Toxines bacterianes

En microbiologia, el terme toxina bacteriana, designa exclusivament la classe especial de substàncies macromoleculars bacterianes que es produeixen durant la infecció natural o experimental de l'hoste, o s'introdueixen per via parenteral, o per qualsevol altra via en l'organisme, produeixen un deteriorament de les funcions fisiològiques o danys als teixits. Aquests efectes desfavorables poden provocar malalties i fins i tot, la mort de l'individu.^[1]

Les toxines bacterianes es diferencien en dues classes principals basant-se en la seva naturalesa química, independentment de la seva ubicació cel·lular i les característiques de tinció dels bacteris que les produeixen: les toxines proteiques bacterianes i els complexos de lipopolisacàrids tòxics presents a la superfície de la membrana externa de les parets cel·lulars dels bacteris gramnegatius.^[1]

Les toxines proteiques constitueixen una àmplia col·lecció de més de 300 entitats diferents (Taula 1) que s'alliberen majoritàriament de les cèl·lules bacterianes durant el creixement i per tant es consideren exotoxines.^[1]

No obstant això, cap al 25% de les toxines proteiques romanen intracitoplasmàtiques o associades, més o menys fermament, a la superfície cel·lular. El seu alliberament fora de la cèl·lula bacteriana té lloc durant la disminució del creixement bacterià o després de la mort de la cèl·lula, generalment a través de processos autolítics.^[1]

Tipus de toxines

Una toxina bacteriana és una macromolècula principalment d'origen proteic, que pot causar danys tòxics en un òrgan específic de l'hoste. Les toxines es poden dividir en endotoxines i exotoxines.^[2]

Endotoxines

Endotoxines o lipopolisacàrids (LPS), són els components de la membrana externa dels bacteris Gram-negatius; es consideren l'antigen més important dels bacteris; s'alliberen al medi després de diferents processos com la lisi i la divisió cel·lular. Aquesta endotoxina és capaç de causar xoc endotòxic i danys als teixits.^[2]^[3]

Els LPS estan formats per tres regions: ^[2]

El lípid A és un glicolípid format per un disacàrid (glucosamina) unit a àcids grassos, que solen ser àcids capric, làuric, mirístic, palmític i esteàric, que s'insereixen a la membrana externa del bacteri.
El nucli és un heteropolisacàrid derivat d'hexoses i heptoses.
El lípid A i el nucli estan units per l'àcid de sucre 2-ceto-3-desoxioctanat (KDO).
La cadena O és un polímer unitari que es repeteix d'1 a 8 residus glicosídics; aquest polímer és molt variable entre espècies i gèneres bacterians.

A més de la pirogenicitat de l'endotoxina, s'ha atribuït un paper important al mecanisme d'adhesió del bacteri a la cèl·lula hoste; ja que en estudis anteriors s'ha observat que quan es modifica o no s'expressa el LPS, es modifica o s'inhibeix l'adherència observada.^[2]

Exotoxines

Són les macromolècules d'origen proteic, que són produïdes i posteriorment alliberades al medi pel microorganisme. Segons el seu mecanisme d'acció, les exotoxines es divideixen de la següent manera: ^[2]

Toxines de tipus I. Aquestes toxines modifiquen les cèl·lules de l'hoste sense interioritzar-se a les cèl·lules; per exemple, els superantígens produïts per Staphylococcus aureus i Streptococcus pyogenes.
Toxines tipus II. Dins d'aquest grup hi ha hemolisines i fosfolipases; aquest grup de toxines es caracteritza per la formació de porus i/o la destrucció de les membranes de les cèl·lules hoste. Amb aquest factor de virulència, el patogen pot envair la cèl·lula hoste; per exemple, aerolisina i proteïna GCAT produïda per Aeromonas spp.
Toxines tipus III. Aquestes toxines es coneixen com A/B per la seva estructura binària. La fracció B té la funció d'unir-se al receptor de la cèl·lula i la fracció A és la unitat que posseeix activitat enzimàtica, que, en funció de la toxina i del seu mecanisme d'acció, serà el dany a la cèl·lula; per exemple, la toxina Shiga produïda per Escherichia coli O157:H7, la toxina del còlera (Ctx) produïda per Vibrio cholerae, i la toxina d'àntrax produïda per Bacillus anthracis. ^[2]^[3]

Les exotoxines dels bacteris enteropatògens gram negatius tenen un paper important en la patogènesi de la malaltia diarreica, provocant una hipersecreció de líquids sense la destrucció i la mort de les cèl·lules de la mucosa intestinal. Aquestes toxines s'anomenen genèricament enterotoxines que són diferents de les citotoxines.^[2]

També hi ha altres dos grups de toxines, les que alteren el citoesquelet i les que tenen activitat neurotòxica; tanmateix, algunes toxines poden presentar activitat corresponent a més d'un dels grups descrits a la Taula 2.^[2]

Toxines segons la seva funció i lloc d'acció

Les enterotoxines i les citotoxines són dues categories de toxines produïdes per bacteris que poden causar malalties en els humans i altres organismes. Malgrat que les dues són toxines bacterianes, tenen diferències significatives en la seva funció i els seus efectes sobre l'hoste. Aquí tens les principals diferències entre les enterotoxines i les citotoxines: ^[4]

Funció principal:
- Enterotoxines: Les enterotoxines són toxines que afecten principalment el sistema gastrointestinal. Provquen trastorns gastrointestinals com ara la diarrea i el vòmit. Aquestes toxines solen afectar les cèl·lules de la mucosa intestinal i poden provocar una secreció excessiva de líquids i ions, que es manifesta com a diarrea aquosa.
- Citotoxines: Les citotoxines són toxines que tenen com a objectiu principal les cèl·lules de l'hoste. Poden provocar danys a les cèl·lules, incloent-hi la seva mort o l'alteració de la seva funció. Això pot tenir una ampla gamma de conseqüències, incloent-hi la destrucció de teixits i l'aparició de símptomes com ara la necrosi.^[4]

Lloc d'acció:
- Enterotoxines: Actuen principalment sobre les cèl·lules de la mucosa intestinal i poden causar alteracions en la funció de l'absorció i la secreció d'ions i líquids en l'intestí. Això pot conduir a la diarrea i altres trastorns gastrointestinals.^[4]
- Citotoxines: Actuen sobre una varietat de cèl·lules de l'hoste, i el seu lloc d'acció pot ser diferent segons la citotoxina específica. Algunes citotoxines poden afectar cèl·lules del teixit nerviós, musculatura, vasos sanguinis, etc.^[4]

Referències

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 Walker, John M. Bacterial Toxins: Methods and Protocols (en anglès). Otto Holst. Totowa, New Jersey: Humana Press, 21-12-2000, p. 1-2. ISBN 0-89603-604-9.
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 ^2,5 ^2,6 ^2,7 Ntambwe Malangu. Poisoning : From Specific Toxic Agents to Novel Rapid and Simplified Techniques for Analysis. Chapter 3 / Edited by Ntambwe Malangu. Ed. Ntambwe Malangu. Rijeka, Croatia: IntechOpen, 2017.
↑ ^3,0 ^3,1 Ramachandran, Girish «Gram-positive and gram-negative bacterial toxins in sepsis». Virulence, 5, 1, 01-01-2014, pàg. 213–218. DOI: 10.4161/viru.27024. ISSN: 2150-5594. PMC: 3916377. PMID: 24193365.
↑ ^4,0 ^4,1 ^4,2 ^4,3 Gyles, C. L. «Escherichia coli cytotoxins and enterotoxins». Canadian Journal of Microbiology, 38, 7, 7-1992, pàg. 734–746. DOI: 10.1139/m92-120. ISSN: 0008-4166. PMID: 1393838.

[:0-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 Walker, John M. Bacterial Toxins: Methods and Protocols (en anglès). Otto Holst. Totowa, New Jersey: Humana Press, 21-12-2000, p. 1-2. ISBN 0-89603-604-9.

[:1-2] 2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 ^2,5 ^2,6 ^2,7 Ntambwe Malangu. Poisoning : From Specific Toxic Agents to Novel Rapid and Simplified Techniques for Analysis. Chapter 3 / Edited by Ntambwe Malangu. Ed. Ntambwe Malangu. Rijeka, Croatia: IntechOpen, 2017.

[:2-3] 3,0 ^3,1 Ramachandran, Girish «Gram-positive and gram-negative bacterial toxins in sepsis». Virulence, 5, 1, 01-01-2014, pàg. 213–218. DOI: 10.4161/viru.27024. ISSN: 2150-5594. PMC: 3916377. PMID: 24193365.

[:3-4] 4,0 ^4,1 ^4,2 ^4,3 Gyles, C. L. «Escherichia coli cytotoxins and enterotoxins». Canadian Journal of Microbiology, 38, 7, 7-1992, pàg. 734–746. DOI: 10.1139/m92-120. ISSN: 0008-4166. PMID: 1393838.

[1]

[2]

[3]

[4]