Открыть сервис
Главная → Блог → Шига-токсины

Шига-токсины

Шига-токсины (Stx) — это группа белковых токсинов, вырабатываемых некоторыми штаммами бактерий, в первую очередь Shigella dysenteriae серотипа 1, а также отдельными серотипами кишечной палочки (Escherichia coli), известными как шига-токсин-продуцирующие E. coli (STEC). Шига-токсины относятся к классу АБ5-токсинов и являются одними из наиболее сильных бактериальных ядов, способных вызывать тяжёлые поражения желудочно-кишечного тракта, почек и нервной системы у человека.

История открытия

В 1898 году японский бактериолог Киёси Шига (Kiyoshi Shiga) выделил возбудителя дизентерии — Shigella dysenteriae — и описал токсин, продуцируемый этой бактерией. Первоначально токсин был назван «дизентерийным токсином». В 1903 году Ричард Пфайффер и другие исследователи подтвердили, что именно этот токсин вызывает основные симптомы дизентерии. В 1977 году было обнаружено, что некоторые штаммы E. coli (в частности, серотип O157:H7) продуцируют токсин, сходный по структуре и действию с токсином Шиги, что привело к термину «шига-подобный токсин» (SLT). Впоследствии токсины E. coli были переименованы в шига-токсины (Stx1 и Stx2), а токсин Shigella dysenteriae — в Stx.

Структура и классификация

Химическое строение

Шига-токсины представляют собой белковые комплексы, состоящие из двух субъединиц: ферментативной А-субъединицы (молекулярная масса около 32 кДа) и пяти копий В-субъединиц (каждая около 7,7 кДа), образующих пентамерный рецептор-связывающий домен. А-субъединица обладает N-гликозидазной активностью, а В-субъединицы отвечают за связывание с клеточными рецепторами.

Типы шига-токсинов

Выделяют два основных типа:

  • Stx1 — практически идентичен токсину Shigella dysenteriae (отличия в одной-двух аминокислотах). Продуцируется некоторыми штаммами STEC.
  • Stx2 — имеет около 56% гомологии с Stx1 по аминокислотной последовательности, но значительно более токсичен для человека (в 100–1000 раз по данным исследований на мышах). Включает несколько подтипов (Stx2a, Stx2b, Stx2c, Stx2d, Stx2e, Stx2f), различающихся по вирулентности.

Механизм действия

Связывание с клеткой

В-субъединицы токсина распознают и связываются с гликолипидным рецептором глоботриаозилцерамидом (Gb3, также известным как CD77), который экспрессируется на поверхности эндотелиальных клеток микрососудов, клеток почечных канальцев, нейронов и некоторых иммунных клеток. После связывания комплекс токсин-рецептор интернализуется путём клатрин-зависимого эндоцитоза.

Внутриклеточный транспорт

Попав внутрь клетки, токсин транспортируется через эндосомы и аппарат Гольджи в эндоплазматический ретикулум (ЭПР). В ЭПР А-субъединица отделяется от В-субъединиц и подвергается протеолитическому расщеплению, образуя активный фрагмент А1.

Ингибирование синтеза белка

А1-фрагмент обладает N-гликозидазной активностью: он удаляет один остаток аденина из 28S рРНК 60S субъединицы рибосомы. Это нарушает связывание фактора элонгации 1 (EF-1) и останавливает синтез белка. В результате клетка перестаёт функционировать и погибает путём апоптоза. Поскольку одна молекула токсина может инактивировать до 1500 рибосом в минуту, даже небольшое количество Stx вызывает гибель клетки.

Патогенез и заболевания

Геморрагический колит

При попадании шига-токсинов в кишечник они поражают эндотелий капилляров слизистой оболочки толстой кишки, вызывая ишемию, некроз и кровоизлияния. Это проявляется кровавой диареей (геморрагический колит), характерной для инфекций STEC, таких как энтерогеморрагическая E. coli (EHEC). Инкубационный период составляет 3–4 дня.

Гемолитико-уремический синдром (ГУС)

Наиболее тяжёлое осложнение — гемолитико-уремический синдром, развивающийся у 5–15% пациентов с инфекцией STEC, чаще у детей до 5 лет и пожилых. ГУС характеризуется триадой:

  • микроангиопатическая гемолитическая анемия (разрушение эритроцитов из-за повреждения мелких сосудов);
  • тромбоцитопения (снижение числа тромбоцитов);
  • острая почечная недостаточность (из-за поражения клубочков почек).

Шига-токсины напрямую повреждают эндотелий почечных капилляров, вызывая отёк, тромбоз и гибель клеток. В тяжёлых случаях ГУС может привести к необратимому поражению почек, требующему диализа или трансплантации.

Неврологические осложнения

В редких случаях шига-токсины проникают через гематоэнцефалический барьер и поражают нейроны, вызывая судороги, кому, параличи и даже смерть. Это связано с экспрессией рецептора Gb3 на клетках мозга.

Продуценты и источники

Бактерии

  • Shigella dysenteriae серотипа 1 — классический продуцент Stx, вызывает тяжёлую дизентерию.
  • Escherichia coli (STEC) — включает серотипы O157:H7, O104:H4, O111, O26 и другие. Наиболее известен серотип O157:H7, вызывающий крупные вспышки пищевых инфекций.
  • Другие бактерии, такие как Citrobacter freundii и Enterobacter cloacae, также могут продуцировать шига-токсины, но реже.

Пути передачи

Основной путь заражения — фекально-оральный. Источники:

  • сырое или недостаточно термически обработанное мясо (особенно говяжий фарш);
  • непастеризованное молоко и молочные продукты;
  • загрязнённые овощи и фрукты (например, ростки люцерны, салат);
  • вода из открытых источников;
  • контакт с инфицированными животными (крупный рогатый скот является резервуаром STEC).

Диагностика

Лабораторная диагностика инфекций, вызванных шига-токсин-продуцирующими бактериями, включает:

  • Бактериологический посев кала на селективные среды (например, сорбитол-МакКонки агар для O157:H7).
  • Иммуноферментный анализ (ИФА) для выявления свободных шига-токсинов в образцах кала.
  • Полимеразная цепная реакция (ПЦР) для обнаружения генов stx1 и stx2.
  • Серотипирование для идентификации конкретного штамма.

Лечение и профилактика

Терапия

Специфического антидота против шига-токсинов не существует. Лечение в основном симптоматическое и поддерживающее:

  • коррекция водно-электролитного баланса при диарее;
  • при развитии ГУС — гемодиализ, переливание эритроцитарной массы, плазмаферез;
  • избегание антибиотиков, которые могут усилить высвобождение токсинов из бактерий (например, фторхинолоны, бета-лактамы).

Профилактика

Интересные факты

  • Шига-токсины являются одними из самых мощных природных ядов: летальная доза для человека составляет около 1 мкг/кг массы тела.
  • В 2011 году в Германии произошла крупная вспышка инфекции STEC серотипа O104:H4, продуцирующего Stx2, которая привела к более чем 4000 случаев заболевания и 54 смертям, в основном из-за ГУС.
  • Рецептор Gb3, с которым связываются шига-токсины, также экспрессируется на некоторых раковых клетках (например, лимфомах), что делает токсины потенциальным средством для таргетной терапии онкологических заболеваний.

Источники

  • Kiyoshi Shiga, "Ueber den Dysenteriebacillus (Bacillus dysenteriae)", 1898.
  • O'Brien, A. D., & Holmes, R. K. (1987). "Shiga and Shiga-like toxins". Microbiological Reviews, 51(2), 206–220.
  • Sandvig, K., & van Deurs, B. (2005). "Delivery into cells: lessons learned from plant and bacterial toxins". Gene Therapy, 12(11), 865–872.
  • Tarr, P. I., Gordon, C. A., & Chandler, W. L. (2005). "Shiga-toxin-producing Escherichia coli and haemolytic uraemic syndrome". The Lancet, 365(9464), 1073–1086.
  • World Health Organization (WHO), "E. coli infections", 2023.
  • Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор), методические рекомендации по профилактике инфекций, вызванных STEC, 2021.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →

Похожие материалы