Shiga Toxiny Escherichia coli

Shigella dysenteriae typ 1 způsobuje bacilární úplavice a produkuje klasické Shiga toxin (Stx). Některé patogenní E. coli, které způsobují onemocnění u lidí nebo zvířat, produkují toxiny (v současné době označené Stx1 a Stx2), které úzce souvisejí s Stx. Tyto toxiny E. coli Shiga byly dříve nazývány toxiny podobné Shiga (SLT) nebo toxiny Vero (VT). E. coli, které způsobují hemoragickou kolitidu a hemolytický uremický syndrom u lidí (enterohemoragická e. coli ) obvykle produkují střední až velké množství Stx1, Stx2, nebo obojí, a E. coli, které způsobují edém onemocnění u prasat vyrábět varianta Stx2 nazývá Stx2e.

Klasifikace Shiga toxinů je založena na jejich antigenicity, aminokyselinových sekvencí a biochemických vlastností. Stx1 a Stx jsou antigenně nerozeznatelné a liší se jedinou konzervativní substitucí aminokyselin. Stx2 a Stx2e nekříží antigenně s Stx / Stx1, ale vykazují mezi sebou částečnou antigenní zkříženou aktivitu. Aminokyselinové sekvence Stx2 a Stx2e jsou navzájem homolognější než u Stx / Stx1. Byly charakterizovány další varianty stx2 označené Stx2c a Stx2d. Biologická aktivita Stx2d, ale ne aktivita Stx2, Stx2c a Stx2e, se aktivuje inkubací toxinu v přítomnosti lidského střevního hlenu.

operons, které kódují Stx1 a Stx2 jsou umístěny na různých fágů v EHEC, a jednotlivé EHEC kmeny mohou produkovat Stx1 pouze, jeden nebo více variant Stx2, nebo oba Stx1 a Stx2. Operony pro Stx U S. dysenteriae typu 1 a pro Stx2e U E. coli se nacházejí na bakteriálním chromozomu. Syntéza Stx S. dysenteriae typ 1 a Stx1 E. coli je inhibována vysokou koncentrací železa v růstovém médiu, a to železo-dependentní represe je zprostředkována Kožešiny. Naproti tomu syntéza Stx2 a Stx2e E. coli není regulována železem.

prototyp konverze fágů pro Stx1, určené H19A a H19B, byly izolovány z EHEC kmen H19 (O26:H11), který byl získán z infantilní průjem epidemie ve Velké Británii. Morfologicky mají tyto fágy nekontraktilní, ohebný, dlouhý ocas a šestihrannou hlavu. Hybridizace DNA odhalila, že fág H19B je částečně homologní s coliphage lambda. U fága H19B jsou geny, které kódují Stx1, umístěny daleko od místa připojení fágu. Prototyp konvertujícího fágu pro Stx2, označený 933W, byl izolován z kmene EHEC 933 (O157: H7), který vyrábí jak Stx1, tak Stx2. Fág 933W je morfologicky odlišný od fágů H19 a má velmi krátký, nekontraktilní ocas. Na převod phage pro Stx1 určené 933J, původně hlásil z EHEC kmene 933, je k nerozeznání od fága H19A, a následné pokusy obnovit fágů z kmene 933 ve dvou laboratořích přineslo pouze 933W-jako fágů. Hybridizační experimenty ukázaly, že kmen EHEC 933 obsahuje sekvence, které jsou homologní s DNA z fága H19A, zvýšit možnost, že kmen EHEC 933 může obsahovat vadný převod phage pro Stx1 týkající se phage H19A.

Stx a Shiga toxiny E. coli jsou všechny oligomerní proteiny s jedním polypeptidem A a pěti identickými polypeptidy B. Expozice toxinu trypsinu a redukce intrachain-disulfidové vazby převádí polypeptid A na fragmenty A1 a A2. B polypeptidy se vážou na specifické glykosfingolipidové receptory v plazmatických membránách citlivých buněk. Preferovaným receptorem pro Stx, Stx1 a Stx2 je globotriaosylceramid (Gb3), zatímco preferovaným receptorem pro Stx2e je globotetraosylceramid (Gb4). Vazba toxinu na tyto specifické glykolipidy spouští endocytózu zprostředkovanou receptorem, vychytávání přes potažené jámy, a retrográdní transport toxinu do Golgiho a endoplazmatického retikula. Fragment A1 je translokován na cytosol, pravděpodobně z endoplazmatického retikula, mechanismem, který nezávisí na okyselení endosomů. Posledním krokem v opilosti je inhibice syntézy proteinů, která je způsobené odstraněním určitého adenin zbytky z 28S rRNA v 60S ribozomální podjednotky, které jsou vysoce specifické RNA N-glukózy činnost fragment A001. Intracelulární působení A1 fragment Stx a E. coli produkující Shiga toxiny je stejná jako ricin, a aktivní místa těchto toxinů mají homologní struktury. X-ray krystalografie také prokázáno, konzervované tří-dimenzionální skládací mezi B polypeptidy Stx/Stx1 a termolabilní enterotoxin E. coli i přes nedostatek homologie aminokyselinových sekvencí.

úloha Shiga toxinu v patogenezi úplavice je nejasná. S. dysenteriae typu 1 a dalších druhů Shigella způsobují bacilární úplavice, vyznačující se tím, krvavý, mukoidní průjem a střevní zánět, i když úplavice způsobené S. dysenteriae typ 1 u lidí a opic je obvykle mnohem závažnější než to, které způsobuje. S. dysenteriae typ 1 mutantů nebo jiné shigellae, které produkují málo nebo žádné Shiga toxin. Tato zjištění naznačují, že Shiga toxin není nezbytný pro patogenezi úplavice, ale že přispívá k závažnosti onemocnění.

Epidemiologické důkazy jasně identifikuje jako EHEC způsobují hemoragické kolitidy, ale role Stx1 a Stx2 v patogenezi tohoto onemocnění nejsou jasně definovány. Podobně, hemolyticko-uremický syndrom je jednoznačně následování infekcí způsobených E. coli, které produkují vysoké hladiny Stx1, Stx2 nebo oba, ale zvířecí model, který přesně kopíruje patologie pozorována u lidí s hemolyticko-uremický syndrom není zatím k dispozici. Vznikající konsenzus z četných studií o bacilární úplavici, hemoragická kolitida a hemolyticko-uremický syndrom, nicméně, je, že poškození endoteliálních buněk cév ve střevě a v ledvinách způsobené Stx nebo související toxiny E. coli je důležitým aspektem patogenezi těchto onemocnění. V případě edémového onemocnění napodobuje injekce čištěného Stx2e do prasat přirozeně se vyskytující onemocnění. Údaje jsou proto přesvědčivé, že Stx2e má přímou a dominantní roli v patogenezi edémového onemocnění.