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Bakterielle ToxineMaximilian Benedikt RossolJohannes-Gutenberg-Universität MainzInsitut für Mikrobiologie und WeinforschungJohann-Joachim-Becherweg 15, 55128 Mainz
Gliederung
1) Was ist ein Toxin?
2) Klassifizierung bakterieller Toxine
- Wirkmechanismen
- Populäre Vertreter
3) Fazit
ToxinGriechisch τοξίνη, „die giftige Substanz“
Von Lebewesen hergestelltes Gift
Schädigt / stört grundlegende zelluläre Prozesse anderer Organismen
Zugehörige wissenschaftliche Disziplin: Toxikologie
Chemische Zusammensetzung
Proteine
Peptide
Alkaloide ( insbesondere Pflanzentoxine )
Bakterielle ToxineBakterielle Infektion Auftreten von Krankheitssymptomen
Folge von Toxinproduktion
Struktur: Polymere Verbindungen, sehr häufig Proteine
Schädigung / Störung zellulärer Prozesse der Wirtszelle
Tod des Wirtes im Extremfall
Diphtherietoxin (Corynebacterium diphtheriae)
1888 von Émile Roux und Alexandre Yersin entdeckt und isoliert ( Institut Pasteur )
Klassifizierung bakterieller ToxineExotoxine
Komplex zusammengesetzte Proteine, Freisetzung in umgebendes Medium, Eindringen in Wirtszelle
Exotine wirken spezifisch
Endotoxine
Bestandteil der äußeren Hülle von gramnegativen Bakterien, Freisetzung nach Lyse
Endotoxine wirken unspezifisch
Exo-/ Endotoxine sind thermolabil
ExotoxineCytolytische Toxine
A-B-Toxine
Enterotoxine
Superantigene
Cytolytische Toxine
Einlagerung in Cytoplasmamembran der Wirtszelle
Keine enzymatische Aktivität, Porenbildung in der Membran
Zusammenbruch von Ionengradienten über Zellmembran, direkte Lyse möglich Zerstörung der Membranintegrität / Lebensfähigkeit der Zelle
α-Toxin von Staphylococcus aureus und verschiedenen Streptococci
Zelldepolarisation, Verlust vitaler Moleküle ( z.B. ATP )
α-Hämolysine: Staphylococcus aureus / StreptococciHämolyse der Erythrocyten
β- und γ-Hämolysine führen über andere Mechanismen zur Lyse
Hämolyse von Erythrocyten auf Agar-Platte
A-B-Toxine
Bestehen aus zwei Komponenten
A-Komponente enzymatisch aktiv
B-Domäne für Transport der A-Domäne zuständig
Choleratoxin ( CTX ) von Vibrio cholerae
A1 enzymatisch aktiv / toxisch
Aktivierung eines Second-Messenger-Signalweges
Wirkort im Darmepithel
Tetanus: Clostridium tetani
Botulismus: Clostridium botulinum
Diphtherie: Corynebacterium diphtheriae
Shiga-Toxin ( Shigella dysenteriae ) Shigellendysenterie (Bakterienruhr)
Hemmung der Proteinbiosynthese
Shiga-Toxin auch von einigen enterohämorrhagischen E. Coli (EHEC) produziert
entero : altgriechisch ἔντερον enteron = Darm
hämorrhagisch = Blutung
Enterotoxine
Greifen Darm an, verursachen Nahrungsmittelvergiftungen, Gastroenteritis und Durchfallerkrankungen
Meist Superantigene und A-B-Toxine
Shigellendysenterie / Cholera ( A-B-Toxine )
Choleratoxin ( CTX ) von Vibrio cholerae
A1 enzymatisch aktiv / toxisch
Aktivierung eines Second-Messenger-Signalweges
Wirkort im Darmepithel
Verstärkter Einbau von Cl- Kanälen, Hemmung von Na+ Kanälen (Resorption) und Na+/H+Austauschern Insgesamt Verlust von NaCl
H2O folgt NaCl passiv ins Darmlumen( erhöhte Durchlässigkeit der Epithelzellen )
Folge: Starke Durchfälle mit Wasserverlust von bis zu 1 L pro Stunde Massiver Ausstrom von K+ und HCO3-
Antigene
Kohlenhydrate, Lipide, Proteine o.a.
Auslösen einer Immunantwort in fremdem Organismus
Bildung von Antikörpern, spezifisch gegen Strukturen dieser Moleküle gerichtet
Antigen-präsentierende Zelle mit MHC II bindet an Antigen
Präsentation des Antigens ( MHC-Restriktion )
T-Lymphozyt aktiviert, wächst und differenziert sich aus
Entstehung von T-Killerzelle, Zerstörung des Antigen
Anlocken zusätzlicher Immunzellen mithilfe von Botenstoffen (Cytokine)
Superantigene
Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren
Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen ( viel stärker als bei Antigenen )
Kaskade von Zellrkt. / Zellentzündungsrkt.
Toxischer Schock
Massiver Zelltod und Organversagen
Staphylococcus aureus: Mastitis, Hautentzündungen, in ungünstigen Fällen bspw. Lungenentzündungen
Streptococcus pyrogenes: Haut- und Atemwegserkrankungen
EndotoxineBestandteil der Lipopolysaccharide der äußeren Membran von gramnegativen Bakterien
Freisetzung bei Lyse des Bakteriums
LPS führt zu vermehrter Freisetzung von Cytokinen
Cytokine: Glykoproteine mit signalübertragenden Funktionen
Signalkaskade, allgemeine Entzündungsreaktionen, Fieber
Septischer Schock, Tod des Wirtes
LPS bilden mit LBP Komplex, Bindung an sCD14
sCD14 dirigiert LPS zu Proteinkomplex auf Oberfläche des Makrophagen (TLR 4, MD-2, mCD14)
Signaltransduktionskaskade, Eintritt des Transkriptionsfaktors NFkB in Zellkern
Genaktivierung für Cytokinsynthese
Makrophagen sekretieren versch. Cytokine
Signalkaskade, Entzündungsrkt.
Septischer Schock, Tod des Wirtes
Escherichia coli: Durchfallerkrankungen
Salmonella ssp.: Salmonellose
FazitMehrere Mechanismen von bakteriellen Toxinen führen zu Krankheitssymptomen
Verschiedene können zusammenwirken
FazitTetanus: Clostridium tetani
Botulismus: Clostridium botulinum A-B-Toxine
Diphtherie: Corynebacterium diphtheriae
Mastitis, Hautentzündungen: Staphylococcus aureus Superantigene
Haut-/Atemwegserkrankungen: Streptococcus pyrogenes α-Toxine
Durchfallerkrankungen: Escherichia ColiA-B-Toxine, Endotoxine
Bild- und Literaturquellen
http://de.wikipedia.org/wiki/Nicotin#/media/File:Nikotin_-_Nicotine.svg
http://www.friedli.com/herbs/phytochem/peptide_bond.gif
http://de.wikipedia.org/wiki/Protein#/media/File:Myoglobin.png
http://de.wikipedia.org/wiki/Diphtherietoxin#/media/File:Diphtheria_toxin_1DDT.png
http://en.wikipedia.org/wiki/Hemolysin#/media/File:The_process_of_hemolysis.png
https://www.youtube.com/watch?v=5yGbxyOpZRk
http://www.biodiversitylibrary.org/page/3061773#page/711/mode/1up
Bild- und Literaturquellen
Allgemeine Mikrobiologie, Georg Fuchs, Hans G. Schlegel: 9.Auflage, Juni 2014 Georg Thieme Verlag : S.152-155, S.649-655
Purves Biologie, Jürgen Markl: 9. Auflage, 2011, Spektrum akademischer Verlag S.726
Toxikologie: Eine Einführung für Chemiker, Biologen und Pharmazeuten Wolfgang Dekant, Spiros Vamvakas: 2. Auflage, Mai 2010 Spektrum akademischer Verlag
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