БАКТЕРИАЛЬНЫЕ ТОКСИНЫ: ВРАГИ СТАНОВЯТСЯ СОЮЗНИКАМИ
Человек приручил огонь, нашел применение опасным и непредсказуемым взрывоопасным веществам, атомной энергии, радиоактивному излучению и даже смертельно опасным ядам. Использование ядовитых веществ, как природных, так и синтетических в качестве лекарственных средств — в медицине не новость. Нельзя не восхищаться дерзостью человеческого ума, сделавшего послушным инструментом в руках врачей вещества-убийцы — бактериальные токсины, «на совести» которых миллионы человеческих жизней
Тихие убийцы
Среди патогенных микроорганизмов есть немало видов, которые синтезируют токсины — высокоактивные вещества, угнетающие физиологические функции. Их воздействие приводит к заболеванию или гибели людей и животных. Бактериальные токсины являются важнейшими факторами патогенности возбудителей таких тяжелых инфекционных болезней, как холера, дифтерия, ботулизм, столбняк, газовая гангрена, сибирская язва и др. Многие возбудители вырабатывают несколько токсинов, и по их специфическому воздействию на человеческий организм определяют симптомы конкретной болезни.
Бактериальные токсины подразделяют на два больших класса: экзо- и эндотоксины. Если первые секретируются живым микроорганизмом, то вторые являются структурными компонентами бактериальной клетки, часто высвобождаемыми после ее гибели. Экзотоксины — самые опасные яды из всех обнаруженных в природе или созданных человеком. Их действие можно сравнить с полетом стрелы, поражающей мишень. Действие же эндотоксинов обычно отличается неспецифичностью и сравнимо с эффектом брошенного в воду камня, когда волны расходятся во все стороны. Эндотоксины, вызывая продукцию собственных медиаторов организма, приводят к множеству функциональных нарушений.
В «рейтинге» белков, наиболее токсичных для млекопитающих, первые три позиции занимают соответственно экзотоксины ботулизма, столбняка и дифтерии. Об их опасности красноречиво свидетельствует хотя бы тот факт, что, например, минимальная летальная доза экзотоксина, выделяемого Corynebacterium diphtheriae, для человека с массой тела 70 кг составляет 0,007 мг, а 2 кг ботулотоксина (экзотоксина Clostridium botulinum) достаточно для уничтожения населения всего земного шара.
Токсин в действии
На первый взгляд, бактериальные экзотоксины — разнообразная группа белков как по структурной организации, так и по механизму действия. Однако их объединяет ряд общих принципов функционирования. Как правило, экзотоксины состоят из двух фрагментов: активного и связывающего. Последний отвечает за распознавание клетки-мишени и связывание токсина с ее поверхностью. Активный же фрагмент обладает ферментативной активностью и модифицирует компоненты клетки, что приводит к ее гибели или изменению физиологического состояния.
Наиболее распространенный вариант воздействия бактериального экзотоксина на клетку-мишень характерен для дифтерийного, коклюшного и холерного токсина, а также отечного фактора возбудителя сибирской язвы: они вызывают необратимую модификацию клеточных белков. Другой вариант воздействия экзотоксинов — повреждение (лизис) мембраны клетки-мишени. Такой механизм описан для альфа-токсина возбудителя газовой гангрены Clostridium perfringens, гемолизинов золотистого стафилококка и гноеродного стрептококка — Staphylococcus aureus и Streptococcus pyogenes. Третий вариант — экзотоксины, ингибируя высвобождение нейромедиаторов, оказывают нейротоксическое действие. Так, ботулотоксин блокирует синаптическую передачу на уровне мотонейронов, вызывая расслабление мышечных структур. А токсин возбудителя столбняка Clostridium tetani блокирует передачу тормозных импульсов на двигательные нейроны в спинном мозге, приводя к мучительным судорогам и спастическому параличу.
Токсины против токсинов
Важнейшая область применения бактериальных экзотоксинов — получение анатоксинов для вакцинации человека и животных, а также антитоксических сывороток.
Опасность ряда тяжелых заболеваний, возбудители которых продуцируют экзотоксины, состоит в том, что при их лечении антибактериальные средства зачастую оказываются неэффективными. Уничтожая патогенные микроорганизмы, антибиотики бессильны перед экзотоксинами, которые уже успели выделиться в ткани и продолжают свою разрушительную деятельность. Важную роль в таких случаях играет серотерапия — введение на ранних стадиях заболевания специфических сывороток, нейтрализующих токсины. Например, противостолбнячную сыворотку следует вводить при травмах, особенно когда существует риск заражения ран, ссадин или ожоговых поверхностей возбудителем столбняка. А при подозрении на ботулизм срочное введение противоботулинической сыворотки является, по сути, единственным эффективным методом терапии этого опасного заболевания. Специфические сыворотки используют также в лечении дифтерии и газовой гангрены.
В 1888 г. был открыт дифтерийный токсин, синтезируемый возбудителями дифтерии бактериями Сorynebacterium diphtheriae — инфекционного заболевания верхних дыхательных путей, при котором наблюдается токсическое поражение органов и тканей, особенно почек, нервной системы и миокарда
Конечно, далеко не всегда оказывается возможным вовремя ввести сыворотку. А промедление буквально на несколько часов может стать роковым. В связи с этим большое значение приобретает профилактика тяжело протекающих заболеваний с высокой летальностью путем активной иммунизации. В качестве вакцин наравне с ослабленными или убитыми культурами микроорганизмов широко применяют обезвреженные токсины бактерий — анатоксины или токсоиды. Технологию их получения, разработанную 20-х годах прошлого века французским иммунологом Гастоном Рамоном, используют и по сей день. Анатоксины получают путем обработки токсина формалином при 37–40 °C. Становясь безопасными, анатоксины сохраняют антигенные и иммуногенные свойства, то есть способствуют появлению в крови специфических антител, нейтрализующих действие соответствующего токсина.
Анатоксины также необходимы для приготовления лечебных антитоксических сывороток. Ими иммунизируют лошадей, а затем, используя специальную технологию, изготавливают препараты специфических иммуноглобулинов (антитоксинов), лишенные балластных веществ.
Вакцины, содержащие анатоксины, вводят для профилактики дифтерии, столбняка, ботулизма, газовой гангрены и стафилококковых инфекций, а антитоксические сыворотки — для лечения этих заболеваний. На различных стадиях разработки и клинических испытаний находятся вакцины нового поколения, созданные с использованием генно-инженерных технологий.
«Колбасный» яд — миорелаксант
В 1946 г. был получен чистый кристаллический ботулинический токсин типа А, а позднее изучен механизм его действия, заключающийся в блокировании выброса ацетилхолина из пресинаптической мембраны в нервно-мышечном синапсе. Фармакологическим эффектом процесса является стойкая хемоденервация, проявляющаяся расслаблением мышц, что с успехом используют при лечении мышечной гиперактивности. Введение в определенные точки очищенного токсина в микродозах (до 6 Ед/кг) вызывает паралич мышцы-мишени, устраняет мышечный спазм и боль при отсутствии местных или системных побочных эффектов. Инъекции необходимо периодически повторять, так как через 4–6 месяцев после введения токсина формируются новые нервно-мышечные синапсы, и прежняя мышечная активность восстанавливается.
Клиническое применение ботулинического токсина в медицине началось в 80-х годах ХХ века после того, как американский офтальмолог A. Скотт использовал токсин для лечения нарушений функции глазодвигательных мышц — блефароспазма и страбизма (косоглазия). А в 1989 г. было получено разрешение на коммерческое использование препарата ботулотоксина в США. Эффективность ботулотоксина доказана также при ряде других расстройств, включая дистонию мышц шеи и гортани, писчий спазм, гемифасциальный спазм, тремор и тик. Токсин применяют не только у взрослых, но и у детей старше двух лет, в том числе при детском церебральном параличе и спастичности. Ботулинический токсин производят несколько фармацевтических фирм, его использование в медицинской практике одобрено более чем в 50 странах, а исследования, направленные на расширение сферы его применения, не прекращаются.
«Колбасное» отравление
Первые случаи отравления ботулиническим токсином, относятся к 1700-м годам, описаны в Германии и вызваны употреблением в пищу недоброкачественной колбасы. Этот продукт (лат. botulus — колбаса) и дал название заболеванию. Споры Clostridium botulinum на протяжении многих лет сохраняются в почве, откуда могут попадать на пищевые продукты. В анаэробных условиях (в консервированных или плотных продуктах) бактерии начинают вырабатывать токсин. Болезнь развивается в течение суток. Наряду с симптомами пищевого отравления наблюдаются специфические проявления — нарушение остроты зрения, двоение в глазах, косоглазие; затем присоединяются нарушение речи, глотания, изменение голоса и т.д. Без лечения наступает смерть от паралича дыхательных мышц
Яд на службе у косметологов
Врачи, проводившие лечение инъекциями ботулотоксина, заметили, что у некоторых пациентов стали разглаживаться морщины на лбу. И хотя омолаживающий эффект в показаниях к применению препаратов ботулотоксина не значился, в 90-е годы их все чаще использовали в косметологии. С юридической точки зрения в этом не было ничего противозаконного, так как устранение морщин всегда можно назвать лечением мышечного спазма. Правда, реклама в СМИ подобных процедур была запрещена, а проводить их разрешалось высококлассным специалистам. В 2002 г. в США было официально разрешено применять препарат ботулинического токсина в косметологии как эффективное и безопасное средство коррекции морщин на лбу и вокруг глаз.
Морщины бывают статические и динамические (мимические). Первые обусловлены возрастными изменениями, происходящими в коже, либо неблагоприятным воздействием факторов окружающей среды, истощением и др. Такие морщины ботулиническому токсину не под силу. Зато с динамическими он справляется великолепно. Ведь они образуются в результате активности мимических мышц, которые постоянно сморщивают и растягивают кожу вокруг глаз, рта, на переносице, на лбу. При точечном введении невысокой дозы токсина в соответствующие мимические мышцы они на длительное время теряют способность к сокращению, и морщины разглаживаются. Главное — помнить, что имеешь дело с опаснейшим ядом. Поэтому инъекции ботулинического токсина должен проводить высококвалифицированный врач, прошедший специальную подготовку.
В медицине используют еще один бактериальный токсин — стрептокиназу, фермент выделяемый некоторыми патогенными штаммами стрептококков. Стрептокиназа —мощный активатор плазминогена — применяется при инфаркте миокарда для восстановления проходимости тромбированных артерий
Послать яд врагу
Перспективным направлением использования бактериальных токсинов в клинической практике является создание так называемых противоопухолевых иммунотоксинов. Горизонты, которые открывает перед врачами такой метод, необозримы. Обычно иммунотоксины состоят из ферментативно-активной части молекулы какого-либо токсина и антитела, специфичного к рецепторам клеток-мишеней. По сути, антитела играют роль «почтальонов», доставляющих токсичное вещество точно по назначению — в клетки, которые нужно уничтожить, не нанося вред здоровым. Проникая в клетки-мишени, токсин нарушает жизненно важные процессы и таким образом убивает их. В арсенале врачей-онкологов появляется эффективное противоопухолевое средство, которое в отличие от большинства других методов лечения злокачественных новообразований практически не оказывает системного действия на организм.
Цитотоксический компонент иммунотоксинов универсален, так как уничтожает любую клетку, в которую попадает. Обычно используют дифтерийный токсин, экзотоксин А бактерий рода Pseudomonas, а также токсин растительного происхождения рицин. С антителами ситуация более сложная, так как для каждого типа опухоли необходимо определить специфические рецепторы и, соответственно, получить антитела, которые определят специфичность действия иммунотоксина. В настоящее время проводятся клинические испытания иммунотоксинов для лечения больных с В-клеточными лимфомами, лейкемией и, что особенно важно, меланомой.
Татьяна Ткаченко
“Фармацевт Практик”, №6, 2005
