Definitie van endotoxine
Endotoxine is een vorm van suiker. Het is een structuur bestaande uit lipiden en suikercomplexen. Deze structuur wordt lipopolysaccharide of LPS genoemd.
Deze structuur is een noodzakelijk bestanddeel voor Gram-negatieve bacteriën om de integriteit van hun celwand te handhaven. Het is een belangrijk bestanddeel van hun celwand en is belangrijk voor hun overleving. De indeling van bacteriën als gramnegatief of grampositief is gebaseerd op een microscopische kleuring die de Gram-kleuring wordt genoemd. Er worden twee kleurstoffen gebruikt. De eerste kleurstof is blauw of violet. Deze wordt gevolgd door een ontkleuringsmiddel, en dan de tweede kleurstof, die rood is. De bacteriën die de kleur van de eerste kleurstof behouden, worden grampositief genoemd. De bacteriën die de kleur van de eerste kleurstof verliezen, maar de kleur van de tweede kleurstof behouden, worden gramnegatief genoemd.
Ontdek en offerteer online onze Endotoxine-specifieke LAL Reagentia HIER
LPS wordt ook wel endotoxine genoemd omdat het een toxine is dat zich in de bacteriële cel bevindt. Oorspronkelijk was de theorie dat endotoxine vrijkomt als de bacterie sterft. Het is nu bekend dat bacteriën kleine hoeveelheden endotoxine vrijgeven als onderdeel van hun normale metabolisme, hoewel het merendeel nog steeds in de cel wordt vastgehouden.
LPS is structureel verdeeld in drie hoofddelen, het O-antigeen, de kernoligosaccharide en Lipide-A. De buitenste structuur is het O-antigeen. Het wordt een antigeen genoemd omdat het het doelwit is voor herkenning door de gastheer of de menselijke immuunrespons. Het O-antigeen is een zich herhalende sequentie van glycanen. Deze sequentie is variabel en levert verschillende soorten O-antigenen op. Alleen al in de bacterie E. coli zijn er 160 typen bekend. Biologische verschillen zoals deze dragen bij tot de algemene variabiliteit bij het testen van LAL.
Het kerndomein bevat eenvoudigweg meerdere suikerketens alsmede enkele niet-koolhydraatcomponenten, terwijl het Lipide-A-molecuul het minst variabele bestanddeel van LPS is. Het verankert het LPS aan de celwand. Zodra de celwand is afgebroken, komt Lipid-A vrij uit de bacteriecel en dit is de component die verantwoordelijk is voor de toxische effecten van LPS op het menselijk lichaam.
De immuunrespons
Eenmaal in het lichaam herkennen natuurlijke afweercellen zoals macrofagen en monocyten de bacterie als lichaamsvreemd. Dit herkenningsproces wordt in gang gezet door de antigenen in de bacteriën, waaronder het O-antigeen van LPS. De bacteriën kunnen soms aan vernietiging ontsnappen, maar worden normaal gesproken door onze afweercellen afgebroken. De endotoxinen die zich in de bacteriën bevinden, komen dan vrij in de circulatie en oefenen hun schadelijke effecten uit. De afweercellen van ons lichaam geven ook stoffen af die pathways kunnen stimuleren die de negatieve effecten van endotoxinen versterken.
De complementcascade veroorzaakt, via de stoffen C3a en C5a, het vrijkomen van histamine, een belangrijke effector voor de allergische reactie. De complementcascade veroorzaakt in het algemeen vaatverwijding en ontsteking.
De ontstekingsreactie wordt gemedieerd door het vrijkomen van stoffen waaronder de cytokines interleukines, prostaglandines en tumornecrosefactor. Interleukines zijn pyrogeen, zij veroorzaken de koortsreactie. Naast de ontsteking bemiddelen deze stoffen ook de shockreactie.
De stollingsroute wordt ook geactiveerd. Er is over het algemeen aggregatie van bloedplaatjes, verwijding van de bloedvaten en verhoogde lekkage van de vaatwanden. De substraten die nodig zijn om een bloedstolsel te vormen, kunnen bij endotoxemie verminderd of verarmd zijn. Deze verarming, samen met vaatverwijding en toegenomen lekkage, draagt bij tot het ontstaan van bloedingen bij bacteriële infectie.
Bacteriën met endotoxine
Er zijn veel klinisch belangrijke Gram-negatieve bacteriën. Inzicht in hun biologie en pathogeniciteit zal ons een duidelijker inzicht geven in het belang van LAL in veiligheid en ziektepreventie.
Gerelateerd: Variation of Endotoxin/LPS Across Bacterial Species
Bordetella pertussis is de veroorzaker van de ziekte, kinkhoest. Vóór de ontwikkeling van het vaccin had deze bacterie een hoog infectie- en sterftecijfer. B. pertussis produceert het pertussis-toxine dat het immuunsysteem kan onderdrukken. Het is in de eerste plaats een infectie van de luchtwegen en kan symptomen geven die lijken op die van een gewone verkoudheid. Het wordt gekenmerkt door een kinkend geluid wanneer de besmette persoon inademt.
Neisseria meningitides is een bacterie die meningitis en meningokokkemie veroorzaakt. Meningitis is de infectie van de hersenvliezen of de bekleding van de hersenen en het ruggenmerg. De hersenvliezen raken ontstoken en kunnen de druk op de hersenen verhogen. Symptomen van meningitis kunnen zijn: stijve nek, koorts, hoofdpijn, veranderde mentale toestand en toevallen. Meningokokkemie is de infectie van deze bacterie in de bloedbaan. Symptomen van meningokokkemie kunnen onder meer zijn koorts, gewrichtspijnen, rillingen en zelfs gedissemineerde intravasculaire stolling (DIC), gekenmerkt door de vorming van kleine bloedklonters in de bloedvaten die de bloedstroom kunnen belemmeren. De besmette persoon kan petechiën of kleine meervoudige bloedingen onder de huid, blauwe plekken en ernstige ongecontroleerde bloedingen hebben.
Een andere Neisseria-soort, N. gonorrhea, is bekend als veroorzaker van de seksueel overdraagbare aandoening, gonorroe. Symptomen van gonorroe kunnen variëren, afhankelijk van het geïnfecteerde orgaan. Het kan blindheid veroorzaken bij ooginfecties, purulente afscheiding uit de genitaliën en ernstige systemische infectie. N. gonorrhea laat tijdens zijn groei blebs of bellen los die LPS bevatten. De LPS wordt verondersteld het ziekteproces in gonorroe te veroorzaken.
Het Shiga toxine werd beschreven in de ergste E. coli uitbraak van 2011 in Duitsland. De E. coli-stam was O104:H4 en produceerde een endotoxine dat bloederige diarree veroorzaakte. Het Shiga toxine is ook het bekende toxine voor de bacterie die dysenterie veroorzaakt, Shigella dysenteriae. De symptomen zijn diarree die bloederig kan worden, buikpijn en bloederige urine. S. dysenteariae veroorzaakt een van de ergste vormen van dysenterie. De bacterie en de endotoxine kunnen worden verspreid via besmet voedsel en water en wordt vaak in verband gebracht met ongewassen handen tijdens de voedselbereiding. De bacterie S. dysenteriae en zijn endotoxine is daarom een belangrijk doelwit van LAL-detectie, vooral in de voedsel- en waterindustrie.
Cholera is een ziekte die waterige diarree veroorzaakt. De bacterie die deze ziekte veroorzaakt is Vibrio cholerae. V. cholerae scheidt een toxine af dat bij de mens tot ziekteverschijnselen leidt. De ziekte kan zich uiten als abrupte waterige diarree die gepaard gaat met buikpijn en braken. Het ergste spectrum van de ziekte wordt cholera gravis genoemd en kan zelfs dodelijk zijn voor onbehandelde patiënten, vooral kinderen. De bacterie en het toxine ervan kunnen worden verspreid door besmet water. Andere manieren van verspreiding zijn besmette vis, schelpdieren en ander voedsel dat niet goed behandeld is. Mensen zijn ook natuurlijke dragers van V. cholera, zodat overdracht ook kan worden veroorzaakt door onjuist handen wassen en het hanteren van voedsel.
De meest bekende verontreinigingen van voedsel zijn Salmonella typhi, de veroorzaker van de ziekte buiktyfus en Escherichia coli. S. typhi is een natuurlijke parasiet van de mens. E. coli is een natuurlijke bewoner van het menselijke spijsverteringskanaal. De onschadelijke stammen van E. coli zijn nodig voor de aanmaak van vitamine K; er zijn echter stammen van E. coli die het lichaam kunnen schaden, zoals de Shiga toxine producerende O104:H4. De meeste ziekteverschijnselen van deze toxineproducerende bacteriën vereisen overdracht via besmette commerciële producten, vooral voedsel en water. De nadelige gevolgen van besmetting kunnen zeer ernstig zijn. Dit kan nog worden verergerd door massale verspreiding, waarbij meerdere personen tegelijk worden getroffen.
Inzicht in dit ziekteproces leidt tot het duidelijke voordeel van LAL-endotoxinetests voorafgaand aan de distributiefase van commercieel bereide producten die in contact komen met het menselijk lichaam.