Definicja endotoksyny
Endotoksyna jest formą cukru. Jest to struktura składająca się z lipidów i kompleksów cukrowych. Struktura ta nazywana jest lipopolisacharydem lub LPS.
Struktura ta jest niezbędnym składnikiem dla bakterii gram ujemnych do utrzymania integralności ściany komórkowej. Jest to główny składnik ich ściany komórkowej i jest ważny dla ich przetrwania. Klasyfikacja bakterii jako gram ujemnych lub gram dodatnich oparta jest na metodzie barwienia mikroskopowego zwanej barwieniem Grama. Stosowane są dwa barwniki. Pierwszym z nich jest barwnik niebieski lub fioletowy. Po nim następuje środek odbarwiający, a następnie drugi barwnik, który jest czerwony. Bakterie, które zachowują kolor pierwszego barwnika nazywane są gram dodatnimi. Bakterie, które tracą kolor pierwszego barwnika, ale zachowują kolor drugiego barwnika, są nazywane bakteriami gram ujemnymi.
Odkryj i wycen online nasze odczynniki LAL specyficzne dla endotoksyn TUTAJ
LPS jest również nazywany endotoksyną, ponieważ jest toksyną znajdującą się wewnątrz komórki bakteryjnej. Pierwotnie twierdzono, że endotoksyna jest uwalniana po śmierci bakterii. Obecnie wiadomo, że bakterie uwalniają niewielkie ilości endotoksyny jako część ich normalnego metabolizmu, chociaż większość jest nadal zatrzymywana wewnątrz komórki.
LPS jest strukturalnie podzielony na trzy główne części, O-antygen, rdzeń oligosacharydowy i lipid-A. Najbardziej zewnętrzną strukturą jest O-antygen. Jest on nazywany antygenem, ponieważ jest celem rozpoznawania przez gospodarza lub ludzką odpowiedź immunologiczną. O-antygen jest powtarzającą się sekwencją glikanów. Sekwencja ta jest zmienna i tworzy różne rodzaje O-antygenów. W samej bakterii E. coli znanych jest 160 typów. Różnice biologiczne, takie jak te, przyczyniają się do ogólnej zmienności w testowaniu LAL.
Domena rdzenia po prostu zawiera wiele łańcuchów cukrowych, jak również niektóre składniki niewęglowodanowe, podczas gdy cząsteczka lipidu-A jest najmniej zmiennym składnikiem LPS. Zakotwicza on LPS do ściany komórkowej. Po degradacji ściany komórkowej, Lipid-A jest uwalniany z komórki bakteryjnej i jest składnikiem odpowiedzialnym za toksyczne działanie LPS na organizm ludzki.
Odpowiedź immunologiczna
Po dostaniu się do organizmu, naturalne komórki obronne, takie jak makrofagi i monocyty, rozpoznają bakterie jako obce. W tym procesie rozpoznawania pośredniczą antygeny bakterii, do których należy antygen O LPS. Bakterie mogą czasami unikać zniszczenia, ale zazwyczaj są degradowane przez nasze komórki obronne. Endotoksyny znajdujące się w bakteriach są następnie uwalniane do krążenia i wywierają szkodliwe działanie. Komórki obronne naszego organizmu również uwalniają substancje, które mogą stymulować szlaki, które potęgują negatywne skutki działania endotoksyn.
Kaskada dopełniacza, poprzez substancje C3a i C5a, powoduje uwalnianie histaminy, głównego efektora reakcji alergicznej. Kaskada dopełniacza ogólnie powoduje rozszerzenie naczyń krwionośnych i zapalenie.
Odpowiedź zapalna jest mediowana przez uwalnianie substancji, które obejmują cytokiny interleukiny, prostaglandyny i czynnik martwicy nowotworów. Interleukiny są pirogenne, powodują reakcję gorączkową. Poza stanem zapalnym, substancje te pośredniczą również w odpowiedzi na wstrząs.
Droga krzepnięcia jest również aktywowana. Dochodzi na ogół do agregacji płytek krwi, rozszerzenia naczyń krwionośnych i zwiększonego przecieku przez ściany naczyń. Substraty wymagane do utworzenia skrzepu krwi mogą być zmniejszone lub uszczuplone w endotoksemii. To zubożenie, wraz z rozszerzeniem naczyń krwionośnych i zwiększonym przeciekiem przyczynia się do występowania krwotoków w zakażeniu bakteryjnym.
Bakterie z endotoksyną
Istnieje wiele klinicznie istotnych bakterii gram ujemnych. Zrozumienie ich biologii i patogenności pozwoli nam lepiej zrozumieć znaczenie LAL w bezpieczeństwie i zapobieganiu chorobom.
Powiązane: Variation of Endotoxin/LPS Across Bacterial Species
Bordetella pertussis jest czynnikiem wywołującym chorobę, krztusiec. Przed opracowaniem szczepionki bakteria ta charakteryzowała się wysokim wskaźnikiem zakażeń i śmiertelności. B. pertussis wytwarza toksynę krztuścową, która ma zdolność hamowania układu odpornościowego. Jest to przede wszystkim zakażenie dróg oddechowych i może dawać objawy podobne do przeziębienia. Charakteryzuje się odgłosem krztuśca, kiedy osoba zakażona wdycha powietrze.
Neisseria meningitides jest bakterią, która powoduje zapalenie opon mózgowych i meningokoki. Zapalenie opon mózgowych to zakażenie opon mózgowych lub wyściółki mózgu i rdzenia kręgowego. Dochodzi do zapalenia opon mózgowych, co może spowodować wzrost ciśnienia w mózgu. Objawy zapalenia opon mózgowych mogą obejmować sztywność karku, gorączkę, ból głowy, zmieniony stan psychiczny i drgawki. Meningococcemia jest zakażenie tej bakterii w krwiobiegu. Objawy meningokoków mogą obejmować gorączkę, bóle stawów, dreszcze, a nawet rozsiane wykrzepianie wewnątrznaczyniowe (DIC), charakteryzujące się tworzeniem małych skrzepów krwi z wewnątrz naczyń krwionośnych, które mogą utrudniać przepływ krwi. Osoba zakażona może mieć wybroczyny lub małe liczne krwotoki pod skórą, siniaki i ciężki niekontrolowany krwotok.
Inny gatunek Neisseria, N. gonorrhea jest znany z wywoływania choroby przenoszonej drogą płciową, rzeżączki. Objawy rzeżączki mogą się różnić w zależności od zakażonego narządu. Może powodować ślepotę w infekcjach oczu, ropną wydzielinę z narządów płciowych i ciężkie zakażenia ogólnoustrojowe. N. gonorrhea podczas wzrostu uwalnia pęcherzyki lub pęcherzyki zawierające LPS. Uważa się, że to właśnie LPS wywołuje proces chorobowy u rzeżączki.
Toksyna Shiga została opisana w najgorszej epidemii E. coli w 2011 roku w Niemczech. Szczep E. coli był O104:H4, który produkował endotoksynę powodującą krwawą biegunkę. Toksyna Shiga jest również znaną toksyną dla bakterii wywołującej czerwonkę, Shigella dysenteriae. Objawy mogą obejmować biegunkę, która może stać się krwista, bóle brzucha i krwisty mocz. S. dysenteariae wywołuje jedną z najgorszych form czerwonki. Bakteria i endotoksyna mogą być rozprzestrzeniane przez skażoną żywność i wodę i często są związane z nieumytymi rękami podczas przygotowywania żywności. Bakteria S. dysenteriae i jej endotoksyna jest zatem ważnym celem wykrywania LAL, szczególnie w przemyśle spożywczym i wodnym.
Cholera jest chorobą, która powoduje wodnistą biegunkę. Bakterią, która wywołuje tę chorobę jest Vibrio cholerae. V. cholerae wydziela toksynę, która prowadzi do postępu choroby u ludzi. Choroba może objawiać się gwałtowną wodnistą biegunką, której towarzyszą bóle brzucha i wymioty. Najgorsze spektrum choroby nazywane jest cholera gravis i może być nawet śmiertelne dla nieleczonych pacjentów, zwłaszcza dzieci. Bakteria i jej toksyna mogą być rozprzestrzeniane przez skażoną wodę. Innym sposobem rozprzestrzeniania się są skażone ryby, skorupiaki i inne produkty spożywcze, które nie zostały poddane odpowiedniej obróbce. Ludzie są również naturalnymi nosicielami V. cholera, więc transmisja może być również spowodowana niewłaściwym myciem rąk i obróbką żywności.
Najczęściej znanymi zanieczyszczeniami żywności są Salmonella typhi, czynnik wywołujący chorobę tyfusu brzusznego oraz Escherichia coli. S. typhi jest naturalnym pasożytem człowieka. E. coli jest naturalnym mieszkańcem ludzkiego przewodu pokarmowego. Nieszkodliwe szczepy E. coli są niezbędne do produkcji witaminy K; istnieją jednak szczepy E. coli, które mogą zaszkodzić organizmowi, jak np. wytwarzający toksynę Shiga szczep O104:H4. Większość chorób wywołanych przez te bakterie produkujące toksyny wymaga przenoszenia przez skażone produkty handlowe, zwłaszcza żywność i wodę. Niekorzystne skutki infekcji mogą być bardzo poważne. Mogą one być spotęgowane w jeszcze większym stopniu przez masową dystrybucję, która dotyka wielu osób w danym czasie.
Zrozumienie tego procesu chorobowego prowadzi do oczywistej korzyści, jaką przynosi badanie endotoksyn LAL przed etapem dystrybucji komercyjnie przygotowanych produktów, które oddziałują na organizm ludzki.