Toksyna drobnoustrojowa - Microbial toxin

Toksyny mikrobiologiczne to toksyny wytwarzane przez mikroorganizmy, w tym bakterie i grzyby. Toksyny drobnoustrojów sprzyjają infekcjom i chorobom, bezpośrednio uszkadzając tkanki gospodarza i osłabiając układ odpornościowy. Niektóre toksyny bakteryjne, takie jak neurotoksyny botulinowe , są najsilniejszymi znanymi naturalnymi toksynami. Jednak toksyny drobnoustrojowe mają również ważne zastosowania w naukach medycznych i badaniach naukowych. Obecnie opracowywane są nowe metody wykrywania toksyn bakteryjnych, aby lepiej izolować i rozumieć te toksyny. Potencjalne zastosowania badań nad toksynami obejmują zwalczanie wirulencji drobnoustrojów, opracowywanie nowych leków przeciwnowotworowych i innych leków oraz stosowanie toksyn jako narzędzi w neurobiologii i biologii komórkowej .

Toksyna bakteryjna

Bakterie wytwarzają toksyny, które można sklasyfikować jako egzotoksyny lub endotoksyny . Egzotoksyny są generowane i aktywnie wydzielane; endotoksyny pozostają częścią bakterii. Zwykle endotoksyna jest częścią zewnętrznej błony bakteryjnej i nie jest uwalniana, dopóki bakteria nie zostanie zabita przez układ odpornościowy . Reakcja organizmu na endotoksynę może obejmować ciężki stan zapalny . Ogólnie proces zapalny jest zwykle uważany za korzystny dla zakażonego żywiciela, ale jeśli reakcja jest wystarczająco ciężka, może prowadzić do posocznicy .

W leczeniu nowotworów można stosować niektóre toksyny bakteryjne .

Toksynoza jest patogenezą wywoływaną przez samą toksynę bakteryjną, niekoniecznie obejmującą infekcję bakteryjną (np. Gdy bakterie obumarły, ale już wyprodukowały toksynę, która została połknięta). Może to być spowodowane na przykład toksynami Staphylococcus aureus .

Metody wykrywania w środowiskach słodkowodnych

Sinice to ważne bakterie autotroficzne w wodnej sieci pokarmowej. Eksplozje cyjanobakterii zwane zakwitami glonów mogą wytwarzać toksyny szkodliwe zarówno dla ekosystemu, jak i dla zdrowia ludzi. Wykrywanie zasięgu zakwitu glonów rozpoczyna się od pobrania próbek wody na różnych głębokościach iw różnych miejscach zakwitu.

Śledzenie toksyn adsorpcyjnych w fazie stałej (SPATT)

SPATT jest użytecznym narzędziem do śledzenia zakwitów glonów, ponieważ jest niezawodny, wrażliwy i niedrogi. Jedną z wad jest to, że nie daje bardzo dobrych wyników w przypadku toksyn rozpuszczalnych w wodzie w porównaniu ze związkami hydrofobowymi. To narzędzie jest używane głównie do określania międzykomórkowych stężeń toksyn, ale cyjanobakterie można również poddać lizie, aby określić całkowitą ilość toksyn w próbce.

Reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR)

PCR to narzędzie molekularne, które umożliwia analizę informacji genetycznej. PCR służy do amplifikacji ilości określonego DNA w próbce, które są zwykle specyficznymi genami w próbce. Cele genetyczne cyjanobakterii w PCR obejmują gen rybosomalnego RNA 16S, operon fikocyjaniny, region rozdzielający podlegający transkrypcji wewnętrznej i gen podjednostki β polimerazy RNA. PCR jest skuteczny, gdy znany jest gen znanego enzymu do wytwarzania toksyny drobnoustrojowej lub samej toksyny drobnoustrojowej.

Hamowanie enzymów

Istnieje wiele różnych sposobów monitorowania poziomu enzymów poprzez ich hamowanie. Ogólną zasadą w wielu z nich jest wykorzystanie wiedzy, że wiele enzymów jest napędzanych przez związki uwalniające fosforany, takie jak trifosforan adenozyny . Z użyciem znakowanego izotopowo 32 fosforanem p fluorometrycznym analizy może być używany. Lub unikalne polimery mogą być używane do unieruchamiania enzymów i działać w elektrochemicznym biosensorze. Ogólnie rzecz biorąc, korzyści obejmują szybki czas odpowiedzi i niewielkie przygotowanie próbek. Niektóre z wad obejmują brak specyficzności pod względem możliwości uzyskania odczytów bardzo małych ilości toksyn i sztywność testów w stosowaniu pewnych procedur do różnych toksyn.

Metody immunochemiczne

Ta metoda wykrywania wykorzystuje przeciwciała ssaków do wiązania toksyn drobnoustrojów, które mogą być następnie przetwarzane na wiele różnych sposobów. Wśród komercyjnych sposobów stosowania wykrywania immunochemicznego byłyby testy immunoenzymatyczne (ELISA). Test ten ma tę zaletę, że umożliwia badanie przesiewowe pod kątem szerokiego zakresu toksyn, ale może powodować problemy ze specyficznością w zależności od zastosowanego przeciwciała. Bardziej egzotyczna konfiguracja obejmuje użycie kropek kwantowych CdS, które są używane w elektrochemiluminescencyjnym immunosensorze. Głównym aspektem metod immunochemicznych testowanych w laboratoriach jest wykorzystanie nanodrutów i innych nanomateriałów do wykrywania toksyn drobnoustrojów.

Toksyny Clostridium

Na świecie istnieje ponad 200 gatunków Clostridium, które żyją w przyziemnych miejscach, takich jak gleba, woda, kurz, a nawet nasz przewód pokarmowy. Niektóre z tych gatunków wytwarzają szkodliwe toksyny, takie jak między innymi toksyna botulinowa i toksyna tężcowa. Większość gatunków Clostridium, które mają toksyny, zazwyczaj ma toksyny binarne, przy czym pierwsza jednostka bierze udział w wprowadzaniu toksyny do komórki, a druga jednostka powoduje stres komórkowy lub deformację.

Neurotoksyna botulinowa

Neurotoksyny botulinowe (BoNT) są czynnikami sprawczymi śmiertelnego zatrucia pokarmowego, jakim jest zatrucie pokarmowe, i mogą stanowić poważne zagrożenie wojną biologiczną ze względu na ich ekstremalną toksyczność i łatwość produkcji. Służą również jako potężne narzędzia do leczenia stale rozszerzającej się listy schorzeń.

Toksyna tężcowa

Clostridium tetani wytwarza toksynę tężcową (białko TeNT), która prowadzi do śmiertelnego stanu znanego jako tężec u wielu kręgowców (w tym ludzi) i bezkręgowców.

Tetrodotoksyny

Te toksyny są wytwarzane przez bakterie wibroniczne i lubią gromadzić się w organizmach morskich, takich jak rozdymkowate. Toksyny te powstają, gdy bakterie wibrujące są zestresowane zmianami temperatury i zasolenia środowiska, co prowadzi do produkcji toksyn. Głównym zagrożeniem dla ludzi jest spożywanie skażonych owoców morza. Zatrucie tetrodotoksynami staje się powszechne w bardziej północnych i zazwyczaj zimniejszych wodach morskich, ponieważ wyższe opady i cieplejsze wody spowodowane zmianami klimatu powodują, że bakterie wibrujące wytwarzają toksyny.

Toksyny gronkowcowe

Białka powodujące unikanie odporności ze Staphylococcus aureus mają znaczną ochronę struktur białkowych i szereg działań, które wszystkie są skierowane na dwa kluczowe elementy odporności gospodarza, dopełniacz i neutrofile. Te wydzielane czynniki wirulencji pomagają bakterii w przeżywaniu mechanizmów odpowiedzi immunologicznej.

Wirusowa toksyna

Do tej pory opisano tylko jedną wirusową toksynę: NSP4 z rotawirusa . Hamuje szlak wydzielniczy, w którym pośredniczą mikrotubule i zmienia organizację cytoszkieletu w spolaryzowanych komórkach nabłonka . Został zidentyfikowany jako wirusowa enterotoksyna na podstawie obserwacji, że białko to powodowało biegunkę po podaniu dootrzewnowym lub do jelita krętego niemowlętom myszy w sposób zależny od wieku. NSP4 może indukować wydzielanie cieczy wodnistej w przewodzie pokarmowym noworodków myszy poprzez aktywację przepuszczalności anionów błony komórkowej zależnej od wieku i Ca2 +.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne