Botulinické neurotoxiny
(nejnovější poznatky)
Kmeny Clostridium botulinum produkují 7 serologicky odlišných neurotoxinů. Tyto neurotoxiny jsou produkovány jako proteinový komplex (BoNT), hemaglutinin a netoxický nonhemaglutinin. Kmeny Clostridium botulinum s výjimkou typu C a D produkují pouze jeden druh neurotoxinu. Některé kmeny však mohou produkovat 2 typy toxinů; jeden ve větším množství, druhý v menším množství. Bylo také popsáno několik kmenů Cl. botulinum, typ A, které mají geny pro expresi neurotoxinu typu B, ale tyto geny nejsou obvykle vyjadřovány. Na chromozomu jsou ve formě tzv. spících genů.
NEUROTOXINY
- Botulotoxin - působí na periferní cholinergní synapse-eliminace nervových vzruchů v synapsích nervových buněk.
- Tetanotoxin - blokuje uvolnění inhibitorového mediátoru v synapsích míšních kořenů a v jádrech mozkových nervů.
| Typ neurotoxinu | Produkuje | Výskyt | Geografický výskyt |
|---|---|---|---|
| BoNT/A | Clostridium botulinum | lidé | USA, Čína |
| BoNT/B | Clostridium botulinum | lidé | Evropa, Čína |
| BoNT/C | Clostridium botulinum | zvířata | globálně |
| BoNT/D | Clostridium botulinum | zvířata | globálně |
| BoNT/E | Clostridium botulinum Clostridium butyricum |
ryby lidé |
globálně |
| BoNT/F | Clostridium botulinum Clostridium baratii |
zvířata | globálně |
| BoNT/G | Clostridium botulinum Clostridium argentinense* |
vzácně | Argentina |
| TeNT | Clostridium tetani | lidé zvířata |
globálně |
* - dřívější, dnes již neplatný název pro Clostridium botulinum, typ G
Tetanus (lockjaw, masseter muscle spasm)
| Klinické příznaky: | bolest hlavy neklid, nervozita a podrážděnost obrna svalů obtížné žvýkání a polykání strnutí šíje |
|---|---|
| Terapie: | dávka TIG: od 500 U až po 3000-6000 U 1U= mouse LD50 dose |
Geny pro expresi toxinů jsou přenášeny pomocí plasmidů. Toxiny jsou uvolňovány do prostředí po lyzi veget. buněk. CLTE není invazivní mikroorganismus.
Botulismus
| Klinické příznaky: | nucení ke zvracení zvracení průjem (ale i zácpa!) vzniká částečná obrna svalů |
|---|---|
| Inkubační doba: | 2h - 8 dní, obvykle 18-36 hod po pozření kontaminované potravy. Horečka doprovází raný botulismus, ale nikoliv alimentární botulismus. |
| Další příznaky: | minimální ptóza - poklesnutí orgánů - očního víčka - jako důsledek ochrnutí vznik křečovité grimasy v obličeji dvojité nebo rozostřené vidění náhlá až prudká ztráta hlasu rychlý nástup extenzivní paralýzy svalů, především dýchacích |
| Charakteristické příznaky botulismu: | náchylnost k unavenosti a vyčerpání s opakujícícími se svalovými kontrakcemi. |
Ne všechny kmeny CLBO jsou toxigenní.
Serotypy C a D jsou toxigenní jen tehdy, byly-li lyzogenizovány temperovanými bakteriofágy a nepůsobí na člověka. Geny odpovědné za produkci toxinů jsou přenášeny temperovanými bakteriofágy. U serotypů A a B nebylo zatím zjištěno, zda geny odpovědné za produkci toxinů jsou přenášeny pomocí temperovaných bakteriofágů nebo pomocí plazmidů.
Dávka 5x104 CFU/ml - minimální dávka vyvolávající smrt myši.
Jak pro CLBO, tak i pro CLTE - jsou-li vytvořeny spory, neurotoxiny jsou přítomny v těchto sporách.
Kmeny Clostridium botulinum a samotné botulinické neurotoxiny se velice často vyskytují jak na čerstvých, tak i v průmyslově zpracovávaných poživatinách. Kmeny Clostridium botulinum mohou růst i v prostředí, kde pH=4. Neurotoxiny Clostridium botulinum neztrácejí svou aktivitu v prostředí, kde pH=2,8! Spory Clostridium botulinum přežívají několikahodinový var a umožňují tak "přežití" těchto mikroorganismů v dramaticky zcela nevhodných podmínkách. Současné intoxikace botulismu v USA byly příčinou radikální změny tradičního pohledu na příčinu otrav botulinickými neurotoxiny. Tyto otravy byly dávány do souvislosti pouze s konzumací podomácku připravovaných uzenin. Většinu otrav botulotoxiny v USA dnes tvoří otravy z požití komerčně vyráběných poživatin, které jsou prodávány jak v plastových obalech, tak i v konzervách. Skladování těchto poživatin v chladničkách sice zabraňuje pomnožování případné bakteriální flóry, ale nijak neeliminuje jak vegetativní buňky, tak i spory a samotné neurotoxiny Clostridium botulinum.
Klostridiální botulinické neurotoxiny jsou produkovány bakteriálními buňkami ve formě inaktivních protoxinů - proteinových rětězců o molekulové váze 150 kDa spojených proteáza senzitivní kličkou. Jedná se vlastně o bílkovinný konglomerát tří 50 kDa domén. Působením endogenních a exogenních proteáz jsou tyto retězce štěpeny do formy dvou aktivních dvouřetězcových bílkovin spojených navzájem disulfidickými vazbami. První z obou řetězců je L (light) řetězec (50 kDa) a druhý je H (heavy) řetězec skládající se ze dvou 50 kDa domén (HC a HN doména). Tyto tři bílkovinné domény mají rozdílnou funkci při penetraci buněčného povrchu: HC doména je odpovědna za vazbu neurotoxinu na buněčný povrch, zatímco HN doména odpovídá za penetraci neurotoxinu. Uvnitř nervových buněk dochází k redukci tohoto bílkovinného komplexu. Tato redukce uvolňuje L řetězec, což je vlastně Zn2+- endopeptidáza (viz obr. 1). Centrální oblast L řetězce neurotoxinu je nejkonzervativnější částí L řetězce a tvoří vazebné místo pro Zn2+-endopeptidázu. Přávě přítomnost tohoto bílkovinného segmentu je zodpovědna za to, že botulinické neurotoxiny inhibují neuroexocytózu acetylcholinu prostřednictvím Zn2+-endopeptidázové aktivity svých L řetězců. Tímto způsobem neurotoxiny katalyzují hydrolýzu minimálně jedné ze tří bílkovin hrajících zásadní roli v neuroexocytóze acetylcholinu. Botulinické neurotoxiny mohou hydrolyzovat:
- VAMP (vesicle associated membrane protein)
- SNAP (synaptosomal-associated protein)
- Syntaxin (membrane II protein), který je umístěn v aktivní zóně presynaptické membrány.
Vlastní mechanismus intoxikace buněk neurotoxiny sestává ze 4 po sobě následujících kroků:
- Vazba botulinického neurotoxinu na povrch nervové buňky.
- Specifická vazba na VAMP-SNAP-Syntaxin bílkovinný komplex.
- Membránová translokace neurotoxinu.
- Enzymaticky cílená hydrolýza bílkovin odpovědných za proliferaci acetylcholinu.
Účinky botulotoxinu
- Smrtelná dávka pro člověka je 0,1 ng/kg živé váhy.
- Na "vyhubení" lidstva jako živočišného druhu, jež dnes čítá zhruba 5.7 miliardy jedinců, by postačilo pouhých 39 g botulotoxinu!!
- Botulotoxin je 800 milionkrát účinnější než kyanid, 400 milionkrát účinnější než arzenik a 100 milionkrát účinnější než jed z kobry.
Různí živočichové jsou různě vnímaví k botulotoxinu. K nejvnímavějším živočichům patří myši. Naproti tomu na želvy botulotoxin vůbec nepůsobí!
Předpokládá se, že jistá nejmenovaná arabská země disponuje v současné době zhruba 20000 l botulotoxinu, z čehož 10000 l je umístěno v dělostřeleckých granátech a raketách SCUD.
Obrázek 1: Schéma struktury a mechanismu aktivace botulinických neurotoxinů.
