Toxina botulinică X descoperită, cu proprietăți noi – Blogul Vector

Botulismul este o boală paralizantă rară, potențial fatală. Este motivul pentru care nu ar trebui să hrănim bebelușii cu miere și pentru care trebuie să fim atenți la consumul de alimente conservate în casă: acestea pot conține potențial toxine dăunătoare pentru nervi produse de Clostridium botulinum. Toxina botulinică este clasificată ca fiind unul dintre cei mai periculoși șase agenți potențiali de bioterorism.

Există șapte tipuri cunoscute de toxină botulinică. Toxinele A și B au fost identificate pentru prima dată în 1919 și purificate pentru prima dată în 1946 și, respectiv, 1947. (Ambele sunt, de asemenea, utilizate în scopuri medicale.) În cele din urmă au urmat toxinele C, D, E și F. Ultima, toxina G, a fost identificată în 1969 în bacteriile din solul Argentinei.

Și aici a rămas până acum. Dar pentru a ne apăra cu adevărat împotriva botulismului, trebuie să cunoaștem toate toxinele produse de diferitele tulpini de C. botulinum, deoarece fiecare dintre ele necesită un anticorp separat pentru a o neutraliza.

„Pentru o lungă perioadă de timp, nu au fost descoperite toxine noi”, spune Min Dong, PhD, profesor asistent în cadrul Departamentului de Urologie al Spitalului de Copii din Boston și al Departamentului de Microbiologie și Imunobiologie al Școlii Medicale Harvard. „Am găsit noi subtipuri, dar nu o toxină complet nouă. Întrebarea a fost când vom găsi una și unde să o căutăm.”

În 2013, un grup din California a avut ceea ce părea a fi o toxină nouă, de tip H, dar s-a dovedit a fi o alarmă falsă: când proteina a fost în cele din urmă secvențiată, s-a constatat că era o combinație a două toxine existente (un subtip de toxină F cu o bucată de toxină A).

Săptămâna trecută, în Nature Communications, Dong și colegii săi raportează prima toxină botulinică nouă descoperită în aproape 50 de ani. Denumită provizoriu toxina X, aceasta are unele proprietăți neobișnuite care o diferențiază de celelalte.

„Din punct de vedere al secvenței, nu seamănă cu nicio altă toxină și nu poate fi recunoscută de anticorpii împotriva niciunei alte toxine botulinice cunoscute”, spune Dong.

Redeschiderea unui caz nerezolvat

Bacteria care produce toxina X fusese izolată în anii 1990 în Japonia. Tulpina, care provocase cazuri de botulism infantil, a fost categorisită corespunzător, iar toxicitatea sa a fost atribuită toxinei B. Bacteria a fost secvențiată și a fost găsită secvența care codifică toxina B.

Acesta părea a fi sfârșitul poveștii. „A fost pusă deoparte”, spune Dong.

Dar în 2015, un alt grup japonez a secvențiat genomul bacteriei și a pus secvența într-o bază de date publică.

„Ceea ce le-a scăpat în această secvență genomică a fost o bucată care conține această nouă genă a toxinei”, spune Dong.

Pål Stenmark de la Universitatea Stockholm din Suedia a observat prima dată acest lucru într-o analiză bioinformatică. Noua genă avea toate caracteristicile de a codifica o toxină funcțională.

„Colaborăm cu Pål de mult timp cu privire la structura-funcție a toxinelor botulinice”, spune Dong. „El a venit la mine cu aceste informații și am decis să ne unim forțele și să clasificăm toxina din punct de vedere funcțional.”

Cu bursierul postdoctoral Sicai Zhang, PhD, care a condus lucrările, cercetătorii au validat activitatea toxinei prin asamblarea ei artificială în laborator. „Am decis să evităm generarea genei toxinei active de lungime completă, deoarece introducerea unei gene de toxină în organism sau în sistemul celular reprezintă întotdeauna o preocupare semnificativă în materie de biosecuritate”, spune Dong. „În schimb, am dezvoltat o abordare pentru a genera o cantitate limitată de toxină în eprubete prin unirea a două fragmente netoxice.”

Această abordare a furnizat toate elementele necesare pentru a înțelege cum funcționează toxina X. Jie Zhang, doctor în științe, cercetător principal în laboratorul lui Dong, a reușit să demonstreze că aceasta provoacă paralizie la șoareci, similar cu alte toxine botulinice.

Aplicații terapeutice?

Surpriza nu s-a oprit aici. În cadrul unor studii ulterioare, membrul laboratorului Sicai Zhang, PhD, a descoperit că toxina botulinică X clivează același set de proteine nervoase vizate de alte toxine botulinice. Dar, de asemenea, clivează și un grup de proteine pe care niciuna dintre celelalte toxine nu le atinge.

„Tipul X are această capacitate unică de a cliva VAMP4, VAMP5 și Ykt6”, elaborează Dong. „Unele dintre aceste proteine sunt slab caracterizate, astfel încât toxina de tip X va fi un instrument valoros pentru definirea funcțiilor lor.”

Tintele suplimentare ar putea înzestra toxina X cu proprietăți diferite atunci când este utilizată în scopuri medicale. Toxinele botulinice A și B sunt utilizate în prezent pentru spasticitate, dureri cronice, vezica urinară hiperactivă și eliminarea ridurilor, pentru a numi câteva aplicații. Acestea acționează prin tăierea proteinelor din terminațiile nervoase care afectează secreția de neurotransmițători, afectând, la rândul lor, comunicarea neuronală. Efectele tăierii proteinelor suplimentare nu au fost încă explorate.

„Poate această nouă toxină să adauge un beneficiu terapeutic suplimentar? Aceasta este o întrebare interesantă la care nu avem un răspuns în acest moment”, spune Dong. „De asemenea, încă nu cunoaștem potența acestei toxine. Și acest lucru trebuie studiat, de asemenea, de către un laborator aprobat de CDC.”

Pentru Dong, procesul de descoperire este la fel de convingător ca și rezultatele.

„În mod tradițional, descoperi factorii de virulență bacteriană analizând consecințele infecției și găsind proteinele și genele”, spune el. „În acest caz, toxina a fost descoperită prin secvențierea întregului genom al bacteriei. Acest lucru ilustrează importanța abordărilor genetice și bioinformatice pentru înțelegerea lumii microbiene.”

.