Генетическая характеристика нейротоксинов возбудителя ботулизма (C. botulinum)

а) Генетическая организация и геномная локализация нейротоксинового локуса. Гены, кодирующие нейротоксины и неагглютнирующие нетоксичные (НТНА) белки, к настоящему времени клонированы и секвенированы у представителей каждого токсинотипа. Эти гены расположены кластерами и находятся близко друг к другу.

Обычно один штамм продуцирует один тип токсина, и ботулинический локус присутствует только в одной копии в геноме. Редкие штаммы могут продуцировать два типа нейротоксина. Были изолированы штаммы, продуцирующие токсины типов А и В, а также типов А и К

Имеются также сведения, что клостридиальные штаммы могут содержать молчащие гены токсинов. Многие штаммы С. botulinum токсинотипа А, выделенные при пищевых интоксикациях или от больных детским ботулизмом, несут молчащий ген bontB. Молчащий ген bont/B обнаружен также в некоторых нетоксигенных штаммах С. subterminale.

б) Перенос гена нейротоксина. Сходство между BoNTs и TNT, а также тот факт, что раличные клостридиальные виды могут продуцировать нейротоксин и некоторые штаммы содержат различные комбинации нейротоксинов (A-В, А и молчащий В, А и F, В и F) позволяет предположить, что гены bont и tnt происходят от общего предшественника и распространялись среди клостридиальпых штаммов. Вероятно, это распространение осуществлялось за счет передвижных элементов, таких как плазмиды, бактериофагии и транспозоны.

Плазмиды. Гены bont/G и tnt находятся на больших плазмидах в С. argentinense и С. tetani, и их передача может быть осуществлена путем переноса соответствующих плазмид. Конъюгация и перенос больших плазмид в клостридиях, таких как С. perfringens, уже показана. В токсигенных штаммах С. butyricum ген bont/E найден на плазмиде. Это говорит о возможности передачи гена bont/G разным видам клостридий.

Первый С. botulinum токсинотипа G обнаружен в Аргентине. Там же из образцов земли был выделен и второй штамм. В 1977 г. швейцарские исследователи выделили несколько штаммов С. botulinum токсинотипа G во время аутопсии от внезапно умерших пациентов. До настоящего времени нет сообщений о вспышках ботулизма типа G среди людей или животных.

Бактериофаги. Ранние наблюдения, что в процессе работы в лаборатории со штаммами С. botulinum токсинотипов С и D последние теряют способность продуцировать нейротоксины типов С и D и связь этого феномена с наличием или отсутствием у этих штаммов бактериофагов, навело на мысль, что ген токсигенности может входить в состав фаговых геномов. Последующие исследования подтвердили это предположение.

Впервые нетоксигенные варианты С. botulinum токсинотипов С и D были получены после элиминации фагов при помощи обработки токсигенных штаммов акридин-оранжевым или ультрафиолетового облучения. При этом было показано, что путем обработки акридин-оранжевым может быть получено около 15% нетоксигенных клонов, а путем УФ-облучения — около 30%. Эти tox-варианты становились не только чувствительными к бактериофагам родительских токсигенных штаммов, но и после инфицирования их этими фагами можно было вновь отобрать токсигенные клоны.

Штаммы С. botulinum токсинотипов Си 1) продуцируют три типа токсинов: С1, D и С2. Причем штаммы С. botulinum токсинотипа С продуцируют преимущественно нейротоксин типа С1 и минорные количества нейротоксина типа D и токсина С2. И наоборот, штаммы С. botulinum токсинотипа D продуцируют преимущественно нейротоксин типа D и небольшие количества нейротоксина С1 и токсина С2. В результате потери фагов штаммы С. botulinum токсинотипов С и D теряют способность продуцировать нейротоксины как типа С1, так и типа D, но продолжают продуцировать токсин С2.

Токсигенные клоны, полученные в результате инфицирования нетоксигенных клонов бактериофагами токсигенных родительских штаммов, сохраняли способность продуцировать нейротоксины С и I) на протяжении 10 пересевов на искусственные питательные среды. Эти данные указывают, что tox-гены нейротоксинов С и I) входят в состав фаговых геномов, в то время как tox-ген токсина С2 имеет, по-видимому, хромосомную локализацию. В результате, были установлены следующие факты:

1. Конверсия токсигенности может быть получена в результате инфицирования нетоксигенных клонов гетерогенными фагами родительских токсигенных штаммов С. botulinum токсинотипов С и D, т.е. нетоксигенный клон С. botulinum токсинотипа С становится способным продуцировать нейротоксин D в результате инфицирования его бактериофагами токсигенного штамма С. botulinum токсинотипа D. и наоборот, у нетоксигенного штамма С. botulinum токсинотипа D может быть конвертирована способность продуцировать нейротоксин типа С1 в результате инфицирования его фагами токсигенного штамма С. botulinum токсинотипа С.

2. Конверсия токсигенности происходит не только в результате действия фагов С. botulinum токсинотипов С и D, но и фагов Clostridium novyi токсинотипа А.

3. Имеется три группы бактериофагов С. botulinum токсинотипа С, различающиеся по морфологическим признакам, антигенным свойствам и рестрикционному профилю их ДНК. Некоторые из этих фагов способны инфицировать нетоксигенные клоны, полученные от широкого круга токсигенных штаммов С. botulinum токсинотипов С и D, в то время как имеются фаги, которые способны конвертировать токсигенность у нетоксигенных клонов, полученных только от родительских токсигенных штаммов.

4. Отношения между бактериофагами и хозяином у штаммов С. botulinum токсинотипов С и D носят характер псевдолизогении, так как токсигенные штаммы и клоны быстро теряют одновременно как свои фаги, так и токсигенность. Последний феномен особенно отчетливо регистрируется при культивировании токсигенных вариантов в присутствии антисыворотки, специфичной к тому типу фага, который они несут. В данном случае антифаговая сыворотка препятствует реинфекции фаговыми частицами спонтанно появляющихся при росте культуры нетоксигенных клеток.

5. Геном бактериофагов содержит tox-гены нейротоксинов типов С и D, а не просто участвует в контроле экспрессии этих генов.

Транспозоны. Наличие транспозонов в переносе генов bont не установлено, хотя участие транспозона в переносе гена белка С3 уже известно.

В отношении генетического контроля токсинообразования у С. botulinum токсинотипов А, В, Е и F в литературе сведения отсутствуют. В то же время имеются указания на то, что штаммы этих видов содержат бактериофаги и плазмиды, однако связи между токсинообразованием и наличием или отсутствием бактериофагов и плазмид до настоящего времени не обнаружено.

Основными факторами патогенности С. botulinum являются ботулинические токсины, которые собственно и формируют главный симптомокомплекс ботулизма. Тем не менее у этих микроорганизмов обнаружены и другие белки, роль которых в качестве факторов патогенности пока неизвестна.

- Читать далее "Патогенез и клиника ботулизма"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 18.12.2019

Остались вопросы или замечания?

Все размещенные статьи преследуют образовательную цель и предназначены для лиц имеющих базовые знания в области медицины.
Без консультации лечащего врача нельзя применять на практике любой изложенный в статье факт.
Жалобы и возникшие вопросы просим присылать на адрес statii@dommedika.com
На этот же адрес ждем запросы на координаты авторов статей - быстро их предоставим.