Νεότερα δεδομένα για τις τοξίνες του Clostridium perfringens και τις δράσεις τους Update on the toxins of Clostridium perfringens and their actions El En

Résumé El En

Τα κλωστρίδια εμφανίστηκαν ως ξεχωριστή κλάση πριν από το σχηματισμό του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα της γης, περίπου πριν από 2,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Η ικανότητα του C. perfringens να σπορογόνεί, το καθιστά ως το πιο διαδεδομένο παθογόνο βακτήριο στη φύση. Ανευρίσκεται σε κάθε πιθανή περιοχή πάνω στη γη, με εξαίρεση την έρημο της Σαχάρας. Επίσης, αποτελεί μέρος της φυσιολογικής εντερικής μικροβιακής χλωρίδας των θερμόαιμων ζώων και του ανθρώπου.Το 2002 ολοκληρώθηκε η διαδικασία ανάγνωσης της αλληλουχίας του γονιδιώματος του στελέχους 13 C perfringens. Από το C perfringens, σε αντίθεση με τα άλλα είδη του γένους, απουσιάζει μεγάλος αριθμός γονιδίων που είναι υπεύθυνα για τηβιοσύνθεση 13 αμινοξέων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να μην μπορεί να αναπτυχθεί σε περιβάλλον όπου δεν υπάρχουν τα παραπάνω αμινοξέα. Ωστόσο, in vivo, με τη βοήθεια της δράσης των τοξινών του, προκαλεί λύση των κυττάρων και καταστροφή των ιστών, με στόχο την αξιοποίηση τους ως πηγή ενέργειας και αμινοξέων. Οι τοξίνες του C perfringens ταξινομούνται σε κύριες (-α, -β, -ε και -ι), σε δευτερεύουσες και σε εντεροτοξίνη. To C perfringens, με βάση την παραγωγή των κύριων τοξινών του, ταξινομείται σε πέντε τοξινικούς τύπους: Α, Β, C, D και Ε. Η τοξίνη -α είναι η περισσότερο και καλύτερα μελετημένη απότις κύριες τοξίνες του C perfringens. Επίσης, είναι η πρώτη βακτηριακή τοξίνη για την οποία αποδείχτηκε ότι εκδηλώνει ενζυματική δραστηριότητα. Εκδηλώνει αιμολυτική, νεκρωτική και κυτταρολυτική δράση, προκαλεί λύση των αιμοπεταλίων και των λευκοκυττάρων και βλάβη στις κυτταρικές μεμβράνες των ινοβλαστών και των μυϊκών κυττάρων. Η έκφραση τουγονιδίου epa και, κατ' επέκταση, η σύνθεση της τοξίνης -α του C perfringens, φαίνεται να ρυθμίζεται με το σύστημα quorumsensing, χρησιμοποιώντας ολιγοπεπτίδια, αυτεπαγωγείς ή και τα δύο. Το επίπεδο έκφρασης του epa από το C. perfringens στο γαστρεντερικό σωλήνα των υγιών πτηνών είναι χαμηλό, ενώ στα πτηνά που εκδηλώνουν νεκρωτική εντερίτιδα αυξάνεται. Η τοξίνη -β είναι ο κύριος παράγοντας που εμπλέκεται στη νεκρωτική εντερίτιδα του ανθρώπου. Είναι η δεύτερη πιο θανατηφόρα τοξίνη του C perfringens μετά την τοξίνη -ε. Ασκεί την παθογόνο της δράση σχηματίζοντας πόρους με ολιγομερισμό της κυτταρικής μεμβράνης ή εκδηλώνει δράση νευροτοξίνης. Η τοξίνη -ε είναι η πιο ισχυρή κλωστριδιακή νευροτοξίνη μετά την Nτοξίνη της αλλαντίασης και του τετάνου. Αποτελεί τον αιτιολογικό παράγοντα της εντεροτοξιναιμίας και της νόσου του πολτώδους νεφρού στα πρόβατα. Η τοξίνη -ι είναι μέλος των κλωστριδιακών δυαδικών τοξινών που τροποποιούν τον κυτταροσκελετό της ακτίνης. Είναι η λιγότερο τοξική από τις κύριες τοξίνες του C perfringens. Η εντεροτοξίνη αποτελεί την Τρίτησε σειρά συχνότητας αιτία τροφογενούς δηλητηρίασης στους ανθρώπους. Απελευθερώνεται από το C perfringens κατά τη σπορογονία του και όχι κατά την ανάπτυξη του. Δεν φέρουν όλα τα στελέχη C perfringens το γονίδιο (epe), που είναι υπεύθυνο για την κωδικοποίηση της εντεροτοξίνης. Η τοξίνη -θ είναι μια αιμολυσίνη. Παράγεται και από τους πέντε τοξινικούς τύπους C perfringens. Προκαλεί πόρους στην κυτταρική μεμβράνη, ενώ μαζί με την τοξίνη -α, ρυθμίζει τη φλεγμονώδη αντίδραση στον ξενιστή. Η τοξίνη -β2 ασκεί την παθογόνο της δράση μέσω της πρόκλησης πόρων στις κυτταρικές μεμβράνες. Έχει ενοχοποιηθεί για τη νεκρωτική εντερίτιδα του χοίρου, τη νεκρωτική εντερίτιδα του αλόγου, την αιμορραγική εντερίτιδα των βοοειδών, περιστατικά διάρροιας στο σκύλο και, μαζί με την εντεροτοξίνη, για περιστατικά διάρροιας στους ανθρώπους. Πρόσφατα, περιγράφηκε μια νέα τοξίνη που σχετίζεται με τη νεκρωτική εντερίτιδα των κρεοπαραγωγών ορνιθίων, η τοξίνη -NetB, η οποία εκδηλώνει την παθογόνο της δράση με την πρόκληση μικρών υδροφιλικών πόρων στην κυτταρική μεμβράνη.Αλλες τοξίνες είναι η τοξίνη -λ, η τοξίνη -δ, η τοξίνη -μ, η τοξίνη -ν, η τοξίνη -κ, η a-clostripain like πρωτεάση και η νευραμινιδάση/σιαλιδάση (Nam). Οι τοξίνες αυτές δρουν ως ένζυμα, ενώ πολλές δευτερεύουσες τοξίνες δρουν συνεργικά ήσυμπληρωματικά με τις κύριες πορογόνες τοξίνες. Ενδεχομένως να παράγονται και άλλες τοξίνες από το C perfringens, οι οποίες να μην έχουν ταυτοποιηθεί ακόμη. Τέλος, οι δράσεις των τοξινών, κύριων και δευτερευουσών, σε ορισμένα νοσήματα δεν έχουν πλήρως διαλευκανθεί.

Clostridia appeared as a distinct class, approximately 2.7 billion years ago, before the initial formation of oxygen. Clostridium perfringens is widely distributed throughout the environment due to its ability to form spores. Furthermore, it is a member of intestinal microbiota in animals and human. In 2002, the complete genome of C perfringens strain 13 was published. Genomic analysis has revealed that C. perfringens lacks the genetic machinery to produce 13 essential amino acids and it obtains these in vivo via the action of its toxins. Toxins of C perfringens can be divided into major, minor and enterotoxin. C perfringens strains are classified into five toxinotypes (A, B, C, D and E), based on the production of four major toxins. Alpha toxin is the best and most studied major toxin of C perfringens and it was the first bacterial toxin established to possess enzymatic activity. It has haemolytic, necrotic and cytolytic activity, it can lyse platelets and leukocytes and it can damage fibroblasts and muscle cell membranes. Expression of epa gene, which is responsible for the production of alpha toxin by C perfringens, is down-regulated in the normal healthy gut, but it is upregulated to initiate enteric disease in response to an environmental signal. C perfringens appears to be regulated in a quorum sensing manner, using oligopeptides, AI-2 or both, to regulate expression of the epa gene, and thus the synthesis of alpha toxin. Beta toxin is recognized as an important agent in necrotic enteritis of humans and it is the second most lethal C. perfringens toxin following epsilon toxin. Beta toxin is a membrane spanning protein that oligomerizes to form channels in susceptible cells or it primarily acts as a neurotoxin. Epsilon toxin is the most potent of the C. perfringens toxins and the third most potent neurotoxin from the Clostridium spp., following botulinum and tetanus toxins. Epsilon toxin of C perfringens type D causes enterotoxaemia and pulpy kidneys disease of lambs. Iota toxin causes disruption of the actin cytoskeleton and cell barrier integrity and it is the less toxic of the major toxins of C perfringens. Although C perfringens enterotoxin is not classified as one of the major toxins of C perfringens, it is the third most common cause of food poisoning in industrialized nations. It is not secreted by the cells of growing bacteria, but it is released only with the sporulation of C perfringens. Not all strains of C perfringens carry the epe gene, which is responsible for the production of enterotoxin. Theta toxin is a pore-forming cytolysin that can lyse red blood cells. It is produced by all types of C perfringens. Together with alpha-toxin, theta-toxin modulates the host inflammatory response. ß2 toxin is a pore forming toxin which is involved in necrotic enteritis of swine and horse, in haemorragic enteritis of bovine in diarrhea cases of dogs and along with enterotoxin in diarrhea cases of humans. Recently, -NetB, a novel toxin that is associated with broiler necrotic enteritis, has been described. The mechanism of its action seems to involve the formation of small hydrophilic pores. Other toxins of C. perfringens include λ-toxin, ô-toxin, μ-toxin, v-toxin, κ-toxin, a-clostripain like protease and neuraminidase/sialidase. These toxins can act as enzymes, while many of them can act synergically or supplementally with major pore forming toxins. Potentially, C. perfringens might produce more toxins, which have not been identified. Finally, the actions of C. perfringens toxins, major or minor, in some diseases have not been figured out.