Toxinas bacterianas y exotoxinas

Las exotoxinas son proteínas secretadas por bacterias que dañan las células huésped, a menudo en sitios distantes del organismo infeccioso y en concentraciones extremadamente bajas. Consideradas entre los venenos biológicos más potentes conocidos, son responsables de gran parte del daño tisular específico en enfermedades como la difteria, el cólera, el tétanos y el botulismo, y han influido tanto en la comprensión de la patogénesis como en el desarrollo de vacunas.

Definition

Una exotoxina es una proteína soluble secretada (o liberada) por bacterias que actúa sobre las células huésped para causar daño; muchas son toxinas AB, en las que un componente de unión (B) entrega un componente enzimáticamente activo (A) en la célula diana.

Scope

Este tema abarca las principales clases estructurales y funcionales de toxinas proteicas bacterianas, la arquitectura AB (de unión y activa) compartida por muchas de ellas, sus principales modos de acción sobre las células huésped y su relación con las enfermedades y las vacunas toxoides. Es un tema de referencia; no aborda el manejo clínico de ninguna intoxicación.

Core questions

• ¿Cómo se estructuran las toxinas proteicas bacterianas y cómo el diseño AB separa la unión de la actividad?
• ¿Mediante qué mecanismos enzimáticos o de membrana las exotoxinas dañan las células huésped?
• ¿Cómo se relacionan las exotoxinas con enfermedades específicas y con las vacunas basadas en toxoides?

Key concepts

• Exotoxina versus endotoxina
• Arquitectura de toxina AB
• Toxinas ADP-ribosilantes (p. ej., difteria, cólera, tos ferina)
• Toxinas formadoras de poros
• Neurotoxinas (tétanos, botulismo)
• Superantígenos
• Vacunas toxoides

Mechanisms

Muchas exotoxinas comparten una organización AB: una porción B se une a un receptor de la célula huésped y media la entrada, mientras que una porción A transporta la actividad enzimática al citosol. Las actividades comunes del dominio A incluyen la ADP-ribosilación de dianas del huésped (la toxina diftérica inactiva el factor de elongación 2 para detener la síntesis de proteínas; la toxina colérica modifica una proteína G para desregular el AMP cíclico), la proteólisis de las proteínas SNARE neuronales por las neurotoxinas tetánica y botulínica, y otras modificaciones covalentes. Una clase separada, las toxinas formadoras de poros, se inserta en las membranas del huésped para alterar su integridad, y los superantígenos actúan mediante la reticulación de los receptores MHC y de células T para desencadenar una liberación masiva de citocinas. Dado que el sitio activo impulsa la toxicidad, las toxinas inactivadas químicamente (toxoides) conservan la inmunogenicidad y constituyen la base de varias vacunas.

Clinical relevance

Las exotoxinas explican los signos específicos de varias enfermedades bacterianas clásicas y son la base antigénica de las vacunas toxoides, como las contra la difteria y el tétanos. Esta entrada resume la biología de las toxinas como referencia y no es una guía para diagnosticar o tratar intoxicaciones.

History

Las toxinas bacterianas fueron de los primeros factores de virulencia identificados: los trabajos de finales del siglo XIX sobre las toxinas diftérica y tetánica condujeron directamente a las antitoxinas y a las vacunas toxoides de principios del siglo XX. Estudios moleculares posteriores dilucidaron la arquitectura AB y las actividades enzimáticas que definen las principales familias de toxinas, vinculando lesiones bioquímicas específicas con la enfermedad.

Key figures

• Alison D. O'Brien
• R. John Collier
• Joseph T. Barbieri

Seminal works

• schmitt-1999
• henkel-2010

Frequently asked questions

¿Cuál es la diferencia entre una exotoxina y una endotoxina?

Una exotoxina es una proteína secretada con actividad específica, a menudo enzimática, que puede actuar lejos de la bacteria, mientras que la endotoxina es el lipopolisacárido de la membrana externa gramnegativa, liberado principalmente tras la lisis celular, que desencadena una inflamación generalizada.

¿Qué es un toxoide?

Un toxoide es una toxina bacteriana que ha sido inactivada químicamente de modo que ya no causa daño, pero aún provoca una respuesta de anticuerpos protectora, lo cual es el principio detrás de las vacunas contra la difteria y el tétanos.