Definizione di endotossina
L’endotossina è una forma di zucchero. È una struttura composta da lipidi e complessi di zucchero. Questa struttura è chiamata lipopolisaccaride o LPS.
Questa struttura è un componente necessario ai batteri gram negativi per mantenere l’integrità della parete cellulare. È un componente principale della loro parete cellulare ed è importante per la loro sopravvivenza. La classificazione dei batteri come gram negativi o gram positivi si basa su un metodo di colorazione al microscopio chiamato colorazione di Gram. Vengono applicati due coloranti. Il primo colorante è blu o viola. È seguito da un agente decolorante e poi dal secondo colorante, che è rosso. I batteri che mantengono il colore del primo colorante sono chiamati gram positivi. I batteri che perdono il colore del primo colorante ma conservano il colore del secondo colorante sono detti gram negativi.
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Il LPS è chiamato anche endotossina perché è una tossina situata all’interno della cellula batterica. Inizialmente si era teorizzato che l’endotossina fosse rilasciata una volta che il batterio fosse morto. Ora si sa che i batteri rilasciano piccole quantità di endotossina come parte del loro normale metabolismo, anche se la maggior parte viene ancora trattenuta all’interno della cellula.
Il LPS è strutturalmente diviso in tre parti principali, l’O-antigene, il Core oligosaccharide e il Lipid-A. La struttura più esterna è l’O-antigene. Si chiama antigene perché è il bersaglio di riconoscimento per la risposta immunitaria dell’ospite o dell’uomo. L’O-antigene è una sequenza ripetitiva di glicani. Questa sequenza è variabile e produce diversi tipi di O-antigeni. Ci sono 160 tipi conosciuti solo nel batterio E. coli. Differenze biologiche come queste contribuiscono alla variabilità complessiva nel test del LAL.
Il dominio del nucleo contiene semplicemente più catene di zuccheri così come alcuni componenti non-carboidrati mentre la molecola Lipid-A è il componente meno variabile del LPS. Ancorano l’LPS alla parete cellulare. Una volta che la parete cellulare viene degradata, il lipide-A viene rilasciato dalla cellula batterica ed è il componente responsabile degli effetti tossici dell’LPS sul corpo umano.
La risposta immunitaria
Una volta all’interno del corpo, le cellule di difesa naturale come macrofagi e monociti riconoscono i batteri come estranei. Questo processo di riconoscimento è mediato dagli antigeni dei batteri che includono l’antigene O del LPS. I batteri possono talvolta sfuggire alla distruzione, ma vengono normalmente degradati dalle nostre cellule di difesa. Le endotossine situate all’interno dei batteri vengono poi rilasciate nella circolazione ed esercitano i loro effetti deleteri. Le cellule di difesa del nostro corpo rilasciano anche delle sostanze che possono stimolare delle vie che aggravano gli effetti negativi delle endotossine.
La cascata del complemento, attraverso le sostanze C3a e C5a, provoca il rilascio di istamina, uno dei principali effettori della risposta allergica. La cascata del complemento causa generalmente vasodilatazione e infiammazione.
La risposta infiammatoria è mediata dal rilascio di sostanze che includono le citochine interleuchine, le prostaglandine e il fattore di necrosi tumorale. Le interleuchine sono pirogene, causano la risposta febbrile. Oltre all’infiammazione, queste sostanze mediano anche la risposta di shock.
Si attiva anche la via della coagulazione. C’è generalmente un’aggregazione delle piastrine, una dilatazione dei vasi sanguigni e un aumento delle perdite delle pareti dei vasi. I substrati necessari per formare un coagulo di sangue possono essere diminuiti o impoveriti nell’endotossinemia. Questo impoverimento, insieme alla dilatazione dei vasi e all’aumento delle perdite, contribuisce al verificarsi di emorragie nelle infezioni batteriche.
Batteri con endotossina
Ci sono molti batteri gram negativi clinicamente significativi. Una comprensione della loro biologia e patogenicità ci darà una comprensione più chiara dell’importanza della LAL nella sicurezza e nella prevenzione delle malattie.
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Bordetella pertussis è l’agente causale della malattia, la pertosse. Prima dello sviluppo del suo vaccino, questo batterio aveva un alto tasso di infezione e di mortalità. La B. pertussis produce la tossina della pertosse che ha la capacità di inibire il sistema immunitario. È principalmente un’infezione del tratto respiratorio e può produrre sintomi simili al comune raffreddore. È caratterizzata da un suono sibilante quando la persona infetta inspira.
La Neisseria meningitides è un batterio che causa meningite e meningococcemia. La meningite è l’infezione delle meningi o del rivestimento del cervello e del midollo spinale. Le meningi si infiammano e possono aumentare la pressione sul cervello. I sintomi della meningite possono includere torcicollo, febbre, mal di testa, stato mentale alterato e convulsioni. La meningococcemia è l’infezione di questo batterio del flusso sanguigno. I sintomi della meningococcemia possono includere febbre, dolori articolari, brividi e anche coagulazione intravascolare disseminata (CID), caratterizzata dalla formazione di piccoli coaguli di sangue all’interno dei vasi sanguigni che possono ostruire il flusso sanguigno. La persona infetta può avere petecchie o piccole emorragie multiple sotto la pelle, lividi e gravi emorragie incontrollate.
Un’altra specie di Neisseria, N. gonorrhea è nota per causare la malattia a trasmissione sessuale, la gonorrea. I sintomi della gonorrea possono variare a seconda dell’organo infettato. Può causare cecità nelle infezioni oculari, perdite purulente dai genitali e gravi infezioni sistemiche. N. gonorrhea rilascia vesciche o bolle contenenti LPS durante la sua crescita. L’LPS è teorizzato per causare il processo di malattia nella gonorrea.
La tossina Shiga è stata descritta nella peggiore epidemia di E. coli del 2011 in Germania. Il ceppo di E. coli era O104:H4 che produceva un’endotossina che causava diarrea sanguinolenta. La tossina Shiga è anche la nota tossina del batterio che causa la dissenteria, Shigella dysenteriae. I sintomi possono includere diarrea che può diventare sanguinolenta, dolori addominali e urina sanguinolenta. La S. dysenteariae causa una delle peggiori forme di dissenteria. Il batterio e l’endotossina possono essere diffusi attraverso cibo e acqua contaminati ed è spesso legato alle mani non lavate durante la preparazione del cibo. Il batterio S. dysenteriae e la sua endotossina sono quindi un importante bersaglio di rilevamento LAL soprattutto nell’industria alimentare e idrica.
Il colera è una malattia che causa diarrea acquosa. Il batterio che causa questa malattia è il Vibrio cholerae. Il V. cholerae secerne una tossina che porta alla progressione della malattia nell’uomo. La malattia può manifestarsi come diarrea acquosa improvvisa accompagnata da dolori addominali e vomito. Lo spettro peggiore della malattia è chiamato colera gravis e può anche essere fatale per i pazienti non trattati, specialmente i bambini. Il batterio e la sua tossina possono essere diffusi dall’acqua contaminata. Altre modalità di diffusione includono pesce contaminato, crostacei e altri alimenti che non sono stati adeguatamente trattati. Anche le persone sono portatori naturali di V. cholera, quindi la trasmissione può anche essere causata da un improprio lavaggio delle mani e dalla manipolazione del cibo.
I contaminanti più comunemente conosciuti del cibo sono la Salmonella typhi, l’agente causale della malattia della febbre tifoide e l’Escherichia coli. S. typhi è un parassita naturale dell’uomo. E. coli è un abitante naturale del tratto digestivo umano. I ceppi innocui di E. coli sono necessari per la produzione di vitamina K; tuttavia, ci sono ceppi di E. coli che possono danneggiare il corpo come la tossina Shiga che produce O104:H4. La maggior parte della progressione della malattia in questi batteri produttori di tossine richiede notevolmente la trasmissione attraverso prodotti commerciali contaminati, specialmente cibo e acqua. Gli effetti negativi dell’infezione possono essere abbastanza gravi. Possono essere aggravati in misura ancora maggiore dalla distribuzione di massa che colpisce più individui in qualsiasi momento.
La comprensione di questo processo di malattia porta all’ovvio beneficio apportato dal test dell’endotossina LAL prima della fase di distribuzione dei prodotti preparati commercialmente che interagiscono con il corpo umano.