XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Токсины – важнейшие факторы патогенности, вырабатываемые микроорганизмами и приводящие в действие основные механизмы инфекционного процесса, вызывая системные поражения, которые характеризуют проявления того или иного инфекционного заболевания. Их традиционно подразделяют на эндотоксины и экзотоксины. В настоящее время используется довольно много методов лабораторного изучения и выявления токсинов и их количества в организме, что необходимо для разработки биопрепаратов, направленных на борьбу с ними.

Ключевые слова: эндотоксины, экзотоксины, инфекционный процесс, лабораторная диагностика.

Toxins are the most important pathogenicity factors produced by microorganisms and activating the main mechanisms of the infectious process, causing systemic lesions that characterize the manifestations of an infectious disease. They are traditionally divided into endotoxins and exotoxins. Currently, quite a lot of methods are used for laboratory study and detection of toxins and their amount in the body, which is necessary for the development of biological products aimed at combating them.

Key words: endotoxins, exotoxins, infectious diseases, laboratory diagnostics

Токсинами принято называть белковые вещества, которые образуются преимущественно микроорганизмами и обладают специфическим действием на организм человека или животных [1].

Токсины - биологически активные вещества. Они являются важнейшими факторами патогенности и оказывают влияние на живые клетки и их процессы, например, синтез белков, клеточных мембран, транспорт веществ, трансдукцию сигнала и другие. Патогенные микроорганизмы, развивающиеся в организме, продуцируют экзотоксины, которые секретируются живой клеткой и выделяются в окружающую среду. Эндотоксины - токсические субстанции, которые обычно содержатся в клеточной стенке грамотрицательных бактерий и освобождаются из нее при лизисе клетки. Они термостабильны, мало чувствительны к химическим веществам, не переходят в анатоксины. Представляют собой комплекс из липополисахарида (ЛПС), белковых и фосфолипидных форм. [2]

Многочисленные исследования показали, что липополисахарид позволяет реализовать в эксперименте практически все физиологические эффекты эндотоксина. Липополисахарид синтезируется в цитоплазматической мембране и транспортируется в наружную мембрану в виде полной молекулы [3].

Три компонента входят в состав липополисахарида эндотоксина всех грамотрицательных бактерий: липид A, ядро и O-полисахарид. В отличие от экзотоксинов, ЛПС выделяется во внешнюю среду в основном при разрушении бактериальных клеток [4].

Наиболее важным представляется взаимодействие эндотоксина со специфическими иммуноглобулинами. Антитела могут вырабатываться ко всем трем компонентам липополисахарида, но наиболее иммуногенной является его O-полисахаридная часть, вариабельность которой обусловливает разнообразие антител, образующихся при инфицировании различными штаммами грамотрицательных микроорганизмов. Эти антитела являются штаммспецифичными и плохо реагируют с липополисахаридами других организмов. Однако рядом клинических и экспериментальных исследований показано, что как в условиях естественно перенесенной грамотрицательной инфекции, так и после активной иммунизации антигенами микробов кишечной группы в организме, наряду с узкоспецифичными антителами всегда образуются и антитела к наиболее консервативной части эндотоксина -гликолипиду, позволяющие расценивать их как универсальный маркер ответной реакции организма на системную эндотоксинемию.

Человек находится в постоянном контакте с эндотоксином, т.к. в кишечнике обитает довольно большое количество грамотрицательных бактерий. В норме у человека проникновение малых доз эндотоксина приводит к развитию системной эндотоксинемии, которая обеспечивает поддержание всех частей иммунной системы в состоянии физиологического тонуса и адаптацию макроорганизма к изменяющимся условиям. В 1 мл плазмы крови содержится примерно 3-10 пкг эндотоксина. У здоровых людей имеются резервы связывания эндотоксина лейкоцитами [3].

Экзотоксины - вещества белковой природы. Считаются ядами высшей токсичности. К ним относятся секретируемые или растворимые микробные токсины. Выделяются живыми, преимущественно грамположительными бактериями, избирательно повреждают клетки хозяина и легко проникают в окружающую среду из микробных клеток. Они обладают специфичностью действия, являются сильными антигенами, при специальной обработке переходят в анатоксины. Являются термолабильными, разрушаются протеолитическими ферментами, чувствительны к спирту, кислотам, щелочам, пищеварительным ферментам, а также под действием формалина и температуры способны переходить в анатоксины, которые применяются для профилактики заболеваний столбняка, гангрены, ботулизма, дифтерии, а также используются в виде антигенов для иммунизации животных с целью получения анатоксических сывороток.

Например, известно несколько видов ботулотоксинов (разновидностей экзотоксинов): А, В, С, D, Е, F, G, H. Эти токсины подобны друг другу по характеру поражающего действия, но различаются набором и количеством аминокислот, и последовательностью их сцепления, степенью токсичности и иммуногенными свойствами. Для людей наиболее опасными являются токсины А, В, Е. Из них максимальной токсичностью обладает токсин типа А [5].

Белковые токсины подразделяют на 4 группы:

Мембранотоксины - повышают проницаемость поверхностной мембраны эритроцитов (гемолизины) и лейкоцитов (лейкоцидины), вызывая гемолиз первых и разрушая вторые.

Встраиваясь в мембрану клетки, образуют в ней канал, который гидрофилен внутри и гидрофобен снаружи.

В результате происходит нарушение саморегуляции клетки, которая погибает от осмотического шока.

Нейротоксины – действуют на клетки нервной системы. Они являются функциональными блокаторами. Вмешиваются в метаболические процессы клеток, что приводит к нарушениям функционирования органов (нейротоксины возбудителей столбняка и ботулизма блокируют передачу нервных импульсов в клетках спинного и головного мозга);

Энтеротоксины – действуют на клетки ЖКТ. Они приводят к активности клетки аденилатциклазы, чем нарушают энтеросорбацию.

Цитотоксины (дермонекротоксины) - блокируют синтез белка на субклеточном уровне [2].

Многие бактерии могут образовывать сразу несколько токсинов, которые будут относиться к разным функциональным группам. Так, например, токсины микроорганизмов, которые относятся к отдаленным друг от друга родам и семействам, занимают различные экологические ниши, способны вызывать разнообразные по своему проявлению инфекционные заболевания, оказались весьма сходными по механизму действия и по критическим для проявления токсичности структурам.

Бактерии, продуцирующие экзотоксины, вызывают токсинемические инфекции, при которых микроорганизм остается в месте входных ворот инфекции, а основные клинические проявления связаны с действием белкового экзотоксина (дифтерия, столбняк, ботулизм, газовая анаэробная инфекция).

Эпидемиологи используют различные методы индикации заболеваний. Спектр данных методов достаточно широк: от традиционных бактериоскопических и бактериологических методов, постановки биопроб на животных, до метода флуоресцирующих антител (МФА), реакции непрямой гемагглютинации (РНГА), твердофазного иммуноферментного анализа (ТИФА), полимеразной цепной реакции (ПЦР) [6].

Обнаружение токсинов в лабораторной диагностике инфекций, например, ботулизма или микотоксикоза заключается в том, что материал, который содержит токсин вводят чувствительным биологическим моделям (лабораторным животным). По гибели животного или проявлению у него заболевания, возникшего в органах, судят о наличии токсина. Обнаружение токсина и определение его количества необходимо для приготовления биопрепарата анатоксина.

Список литературы:

Шамсутдинов А.Ф., Тюрин Ю.А. Белковые токсины Staphylococcus aureus// Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2014. №2. С.113-120

Каюмов А. Р., Богачев А. И., Михайлова Е. О. Сравнительный анализ структуры белковых токсинов водных патогенных микроорганизмов// Вестник Казанского технологического университета. 2011. №7. С.175-180

Конев Ю. В., Лазебник Л. Б. Метаболизм эндотоксина в организме и его роль в процессе инволюции// Клиническая геронтология. 2009. №1. С.39-46

Русанова Е. В., Ниязматов А. Г., Протас И. М. Роль эндотоксина в развитии гнойно-септических заболеваний и методы его выявления в крови// Альманах клинической медицины. 2013. №29. С.70-73

Немекин В. Н. Рябинин О. Н. Токсины и оценка их поражающего действия// Современные технологии обеспечения гражданской обороны и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. 2015 .№1. С.228-232

Ярков С.П., Шиленко И.В., Скопинская С.Н. Злобин В.Н. Комплект для выявления возбудителей особо опасных заболеваний и токсинов люминесцентным иммунохроматографическим анализом// Проблемы особо опасных инфекций. 2008. №2. С.46-49