Bacillus anthracis

Czynniki wirulencji: otoczka i egzotoksyna - cd.

Innym, istotnym czynnikiem wirulencji jest egzotoksyna. Jej istnienie zaobserwowano dopiero w latach 50. zeszłego wieku, ponieważ bakterie hodowane in vitro uwalniają ją przez bardzo krótki okres czasu. Egzotoksyna składa się z trzech białkowych komponent, z których żadna działając pojedynczo nie wykazuje zjadliwości. Są to białka EF (edema factor), PA (protective antigen) i LF (lethal factor).Czynnik EF w połączeniu z białkiem PA tworzy toksynę EdTx, która wywołuje opuchliznę. Z kolei, wstrzyknięcie zwierzętom czynnika LF w połączeniu z PA - toksyny określanej jako LeTX - prowadzi do śmierci. Jak już wspomniano, geny kodujące te składniki - odpowiednio: pagA, cya, lef - znajdują się na plazmidzie pXO1. Tę informację uzyskano z kolei niecałe 20 lat temu.

Jak działa egzotoksyna?

Białko PA wiąże się z receptorami ATR (anthrax toxin receptor) obecnymi na powierzchni komórki umożliwiając tym samym wejście czynników EF i LF do jej wnętrza. Dzieje się to w ten sposób, że po związaniu się receptorem ATR, białko PA trawione jest przez komórkową proteazę (furyna), a powstały C-terminalny fragment PA (63 kDa) uzyskuje zdolność do polimeryzacji i tworzy heptamer. Wówczas następuje związanie czynnika LF lub EF i kompleks PA-EF (lub PA-LF) wprowadzony zostaje do komórki na drodze endocytozy (zobacz schemat ponizej).

Związanie się PA z receptorem i proteoliza | Polimeryzacja PA i związanie czynnika EF | Translokacja EF do cytozolu | Cała sekwencja wydarzeń


Na podstawie artykułu Mourez i in. z Nat Biotechnol 2001 Oct;19(10):958-61

W normalnej sytuacji pochłonięte na drodze endocytozy cząsteczki zostałyby stopniowo zdegradowane przez komórkowe proteazy w specjalnych pęcherzykach endosomalnych (wczesne endosomy, późne endosomy; lizosomy), a powstałe fragmenty peptydowe byłyby prezentowane przez cząsteczki głównego układu zgodności tkankowej (MHC) na powierzchni komórki (to w dużym skrócie myślowym). W przypadku toksyny B. anthracis nie dochodzi do jej degradacji, gdyż kwaśny odczyn pH w endosomie indukuje wbudowanie się heptameru PA w błonę endosomu i translokację czynnika EF do cytozolu. (Podobnie do komórki zostaje wprowadzone białko LF).



W cytozolu białko EF po związaniu się z obecną w komórce kalmoduliną nabywa właściwości cyklazy adenylanowej. Cyklaza adenylanowa katalizuje reakcję przejścia ATP w cykliczny AMP (cAMP), prowadzi to do zwiększenia poziomu cAMP w komórce. Skutki są bardzo poważne, gdyż cAMP jest cząsteczką sygnałową należącą do tzw. przekaźników II typu, które regulują szereg procesów zachodzących w komórkach eukariotycznych. Efektem rozregulowania procesów wewnątrzkomórkowych, zwłaszcza zaburzenia transportu jonów jest wydzielanie przez komórki na zewnątrz elektrolitów oraz utrata wody (porównaj: działanie toksyny cholery, Vibrio cholerae oraz pałeczki krztuśca, Bordetella pertussis ).

Czynnik LF także posiada aktywność enzymatyczną, jest cynkową proteazą. Niedawno stwierdzono, że białko LF inaktywuje wewnątrzkomórkowe kinazy MEK (MEK1, MEK2, MEK3). Kinazy te stanowią jedno z ogniw szlaków sygnałowych przekazujących zewnętrzne bodźce do wnętrza komórki eukariotycznej, tym samym umożliwiając komórce odpowiedź na dany bodziec. Kinazy MEK są serynowo-treoninowymi kinazami, które poprzez fosforylację aktywują kinazy MAPK (mitogen-activated protein kinases). Jest to grupa białek niezwykle istotnych z punktu widzenia funkcjonowania komórki - uczestniczą one np. w regulacji cyklu komórkowego i aktywacji limfocytów i makrofagów. Bakteryjny czynnik LF blokuje zatem w komórce szlak transdukcji sygnałów konieczny do funkcjonowania prawidłowej odpowiedzi immunologicznej. Np. pobudzone makrofagi traktowane LF wytwarzają o wiele mniej bakteriobójczego tlenku azotu (odpowiedź nieswoista), co sprzyja rozprzestrzenianiu się bakterii i rozwojowi infekcji.

Składniki toksyny B. anthracis mają zastosowanie w badaniach naukowych. Niezwykłą właściwość czynnika PA - wprowadzenie fuzyjnych białek do wnętrza komórki - wykorzystano do prezentacji antygenów wirusowych przez cząsteczki głównego kompleksu zgodności tkankowej MHC klasy I, które obecne są na powierzchni jądrzastych komórek ssaczych. Stwarza to możliwość studiowania in vitro funkcji limfocytów T cytotoksycznych oraz podstawy do opracowywania nowych szczepionek, które stymulowałyby odpowiedź immunologiczną typu komórkowego. Badania takie prowadzi się już w przypadku szczepionek skierowanych przeciw wirusom zapalenia wątroby typu C (HCV) oraz HIV.

Strona 1 | Strona 2 | Strona 3 | Strona 4 | Szukaj