2015 ( )

Patogenita Toxiny

L5/2015 (19. 3. 2015)

Termíny Infekce  Růst parazitického organizmu v těle hostitele

Patogenita  Obecná schopnost bakterie vyvolat infekční onemocnění

Virulence  Stupeň patogenity (kvantitativní vlastnost)

Primární patogen  Onemocnění u osob s plně funkční imunitou

Podmíněný patogen  Onemocnění především u osob s poškozenou obranyschopností/imunitou

Mikroorganizmus versus hostitel

Nemoc jako výsledek interakce mikroorganizmu a hostitele Pokles obranyschopnosti hostitele

Podmíněný patogen

Primární patogen

Patogenita (virulence) bakterie

Kochovy postuláty (etiologické agens)

 Bakterie je přítomna v každém případu nemoci a nepřítomna u zdravých jedinců  Musí být izolovatelná v čisté kultuře mimo postižený organizmus  Naočkování čisté kultury do citlivého zvířete vyvolá typické příznaky nemoci  Z infikovaného zvířete lze izolovat bakterie shodné s původními

Zjevnost infekce

Infekce Vstup do hostitele Adheze Kolonizace Infekce Faktory patogenity Reakce hostitele (Imunopatogenita)

Nemoc

Vstupní brány infekce

Adheze Různé mechanizmy Adheziny: vazba ke tkáňovým receptorům  Proteiny (lektiny) na fimbriích • Fimbrie P u E. coli se váží k receptoru Gal-Gal uroepitelií

P fimbrie uropatogenní E. coli (UPEC)

• Pili N. gonorrhoeae  Nefimbriové proteiny Yersinia  Lipoteichoová kyselina a protein F u S. pyogenes

Adherence gonokoků k epitelu uretry

Biofilm  Polysacharidová matrix spojuje bakteriální buňky s podkladem

planktonic

 Vlastní architektura a fyziologie  Katetry, umělé chlopně

Bakteriální biofilm na katetru www.cdc.gov

sessile

Annu Rev Microbiol 2002

Faktory patogenity  Destrukce tkání • Produkty metabolizmu, degradativní enzymy (fosfolipáza, kolagenáza, proteázy, fibrinolyzin, hyaluronidáza atd.) → růst a šíření bakterií  Toxiny • Exotoxiny • Endotoxiny • Superantigeny  Potlačení či vyhnutí se imunitní odpovědi  Imunopatogeneze

Molekulární „Kochovy postuláty“ (faktory patogenity)

 The phenotype or property under investigation (& the responsible gene) should be associated with pathogenic members of a genus or pathogenic strains of a species  Specific inactivation of the gene(s) associated with the suspected virulence trait should lead to a measurable loss in pathogenicity or virulence  Reversion or allelic replacement of the mutated gene should lead to restoration of pathogenicity  The gene, which causes virulence, must be expressed during infection  Immunity must be protective

Stanley Falkow 1988

Invazivita  Průnik tkáňovou bariérou do sterilních a citlivých míst/tkání  Poškození/průnik do buněk bariéry  Salmonely a shigely se váží k buňkám M Peyerových plaků → průnik do mukózy • Shigella → replikace v cytoplazmě → invaze do okolních buněk

Shigela v endozómu epiteliální buňky

• Salmonella → ileum → replikace ve fagozómu → systémová infekce

Salmonela invadující Peyerovy plaky

Toxin výlučně: tetanus a botulismus Rod Clostridium  Gram+, sporulující, anaerobní bakterie  Neurotoxiny typu AB Clostridium tetani  1889, S. Kitasato  Terminální endospory  Neurotoxin tetanospasmin toxická dávka 4×10-8 mg

(striktně)

C. tetani C. botulinum

Clostridium botulinum  1896, E. van Ermengem  Subterminální endospory  Neurotoxin botulotoxin typů A-G toxická dávka 0,8×10-8 mg (smrtelná dávka pro člověka: 1 μg)

Tetanospasmin (AB toxin)  Působí na centrální nervový systém  Plazmidový gen tetX  Řetězec B (100kDa) se váže ke gangliozidům GD2 a GD1b na membráně neuronů (nervověmuskulární spojení) → retrográdní axonální transport → CNS  Řetězec A (Zn endopeptidáza, 50kDa) degraduje membránový vezikulární protein synaptobrevin (VAMP) → neuvolňují se inhibiční neurotransmitery GABA (γaminobutyrát) a glycin → svalová hypereaktivita → tetanický spazmus (celková svalová kontrakce)

Tetanus: klinické projevy  4 klinické formy  Generalizovaná forma (80 %): bulbární a paraspinální svaly, autonomní nervový systém → trismus (lock jaw), risus sardonicus, opistotonus, srdeční arytmie  Smrtnost: ~11 %  Diagnóza: klinické symptomy  Léčba: pasivní imunizace, metronidazol, symptomatická léčba

Muž s tetanem: opistotonus a risus sardonicus (sir Charles Bell 1809, the Royal College of Surgeons of Edinburgh)

Tetanus: epidemiologie a prevence  Zdroj spor: zažívací trakt zvířat i lidí  Výskyt: celosvětový, zvl. místa s teplým, vlhkým klimatem, hnojenou půdou  Významný v rozvojových zemích: ~ 1 milion případů/rok ~ smrtnost 20-50 %  Postiženy téměř výlučně neimunizované osoby  Prevence: očkování toxoidem (P. Descombey 1924)

Incidence

Botulotoxin (AB toxin)  Působí na periferní cholinergní nervový systém  Blokuje uvolnění acetylcholinu (ACE) v nervově-svalových spojích → zamezení svalové kontrakce → paralýza  Toxin A štěpí (SNARE) protein SNAP-25 potřebný pro fúzi vezikul s ACE se synaptickou membránou

Botulismus  Alimentární intoxikace nikoliv infekce (vyjma dnes nejčastějšího dětského botulismu)  Požití toxinu → po 18-36 h první příznaky (slabost, závrať, sucho v ústech) → neurologické příznaky (neostré/dvojité vidění, neschopnost polknout, sestupná svalová ochablost, ochrnutí bránice > respirační paralýza)  Triáda příznaků: (bulbar) paralýza hlavových nervů & sestupná paralýza, absence horečky, jasné vnímaní a vědomí (> udušení při plném vědomí)  Smrtnost: ~5-10 %; ~60 % pokud neléčeno  Léčba: pasivní imunizace (pouze volný toxin), symptomatická léčba (asistovaná ventilace)  Prevence: Tepelná úprava potravin 10 min 100 °C nebo 20 min 80 °C

Hlavové nervy

Toxin především: záškrt Corynebacterium diphtheriae  Původce záškrtu - difterie (διφθερα - pár kožených svitků)  G+ aerobní bakterie příbuzná mykobakteriím  1884, Klebs a Löffler  Toxin: 1888, Roux a Yersin  Antitoxin: ~ 1890, von Behring  Patogenní pouze kmeny produkující difterický toxin  Též C. ulcerans, C. pseudotuberculosis

Difterický toxin (AB toxin)  Profág s genem tox  Gen tox je (neg.) regulován chromozómově kódovaným DtxR  Vazba podjednotky B k extracelulární doméně EGF prekurzoru pro epidermální růstový faktor  Vytvoření kanálu hydrofóbní doménou podjednotky B  Vstup podjednotky A do cytoplazmy  A: ADP-ribozyl transferáza  Inaktivace EF-2

Záškrt: patogeneze  Kolonizace krčního epitelu a růst (pseudomembrána)  Tvorba toxinu  Rozsev toxinu  Degenerativní změny v citlivých tkáních (srdce, svaly, periferní nervy, ledviny, játra, slezina)  Progresivní poškození myelinových pouzder centrálního a periferního nervového systému  Léčba: symptomatická léčba, tracheotomie, antitoxin

Záškrt: epidemiologie  Smrtnost 5 – 10 %,  20% smrtnost u osob <5 a >40 let, u nelečených případů  50%  USA 1920: ~ 200 tis. případů († 15 tis.) 2000-7: 5 případů  Bývalý SSSR 1991: ~ 2 tis. příp. 1998: ~ 200 tis. př. († 5 tis.)

Nejen toxin: černý kašel Bordetella pertussis Gram-, striktně aerobní, náročná Faktory patogenity (adheziny)  Pertusis toxin (PT) – geny ptx– exotoxin AB, 6 podjenotek (S1-6): B (=S2-6) a A (=S1) katalyzuje ADPribozylaci membránových proteinů G → ↓ interakce s receptory na CM (intracelulární komunikace) → inaktivní podjednotka Gi (vazba ADP) → neinhibovaná adenylcykláza → elevace cAMP → sekrece, tvorba hlenu  Filamentózní hemaglutinin  Pertactin (OMP)  Pilus

Černý kašel: patogeneze  Inhalace→ afinita ke glykolipidům řasinkového epitelu → adheze via synergizmus mezi toxinem (S2) a filamentózním hemaglutininem  1. fáze (7-10 d) – katar  2. fáze (7-14 d) – paroxyzmální fáze kašel, hlen, ciliární stáze  3. fáze (2-4 týd.) – rekonvalescence sekundární komplikace  Léčba: symptomatická, malý efekt antibiotik při rozvinuté fázi

Černý kašel: epidemiologie  10 - 90 mil. případů/rok  ~ 600 tis. úmrtí/rok  Rostoucí incidence u dospělých (waning imunity)  Celobuněčná vakcína → c. 85% eliminace sympt. pertuse, možné komplikace  Dříve DTP (od 1942)  Nová bezbuněčná vakcína (per. toxin, filament. Hg, pertacin) DTaP

Další významné exotoxiny TOXIN

PATOGEN

NEMOC

Enterotoxin

S. aureus

Staf. enterotoxikóza

Cholera toxin

V. cholerae

Cholera

Antraxový toxin

B. anthracis

Antrax

Shiga toxin

S. dysenteriae Bacilární úplavice

Erythrogenní t.

S. pyogenes

Spála

TSST-1

S. aureus

Syndrom toxického šoku

Fosfolipáza C

C. perfringens Myonekróza

AB T o x i n y