Độc tố vi khuẩn và Ngoại độc tố

Ngoại độc tố là các protein do vi khuẩn tiết ra gây tổn thương tế bào chủ, thường ở những vị trí xa vi sinh vật gây nhiễm và ở nồng độ cực thấp. Nằm trong số những chất độc sinh học mạnh nhất được biết đến, chúng gây ra phần lớn tổn thương mô đặc hiệu trong các bệnh như bạch hầu, tả, uốn ván và ngộ độc thịt, đồng thời định hình cả sự hiểu biết về cơ chế bệnh sinh và sự phát triển của vắc-xin.

Definition

Ngoại độc tố là một protein hòa tan được tiết ra (hoặc giải phóng) bởi vi khuẩn, tác động lên tế bào chủ để gây tổn thương; nhiều loại là độc tố AB, trong đó một thành phần gắn kết (B) đưa một thành phần hoạt động enzyme (A) vào tế bào đích.

Scope

Chủ đề này bao gồm các lớp cấu trúc và chức năng chính của độc tố protein vi khuẩn, kiến trúc AB (gắn kết và hoạt động) được chia sẻ bởi nhiều loại trong số chúng, các cơ chế hoạt động chính của chúng trên tế bào chủ, và mối quan hệ của chúng với bệnh tật và vắc-xin giải độc tố. Đây là một chủ đề tham khảo; nó không đề cập đến việc quản lý lâm sàng bất kỳ trường hợp ngộ độc nào.

Core questions

• Các độc tố protein vi khuẩn được cấu trúc như thế nào, và thiết kế AB phân tách sự gắn kết khỏi hoạt động như thế nào?
• Bằng những cơ chế enzyme hoặc màng nào mà ngoại độc tố gây tổn thương tế bào chủ?
• Ngoại độc tố liên quan như thế nào đến các bệnh cụ thể và các vắc-xin dựa trên giải độc tố?

Key concepts

• Ngoại độc tố so với nội độc tố
• Kiến trúc độc tố AB
• Độc tố ADP-ribosyl hóa (ví dụ: bạch hầu, tả, ho gà)
• Độc tố tạo lỗ
• Độc tố thần kinh (uốn ván, botulinum)
• Siêu kháng nguyên
• Vắc-xin giải độc tố

Mechanisms

Nhiều ngoại độc tố có chung cấu trúc AB: một phần B gắn kết với thụ thể tế bào chủ và trung gian cho sự xâm nhập, trong khi một phần A mang hoạt tính enzyme vào bào tương. Các hoạt động phổ biến của miền A bao gồm ADP-ribosyl hóa các mục tiêu của tế bào chủ (độc tố bạch hầu làm bất hoạt yếu tố kéo dài 2 để ngăn chặn tổng hợp protein; độc tố tả làm biến đổi protein G để làm rối loạn AMP vòng), phân giải protein SNARE thần kinh bởi độc tố thần kinh uốn ván và độc tố botulinum, và các biến đổi cộng hóa trị khác. Một lớp riêng biệt, các độc tố tạo lỗ, chèn vào màng tế bào chủ để phá vỡ tính toàn vẹn của chúng, và siêu kháng nguyên hoạt động bằng cách liên kết chéo MHC và thụ thể tế bào T để kích hoạt giải phóng cytokine ồ ạt. Vì vị trí hoạt động thúc đẩy độc tính, các độc tố bị bất hoạt hóa học (giải độc tố) vẫn giữ được tính sinh miễn dịch và tạo thành cơ sở của một số loại vắc-xin.

Clinical relevance

Ngoại độc tố giải thích các dấu hiệu đặc trưng của một số bệnh vi khuẩn kinh điển và là cơ sở kháng nguyên của các vắc-xin giải độc tố như vắc-xin chống bạch hầu và uốn ván. Mục này tóm tắt sinh học độc tố để tham khảo và không phải là hướng dẫn chẩn đoán hoặc điều trị ngộ độc.

History

Độc tố vi khuẩn là một trong những yếu tố độc lực đầu tiên được xác định: công trình nghiên cứu cuối thế kỷ XIX về độc tố bạch hầu và uốn ván đã trực tiếp dẫn đến các kháng độc tố và vắc-xin giải độc tố vào đầu thế kỷ XX. Các nghiên cứu phân tử sau này đã làm rõ kiến trúc AB và các hoạt động enzyme xác định các họ độc tố chính, liên kết các tổn thương sinh hóa cụ thể với bệnh tật.

Key figures

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

Seminal works

• schmitt-1999
• henkel-2010

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa ngoại độc tố và nội độc tố là gì?

Ngoại độc tố là một protein được tiết ra với hoạt tính đặc hiệu, thường là enzyme, có thể hoạt động cách xa vi khuẩn, trong khi nội độc tố là lipopolysaccharide của màng ngoài Gram âm, được giải phóng chủ yếu khi tế bào bị ly giải, gây ra viêm nhiễm toàn thân.

Giải độc tố là gì?

Giải độc tố là một độc tố vi khuẩn đã được bất hoạt hóa học để nó không còn gây tổn thương nhưng vẫn kích thích phản ứng kháng thể bảo vệ, đây là nguyên tắc đằng sau vắc-xin bạch hầu và uốn ván.