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 Pili N. gonorrhoeae Nefimbriové proteiny Yersinia Lipoteichoová kyselina a protein F u S. pyogenes P fimbrie uropatogenní E. coli (UPEC) 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 Salmonella ileum replikace ve fagozómu systémová infekce Shigela v endozómu epiteliální buňky Salmonela invadující Peyerovy plaky
Toxin výlučně: tetanus a botulismus Rod Clostridium Gram+, sporulující, (striktně) anaerobní bakterie Neurotoxiny typu AB Clostridium tetani 1889, S. Kitasato Terminální endospory Neurotoxin tetanospasmin toxická dávka 4 10-8 mg 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 Smrtnost5 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 AB T o xi n y Erythrogenní t. S. pyogenes Spála TSST-1 S. aureus Syndrom toxického šoku Fosfolipáza C C. perfringens Myonekróza