TeNT ja BoNT toksiineja tuottavat klostridia-lajit

• Tetanusbakteeri on tavallinen maaperässä kautta maailman. Mieluiten se viihtyy 20C asteisessa neutraalissa tai alkaalisessa maaperässä kosteuden ollessa 15%. Insidenssi on korkeampi lämpimissä maissa. Sitä voi löytyä eläinten suoliston sisällöstä, mutta se ei esiinny normaalin suolistoflooran merkitsevänä osatekijänä.

Clostridium tetani. Toxiini TeNT, aminohapppokejtun pituus 1315

• BoNT toksiinia tuottavat klostridiat

Botulinum bakteeria esiintyy laajalti maaperässä ja järvein sekä merien pohjasedimentissä useimmissa osissa maailmaa. Mutta eri toksiinityypit eivät jakaudu alueellisesti tasaisesti maailmassa. Muutamat esiintyvät yksinomaan ekologisilla alueilla. Toksiinityyppien maantieteelliseen jakaumaan vaikuttavista seikoista on vain niukasti tietoa, mutta yleisesti ottaen toksiinityyppejä A, B, E ja F on maaperässä ja suolaisten ja makeitten vesiealueitten sedimenteissä.
Useimmiten eriintyy toksiinityyppejä A ja B maaperänäytteissä ja niitten alueellinen jakaantuminen vaihtelee. Toksiinityyppiä E esiintyy meren ja järvenpohjan sedimentissä ja kaloissa pikemminkin kuin maaperässä.
Toksiinityyppejä C ja D esiintyy eläimissä ja linnuissa. Botulismiin kuolleitten eläinten raadot ovat näitten organismien päälähde. Niitä löytyy harvoin maaperänäytteistä, paitsi siellä, missä eläinten botulismi on hyvin yleistä.
C. botulinumia ei tavallisesti löydy terveen ihmisen ruoansulatuselimistöstä, kuitenkin eläinten suolensisällössä tavataan C. botulinum C ja D. Eläimistä tavataan terveitä kantajia sellaisilla alueilla, missä botulismikin on yleinen.

Clostridium botulinum A, toksiini BoNT/A, aminohappoketjun pituus 1296. Clostridium botulinum B, toksiini BoNT/B, aminohappoketjun pituus 1291
C. botulinum C, toksiini BoNT/C1, ketju 1291
C. Botulinum D, toksiini BoNT/D, ketju 1276.
C. botulinum E, toksiini BoNT/E, ketju 1251.
C. butyricum E, toksiini BuNT/E, ketju 1251.
C. botulinum F, toksiini BoNT/F, ketju 1274.
C. baratii F, toksiini BaNT/F, ketju 1268.
C. botulinum G, toksiini BoNT/G, ketju 1297.

• Eri klostridiumtyyppien esiintyminen prosentteina Euroopan alueella vuosien 1993, 1989 taulukoiden mukaan.

Ruotsi, Norja, Tanska, Grönlanti, Islanti, Baltian rannikot ( maaperä ja sedimentti): Positiivisten näytteitten määrä silloin 43 kpl ja niistä:
Toksiini A- tyyppiä 3%, B- tyyppiä 2 %, C/D -tyyppejä 0%, E- tyyppiä 95%, G- ja F-0% .

Englanti, Irlanti (sedimentti, maaperä) , Tanska, Islanti, Hollanti (maaperä) , 35 positiivista näytettä: A-tyyppiä ei, B-tyyppiä 67%, C/D- tyyppiä 19 %, E-tyyppiä 14 %, G ja F tyyppejä ei.

Ranska, Italia (maaperä): 4 positiivista näytettä. A-tyyppiä 29% , B-tyyppiä 71 %, C/D-, E-, F- ja G-tyyppejä 0%.

Sveitsi: 44 positiivista näytettä. A-tyyppiä 19%, B-tyyppiä 56%, C/D-tyyppiä 3 %, E tyyppiä 0%, G-tyyppiä 19 % ja F-tyyppiä 0%.

Chlostridiaa botulinum B-tyyppi on Keski- Euroopan ja Etelä-Euroopan tavallisin. Se on myös paljon yleisempi järvisedimentissä (lake and loch sediments) kuin maaperänäytteissä.

Lämpimän ja subtrooppisen sekä trooppisen ilmaston maaperässä on eniten C. botulinum A ja B tyyppejä.

C. botulinum E on alueesta riippuvainen enemmän kuin muut tyypit ja ilmenee maapallon pohjoispuoliskolla. Se pystyy kasvamaan hyvin matalissa lämpötiloissa ja kasvaa vetisissä olosuhteissa.

C. botulinum C ja D esiintyvät laajalti kautta maailman, lähinnä mudassa, suosedimentissä, lammissa ja merenrannikolla, joissa se on endeeminen vesilinnuissa. Tropiikissa sitä on myös maaperässä. C. botulinum D aiheuttaa eläinten kuten märehtijöitten ja hevosten botulismia. Niitten ruhot ja jyrsijät ovat yleisin lähde tälle klostridiatyypille. D-tyypin klostridiaa löytyy myös maaperästä sellaisissa paikoissa, missä eläinten botulismi on yleistä.

C. botulinum F ja G.
Ensimmäinen F-tyyppi tunnistettiin kotitekoisesta maksapasteijasta, joka oli aiheuttanut ihmisbotulismia Tanskassa 1960. F-tyyppiä löytyy meri- tai makean veden sedimentistä. G- tyyppi eristettiin ensimmäisen kerran Argentiinasta maaperänäytteestä, kun oltiin selvittämässä tuntemattomaan tautiin kuolleitten ihmisten kuolinsyytä 1970.
Näitä F- ja G-tyyppejä löytyy harvemmin kuin muita tyyppejä.

C. butyricum on laajalti levinnyt miljööbakteeri, niin maaperässä, makean veden kuin meren sedimenteissä, juustossa, terveitten vasikoitten suolistossa, eläinten ja ihmisten ulosteissa ja joskus myös todetaan kliinisistä näytteistä päätellen veressä, virtsassa, hengitysteissä, pleuraontelossa, vatsassa, haavoissa ja paiseissa. Se on joskus ollut syynä nekrotisoivaan enterokoliittiin vastasyntyneellä. Keinotekoinen ruokinta ja suoliston staassi edistävät C. butyricum- bakteerin ylikasvua suolessa. Bakteeriylikasvusta seuraa vedyn ja orgaanisten happojen muodostumista, lähinnä voihappoa, mikä vastasyntyneen nekrotisoivassa koliitissa on tämän bakteerin virulenssitekijä. Roomassa eristettiin vuonna 1986 kaksi C. butyricum kantaa, jotka tuottivat BoNT/E toksiinia. Toksigeenisten kantojen alkuperä jäi silloin mysteeriksi laajoista tutkimuksista huolimatta.

C. baratii
Tätä klostridiaa on eristetty maaperästä, sedimenteistä, ulosteista, rottien ulosteista ja joskus sotahaavoista, vatsaontelonnesteestä, silmän, korvan ja prostatan eritteestä. Toksigeeninen C. baratii joka tuottaa BoNT/F toksiinia on aiheuttanut ainakin yhden vauvan botulismin ja kaksi aikuisbotulismia .

LÄHDE: C. Montecucco. Clostridial neurotoxins. Springer Verlag 1995.
ISBN 3- 540- 58452-8

Kirja Clostrium lajin toksiineista

C. Montecucco (Editor): Clostridial neurotoxins. The molecular pathogenesis of tetanus and botulism.Springer-Verlag 1995. ISBN 3-540-58452

• Nerve cells become intoxicated by tetanus and botulism neurotoxins. These toxins bind to the presynaptic membrane and are internalized by endocytosis. Inside the neuron cytosol L chain of the translocated toxin blocks neuroexocytosis apparatus cleaving its different important components.

Hermosolut myrkyttyvät tetanus- ja botulinustoksiineista, sillä ne sitoutuvat presynaptiseen kalvoon ja sitten menevät endosytoosilla solun sisään. Siellä ne vapautuvat endosytoosirakkulasta ja silloin muodostunut L-ketju neuronin solulimassa alkaa blokeerata neuronaalista exosytoottista järjestelmää, sen tärkeitä osatekijöitä.

• 1884 TETANUS considered ( by Carle et Rattone) to be an infectious disease- and not a neurological disease . Chlostridium tetani bacteria became established 1889-1890 (Kitasato, Faber). Its proteic neurotoxin became demonstrated (by Tizzoni et Cattani) to be the cause of the disease. The toxin was shown to move retroaxonally (1892, Brushcettini) ) and to act at the spinal cord level.

Vuonna 1884 havaittiin tetanuksen olevan infektiotauti eikä vain neurologinen sairaus, kuten aiemmin oli luultu. Vuosina 1889 ja 1890 pystyttiin aiheuttava bakteeri kuvaamaan, Clostridium tetani. Sen proteiininen neurotoksiini osoitettiin ja samoin toksiinin retroaxonaalinen kulkeutuminen.

• The neurotoxin could be converted to a non pathogenic but still immunogenic form and that could be used as a vaccine (1925, Ramon et Descombey). To prevent tentanus by vaccination became a great success ( Galatzka et Gasse). Tetanus toxoid is now a standard immunogen in studies of molecular and cellular immunology. Tetanus neurotoxin (TeNT) is an intracellular metalloproteinase, zinc endopeptidase.

Neurotoksiini oli muunnettavissa nonpatogeeniseen muotoon , vaarattomaan , kuitenkin vielä immunogeeniseen muotoon ja käytettävissä rokotteen tavoin. Preventiivisestä tetanusrokotteesta tulikin oikea menestys. Nyt on tetanustoxoidi standardi immunogeeni molekulaarisen ja soluimmunologian tutkimuksissa. Tetanusneurotoksiini (TeNT) on luonteeltaan solunsisäinen metalloproteinaasi , sinkki-endopeptidaasi.

• BOTULISM is of minor health concern with respect to tetanus although it is much more frequent than that , and can be caused by seven different serotypes of botulinum neurotoxin (BoNT). These neurotoxins block neurotransmitter release at the neuromuscular junction ( Burgen et al. 1949). This effect can also be utilized in the treatment of a variety of diseases characterized by an unbalanced contraction of opposing muscles (Cardoso et Jankovic). So a terrible poison can be converted to an agent beneficial to human health. (Botulinum neurotoxin serotype A is currently in clinical) use.

BOTULISMI on pienempialainen ongelma maailmassa kuin TETANUS, mutta kuitenkin paljon tavallisempi ja sitä voi aiheuttaa seitsemän eri serotyyppiä botulinumtoksiinia (BoNT). Ne blokeeraavat hermonvälittäjäaineen vapautumisen hermolihasliitoksessa. Juuri tätä vaikutusta voidaan hyödyntää terapiassa erilaisissa taudeissa, joissa on kyse lihaskontraktion epätasapainosesta toisilleen vastakkaisissa lihaksissa. Niinkin kauhistuttava myrkky on siis muunnettavissa ihmisen terveydelle hyödylliseksi agenssiksi. Tavallisimmin kliinisesä käytössäon ollut botulinumtoksiinin serotyyppi A.

• Botulinum toxins are also intracellular metalloproteinases as tetanusneurotoxin. Botulinum neurotoxin type B is also a zinc endopeptidase. Botulinus toxin serotypes are A, B, C, D, E, F, G. The receptors of botulinum neurotoxins are expected to be proteins of the lumen of small synaptic vesicles.

Botulinumtoksiinitkin ovat intrasellulaarisia metalloproteinaaseja. Botulinumtoksiini B on myös sinkkiendopeptidaasi kuten tetanustoksiini. Serotyyppeja on seitsemän A- G. Niitten reseptoreitten oletetaan olevan pienten synaptisten rakkuloitten ontelossa sijaitsevia proteiineja.

• Other toxins beside the neurotoxins. C. tetani ja BoNT-producing clostridia also produce various toxins and enzymes e.g. lipase, lecithinase, protease, gelatinase, as the other toxigenic clostridia. The most importan are the C2 tocin and C3 exoenzyme.

Muitakin toksiineja esiintyy klostridioissa kuin neurotoksiineja. C. tetani ja BoNT-tuottavat klostridiumlajit tuottavat nekin muita toksiineja ja entsyymejä ( esim. lipaasia, lesitinaasia, proteaasia, gelatinaasia) kuten muut toksigeeniset klostridiat. Tärkeimmät näistä ovat C2 toksiini ja C3 eksotoksiini.

• C2 toxin is produced by C. botulinum C aand D. strains. This toxin consists of two independent peptide chains termed C2-I and C2-II. Both polypeptide chains are required for cell toxicity. C-II displays hemagglutinating activity. C2-1 is an ADP-ribosyltransferase. whose substrate is the cellular non-muscular G actin. F actin filaments depolymerizates and the cells are rounding up. C2 toxin interferes with noradrenaline release . C2 toxin increases vascular permeability, induces hemorrhage and edema in the lungs and leads to hypotonic effects. This binary toxin has an enterotoxin activity and degenerative and necrotic changes of the intestinal mucosa.

C2 toksiinia tuottaa C. botulinum serotyypit C ja D. Toksiinissa on kaksi itsenäistä peptidiketjua C-I ja C-II. Molempien läsnäollessa muodostuu solutoksisuus. C-II on hemagglutinoiva vaikutukseltaan. C-I on ADP-ribosyylitransferaasi, jonka kohde on non-muskulaarinen G-aktiini. F-aktiinifilamentit depolymerisoituvat ja solu pyöristyy. C2 toksiini vaikuttaa noradrenaliinin vapautumiseen, aiheuttaa verenvuotoa ja turvotusta keuhkoissa ja johtaa hypotoniaan. Tämä binäärinen toksiini on myös enterotoksiini ja vaikuttaa suolen limakalvossa degeneratiivisia ja nekroottisia muutoksia.

• C3 exoenzyme is and ADP-ribosyltransferase also produced by C. botulinum C and D strains and is distinct from the C2 toxin. It consists of a single peptide chain. Exoenzyme C3 catalyzes the ADP ribosylation of a small GTP binding protein called Rho and, to a lesser exctent, the Rac protein. Rho and Rac are parts of the Ras superfamily of proteins which are involved in the regulation of cell actin polymerization. C3 can not be internalized, it is exoenzyme. The minimum concentration causing a cytotoxic effect is 2-4 ug/ ml. The incidence of the C3 exoenzyme in natural disease is unknown.

C3 on exoentsyymi, jonka internalisoitumista ei tapahdu. Se on ADP-ribosyylitransferaasi ja sitä tuottuu C. botulinum serotyypeissä D ja C. Se katalysoi pienten GTP:hen sitoutuvien proteiinien, Ras-superperheen, ADP-ribosylaatiota. Ras- proteiinit säätelevät aktiinin polymerisaatiota. Pienikin määrä tätä exoentsyymiä on sytotoksista.

• Hemolysins

Tetanolysin produced by C-tetani is an oxygen-sensitive hemolysin which is related functionally and antigenically to streptolysin O, pneumolysin, listeriolysin and hemolysins produced by eight clostridial species including theta toxin of C. perfringens, tetanolysin and botulinolysin. These hemolysins belong to the thiol-activated cytolysin family. Tetanolysin is a single polypeptide. It lyzes a wide variety of cells: erythrocytes, leukocytes, macrophages, fibroblasts. Cytolytic activity is inhibited by oxidizing conditions, cholesterol, and related sterols.

Hemolysiinit
Clostridium tetani tuottaa tetanolysiiniä. joka on happimolekyylille herkkä hemolysiini ja funktionaalisesti ja antigeenisesti samankaltainen kuin streptolysiini O, pneumolysiini, listeriolysiini ja hemolysiinit, joita kaikissa kahdeksassa klostridiumlajissa tuottuu mukaanluettuna C. perfringens bakteerin tuottama theta-toksiini, tetanolysiini ja botulinolysiini. Nämä hemolysiinit kuuluvat tiolin aktivoimaan sytolysiiniperheeseen. Tetanolysiini on yksinkertainen polypeptidi. Se hajoittaa koko joukon soluja kuten erytrosyyttejä, valkosoluja, makrofageja, fibroblasteja. Tätä sytolyyttistä aktiivisuutta estää oksidoivat olosuhteet, kolesteroli ja vastaavat sterolit.

• List of the contents in this book.

Yllämainitun kirjan otsikoitten luettelo.
M.R. Popoff. Ecology of Neurotoxigenic Strains of Clostridia.
A. Galazka et F. Gasse. The Present Status of Tetanus and Tetanus Vaccination.
C.L. Hatheway. Botulism: The Present Status of the Disease.
G. Corradin et C. Watts. Cellular Immunology of Tetanus toxoid.
J.L. Middlebrook et J.E. Brown. Immunodiagnosis and Immunotherapy of Tetanus and Botulinum Neurotoxins.
C.C. Shone et H.S. Tranter. Growth of Clostridia and Preparation of Their Neurotoxins.
N.P. Minton. Molecular Genetics of Clostridial neurotoxins.
F. Benfenati et F. Valtorta. Neuroexocytosis.
J.L. halperin et E.A. Neale. Neurospecific Binding, Internalization and Retrograde Axonal Transport.
B. poulain, J. Molgo et S. Thesleff. Quantal Neurotransmitter Release and the Clostridial neurotoxins´Targets.
G. Schiavo, O. Rossetto, F. Tonello et C. Montecucco. Intracellular Targets and Metalloprotease Activity of Tetanus and Botulism neurotoxins.