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Le tossine La colonizzazione delle strutture esposte, il superamento delle barriere, l’invasione dei tessuti profondi comportano il danno anatomo-funzionale dell’ospite. Responsabili del danno possono essere sia i mediatori dell’ospite (enzimi lisosomiali, mediatori del sistema immune, etc..) che i fattori intrinseci di virulenza dei microrganismi tra cui il DANNO TISSUTALE. Le tossine sono responsabili del danno localizzato o sistemico che può derivare da: un effetto diretto sulle cellule dell’ospite un effetto indiretto, mediato dall’interazione di tali molecole con componenti cellulari dell’ospite All’attività tossica sono spesso associate altre funzioni che determinano la virulenza batterica. ES. la tossina di Bordetella pertussis favorisce l’aderenza del ceppo alle cellule epiteliali. Geni che codificano per la sintesi di tossine di Escherichia coli enterotossici o di Vibrio cholerae sono associati a geni che controllano la sintesi di adesine, la cui espressione comporta di conseguenza, la capacità del ceppo di aderire alle cellule ospiti e consentire alla tossina prodotta di interagire con lo specifico target recettoriale. CLASSIFICAZIONE ESOTOSSINE: Tossine di natura proteica, prodotte in basse concentrazioni e liberate dalla cellula in attivo metabolismo. Sono Termolabili. Si liberano nell’ambiente e sono separabili dai batteri con metodi fisici ENDOTOSSINE: Tossine di natura lipoproteica (LPS) liberate in alte concentrazioni durante la lisi cellulare. Sono Termostabili. Sono legate alla struttura dei batteri e si liberano solo dopo lisi del batterio. ESOTOSSINE ENDOTOSSINE Natura proteica Natura Lipopolisaccaridica Termolabili Termostabili Immunogene Immunogene Neutralizzabili da anticorpi Non neutralizzabili da anticorpi Profili di azione molto Profili di azione poco
differenziati differenziati Estrema potenza Meno potenti Alcune attive per ingestione Inattive per ingestione Le esotossine sono di natura proteica e rappresentano importanti fattori di virulenza in malattie, come la difterite, il tetano, il botulismo, il colera etc, nelle quali la sintomatologia clinica è legata esclusivamente al danno da esse prodotto. Per la loro natura chimica sono termolabili, di solito vengono inattivate da temperature superiori a 60°C. Mediante trattamento con formaldeide perdono il potere tossico, conservando quello antigenico (anatossine), il che le rende utilizzabili per la immunizzazione attiva (vaccinazione). I vaccini a base di anatossina vengono utilizzati nella profilassi attiva obbligatoria nei confronti di microrganismi responsabili di gravi patologie nell’uomo, quali la difterite e il tetano. Vengono classificate in base al bersaglio in NEUROTROPE: Attive sulle cellule del sistema nervoso. Le più importanti sono quella tetanica e del carbonchio che sono attive sulle cellule del SNC, mentre la botulinica è attiva su cellule del sistema periferico. ENTEROTOSSICHE: Attive sulle cellule della mucosa intestinale Citotossiche: che causano danni evidenti alle cellule Citotoniche: danni non evidenti. PANTROPE: Attive su tutte le cellule, inibiscono la sintesi proteica. Tossina difterica: inibisce la sintesi proteica e causa necrosi dell'epitelio,tessuto nervoso, muscolo cardiaco e rene. Possono essere classificate in base alla loro attività in Tossine che agiscono a livello extracellulare: la principale tossina che agisce a livello epidermico è la tossina epidermolitica prodotta da Staphylococcus aureus. Tossine che agiscono sulle membrane cellulari: sono le tossine citolitiche e le emolisine che portano alla lisi cellulare attraverso diversi meccanismi. Si inseriscono sulla membrana cellulare della cellula bersaglio con conseguente lisicellulare. Tra queste abbiamo le emolisine di E. coli
Molte tossine hanno attività ADP-ribosilante. Il processo della ribosilazione consiste nell’aggiunta di una molecola di ADP-ribosio sulla proteina bersaglio attraverso una molecola di NAD. Tossina colerica Dopo l’ingresso nell’ospite per mezzo di cibi e bevande contaminate, V. cholerae penetra nella mucosa intestinale e si attacca ai microvilli del bordo a spazzola delle cellule epiteliali intestinali dove rilascia la tossina. La tossina è di tipo binario con 2 subunità A (A1 e A2) e 5 subunità B. Quest’ultima lega rapidamente la tossina ai gangliosidi della membrana cellulare, mentre la subunità A penetra nella membrana cellulare, ADP-ribosila la proteina G; provoca un forte aumento dell’attività adenilciclasica e della concentrazione di cAMP. La netta conseguenza è la rapida secrezione di elettroliti nel lume dell’intestino tenue con alterazione dell’assorbimento di sodio e cloro e carbonato.Questo provoca una violenta diarrea acquosa. Tossina difterica Corynebacterium diphtheriae ha la forma di bastoncello ricurvo ed è capace di crescere sulle prime via respiratorie o sulle ferite cutanee minori.I ceppi che trasportano un fago temperato (fagi che fanno sia il ciclo litico che lisogeno) con gene strutturale per la tossina sono tossigeni, producono la tossina difterica e causano la difterite.La produzione della tossina dipende da vari fattori come la disponibilità di ferro che regola il tasso di crescita batterica. La tossina viene prodotta come un unico peptide che viene poi degradata enzimaticamente in due frammenti A e B, legati insieme da un legame disolfuro. B si lega con specifici recettori sulla membrana (un precursore del fattore di crescita epidermico) facendo penetrare A nel citosol. Qui si ha la ADP-ribosilazione del fattore EF-2 di allungamento della catena peptidica. Blocco della sintesi proteica.Tossina molto potente. Tossina botulinica Clostridium botulinum provoca il botulismo. Il batterio si trova nel suolo e nell’acqua e può crescere nei cibi in condizioni anaerobiche ambientali. In tale situazione produce una tossina potentissima. E’ termolabile e distrutta da un riscaldamento adeguato.
Nella ossina tetanica e tossina botulinica ci sono polipetidi unici che si dividono in frammeti A e B. Il frammento B delle due tossine riconosce recettori diversi sulle cellule, quindi diversi sono i bersagli. In entrambi i casi il frammento A, appena giunge nella cellula, esplica la sua attività di endopeptidasi-zinco dipendente, attiva sulle proteine necessarie per la neuroesocitosi. Tossine (neurotrope) che interferiscono con il rilascio di neurotrasmettitori: Meccanismo d’azione della tossina tetanica: blocco delle sinapsi inibitorie della contrazione muscolare riflessa. Meccanismo di azione della tossina botulinica: blocco della trasmissione dell’impulso a livello della giunzione neuromuscolare. Il frammento B si lega a recettori sui neuroni, facendo endocitare il frammento A, che risale fino alla placche neuromuscolari, dove blocca il rilascio del mediatore chimico acetilcolina, impedendo il passaggio dell’impulso motorio e causando la paralisi flaccida. Tossina tetanica Il Clostridium tetani è un batterio anaerobio Gram+. Si trova nell’ambiente e contamina le ferite. Le sue spore germinano non appena trovano le condizioni adatte. Le forme vegetative di C. tetani producono la tetanospasmina, una tossina composta da due peptidi legata da legami disolfurici. Tossina molto potente (sono sufficienti piccolissime quantità di tossina). La tossina si lega inizialmente a recettori periferici dei neuroni motori: il frammento A risale mediante un sistema di trasporto assonale retrogado fino ai corpi cellulari di questi neuroni, al midollo spinale e al tronco cerebrale. Giunta alle sinapsi inibitorie dei motoneuroni bulbari e spinali, blocca il rilascio del mediatore chimico GABA (acido g- aminobutirrico). I motoneuroni disinibiti inviano impulsi continui che provocano il tetano (paralisi spastica) Gangrena gassosa Le spore di Clostridium perfrigens vengono introdotte nelle ferite mediante la contaminazione con feci o terreno. In presenza di tessuto necrotico (ambiente anaerobico) le spore germinano e le cellule vegetative producono diverse forme di tossina. Molte di queste hanno effetto necrotizzante ed emolitico. Il tipo A è responsabile della maggior parte delle infezioni nell’uomo tra cui la
enterotossine stafilococciche e le tossine eritrogeniche A e C di S. pyogenes Tossiche per ingestione provocano intossicazioni alimentari. Tossiche per inalazione- la SEB rientra tra le armi biologiche. Resistono al riscaldamento. Provocano nausea, febbre, vomito e diarrea Sindrome da shock tossico Alcuni ceppi di S. aureus, cresciuti su mucose (ad esempio, vagina in associazione alle mestruazioni) o in ferite elaborano la tossina I dello shock tossico (TSST-1) che provoca la sindrome da shock tossico. La malattia è caratterizzata da shock, febbre elevata e da eritema diffuso che successivamente va incontro a desquamazione, che successivamente interessa altri organi e tessuti.La TSST-1 è un superantigene. Sull’inibizione delle tossine batteriche si basa la risposta immunitaria attiva dei principali vaccini antibatterici. Le tossine batteriche sono il principali bersaglio della sieroprofilassi. ANATOSSINE o tossoidi sono tossine proteiche batteriche alle quali è stato artificialmente eliminato il potere tossico preservando le proprietà antigeniche. Sono i costituenti dei principali vaccini antibatterici (vaccino antitetanico, antidifterico e antipertosse) Endotossine Sono prodotti tossici dei batteri, che fanno parte della loro struttura. Operativamente; centrifugando una brodocoltura, la tossicità si ritrova nel sedimento [con le cellule], non nel sopranatante. Tutti i Gram negativi possiedono l'endotossina classica, il lipopolisaccaride [ILPS] della membrana esterna. L’endotossina classica è il LIPOPOLISACCARIDE inserito nella membrana esterna dei Gram negativi. La porzione dell’LPS detta lipida A è responsabile dell’attività endotossica. Il lipide A consiste di un dimero di N-acetilalucosamina [NAG] fosforilato, con attaccati 6 o 7 acidi grassi saturi, in parte attaccati
direttamente ai NAG, in parte esterificati a 3-idrossi acidi grassi. La struttura del lipide A è molto conservata; in particolare, è praticamente identica in tutte le Enterobacteriaceae. Le endotossine sono induttori non specifici dell’infiammazione. Inducono il rilascio di citochine, stimolano varie cellule a produrre delle citochine, incluse IL-1 e TNF. L’attività tossica è dose- dipendente. A basse concentrazioni l’LPS stimola l’insorgenza di risposte protettive quali febbre e attiva la risposta immunitaria e infiammatoria dell’ospite. Ciò contrasta l’invasione da parte dei batteri Gram negativi con attivazione dei macrofagi e killing intracellulare, proliferazione dei linfociti T, attivazione del processo infiammatorio sul luogo dell’infezione e produzione di peptidi antimicrobici.
