Читать книгу Endotoxine und Pyrogene - Michael Rieth - Страница 15

Endotoxine oder LPS sind Bestandteile der äußeren Membran der gramnegativen Bakterienzellen. Ihre Eigenschaften werden in Tab. 1.3 denen der Exotoxine gegenübergestellt.

Enterotoxine sind Exotoxine, die ihre schädigende Wirkung im Verdauungssystem entfalten. Enterotoxine werden z. B. von Staphylococcus aureus, E. coli, Shigellaarten, Pseudomonas aeruginosa, Clostridiumarten, Bacillus cereus, Yersinia enterocolitica, und Vibrio cholerae gebildet. Hier finden sich sowohl grampositive als auch gramnegative Bakterien.

Tab. 1.2 Herkunft und Natur der Pyrogene.

Endogene Pyrogene	Hormone	Steroide Prostaglandine
Cytokine	InterferoneInterleukineTNF alphaColony Stimulating Factor (CSF)Wachstumsfaktoren
Exogene Pyrogene	Herkunft Mikrobiell	Organismen	Gram(−)-BakterienGram(+)-BakterienPilzeVirenPlasmodien
Moleküle	Endotoxin (LPS)Lipid ALTAPeptidoglykaneNucleinsäurenTuberkulinFlagellineExotoxine von Streptokokken und StaphylokokkenPorinePhosphoinositoleGlucaneMannoproteine
Herkunft Nichtmikrobiell	Antigene	Serumalbumin, humanγ-Globulin, bovin Polynucleotide Steroide Gallensalze Lithocholinsäure Colchicin Bleomycin
Abiotisch	(Nano-)Partikel, z. B. Kunststoff, Gummi, Staub

Exotoxine sind toxische Proteine, die von Bakterien synthetisiert und in die Umgebung ausgeschieden werden. Auch in Abwesenheit der Bakterien können diese Proteine schädigend auf Mensch und Tier einwirken. Die Proteine werden durch Futter oder Lebensmittel aufgenommen, beispielsweise Botulinustoxin von Clostridium botulinum. Ein anderer Weg ist die Aufnahme von Bakterien, die dann im Körper (Magen, Darm) ihre Exotoxine freisetzen. Dies ist z. B. bei Cholera der Fall: Vibrio cholerae lebt im Wasser und kann über Trinkwasser oder rohe Fische und Meeresfrüchte aufgenommen werden. Die Choleratoxine ctxA und ctxB und der toxinkoregulierte Pilus werden im Dünndarm freigesetzt und aktivieren das Enzym Adenylatcyclase an den Membranen der Dünndarmschleimhaut. Dadurch steigt die Konzentration von cAMP an, wodurch eine erhöhte Sekretion von Chloridionen bei gleichzeitiger Inhibition der NaCl-Resorption und verstärkter Wasserabgabe erfolgt. Folgen sind starke wässrige Durchfälle („Reiswasserstuhl“). Damit sind die Exotoxine dieses Bakteriums auch Enterotoxine [22].

Exotoxine werden in drei Gruppen eingeteilt [23] (siehe Tab. 1.4):

 Superantigene aktivieren die Interaktion des MHC-Komplexes mit dem T-Zell-Rezeptor.

 Porenbildner permeabilisieren die Cytoplasmamembranen.

 AB-Toxine wirken als Enzyme im Cytosol von Mensch- und Säugetierzellen.

Zu den Superantigenen gehören das toxische Schocksyndrom – Toxin 1 (Staphylococcus aureus), Enterotoxin B (Staphylokokken) und die pyrogenen Exotoxine aus Streptococcus pyogenes (hier ist der interessante Fall, dass ein Exotoxin aus einem grampositiven Bakterium fiebererzeugend wirkt).

Die Porenbildner binden an die Säugetierzellen und bilden Transmembranporen. Zu den Porenbildnern gehören z. B. Hämolysin aus Bacillus cereus, EHEC-Hämolysin aus enterohämorrhagischen E. coli-Zellen, Enterotoxin aus Clostridium perfringens, Aerolysin aus Aeromonas spp., cytotoxi-assoziiertes Gen A (CagA) aus Helicobacter pylori.

Tab. 1.3 Gegenüberstellung der Eigenschaften von Endotoxinen und Exotoxinen.

Charakteristikum	Endotoxin	Exotoxin
Chemische Natur	LPS	Proteine
Teil der äußeren Membran gramnegativer Bakterien	Ja	Nein
Meist von grampositiven Bakterien	Nein	Ja
Gewöhnlich extrazellulär	Nein	Ja
Phagen- oder plasmidcodiert	Nein	Viele
Antigene Wirkung	Schwach	Ja
Umwandlung zum Toxoid	Nein	Viele
Neutralisation durch Antikörper	Schwach	Ja
Verschiedene pharmakologische Wirkungen	Nein	Ja
Stabil bei hohen Temperaturen	Ja	Neina) > 60 °C → Denaturierung

a) Ausnahme: Enterotoxin von Staphylococcus aureus widersteht Kochen bei 100 °C [25].

Tab. 1.4 Medizinisch bedeutsame Toxine, nach [23]; sv = Serovar.

Toxin	Bakterium	Toxingruppe
Enterotoxine	Staphylococcus aureus	Superantigen
Pyrogene Enterotoxine	Streptococcus pyogenes	Superantigen
Streptolysin S	Streptococcus pyogenes	Porinbildner
Hämolysin BL	Bacillus cereus	Porinbildner
Nichthämolytisches Enterotoxin	Bacillus cereus	Porinbildner
Cytotoxin K	Bacillus cereus	Porenbildner
Cereulide	Bacillus cereus	Porenbildner
Enterotoxin	Clostridium perfringens	Porenbildner
Aerolysin	Aeromonas spp.
EHEC-Hämolysin	Enterohämorrhagische E. coli	Porenbildner
Cytotoxinassoziiertes Gen A (CagA)	Helicobacter pylori	Porenbildner
Vakuolenbildendes Cytotoxin (VacA)	Helicobacter pylori	Porenbildner
Cytotoxin	Plesiomonas spp.	Porenbildner
Hitzestabiles direktes Hämolysin (TDH)	Vibrio parahaemolyticus	Porenbildner
Cytotoxisch nekrotisierender Faktor 1	E. coli	AB-Toxin: Deamidase
Shiga-like Toxin	E. coli	AB-Toxin: RNAse
Cytolethales Distending Toxin	E. coli, Campylobacter spp.	AB-Toxin: DNAse
Lethaler Faktor	Bacillus anthracis	AB-Toxin: Protease
Neurotoxin	Clostridium botulinum	AB-Toxin: Protease
Plasmidcodiertes Protein Pet	E. coli	AB-Toxin: Protease
Subtilase Cytotoxin	E. coli	AB-Toxin: Protease
Shigellaenterotoxin 1	E. coli	AB-Toxin: Protease
Enterotoxin C2	Clostridium botulinum	AB: ADP-Ribosyltransferase
C3-Toxin	Clostridium botulinum	AB: ADP-Ribosyltransferase
Iotatoxin	Clostridium perfringens	AB: ADP-Ribosyltransferase
Diphtherietoxin	Corynebacterium diphtheriae	AB: ADP-Ribosyltransferase
Pertussistoxin	Bordetella pertussis	AB: ADP-Ribosyltransferase
Hitzelabiles Toxin	E. coli	AB: ADP-Ribosyltransferase
Enteroaggregatives hitzestabiles Toxin	E. coli	AB: ADP-Ribosyltransferase
Exotoxin A	Pseudomonas aeruginosa	AB: ADP-Ribosyltransferase
Typhustoxin	Salmonella enterica sv. Typhi	AB: ADP-Ribosyltransferase
Choleratoxin	Vibrio cholerae	AB: ADP-Ribosyltransferase
Ödemfaktor	Bacillus anthracis	AB: Adenylylcyclase
Adenylylcyclase	Bordetella pertussis	AB: Adenylylcyclase
Hitzestabiles Toxin	E. coli	AB: Adenylylcyclase
Alphatoxin	Clostridium perfringens	AB: Phospholipase C
Cytotoxin ExoU	Pseudomonas aeruginosa	AB: Phospholipase C
Shigatoxin	Shigella dysenteriae	AB-Toxin

AB-Toxine binden über ihre Bindungsdomäne B an Rezeptoren von Säugetierzellen und gelangen daraufhin in das Zellinnere, wo ihre Untereinheit A, die enzymatisch aktiv ist, zelleigene Substrate angreift und verändern kann. AB-Toxine lösen eine Vielzahl von schweren Erkrankungen aus: Diphtherie, Cholera, Pertussis (Keuchhusten), Anthrax (Milzbrand), Gasbrand, Tetanus, Botulismus; die drei letztgenannten Krankheiten werden von Clostridiumarten verursacht [24].