Escherichia colin Shiga-toksiinit

Shigella dysenteriae tyyppi 1 aiheuttaa bacillary dysenteryä ja tuottaa klassista Shiga-toksiinia (STX). Jotkin patogeeniset E. coli-bakteerit, jotka aiheuttavat tauteja ihmisissä tai eläimissä, tuottavat toksiineja (nykyisin nimikkeet Stx1 ja Stx2), jotka ovat läheistä sukua Stx: lle. Näitä E. coli Shiga-toksiineja kutsuttiin aiemmin Shiga-tyyppisiksi toksiineiksi (SLT) tai Vero-toksiineiksi (VT). E. coli, jotka aiheuttavat hemorragista koliittia ja hemolyyttistä ureemista oireyhtymää ihmisillä (enterohemorraginen E. coli) tuottavat tyypillisesti kohtalaisia tai suuria määriä Stx1: tä, Stx2: ta tai molempia, ja E. coli: tä, jotka aiheuttavat sioille turvotustautia, tuottavat stx2: n muunnoksen nimeltä Stx2e.

Shiga-toksiinien luokittelu perustuu niiden antigeenisyyteen, aminohapposekvensseihin ja biokemiallisiin ominaisuuksiin. Stx1 ja Stx ovat antigeenisesti erottamattomia ja eroavat toisistaan yhden konservatiivisen aminohapposubstituution avulla. Stx2 ja Stx2e eivät ristireaktioidu antigeenisesti Stx/Stx1: n kanssa, mutta niillä on osittainen antigeeninen ristireaktiivisuus keskenään. Stx2: n ja Stx2e: n aminohapposekvenssit ovat keskenään homologisempia kuin STX/Stx1: n kanssa. Stx2: sta on tehty muitakin stx2c: ksi ja Stx2d: ksi nimettyjä variantteja. Stx2d: n biologinen aktiivisuus, mutta ei Stx2: n, Stx2c: n ja Stx2e: n, aktivoituu inkuboimalla toksiinia ihmisen suoliston liman läsnä ollessa.

stx1: tä ja Stx2: ta koodaavat operonit sijaitsevat EHEC: n eri fageilla, ja yksittäiset EHEC-kannat voivat tuottaa STX1: tä vain, yhtä tai useampaa stx2: n muunnosta tai sekä Stx1: tä että Stx2: ta. STX: n operonit S. dysenteriae type 1: ssä ja Stx2e: n Operonit E: ssä. kolibakteerit sijaitsevat bakteerin kromosomissa. S. dysenteriae tyypin 1 ja Stx1 E. colin aiheuttama STX: n synteesi estyy kasvualustan suurilla rautapitoisuuksilla, ja tämä raudasta riippuva tukahduttaminen tapahtuu Turkin välityksellä. Sen sijaan E. colin aiheuttama stx2: n ja Stx2e: n synteesi ei ole raudan säätelemää.

stx1:n muuntofagien prototyyppi, nimiltään H19A ja H19B, eristettiin EHEC-kannasta H19 (O26: H11), joka saatiin infantiiliripuliepidemiasta Isossa-Britanniassa. Morfologisesti näillä fageilla on taipumaton, taipuisa, pitkä pyrstö ja kuusikulmainen pää. DNA-hybridisaatio paljasti, että faagi H19B on osittain homologinen kolifagi Lambdan kanssa. Faagissa H19B stx1: tä koodaavat geenit sijaitsevat kaukana faagien kiinnityslokuksesta. Prototyyppi muunnosfagi Stx2:lle, nimetty 933w, eristettiin EHEC-kannasta 933 (O157: H7), joka tuottaa sekä Stx1: tä että Stx2: ta. Phage 933W eroaa morfologisesti H19-faageista ja sillä on hyvin lyhyt, ei-tarttumaton häntä. Alun perin EHEC-kannasta 933 raportoitua stx1: n muunnosfaagia 933j ei voida erottaa FAAGISTA H19A, ja myöhemmät yritykset palauttaa faagit kannasta 933 kahdessa laboratoriossa tuottivat vain 933W: n kaltaisia faageja. Hybridisaatiokokeet osoittivat, että EHEC-kanta 933 sisältää sekvenssejä, jotka ovat homologisia faagi H19A: n DNA: n kanssa, mikä nostaa sen mahdollisuuden, että EHEC-kanta 933 saattaa sisältää viallisen muuntofagin Stx1: lle, joka liittyy faagi H19A: han.

Stx: ään ja E: n Shiga-toksiineihin. kolibakteerit ovat kaikki oligomeerisia proteiineja, joissa on yksi A-polypeptidi ja viisi identtistä B-polypeptidiä. Toksiinin altistuminen trypsiinille ja intrakainidisulfidisidoksen pelkistyminen muuttaa a-polypeptidin fragmenteiksi A1 ja A2. B-polypeptidit sitoutuvat spesifisiin glykosfingolipidireseptoreihin herkkien solujen plasmakalvoissa. STX: n, Stx1: n ja Stx2: n ensisijainen reseptori on globotriaosyyliseramidi (Gb3), kun taas stx2e: n ensisijainen reseptori on globotetraosyyliseramidi (Gb4). Toksiinin sitoutuminen näihin spesifisiin glykolipideihin laukaisee reseptorivälitteisen endosytoosin, soluunoton pinnoitettujen kuoppien kautta ja toksiinin retrogradisen kuljetuksen Golgi-ja endoplasmaiseen retikulumiin. A1-fragmentti translokoituu sytosoliin, todennäköisesti endoplasmaisesta retikulaatista, mekanismilla, joka ei riipu endosomien happamoitumisesta. Myrkytyksen viimeinen vaihe on proteiinisynteesin estäminen, joka johtuu fragmentti A001: n erittäin spesifisen RNA N-glykosidaasiaktiivisuuden poistamisesta 28S rRNA: sta 60s: n ribosomaalisissa alayksiköissä. Stx: n A1-fragmentin ja E. coli-Shiga-toksiinien solunsisäinen vaikutus on sama kuin risiinin, ja näiden toksiinien aktiivisilla kohdilla on homologisia rakenteita. Röntgenkristallografia osoitti myös säilyneen kolmiulotteisen taittumisen Stx/Stx1: n B-polypeptidien ja E. colin lämpölabiilisen enterotoksiinin välillä aminohapposekvenssihomologian puuttumisesta huolimatta.

Shigatoksiinin rooli punataudin patogeneesissä on epäselvä. S. dysenteriae tyyppi 1 ja muut lajit Shigella aiheuttaa bacillary dysentery, ominaista verinen, limainen ripuli ja paksusuolen tulehdus, vaikka punatauti aiheuttama S. dysenteriae tyyppi 1 ihmisillä tai apinoilla on tyypillisesti vakavampi kuin aiheuttama S. dysenteriae tyypin 1 mutantteja tai muita shigellae, jotka tuottavat vähän tai ei lainkaan Shiga toksiinia. Nämä havainnot viittaavat siihen, että Shigatoksiini ei ole välttämätön punataudin patogeneesille, vaan että se vaikuttaa taudin vakavuuteen.

epidemiologinen näyttö osoittaa selvästi EHEC: n hemorragisen koliitin aiheuttajaksi, mutta Stx1: n ja Stx2: n roolia kyseisen taudin patogeneesissä ei ole selvästi määritelty. Samoin hemolyyttis-ureeminen oireyhtymä on selvästi E. colin aiheuttamien infektioiden jälkiseuraus, joka tuottaa korkeita stx1 -, Stx2-tai molempia, mutta eläinmalli, joka tarkasti jäljittelee hemolyyttis-ureemisen oireyhtymän ihmisillä havaittua patologiaa, ei ole vielä saatavilla. Syntymässä konsensus lukuisista tutkimuksista bacillary dysentery, hemorraginen koliitti, ja hemolyyttinen ureeminen oireyhtymä, kuitenkin, että vahinkoa endoteelisolujen verisuonitus paksusuolessa ja munuaisissa aiheuttama STX tai niihin liittyvien toksiinien E. coli on tärkeä osa patogeneesiä näiden sairauksien. Jos kyseessä on turvotustauti, puhdistetun Stx2e: n ruiskuttaminen sioille jäljittelee luonnossa esiintyvää tautia. Tiedot ovat pakottavia, siksi, että Stx2e on suora ja hallitseva rooli patogeneesi turvotus tauti.