Botulinumtoksin X opdaget med nye egenskaber – Vector blog

Botulisme er en sjælden, potentielt dødelig lammende sygdom. Det er grunden til, at vi ikke bør fodre spædbørn med honning, og hvorfor vi skal være forsigtige med at indtage hjemmekonserves: De kan potentielt indeholde nerveskadelige toksiner produceret af Clostridium botulinum. Botulinumtoksin er klassificeret som et af de seks farligste potentielle bioterrorister.

Der er syv kendte typer af botulinumtoksin. Toksin A og B blev først identificeret i 1919 og først oprenset i henholdsvis 1946 og 1947. (Begge anvendes også medicinsk.) Toxinerne C, D, E og F fulgte senere. Det sidste, toksin G, blev identificeret i 1969 i jordbakterier i Argentina.

Og det er der, hvor det har stået indtil nu. Men for virkelig at kunne forsvare sig mod botulisme er vi nødt til at kende alle de toksiner, der fremstilles af de forskellige C. botulinum-stammer, da hver stamme kræver et separat antistof for at neutralisere den.

“I lang tid er der ikke blevet fundet nye toksiner”, siger Min Dong, ph.d., assisterende professor på Boston Children’s Hospitals afdeling for urologi og Harvard Medical School’s afdeling for mikrobiologi og immunbiologi. “Vi har fundet nye undertyper, men ikke et helt nyt toksin. Spørgsmålet har været, hvornår vi ville finde et sådant, og hvor vi skulle lede efter det.”

I 2013 havde en gruppe i Californien noget, der lignede et nyt toksin, type H, men det viste sig at være falsk alarm: da proteinet til sidst blev sekventeret, viste det sig at være en kombination af to eksisterende toksiner (en undertype af toksin F med et stykke af toksin A).

I sidste uge rapporterede Dong og kolleger i Nature Communications om det første nye botulinumtoksin, der er blevet fundet i næsten 50 år. Det kaldes foreløbigt toxin X og har nogle usædvanlige egenskaber, der adskiller det fra de andre.

“Sekvensmæssigt ligner det ikke noget andet toksin, og det kan ikke genkendes af antistoffer mod noget andet kendt botulinumtoksin”, siger Dong.

Opnåelse af en kold sag

Bakterierne, der producerer toxin X, blev isoleret i 1990’erne i Japan. Stammen, som havde forårsaget tilfælde af botulisme hos spædbørn, blev behørigt kategoriseret, og dens toksicitet blev tilskrevet toksin B. Bakterien blev sekventeret, og sekvensen, der koder for toksin B, blev fundet.

Det så ud til at være slutningen på historien. “Den blev lagt til side,” siger Dong.

Men i 2015 sekventerede en anden japansk gruppe bakteriens genom og lagde sekvensen i en offentlig database.

“Det, de overså i denne genomiske sekvens, var et stykke, der indeholder dette nye toksin-gen,” siger Dong.

Pål Stenmark ved Stockholms Universitet i Sverige opdagede først dette i en bioinformatisk analyse. Det nye gen bar alle kendetegn for at kode for et funktionelt toksin.

“Vi har samarbejdet med Pål om struktur-funktion af botulinumtoksiner i lang tid”, siger Dong. “Han kom til mig med disse oplysninger, og vi besluttede at slå os sammen og kategorisere toksinet funktionelt.”

Med postdoc Sicai Zhang, ph.d., som leder arbejdet, validerede forskerne toksinets aktivitet ved at samle det kunstigt i laboratoriet. “Vi besluttede at undgå at generere det aktive toksin-gen i fuld længde, da introduktion af et toksin-gen i en organisme eller et cellesystem altid er en betydelig biosikkerhedsmæssig bekymring,” siger Dong. “I stedet udviklede vi en metode til at generere en begrænset mængde toksin i reagensglas ved at sammenføje to ikke-toksiske fragmenter.”

Denne metode gav alle de elementer, der var nødvendige for at forstå, hvordan toksin X virker. Jie Zhang, ph.d., seniorforsker i Dongs laboratorium, kunne vise, at det forårsager lammelse hos mus i lighed med andre botulinumtoksiner.

Terapeutiske anvendelser?

Den overraskelse stoppede ikke her. I yderligere undersøgelser fandt laboratoriemedlem Sicai Zhang, ph.d., at botulinumtoksin X kløver det samme sæt nerveproteiner, som andre botulinumtoksiner er målrettet mod. Men det kløver også en gruppe af proteiner, som ingen af de andre toksiner rører ved.

“Type X har denne unikke evne til at kløve VAMP4, VAMP5 og Ykt6”, uddyber Dong. “Nogle af disse proteiner er dårligt karakteriseret, så type X-toksin vil være et værdifuldt værktøj til at definere deres funktioner.”

De yderligere mål kan potentielt give toksin X forskellige egenskaber, når det anvendes medicinsk. Botulinumtoksinerne A og B anvendes i øjeblikket til spasticitet, kroniske smerter, overaktiv blære og fjernelse af rynker, for blot at nævne nogle få anvendelser. De virker ved at skære proteiner i nerveenderne, som påvirker udskillelsen af neurotransmittere, hvilket igen påvirker neuronernes kommunikation. Virkningerne af at skære i yderligere proteiner er endnu ikke blevet undersøgt.

“Kan dette nye toksin tilføje yderligere terapeutiske fordele? Det er et spændende spørgsmål, som vi ikke har svaret på lige nu”, siger Dong. “Vi kender heller stadig ikke styrken af dette toksin. Det skal også undersøges af et CDC-godkendt laboratorium.”

For Dong er opdagelsesprocessen lige så overbevisende som resultaterne.

“Traditionelt opdager man bakterielle virulensfaktorer ved at se på infektionens konsekvenser og finde proteinerne og generne,” siger han. “I dette tilfælde blev toksinet opdaget ved at sekventere hele genomet af bakterierne. Dette illustrerer vigtigheden af genetik og bioinformatiske metoder til at forstå den mikrobielle verden.”