az Escherichia coli Shiga toxinjai

az 1.típusú Shigella dysenteriae bacilláris dizentériát okoz és a klasszikus Shiga toxint (Stx) termeli. Néhány patogén E. coli, amely emberekben vagy állatokban betegséget okoz, toxinokat termel (jelenleg stx1 és Stx2), amelyek szorosan kapcsolódnak az Stx-hez. Ezeket az E. coli Shiga toxinokat korábban Shiga-szerű toxinoknak (SLT) vagy Vero toxinoknak (VT) hívták. E. coli okozó vérzéses colitis és hemolitikus urémiás szindróma emberben (enterohemorrhagiás E. coli) általában közepes vagy nagy mennyiségű Stx1-et, Stx2-t vagy mindkettőt termelnek, és az E. coli, amely ödémás betegséget okoz a sertésekben, az Stx2 egy változatát, az Stx2e-t állítják elő.

a Shiga toxinok osztályozása antigenitásuk, aminosavszekvenciáik és biokémiai tulajdonságaik alapján történik. Az Stx1 és az Stx antigénileg nem különböztethető meg, és egyetlen konzervatív aminosav-szubsztitúcióval különböznek egymástól. Az Stx2 és az Stx2e antigénnel nem lép keresztreakcióba az Stx/Stx1-gyel, de részleges antigén keresztreaktivitást mutatnak egymással. Az stx2 és Stx2e aminosav-szekvenciái homológabbak egymással, mint az Stx/Stx1. További változatai stx2 kijelölt Stx2c és Stx2d jellemezték. Az Stx2d biológiai aktivitása, de nem az Stx2, Stx2c és Stx2e, a toxin emberi bélnyálkahártya jelenlétében történő inkubálásával aktiválódik.

az Stx1-et és Stx2-t kódoló operonok az EHEC különböző fágjain helyezkednek el, és az egyes EHEC törzsek csak Stx1-et, az Stx2 egy vagy több változatát, vagy mind az Stx1-et, mind az Stx2-t képesek előállítani. Az STX operonjai az 1. típusú S. dysenteriae-ben és az Stx2e operonjai az E-ben. a coli a bakteriális kromoszómán található. Az S. dysenteriae 1. típusú STX és az E. coli Stx1 szintézisét gátolja a növekedési közegben lévő magas vaskoncentráció, és ezt a vasfüggő elnyomást a szőr közvetíti. Ezzel szemben az Stx2 és Stx2e E. coli általi szintézisét nem szabályozza a vas.

a prototípus konvertáló fágok Stx1, kijelölt H19A és H19B, izoláltuk EHEC törzs H19 (O26:H11), amely nyert egy infantilis hasmenés járvány Nagy-Britanniában. Morfológiailag ezek a fágok nem összehúzódó, rugalmas, hosszú farokkal és hatszögletű fejjel rendelkeznek. A DNS-hibridizáció során kiderült, hogy a H19B fág részben homológ a coliphage lambda-val. A H19B fágban az Stx1-et kódoló gének messze vannak a fág kötődési helyétől. Az Stx2 konvertáló fág prototípusát, amelyet 933w-nak neveztek el, az EHEC 933 törzsből (O157:H7) izolálták, amely mind az Stx1, mind az Stx2-t előállítja. A 933W fág morfológiailag különbözik a H19 fágoktól, és nagyon rövid, nem összehúzódó farokkal rendelkezik. Az Stx1 933j jelű konvertáló fágja, amelyet eredetileg az EHEC 933 törzsből jelentettek, nem különböztethető meg a H19A fágtól, és a későbbi kísérletek a fágok kinyerésére a 933 törzsből két laboratóriumban csak 933W-szerű fágokat eredményeztek. A hibridizációs kísérletek kimutatták, hogy az EHEC 933 törzs olyan szekvenciákat tartalmaz, amelyek homológ a H19A fág DNS-ével, felvetve annak lehetőségét, hogy egy EHEC 933 törzs tartalmazhat egy hibás konvertáló fágot az Stx1 számára a H19A fághoz kapcsolódóan.

Stx és az e Shiga toxinjai. a coli valamennyi oligomer fehérje, egy a polipeptiddel és öt azonos B polipeptiddel. A toxin tripszinnek való kitettsége és az intrachain diszulfid kötés redukciója az a polipeptidet A1 és A2 fragmensekké alakítja. A B polipeptidek specifikus glikoszfingolipid receptorokhoz kötődnek az érzékeny sejtek plazmamembránjában. Az STX, Stx1 és Stx2 előnyös receptora a globotriaozilceramid (Gb3), míg az stx2e előnyös receptora a globotetraozilceramid (Gb4). A toxin ezekhez a specifikus glikolipidekhez való kötődése receptor által közvetített endocitózist, bevont gödrökön keresztüli felvételt és a toxin retrográd transzportját váltja ki a Golgi és az endoplazmatikus retikulumba. Az A1 fragmentum transzlokálódik a citoszolba, valószínűleg az endoplazmatikus retikulumból, olyan mechanizmussal, amely nem függ az endoszómák savasodásától. Az intoxikáció utolsó lépése a fehérjeszintézis gátlása, amelyet egy specifikus adenin maradék eltávolítása okoz a 28S rRNS-ből a 60s riboszomális alegységekben az A001 fragmens nagyon specifikus RNS N-glikozidáz aktivitásával. Az Stx A1 fragmensének és az E. coli Shiga toxinoknak az intracelluláris hatása megegyezik a ricinével, és ezeknek a toxinoknak az aktív helyei homológ szerkezetűek. A röntgenkristályográfia azt is kimutatta, hogy az STX/Stx1 B polipeptidjei és az E. coli hő-labilis enterotoxinja között az aminosav-szekvencia homológia hiánya ellenére konzervált háromdimenziós hajtogatás történt.

a Shiga toxin szerepe a dizentéria patogenezisében nem tisztázott. S. az 1. típusú dysenteriae és a Shigella más fajai bacilláris dizentériát okoznak, amelyet véres, mucoid hasmenés és vastagbélgyulladás jellemez, bár az S. dysenteriae 1.típusú emberek vagy majmok által okozott dizentéria általában súlyosabb, mint az S. dysenteriae 1. típusú mutánsok vagy más shigellae, amelyek alig vagy egyáltalán nem termelnek Shiga toxint. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a Shiga toxin nem elengedhetetlen a vérhas patogeneziséhez, de hozzájárul a betegség súlyosságához.

epidemiológiai bizonyítékok egyértelműen azonosítják az EHEC-t a vérzéses colitis okaként, de az Stx1 és az Stx2 szerepe a betegség patogenezisében nincs egyértelműen meghatározva. Hasonlóképpen, a hemolitikus urémiás szindróma egyértelműen az E. coli által okozott fertőzések következménye, amelyek magas stx1, Stx2 vagy mindkettőt termelnek, de még nem áll rendelkezésre olyan állatmodell, amely pontosan megismétli a hemolitikus urémiás szindrómában szenvedő embereknél megfigyelt patológiát. A bacilláris dizentériáról, a hemorrhagiás vastagbélgyulladásról és a hemolitikus urémiás szindrómáról szóló számos tanulmányból származó konszenzus azonban az, hogy a vastagbélben és a vesékben az érrendszer endothelsejtjeinek az Stx vagy az E. coli kapcsolódó toxinjai által okozott károsodása fontos szempont ezeknek a betegségeknek a patogenezisében. Ödéma betegség esetén a tisztított Stx2e sertésekbe történő befecskendezése utánozza a természetben előforduló betegséget. Az adatok tehát meggyőzőek, hogy az Stx2e közvetlen és domináns szerepet játszik az ödéma betegség patogenezisében.