Бактериялардың токсиндері

    Микроағзалар клеткасында  және олардың тіршілік ететін ортасында күрделі биохимиялық өзгерістер болады. Мұнда бактериялар процестерді тездететін ерекше заттар – ферменттерді жасап шығарады. Кейде оларды энзимдер деп атайды. Бір сөзбен айтқанда, ферменттер – органикалық катализаторлар. Ферменттерді тұңғыш рет орыс ғалымы К.С. Кирхгофф 19 ,асырдың бас кезінде ашқан. Ферменттер химиялық активті күшти заттар. Ф-тер тек тірі клеткада ғана емес , сонымен бірге клеткадан тыс ортада да өз күшін жоймайды реакцияны тездетеді. Олар суда, спиртте және глицерин мен түрлі тұз араласқан ортада ериді. Сонымен қатар ферменттер белгілі бір жағдайда ғана әсер ете алады. Ферменттердің әсер етуі үшін қолайлы температура, клеткалар тіршілігі үшін қажетті температурадан, әлдеқайда жоғары болады. Мәселен, көптеген бактерияладың көбейіп, өсіп дамуы үшін қолайлы температура +25 - 30° болса, ферменттердің көпшілігі +45 - 50° градуста, ал кейбіреулері тіпті  +60° градуста жықсы әсер етеді. Температура +80 – 100 градусқа жеткенде ферменттердің әсері мүлдем жойылады.

Ферменттер тек тірі клеткаларда түзіледі және цитоплазмамен тығыз байланысты болады. Дегенмен оларды клеткадан бөліп алуға да мүмкіндік бар. Осындай қасиетіне сүйене отырып, ферменттерді эктоферменттер, яғни тірі клеткалардың сыртқы ортаға бөліп шығаратын ферменттері және эндоферменттер, яғни клетка ішінде әсер етеін ферменттер деп бөледі.Эктоферменттер көбінесе ортадағы күрделі органикалық заттарды құрылысы қарапайым заттарға дейін ыдыратады да тірі клеткаға тірі заттар даярлайды. Ал эндоферменттер қореқтену процесімен бірге, энегияны бөліп шығару реакциясына да активті қатысады.

Организмде кездесетін ферменттердің саны мыңға жуық. Олардың молекуласы негізінен белоктық заттардан құралған. 1961 жылы ферменттердің ғылыми негізде құралған жаңа классификациясы жасалды. Осы классификация бойынша барлық ферменттер 6 классқа бөлінеді:

• Тотығу- тотықсыздану ферменттері;
• Трансферазалар;
• Гидролазалар;
• Лиазалар:
• Изомеразалар;
• Лигазалар;

Гидролазалар ( гректің «гюдор» - су деген сөз) Ферменттердің бұл тобыны полисахарид, дисахарид, майлар және белоктарды ыдырататын түрлері жатады. Бұлардың кейбіреулерінен қазіргі кезде кристалл күйінде бөліп алады. Мұнда ферменттік реакция тек судың қатысуымен жүреді. Бұл топқа ең алдымен карбогидраза ферменттері жатады. Карбогидразаны көптеген микроағзалар бөліп шығарады. Олардың ішіндегі аса мыңыздылары мыналар:

• Амилаза
• Мальтаза
• Сахараза
• Целлюлаза
• Целлобиаза
• Пектиназа
• Протеазалар
• Протеиназа
• Полипептидаза
• Дезаминаза

Ферменттер өз әсерін өте аз мөлшерде катализаторға ұқсас жүргізеді. Фермент өзінің әсер етуші заты – субстратпен (S) ферменттік реакция жүргенде фермент-субстраттық кешен (аралық зат) түзеді. Бұл кешеннің қызметі өте күрделі, ол субстрат пен фермент молекулалары конформациясы мен энергиясын және химиялық байланыстарын өзгертеді. Реакция өткен соң фермент-субстраттық кешен жаңа қалыпқа ауысып, фермент-реакция өнімі кешеніне айналады. Содан кейін ол фермент және реакция өніміне (Р) жекеленіп бөлінеді: S + E → S·E → EP → E + P Ферменттердің катализдік ерекшелігіне келесі қасиеттері жатқызылады: а) Фермент өздігінен жаңа реакция жүргізбейді. Ол тек термодинамикалық мүмкін реакцияны ғана жүргізеді. Реакция барысында активтендіру энергиясы төмендейді. 2-суретте көрсетілгендей, реакцияның үлкен кедергі энергиясын сатылап бөліп, төмендету және активтендіру энергиясын жоғарлату арқылы реакция жылдамдығын жоғарлатады. б) Фермент басталған реакцияның бағытын өз бетінше өзгерте алмайды. Ол бір ғана реакция өнімі түзілуі бағытында жұмыс істейді. Мысалы, глюкокиназа глюкозадан тек глюкоза-6-фосфат түзілуін жүргізеді. в) Фермент қатысатын реакция қайтымды болса, ол реакцияны екі бағытта да жүргізе алады. Мысалы, көмірсулардың гликолиздік ыдырауына қатысатын фосфогексо-изомераза, альдолаза, фосфоглицерат-киназа, фосфоглицератлидаза және т.б.

 Бактериялардың токсиндері – макроорганизмнің спецификалық жасушаларына тікелей улық әсер ететін немесе биологиялық белсенді заттар түзілуінің нәтижесінде жанама түрде улану симптомдарын дамытатын метаболизм өнімдері.

Физикалық-химиялық құрылымы және биологиялық қасиеттері бойынша бактериялардың токсиндері екі топқа бөлінеді: ақуызды токсиндер және эндотоксиндер.

Бактериялық ақуызды токсиндер және олардың биологиялық қасиеттері.

Токсиндердің бұл тобына грам-оң да және грам-теріс те аэробты және анаэробты бактериялар түзетін термолабильді және термостабильді ақуыздар жатады. Әдетте мұндай ферменттер макроорганизм жасушасына мүлдем аз концентрацияда бүлдіруші әсер етеді. Олар жасушадан сыртқы ортаға шыға алады, және де жасуша ішінде байланысқан жағдайда болып, жасуша бұзылғанда (автолиз) сыртқа шығады. Бактериялық жасушамен байланыс дәрежесіне қарай оларды үш сыныпқа (класқа) бөледі˸

А-сынып – сыртқы ортаға бөлініп шығатындар, мысалы С.diphtheriae-ның гистотоксині.

В-сынып – микроб жасушасымен шамалы байланысқан және шамалы мөлшерде сыртқа шығатын токсиндер.  
 
Оларды мезотоксиндер деп атайды,мысалы, С.tetani-дің тетаноспазмині немесе С.botulinum-нің нейротоксині. Жасуша тіршілік қабілеттілігін сақтайды. Олардың сигналдық пептидтері жоқ, сондықтан қоршаған ортаға бөлініп шықпайды. Бұл токсиндер жасуша мембранасымен бірігіп, сонан соң мембраналардың экаролиациялануы (ажырауы, десквамациялануы) нәтижесінде одан қоршаған ортаға түседі, бұрынғы кезде автолиздік тәсілмен шығады деп есептелген.

С-сынып – микроб жасушасымен байланысқан, тек қана микроб жасушасы бұзылғанда сыртқы ортаға түсетін токсиндер, мысалы, S.dysenteriae-ның 1 серовариантының және басқа шига - тәріздес токсиндер.

Бактериялардың ақуызды токсиндер түзу қабілеттілігі токсигенділік деп аталады.

Құрылымы бойынша ақуызды токсиндер қарапайым және күрделі деп бөлінеді. Қарапайым токсиндер бірыңғай полипептидті тізбекшеден немесе функциялық тұрғыдан белсенділігі жоқ прототоксиндерден пайда болады. Олар қоздырғыштың өзінің немесе қалыпты микрофлора өкілдерінің, және де макроорганизм жасушалары мен тіндерінің протеазалары әсерінен белсенді бифункциялық В-А – құрылымға айналады. В бөлімнің улық қасиеті жоқ. Ол табиғи токсоид (анатоксин) , тасымалдаушы функциясын орындай отыра эукариоттық жасушадағы спецификалық рецепторлармен өзара әсерлесіп, жасушаның цитоплазмалық мембранасында қуыс жасап, жасуша цитоплазмасына улы А тобының немесе активатордың енуіне жағдай жасайды. А суббірлігінің ферменттік белсенділігі бар, оның белсенділігі В суббірлігі бар жерде ғана байқалады. В бөлімі токсиннің спецификалығын орган-троптылығын қамтамасыз етеді, және де микроб жасушасындағы және одан тыс жердегі субстратпен өзара әсерлесуінен қорғай отырып, А ферменттік суббірлікті қалқалайды (эпранирует).Күрделі токсиндер – олар А суббірлігімен байланысқан бір немесе бірнеше В суббірліктерден тұратын дайын күрделі бифункциялық құрылымдар, мысалы, тырысқақ қоздырғышының энтеротоксиннің А суббірлігі ілмелœеуші бес В суббірліктермен қоршалған. В және А суббірліктер жасушада бір-бірінен тәуелсіз синтезделœеді, сонан кейін барып бірыңғай кешенге біріктіріледі. В бөлімі эукариоттық жасушалардың спецификалық рецепторларымен өзара әсерлеседі, ал А бөлімі пртезалардың әсерінен екі суббірлікке бөлінеді˸ А1 немесе активатор және А2, ол нысана-жасушаның цитоплазмалық мембранасы арқылы цитоплазмаға активаторды тасымалдайды.

Ақуызды токсиндердің әсер ету механизмі молекулалық деңгейде бірнеше сатыдан тұрады. Бактериялық ақуызды токсиндер жоғарғы молекулалық бірлестіктерге жатады және жасушалық мембраналар арқылы өздігінше өте алмайды – оларға бөлшектенілу (диссоциациялану ) қажет. Бірінші сатыда ганглиозидті , гликопротеидті немесе гликолипидті табиғаты бар спецификалық рецепторлармен өзара әсерлесе отырып, ақуызды токсин өзінің В молекуласын ілмектеушісінің (абордажный )жасуша бетіне жабылады ,ол жасуша рецепторы – токсин кешені пайда болуына әкелœеді. Екінші сатыда кейіннен бифункциялық В-А құрылымдар пайда болатын шектелген протеолиздік типтес протеазалардың әсерінен токсиннің белсенділігі артады. Күрделі токсиндерде белсендіру рөлі–активаторлық А фрагментті белсенділіксізден белсенді жағдайға ауыстыру болып табылады ˸ токсин молекуласының конформациялық қурылымының өзгеруі оның катализдік орталығының ашылуына және ферменттік белсенділігінің пайда болуына әкелœеді. Үшінші сатыда -А немесе А1 бөлімінің жасушаға трансмембраналық транслокациялануы жүреді, сол жерде нысана–жасушаға әсер етіп жасушада тіршілік етуге маңызды биохимиялық процестер бұзылады да жасушаның өлуіне әкелœеді. Жасуша беткейіндегі спецификалық рецепторлармен В бөлігінің өзара әсерлесуі және катализ процесінің жоғарғы деңгейдегі талғамдылығы бактериялық ақуызды токсиндердің спецификалық әсер етуін қамтамасыз етеді.

Бактериялық ақуызды токсиндердің әсер ету механизмін білу антитоксиндік сарысуларды қолданудың әрқашанда тиімді бола бермейтінін түсінуге мүмкіндік береді.

Антитоксиндік сарысуларды қолданған кезде, олар қанда немесе лимфада, және де жасуша бетінде болған кезде антиденелœермен бейтараптануы мүмкін екендігін есте сақтау керек,өйткені антиденелœер токсиннің спецификалық рецепторларымен өзара әсерлесуіне, токсин - рецептор кешенінің суббірліктерге диссоциациялануына және А бөлігінің цитоплазмаға транслокациялануына кедергі жасайды. Антиденелœер бірден жасуша мембранасы арқылы өте алмайды және цитоплазмаға тасымалданған А бөлігін бейтараптай алмайды,сарысулармен емдеу уақтылы басталмағанда тиімді нәтиже болмауы осымен түсіндіріледі .

Әсер ету механизмі бойынша бактериялық ақуызды токсиндер бес топқа бөлінеді˸

• жасушалық мембраналарды зақымдайтындар;
• ақуыздардың синтезделуін тежейтіндер;
• екіншілік өзара байланыструшылармен (мессенджерлермен) бақыланатын метаболизм жолдарын белсендіретіндер;
• протеазалар;
• макроорганизмнің иммундық жауабын арттыратын суперантигендер.

Жасушалық мембраналарды зақымдайтын токсиндер.  
Бұл топтың токсиндері эукариоттық жасушалардың плазматикалық мембраналарын ферменттік гидролиздеудің көмегімен немесе сол жерлерде қуыстар жасаумен зақымдай алады. Мүндай зақымданулар жасушаларды ерітіп жіберумен қатар,бактериялардың макроорганизмде таралуына ықпал етеді. Ферменттік гидролиздеуге мысал ретінде фосфолипазалық белсенділігі бар С. perfringens-тің альфа-токсинінің әсер етуін келтіруге болады .

Қуыс түзуші токсиндер трансмембраналық қуыстар қалыптастрады және плазматикалық мембраналар арқылы иондардың шығып кетуін арттырады, соның нәтижесінде жасушалар лизистенеді. Токсиндердің бұл тобына Е-coli-ң гемолизині, Р.haemolitica-ның О-перфринголизині, L.monocitogenes-тің О - стрептолизині, S.pneumoniae-ның пневмолизині және S.aureus-тің альфа-токсині жатады. Сонғы токсиді олигомеризациялайтын қуыс түзуші цитотоксиндердің прототипі ретінде қарастыруға болады. Бактериялар дайын токсин (протомер)бөліп шығарады, олар спецификалық рецепторлары бойынша нысана-жасушаны таниды немесе қүрамында фосфатидилхолин немесе холестерині бар учаскелœерінде (плазматикалық мембрананың) бейспецификалық түрде сорбцияланады (сорылады). Жеті протомерлік токсиндер үш доменнен тұратын саңырауқұлақ тәріздес гептамер қалыптастыра отырып мембрана бетіндегі қуысқа жиналады. Альфа токсиннің қалпағы және жиектік аумағы плазматикалық мембрананың үстінде орналасады, ал аяғы трансмембраналық арна қызметін атқарады. Бұл қуыс майда молекулаларға және иондарға екі жақты қозғалыс жасауға мүмкіндік береді, нәтижесінде жасушаның ісінуіне және осмостық лизистенуіне әкелœеді. Альфа-токсиннің әртүрлі типтегі жасушаларға соның ішінде моноциттерге, лимфоциттерге, эритроцттерге, тромбоциттерге және эндотимоциттерге цитолиттік әсер ету қабілеті бар.  
Қуыстар пайда болуы бірнеше екіншілік процестерді қамтиды˸ эндонуклеазалардың белсенділігінің артуы, эйкозаноидтардың синтезделуі.

Ақуыз синтезделуін тежейтін токсиндер. Мұндай токсиндердің тобына жатады˸ C.diphtheriae-ның гистотоксині, P.aeruginoza-ның А экзотоксині, S.dysenteriae I серовариантының Шига-токсині (Stx-токсин) және энтеропатогенді және энтерогемморагиялы E.coli-дің Шига тәріздес токсиндері (Stx-токсиндер). Олар үшін элонгациялық факторлар және 28S-рибосомалық РНК субстрат рөлін атқарады. Дифтериялық токсин және псевдомонаданың А экзотоксині энголацияланушы 2-ші факторды риболизистейтін дифтамид спецификалық АДФ-риболизистрансферазалар болып табылады, олар жсушадағы ақуыздың синтезделуін әлсіздендіреді және басып тастайды. Олар протоксиндер түрінде синтезделœеді.

Stx-токсин және Stx-токсиндердің АВ-типті құрылымы болады. Энзиматикалық А суббірлігі 5В-суббірліктермен ковалентті емес түрде байланысқан. В пентамер эукариоттың жасушамен байланысқаннан және интернацияланғаннан кейін полипептид А энзиматикалық А1 және В пентамермен байланысқан А2 фрагментіне ыдырайды.А1 N-гликозидазалық белсенділік көрсетеді. Stx-токсиндер аминоацил-РНК-ның өзара әсерлесуін бұза отырып 28S рибосомалық РНҚ-ң белсенділігін жояды, ол ақуыз синтезделуін тоқтатып, нысана-жасушаның өлуіне әкелœеді. Мұндай токсиндер эпителиоциттерде ғана емес және басқа да жасушаларда белок синтезделуін бұзады, ол гемолитикалық, уремиялық синдром дамуына әсер етеді. Ішек қуысынан шыққан Stx-токсиндер бүйрек капиллярларының GB3 гломерулаларының және де басқа ағзалардың эпителиялық жасушаларының рецепторларымен байланысады. Ол жасушалардың ісінуіне, тамырлар қуысының тарылуына, тромбоциттердің агрегациялануына, эритроциттердің гемолизденуіне және уремияға әкеп соғады.

Екіншілік мессенджерлердің метаболизмдік жолдарын белсендіретін ток-синдер.  
Бұл топқа жатады˸ E.coli-дің цитотоксикалық некроздаушы факторы (CNF), термолабильді (LT) және термостабильді (ST) токсиндері; B.anthracis-ң ісіну факторы; B.pertussis-тің көкжөтелдік және дерманекроздық токсиндері; C.difficile-нің А және В токсиндері; тырысқақ энетротоксині және басқа токсиндер.  
Олар эукариоттық жасушаларды өлтірмей, олардың кейбір ақуыздарының функцияларына әсер етеді. Токсиндер осы мақсатта екіншілік байланыстырушыларды (посредники) белсендіреді, олар сырттан келœетін сигналдарға жасушалық реакцияларды күшейтеді немесе бұрмалайды, яғни қате жүргізеді.

CNF және DNT-ің байланыстырушы ферменттік домендері болады. Олар дезаминдаза арқылы цитоқаңқа актинінің модификациялануына қатысушы ГТФ – байланыстратын ақуыздармен Rho – субтұқымдастығын күшейтеді. Мұндай модификация гидролиздеуге қабілеттілігі жоқ ГТФ – мен байланысқан Rho – ның артық болуына әкелœеді . Зақымданған жасушалар өзіне тән сипатты түрге ие болады. Оларда мембрананың ʼʼбұдырлануыʼʼ (рифление) байқалады, актиндік жіпшелœердің аумақты шектелген қысылысуы қалыптасады, некроздық ошақ пайда болып , қабыну дамиды .