Toxinas de Shiga de Escherichia coli

Shigella dysenteriae tipo 1 causa disentería bacilar y produce la toxina clásica de Shiga (Stx). Algunas E. coli patógenas que producen enfermedades en humanos o animales producen toxinas (actualmente designadas Stx1 y Stx2) que están estrechamente relacionadas con Stx. Estas toxinas de E. coli Shiga se llamaban anteriormente toxinas similares a Shiga (SLT) o toxinas Vero (VT). E. coli que causan colitis hemorrágica y síndrome urémico hemolítico en humanos (E. enterohemorrágico) coli) produce típicamente cantidades moderadas a grandes de Stx1, Stx2 o ambos, y E. coli que causa la enfermedad de edema en cerdos produce una variante de Stx2 llamada Stx2e.

La clasificación de las toxinas Shiga se basa en su antigenicidad, secuencias de aminoácidos y propiedades bioquímicas. Stx1 y Stx son antigénicamente indistinguibles y difieren por una sola sustitución conservadora de aminoácidos. El Stx2 y el Stx2e no reaccionan antígenicamente con el Stx/Stx1, pero exhiben una reactividad cruzada antigénica parcial entre sí. Las secuencias de aminoácidos de Stx2 y Stx2e son más homólogas entre sí que con Stx/Stx1. Se han caracterizado variantes adicionales de Stx2 designadas Stx2c y Stx2d. La actividad biológica de Stx2d, pero no la de Stx2, Stx2c y Stx2e, se activa incubando la toxina en presencia de moco intestinal humano.

Los operones que codifican Stx1 y Stx2 se encuentran en diferentes fagos en EHEC, y las cepas individuales de EHEC pueden producir solo Stx1, una o más variantes de Stx2, o ambos Stx1 y Stx2. Los operones para Stx en S. dysenteriae tipo 1 y para Stx2e en E. los coli se encuentran en el cromosoma bacteriano. La síntesis de Stx por S. dysenteriae tipo 1 y Stx1 por E. coli es inhibida por altas concentraciones de hierro en el medio de crecimiento, y esta represión dependiente del hierro está mediada por el Pelaje. En contraste, la síntesis de Stx2 y Stx2e por E. coli no está regulada por el hierro.

El prototipo de fagos convertidores para Stx1, designados H19A y H19B, se aisló de la cepa H19 de EHEC (O26:H11), que se obtuvo de un brote de diarrea infantil en Gran Bretaña. Morfológicamente, estos fagos tienen una cola larga, flexible y no atractiva y una cabeza hexagonal. La hibridación de ADN reveló que el fago H19B es parcialmente homólogo con el colifago lambda. En el fago H19B, los genes que codifican Stx1 se encuentran lejos del locus de fijación del fago. El prototipo de fago de conversión para Stx2, designado 933W, se aisló de la cepa EHEC 933(O157: H7), que produce tanto Stx1 como Stx2. El fago 933W es morfológicamente distinto de los fagos H19 y tiene una cola muy corta y no atractiva. Un fago de conversión para Stx1 designado 933J, reportado originalmente de la cepa 933 de EHEC, es indistinguible del fago H19A, y los intentos posteriores de recuperar fagos de la cepa 933 en dos laboratorios produjeron solo fagos similares a 933W. Los experimentos de hibridación demostraron que la cepa 933 de EHEC contiene secuencias homólogas con el ADN del fago H19A, lo que plantea la posibilidad de que una cepa 933 de EHEC pueda contener un fago de conversión defectuoso para Stx1 relacionado con el fago H19A.

Stx y las toxinas Shiga de E. los coli son proteínas oligoméricas con un polipéptido A y cinco polipéptidos B idénticos. La exposición de la toxina a la tripsina y la reducción de los puentes disulfuro intracatenarios convierte el Un polipéptido en fragmentos A1 y A2. Los polipéptidos B se unen a receptores de glicoesfingolípidos específicos en las membranas plasmáticas de las células susceptibles. El receptor preferido para Stx, Stx1 y Stx2 es globotriaosilceramida (Gb3), mientras que el receptor preferido para Stx2e es globotetraosilceramida (Gb4). La unión de la toxina a estos glicolípidos específicos desencadena la endocitosis mediada por receptores, la captación a través de fosas recubiertas y el transporte retrógrado de la toxina al Golgi y al retículo endoplásmico. El fragmento A1 es translocado al citosol, probablemente desde el retículo endoplásmico, por un mecanismo que no depende de la acidificación de los endosomas. El paso final en la intoxicación es la inhibición de la síntesis de proteínas, que es causada por la eliminación de un residuo específico de adenina de 28S rRNA en subunidades ribosómicas de 60S por la actividad de ARN N-glucosidasa altamente específica del fragmento A001. La acción intracelular del fragmento A1 de Stx y de las toxinas de E. coli Shiga es idéntica a la de la ricina, y los sitios activos de estas toxinas tienen estructuras homólogas. La cristalografía de rayos X también demostró plegamiento tridimensional conservado entre los polipéptidos B de Stx/Stx1 y la enterotoxina lábil térmica de E. coli a pesar de la falta de homología de la secuencia de aminoácidos.

El papel de la toxina Shiga en la patogénesis de la disentería no está claro. S. dysenteriae tipo 1 y otras especies de Shigella causan disentería bacilar, caracterizada por diarrea mucoide sanguinolenta e inflamación del colon, aunque la disentería causada por S. dysenteriae tipo 1 en humanos o monos es típicamente más grave que la causada por mutantes de S. dysenteriae tipo 1 u otras shigellae que producen poca o ninguna toxina Shiga. Estos hallazgos sugieren que la toxina Shiga no es esencial para la patogénesis de la disentería, pero que contribuye a la gravedad de la enfermedad.

La evidencia epidemiológica identifica claramente la EHEC como una causa de colitis hemorrágica, pero los roles de Stx1 y Stx2 en la patogénesis de esa enfermedad no están claramente definidos. Del mismo modo, el síndrome urémico hemolítico es claramente una secuela de infecciones causadas por E. coli que producen altos niveles de Stx1, Stx2 o ambos, pero aún no se dispone de un modelo animal que reproduzca con precisión la patología observada en humanos con síndrome urémico hemolítico. Un consenso emergente de numerosos estudios sobre disentería bacilar, colitis hemorrágica y síndrome urémico hemolítico, sin embargo, es que el daño a las células endoteliales de la vasculatura en el colon y en los riñones causado por Stx o toxinas relacionadas de E. coli es un aspecto importante de la patogénesis de estas enfermedades. En caso de edema, la inyección de Stx2e purificado en cerdos imita la enfermedad natural. Por lo tanto, los datos son convincentes de que Stx2e tiene un papel directo y dominante en la patogénesis de la enfermedad por edema.