Toksyna botulinowa X odkryta, nowe właściwości – blog Vector

Botulizm to rzadka, potencjalnie śmiertelna choroba paraliżująca. To powód, dla którego nie powinniśmy karmić niemowląt miodem i dlaczego musimy zachować ostrożność przy spożywaniu domowych przetworów: mogą one potencjalnie zawierać toksyny uszkadzające nerwy, produkowane przez Clostridium botulinum. Toksyna botulinowa jest klasyfikowana jako jeden z sześciu najbardziej niebezpiecznych potencjalnych czynników bioterrorystycznych.

Znanych jest siedem typów toksyny botulinowej. Toksyny A i B zostały po raz pierwszy zidentyfikowane w 1919 roku, a po raz pierwszy oczyszczone odpowiednio w 1946 i 1947 roku. (Obie są również stosowane w medycynie.) Toksyny C, D, E i F w końcu się pojawiły. Ostatnia, toksyna G, została zidentyfikowana w 1969 roku w bakteriach glebowych w Argentynie.

I tak jest do tej pory. Jednak aby naprawdę bronić się przed zatruciem jadem kiełbasianym, musimy znać wszystkie toksyny wytwarzane przez różne szczepy C. botulinum, ponieważ każda z nich wymaga osobnego przeciwciała, które ją zneutralizuje.

„Przez długi czas nie znaleziono żadnych nowych toksyn” – mówi dr Min Dong, adiunkt na Wydziale Urologii Szpitala Dziecięcego w Bostonie oraz na Wydziale Mikrobiologii i Immunobiologii Harvard Medical School. „Znaleźliśmy nowe podtypy, ale nie zupełnie nową toksynę. Pytanie brzmiało, kiedy znajdziemy taką i gdzie jej szukać.”

W 2013 roku grupa z Kalifornii miała to, co wydawało się nową toksyną, typ H, ale okazało się to fałszywym alarmem: kiedy białko zostało ostatecznie zsekwencjonowane, okazało się, że jest to połączenie dwóch istniejących toksyn (podtyp toksyny F z fragmentem toksyny A).

W zeszłym tygodniu w Nature Communications, Dong i współpracownicy donoszą o pierwszej nowej toksynie botulinowej odkrytej od blisko 50 lat. Tymczasowo nazwana toksyną X, ma pewne niezwykłe właściwości, które odróżniają ją od innych.

„Pod względem sekwencji nie wygląda jak żadna inna toksyna i nie może być rozpoznana przez przeciwciała żadnej innej znanej toksyny botulinowej”, mówi Dong.

Otwarcie zimnej sprawy

Bakterie wytwarzające toksynę X zostały wyizolowane w latach 90. w Japonii. Szczep, który powodował przypadki botulizmu u niemowląt, został odpowiednio skategoryzowany, a jego toksyczność przypisano toksynie B. Bakteria została zsekwencjonowana i znaleziono sekwencję kodującą toksynę B.

Wydawało się, że to koniec historii. „Odłożono ją na bok”, mówi Dong.

Ale w 2015 roku inna japońska grupa zsekwencjonowała genom bakterii i umieściła sekwencję w publicznej bazie danych.

„To, czego im brakowało w tej sekwencji genomowej, to fragment zawierający nowy gen toksyny”, mówi Dong.

Pål Stenmark z Uniwersytetu Sztokholmskiego w Szwecji zauważył to po raz pierwszy w analizie bioinformatycznej. Nowy gen nosił wszystkie cechy kodujące funkcjonalną toksynę.

„Współpracujemy z Pålem nad strukturą-funkcją toksyn botulinowych od dłuższego czasu”, mówi Dong. „Przyszedł do mnie z tą informacją i postanowiliśmy połączyć siły i sklasyfikować toksynę funkcjonalnie.”

Pod kierunkiem doktora Sicai Zhang, badacze potwierdzili aktywność toksyny poprzez jej sztuczne złożenie w laboratorium. „Zdecydowaliśmy się uniknąć generowania aktywnego genu toksyny o pełnej długości, ponieważ wprowadzenie genu toksyny do organizmu lub systemu komórkowego zawsze stanowi poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa biologicznego” – mówi Dong. „Zamiast tego opracowaliśmy podejście do generowania ograniczonej ilości toksyny w probówkach poprzez łączenie dwóch nietoksycznych fragmentów.”

To podejście dostarczyło wszystkich elementów potrzebnych do zrozumienia, jak działa toksyna X. Doktor Jie Zhang, starszy naukowiec w laboratorium Donga, był w stanie wykazać, że wywołuje ona paraliż u myszy podobny do innych toksyn botulinowych.

Zastosowanie terapeutyczne?

Na tym niespodzianka się nie skończyła. W dalszych badaniach, członek laboratorium, dr Sicai Zhang, odkrył, że toksyna botulinowa X rozszczepia ten sam zestaw białek nerwowych, na które działają inne toksyny botulinowe. Ale rozszczepia również grupę białek, których nie dotykają inne toksyny.

„Typ X ma tę unikalną zdolność do rozszczepiania VAMP4, VAMP5 i Ykt6”, wyjaśnia Dong. „Niektóre z tych białek są słabo scharakteryzowane, więc toksyna typu X będzie cennym narzędziem do określenia ich funkcji.”

Dodatkowe cele mogą potencjalnie nadać toksynie X inne właściwości, gdy jest ona stosowana w medycynie. Toksyny botulinowe A i B są obecnie używane do leczenia spastyczności, przewlekłego bólu, pęcherza nadreaktywnego i usuwania zmarszczek, aby wymienić tylko kilka zastosowań. Ich działanie polega na przecinaniu białek w zakończeniach nerwowych, które wpływają na wydzielanie neuroprzekaźników, co z kolei wpływa na komunikację między neuronami. Efekty cięcia dodatkowych białek nie zostały jeszcze zbadane.

„Czy ta nowa toksyna może przynieść dodatkowe korzyści terapeutyczne? To ekscytujące pytanie, na które w tej chwili nie znamy odpowiedzi” – mówi Dong. „Wciąż nie znamy też siły działania tej toksyny. To również musi zostać zbadane przez laboratorium zatwierdzone przez CDC.”

Dla Donga, proces odkrywania jest równie fascynujący jak wyniki.

„Tradycyjnie, odkrywasz czynniki wirulencji bakterii patrząc na konsekwencje infekcji i znajdując białka i geny,” mówi. „W tym przypadku toksyna została odkryta dzięki sekwencjonowaniu całego genomu bakterii. Ilustruje to znaczenie genetyki i podejścia bioinformatycznego dla zrozumienia świata mikroorganizmów.”

.