Új tulajdonságokkal rendelkező botulinum toxin X-et fedeztek fel – Vektor blog

A botulizmus egy ritka, potenciálisan halálos bénító betegség. Ez az oka annak, hogy nem szabad csecsemőket mézzel etetni, és hogy miért kell óvatosan bánni az otthoni konzervek fogyasztásával: ezek potenciálisan idegkárosító toxinokat tartalmazhatnak, amelyeket a Clostridium botulinum termel. A botulinumtoxint a hat legveszélyesebb potenciális bioterrorista kórokozó közé sorolják.

A botulinumtoxinnak hét típusa ismert. Az A és B toxint először 1919-ben azonosították, és először 1946-ban, illetve 1947-ben tisztították meg. (Mindkettőt orvosilag is használják.) Végül a C, D, E és F toxinok következtek. Az utolsót, a G toxint 1969-ben azonosították talajbaktériumokban Argentínában.

És ez eddig így állt. A botulizmus elleni valódi védekezéshez azonban ismernünk kell a különböző C. botulinum törzsek által termelt összes toxint, mivel mindegyiknek a semlegesítéséhez külön antitestre van szükség.

“Hosszú ideig nem találtak új toxint” – mondja Min Dong, PhD, a bostoni gyermekkórház urológiai osztályának és a Harvard Medical School mikrobiológiai és immunbiológiai tanszékének adjunktusa. “Találtunk új altípusokat, de teljesen új toxint nem. A kérdés az volt, hogy mikor találunk egyet, és hol keressük.”

2013-ban egy kaliforniai csoportnak volt egy újnak tűnő toxinja, a H típus, de ez hamis riasztásnak bizonyult: amikor a fehérjét végül szekvenálták, kiderült, hogy két meglévő toxin kombinációja (az F toxin egy altípusa az A toxin egy darabjával).

A múlt héten a Nature Communications című folyóiratban Dong és munkatársai arról számoltak be, hogy közel 50 év óta először találtak új botulinumtoxint. Az ideiglenesen X toxinnak nevezett toxin szokatlan tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek megkülönböztetik a többitől.

“Szekvenciáját tekintve nem hasonlít egyetlen más toxinra sem, és nem ismerhető fel egyetlen más ismert botulinum toxin ellenanyagával szemben sem” – mondja Dong.

Egy régi ügy újranyitása

A toxin X-et előállító baktériumokat az 1990-es években izolálták Japánban. A törzset, amely csecsemőbotulizmusos eseteket okozott, megfelelően kategorizálták, és a toxicitását a toxin B-nek tulajdonították. A baktériumot szekvenálták, és megtalálták a toxin B-t kódoló szekvenciát.

Ezzel úgy tűnt, vége a történetnek. “Félretették” – mondja Dong.

De 2015-ben egy másik japán csoport szekvenálta a baktérium genomját, és a szekvenciát egy nyilvános adatbázisba tette.

“Amit kihagytak a genomszekvenciából, az egy olyan darab volt, amely ezt az új toxingént tartalmazza” – mondja Dong.

Pål Stenmark a svédországi Stockholmi Egyetemen egy bioinformatikai elemzés során vette ezt észre először. Az új gén minden jellemzője megvolt egy funkcionális toxint kódoló génnek.

“Már régóta együttműködünk Pållal a botulinum toxinok szerkezet-funkciója terén” – mondja Dong. “Ő jött hozzám ezzel az információval, és úgy döntöttünk, hogy egyesítjük erőinket, és funkcionálisan kategorizáljuk a toxint.”

A posztdoktori munkatárs, Sicai Zhang, PhD vezetésével a kutatók a toxin aktivitását a toxin mesterséges összeállításával validálták a laboratóriumban. “Úgy döntöttünk, hogy elkerüljük a teljes hosszúságú aktív toxingén előállítását, mivel egy toxingén bevitele szervezetbe vagy sejtes rendszerbe mindig jelentős biológiai biztonsági problémát jelent” – mondja Dong. “Ehelyett egy olyan megközelítést dolgoztunk ki, amellyel két nem toxikus fragmentum összekapcsolásával korlátozott mennyiségű toxint tudtunk előállítani kémcsövekben.”

Ez a megközelítés minden szükséges elemet biztosított ahhoz, hogy megértsük, hogyan működik a toxin X. Jie Zhang, PhD, Dong laboratóriumának vezető kutatója ki tudta mutatni, hogy más botulinum toxinokhoz hasonlóan bénulást okoz egerekben.

Terápiás alkalmazások?

A meglepetés itt nem ért véget. További vizsgálatok során a laboratórium tagja, Sicai Zhang, PhD, megállapította, hogy a botulinum toxin X ugyanazt az idegfehérje-készletet hasítja, amelyet más botulinum toxinok is megcéloznak. De egy olyan fehérjecsoportot is hasít, amelyet a többi toxin egyike sem érint.

“Az X típusnak megvan ez az egyedülálló képessége a VAMP4, VAMP5 és Ykt6 hasítására” – részletezi Dong. “E fehérjék némelyike kevéssé jellemezhető, így az X-típusú toxin értékes eszköz lesz funkcióik meghatározásához.”

A további célpontok potenciálisan más tulajdonságokkal ruházhatják fel az X-toxint, ha orvosilag használják. Az A és B botulinum toxinokat jelenleg spaszticitás, krónikus fájdalom, túlműködő hólyag és ráncok eltávolítására használják, hogy csak néhány alkalmazást említsünk. Úgy fejtik ki hatásukat, hogy az idegvégződésekben olyan fehérjéket vágnak el, amelyek befolyásolják a neurotranszmitterek kiválasztását, és ezáltal az idegsejtek kommunikációját. A további fehérjék elvágásának hatásait még nem vizsgálták.

“Ez az új toxin további terápiás előnyökkel járhat? Ez egy izgalmas kérdés, amelyre jelenleg még nem tudjuk a választ” – mondja Dong. “Azt sem tudjuk még, hogy milyen hatáserősségű ez a toxin. Ezt is tanulmányozni kell, mégpedig egy CDC által jóváhagyott laboratóriumban.”

Dong számára a felfedezés folyamata legalább annyira lenyűgöző, mint az eredmények.

“Hagyományosan a bakteriális virulenciafaktorokat a fertőzés következményeinek vizsgálatával, a fehérjék és a gének megtalálásával fedezik fel” – mondja. “Ebben az esetben a toxint a baktérium teljes génállományának szekvenálásával fedezték fel. Ez jól szemlélteti a genetikai és bioinformatikai megközelítések fontosságát a mikrobiális világ megértésében.”