например, энтеротоксины или дерматонек-ротоксины), мембранотоксины (например, гемолизины и лейкоцидины), функциональные блокаторы (например, холероген), эксфолиатины и эритрогенины. Нередко патогенные бактерии синтезируют несколько экзотоксинов, проявляющих различное действие (летальное, гемолитическое, цитотоксическое и т.д.).

Если в отношении вирусов у ученых есть сомнения, являются ли они отдельной формой жизни (см. Кто такие вирусы), то с бактериями всё предельно понятно - это полноценные одно- или многоклеточные организмы. Современная наука знает порядка 10 тыс. видов бактерий (предполагается, что их существует более миллиона).

Бактерии куда крупнее вирусов, порядка 0,5-5 мкм. А самую крупную бактерию Thiomargarita namibiensis , которая известна на данный момент, можно увидеть невооруженным глазом, поскольку ее длина составляет 0,75 мм.

Благодаря достаточно крупным размерам, первые бактерии были обнаружены и описаны в далеком 1676 году. Сделал это известный голландский ученый-натуралист Антони ван Левенгук. Непосредственное название "бактерии" было введено Христианом Эренбергом в 1828 году.

Новый этап в изучении бактерий (молекулярная биология) начался в 30-е годы двадцатого столетия с изобретением электронного микроскопа, благодаря чему к 1961 году все бактерии по типу клеточного строения были разделены на прокариот и эукариот . В 1977 году, благодаря исследованиям К. Вёзе, прокариоты были разделены на собственно и археи .

Подавляющее большинство известных ныне бактерий имеют одноклеточное строение.

Чрезвычайно важное значение имеет форма бактерий :

  • округлую форму имеют кокки;
  • палочковидную - клостридии, бациллы, псевдомонады;
  • извитую - спирохеты, спириллы, вибрионы;
  • более редкие формы бактерий: С-образная, О-образная, кубическая, тетраэдрическая, звездоподобная.

В зависимости от своей формы, бактерии различаются способностью прикрепляться к поверхности, степенью подвижности, поглощением питательных веществ.

Может показаться странным, но аж до начала 20-го столетия медицина не различала бактериальные и вирусные инфекции по методу лечения. Главной задачей врача 19 века было оказание посильной помощи организму больного в надежде, что тот самостоятельно справится с недугом.

Всё перевернулось с "головы на ноги" в 1928 году, когда Александр Флеминг открыл пенициллин , - первый антибиотик, спасший жизни миллионов людей. Уникальное свойство пенициллина заключалось в том, что он эффективно убивал вредоносные бактерии, при этом не оказывал существенного негативного влияния на организм больного.

К сожалению, "музыка играла не долго". Вскоре выяснилось, что бактерии, борясь за жизнь, научились прекрасно мутировать, и традиционный пенициллин уже не оказывал на них своего "магического" действия. С тех пор и до наших дней идёт соревнование между бактериями и людьми "кто кого" - фармакологи изобретают все новые и новые антибиотики, а бактерии не без успеха приспосабливаются к ним. Чем закончится подобная "гонка вооружений", сказать трудно. Пессимисты считают, что в относительно недалеком будущем многие виды бактерий станут полностью неуязвимы и ныне банальная ангина станет смертельно опасным заболеванием.

В отличие от вирусов, многие бактерии не столь "привередливы" в выборе места обитания, например, стафилококк прекрасно себя чувствует и на коже, и в кишечнике, и в слизистой дыхательный путей, вызывая самые разнообразные болезни. В то же время, некоторые бактерии более избирательны, например, дизентерийная палочка уютнее всего чувствует себя в толстом кишечнике, а менингококк - в оболочках головного мозга. Такие возбудители являются причиной конкретных заболеваний (дизентерии и менингита).

Следует признать, что сами по себе бактерии, в общем-то, безобидные существа. Главная проблема заключается в том, что они являются практически полноценными живыми организмами, которые образуют продукты жизнедеятельности или токсины , которые и наносят вред организму-хозяину, в котором существуют бактерии.

Бактериальные токсины по своей сути являются ядами, при этом конкретная бактерия выделяет "свой" уникальный токсин, оказывающий специфическое негативное воздействие на организм человека, определяя тем самым симптомы конкретного заболевания, тяжесть которого определяется количеством выделяемых токсинов и их опасностью.

Токсины бывают двух видов :

  • эндотоксины во время жизни бактериальной клетки находятся внутри ее, и выделяются только после гибели бактерии;
  • экзотоксины выделяются во время жизнедеятельности бактерий - это самые опасные яды, вызывающие смертельно опасные болезни (сибирская язва, столбняк, ботулизм, газовая гангрена и проч.);
  • в некоторых случаях возможен комбинированный вариант, когда бактерии выделяют как эндо-, так и экзотоксины (например, холера).

ВАЖНО! Антибиотики не эффективны при лечении экзотоксических бактериальных инфекций . В подобных случаях требуется введение антитоксической сыворотки (специального лекарства, нейтрализующего действие экзотоксинов).

Проблема заключается в том, что во многих случаях время идет на часы, а антитоксическая сыворотка не является тем лекарством, которое можно приобрести в ближайшей аптеке. Решением проблемы является своевременная вакцинация, в результате проведения которой в организме человека уже находится антитоксин, способный нейтрализовать ядовитое действие экзотоксина. Вот почему так нужны своевременные прививки, например, от и (например, АКДС).

ВНИМАНИЕ! Информация, представленная на данном сайте, носит справочный характер. Мы не несем ответственности за возможные негативные последствия самолечения!

Патогенность микроорганизмов обусловлена вырабатыванием ими микробных токсинов, которые при попадании в организм человека вызывают отравления и конкретные заболевания. Эти токсичные соединения могут быть как растительного, так и животного происхождения. Но наибольшее распространение получили токсины, вырабатываемые бактериями.

Токсичные вещества образуются в результате жизнедеятельности болезнетворных микроорганизмов. Они могут оказывать свое разрушительное действие на клетки тканей человека или способствовать развитию симптомов интоксикации путем воздействия на определенные структуры, начинающие усиленно вырабатывать ферменты метаболизма.

В микробиологии бактериальные токсины, классификация которых основана на физико-химических свойствах, делятся на две группы.

Эндотоксины

Это липополисахариды, являющиеся компонентами стенок грамотрицательных бактерий. Они освобождаются и начинают оказывать свое действие только после гибели микробов. Их небольшое количество активизирует у людей выработку фагоцитов, В-лимфоцитов и интерферона. За счет данных факторов происходит повышение иммунитета и нейтрализация болезнетворных микробов и токсинов. Иногда организм реагирует на присутствие эндотоксинов аллергическими проявлениями.

При выделении значительных доз данных веществ они угнетают выработку иммунитета, увеличивают проницаемость капиллярных стенок, разрушают лейкоциты. Это проявляется в виде лейкопении, снижения общей температуры тела, гипотонии, снижении уровня pH крови.

Экзотоксины

Это белки, особенностью которых является способность сохранять биологическую активность вне бактериальной клетки. Механизм их действия основан на повышении проницаемости клеточных мембран, блокировке синтеза белковых структур, нарушении процесса взаимодействия клеток между собой.

Микробные экзотоксины, в свою очередь, делятся на 3 класса в зависимости от их связи с бактерией:

  • класс А - это белковые токсины, выделяемые во внешнюю среду;
  • класс В - это микробные токсины, которые одновременно секретируются во внешнюю среду, но при этом взаимодействуют с бактериальной клеткой;
  • класс С - это токсины микроорганизмов, которые при жизни связаны с клеткой микроба, а после ее гибели выделяются наружу.

Характеристика бактериальных токсинов в зависимости от влияния на ткани и органы людей, включает в себя:

  1. Нейротоксины. Оказывают негативное действие на нейроны, блокируя передачу нервных импульсов.
  2. Цитотоксины. Разрушают определенные участки или полностью растворяют мембраны различных клеток.
  3. Токсины-ферменты. Расщепляя участки белковых молекул и липидов, приводят к нарушению физиологических процессов у людей и животных.
  4. Токсины, ингибирующие ферменты. Нарушают взаимосвязь между процессами, происходящими в организме.

Специалисты также выделяют токсины, имеющие смешанный тип токсического воздействия.

Особенностью холерного вибриона и кишечной палочки является способность выделять одновременно как экзотоксины, так и эндотоксины, осложняя этим течение болезни и лечение.

Отдельное место в классификации занимают токсины грибов, которые называются микотоксинами. Они загрязняют овощи, фрукты, зерна злаковых культур, семена подсолнечника, а также развиваются при неправильном или длительном хранении в готовых пищевых продуктах. Наиболее опасны для человека токсины, выделяемые грибами рода Aspergillus.

Они вызывают аллергические реакции, токсические гепатиты, патологии почек и некоторые специфические инфекционные заболевания. Доказано, что данные токсические грибы провоцируют развитие злокачественных опухолей.

Наиболее опасные заболевания

Самые известные и наиболее опасные токсины продуцируют бактерии рода Clostridium, вызывающие такие заболевания, как ботулизм, газовая гангрена и столбняк.

Ботулизм

Возбудитель ботулизма Clostridium botulinum выделяет несколько разновидностей экзотоксинов, развиваясь преимущественно в рыбных, мясных и грибных консервах. Данные микроорганизмы проявляют свои патогенные свойства только в анаэробных условиях. В присутствии кислорода они погибают. Желудочный сок, воздействие низких температур (заморозка) и просаливание не инактивируют токсины, а вот длительная термическая обработка действует на них губительно.

Скопление ботулотоксинов в консервированных продуктах проявляется вздутием крышки тары (это явление называется бомбаж). Вкусовые качества при этом практически не изменяются. Иногда может присутствовать легкий привкус прогорклого жира, и только при значительном скоплении газов происходит изменение цвета и консистенции продуктов.

Газовая гангрена

Clostridium perfringens вызывает газовую гангрену, продуцируя 12 известных ядов, которые приводят к образованию отеков, газообразованию и некрозу тканей. Попадание патогенных микроорганизмов происходит во время ранений и получения огнестрельных, колотых, рваных и прочих ран, а также после травматических ампутаций. Благоприятными условиями образования токсинов в организме являются:

  • наличие в области раны омертвевших клеток;
  • анаэробные условия;
  • общее снижение сопротивляемости организма инфекциям.

Помимо этого, данные микроорганизмы могут вызывать пищевые отравления бактериальными токсинами, которые проявляются частой рвотой, диареей, эритематозной сыпью, повышением температуры тела.

Некоторые штаммы Clostridium perfringens не инактивируются даже кипячением в течение 6 часов и сохраняются в готовых пищевых продуктах при несоблюдении сроков и условий хранения.

Столбняк

Бактерия Clostridium tetani является возбудителем столбняка. Она продуцирует один из сильнейших микробных экзотоксинов, состоящий из двух фракций. Сначала выделяется тетанолизин, который разрушает клетки крови и подавляет фагоцитоз, способствуя скорейшему проникновению возбудителя к нервным ганглиям. Далее вырабатывается тетаноспазмин, блокирующий действие тормозных медиаторов. Это вызывает неконтролируемые мышечные сокращения, приводящие к генерализованным судорогам и летальному исходу.

При неблагоприятных условиях или при наличии кислорода бактерии Clostridium tetani образуют споры, которые длительное время могут сохранять жизнеспособность во внешней среде.

Токсичность условно-патогенных микроорганизмов

Некоторые штаммы стафилококков выделяют эндоксин, вызывающий патологии в желудочно-кишечном тракте человека. Накапливаясь в большом количестве в готовых молочных, мясных, рыбных продуктах и кондитерских изделиях, он может стать причиной сильных отравлений.

Токсичность сальмонелл дополняется патогенным действием живых микробов. При массовой гибели бактерий происходит интенсивное высвобождение эндотоксинов, нарушающих барьерную функцию стенок кишечника, что ускоряет процесс попадания сальмонелл в кровяное русло и развитие патологий в месте их локализации.

Заражение чаще всего происходит при поедании некачественных готовых мясных продуктов (зельцев, паштетов, колбас, студней, изделий из фарша).

Многие штаммы кишечной палочки (Escherichia coli) являются патогенными за счет выработки ими микробных токсинов, вызывающих острые пищевые отравления. Заражение происходит при поедании обсемененных молочных и мясных продуктов.

Бактериологическое оружие

К сожалению, в мировой практике зафиксировано немало случаев применения бактериологического оружия, которое представляет собой патогенную микрофлору, токсины бактерий и средства их доставки. Оно создано с целью массового уничтожения людей, животных или сельскохозяйственных растений.

В лабораториях тщательно изучается характеристика токсинов и болезнетворных микробов, которая становится основой для создания данного вида оружия. Культивирование патогенных микроорганизмов и создание препаратов, содержащих живые культуры и токсины, является главной задачей. Но при этом немаловажную роль играют и пути распространения микробов, к основным из которых относятся:

  • аэрогенный;
  • контактный;
  • алиментарный;
  • трансмиссивный.

Достаточно часто в качестве биологического оружия используется смесь различных патогенных микробов, что увеличивает процент заражения и летальности. Однако для этого выбираются штаммы, которые не передаются от зараженного человека здоровым людям. Это позволяет локализовать очаг поражения и не допустить распространения заболеваний на другие территории.

Современные ученые пытаются синтезировать подобное оружие. Для этого проводится доскональное изучение токсинов бактерий, их природы, свойства и получение искусственным путем их аналогов в лабораторных условиях.