Мікроорганізми як джерело створення безпечних антимікробних засобів (стр. 5 из 6)
Зараз уже відомо, що виділення екзотоксинів за межі клітини відбувається не відразу, оскільки це білки, що утворюються усередині клітини на рибосомах. Так, наприклад, вихід токсину з молодих клітин Clostrіdіum botulіnum (тип А) у дев'ять разів більше виходу його з фільтрату. Ця обставина використана для одержання великих кількостей ботулінового токсину стандартним способом.
Іншим, ще не вирішеним питанням є механізм виділення токсину з клітини в середовище. Оскільки деякі токсини це великі молекули (молекулярна маса їх досягає 106), важко уявити, що токсин може шляхом простої дифузії пройти через оболонку цитоплазми і клітини. У світлі сучасних знань ми можемо очікувати наявності якогось механізму проникнення, або якихось "отворів" у клітинній оболонці, або і того й іншого. Однак ні того ні іншого не було встановлено і потрібно набагато більше доказів.
3.3 Класифікація за місцем або механізмом дії
Відповідно до місця або механізмом дії токсини можуть ушкоджувати насамперед структуру (наприклад, морфологічну окремість) або функцію (тобто нормальний обмін речовин). Нерідке ушкодження структури може виявитися тільки ще одною ділянкою порушення функції або навпаки. На практиці цей теоретично правильний критерій ускладнений усіма труднощами розрізнення між причиною і наслідком. Проте практично він усе ще корисний, особливо якщо класифікація заснована на місці дії, тому що знайти морфологічні ознаки токсичної дії набагато легше, ніж метаболічні.
Це один із самих старих критеріїв для поділу токсинів, оскільки він віднесений тканинам, що уражаються, і його правильність основана на клінічних і фармакологічних даних. Так, токсини, що діють на нервову систему, називаються нейротоксинами (тетанотоксин, ботулотоксин), що уражають шлунково-кишковий тракт - ентеротоксинами, що викликають розпад еритроцитів - гемолізинами, що викликають некроз - некротоксинами і т.д.
Місце дії токсину можна визначити не тільки на рівні тканини, але й у межах клітки. Наприклад, гемолізини ушкоджують клітинну оболонку еритроцитів. Хімічно гемолізини - це лецитинази, і, розщеплюючи лецитин, складову частину клітинної оболонки, вони ушкоджують клітку.
Біохімічно токсини відповідно до їх хімічної активності - це або ферменти, або інгібітори ферментів. Якщо деякі токсини є ферментами, то необхідно установити лінію розмежування між ферментом і токсином. Очевидно, ферментний токсин повинний мати усі властивості як ферменту, так і токсину. У цьому контексті варто згадати термін "додатковий фактор вірулентності", що відноситься до тих ферментам патогенних бактерій які в малих дозах не спричиняють прямої специфічно токсичної дії на сприйнятливого хазяїна і, таким чином, не беруть участь у патогенезі інфекції [1]. Тому в конкретних випадках краще говорити про "токсичні ферменти", поки ми не з'ясували механізм їхньої дії і чи можна їх віднести до сьогоденням токсинами. З іншого боку, було б нерозумно застосовувати термін "токсин" тільки до деяких загальновизнаних токсинів (ботулотоксини, тетанотоксины, ентеротоксини, лейкоцидин, токсин мишачого тифу, токсин сибірської виразки й ін.), тому що наші знання про механізм їх дії також обмежені.
Ензиматичну активність токсинів визначають по тим субстратам, на які вони діють у клітинах хазяїна. Так, наприклад, лецитинази розщеплюють лецитин чотирма різними шляхами. Для того щоб проявилася токсична активність ферменту, потрібно, щоб підходящий субстрат мався в сприйнятливому хазяїні і був для нього фізіологічно важливим. Так, різні лецитинази спричиняють неоднакову по силі дію на різні еритроцити, і ця сила дії залежить не тільки від наявності субстрату, але і від того, як цей субстрат убудований у клітку.
Потрібно також указати, що активність окремих токсинів може складатися, роблячи кінцеву токсичну дію.
3.4 Класифікація за структурою молекули токсину
Цей новий і найбільш складний критерій розробили Бонвантр і ін. [18]. Він заснований на молекулярній структурі токсину і на ролі цієї в токсичній дії. Розрізняють три головних типи .молекул - прості токсини, складні токсини і токсичні суміші (мал. 4).
Прості токсини. Ця група включає один вид токсичних молекул, синтезованих у біологічно активній формі, що іноді утворять також активні димери або полімери. Цей вид молекул викликає загальне отруєння сприйнятливого хазяїна, як, імовірно, і токсин правця.
Рис. 4. Схематична класифікація бактеріальних токсинів за структурою їх молекул
1- сприйнятливий хазяїн; ІІ - змінений, але не цілком отруєний хазяїн; ІІІ - цілком отруєний хазяїн.
Молекула токсину може існувати у формі нетоксичного попередника протоксину. Він активується якимсь механізмом, що звільняє токсотрофні хімічні групи, або змінюючи конфігурацію поліпептидного ланцюга, або ж розщеплює молекулу на більш дрібні токсичні фрагменти. Результатом завжди є активація.
Складні токсини. Ці токсини існують у вигляді ряду нетоксичних компонентів, що повинні об'єднатися, щоб стати біологічно активними.
Токсичні суміші. Це найбільш складні токсичні системи. На відміну від складних токсинів окремі компоненти токсичних сумішей зберігають свою молекулярну ідентичність і не утворять хімічних сполук. На сприйнятливого хазяїна вони можуть діяти двома шляхами: у першому випадку токсичний ефект залежить від послідовності, у якій окремі компоненти діють на сприйнятливого хазяїна, і кінцевий ефект є наслідком послідовних змін хазяїна; у другому - окремі компоненти можуть діяти в хазяїні незалежно друг від друга, але не здатні викликати ті симптоми, що викликає вся суміш; якщо один з компонентів втрачає активність, неї втрачає і вся суміш, як, наприклад, токсин сибірської виразки і стафілококовий лейкоцидин.
3.5 Проблема токсинів у патології комах
У медичній і ветеринарній мікробіології токсини широко вивчаються вже протягом життя декількох поколінь, і новітні успіхи біохімії, імунохімії й інших суміжних дисциплін не тільки дають нові методи, але і ставлять нові питання. Тому не дивно, що про інсектицидні токсини відомо набагато менше.
У патології комах лише далеко не всі бактерії вивчені, як продуценти токсинів. Вірогідність отриманих результатів дуже різна, і ця утрудняє яке-небудь порівняння. Механізми дії і природа речовин визначаються звичайно тільки грубо, так що іноді буває важко з упевненістю віднести них до токсинів. Деякі виділені тільки у виді неочищених препаратів з невизначеними хімічною природою і фізіологічними функціями [20].
Як і в медичній мікробіології, ми можемо припустити, що токсини або токсичні речовини можуть різним образом брати участь у патогенезі хвороби комахи. Смит розрізняє чотири різні категорії. Навіть якщо він визначає токсин так, як прийнято в просторіччі, той його розподіл цілком виправданий насамперед методологічно. До першої категорії він відносить токсини, що грають першорядну роль у хворобі. До другого - токсини, що мають істотне значення, але не є єдиними хвороботворними факторами. Перша категорія походить на екзотоксини, друга - на ендотоксини, як вони визначалися вище. У третю категорію включені токсини, утворені іn vіtro, значення яких для хвороби, однак, невідомо. У цю категорію можна, імовірно, уключити більшість токсинів, відомих патології комах. Четверта категорія протилежна третьої, оскільки тут "токсичну дію створюють іn vіvo бактеріїї, що іn vіtro відповідних токсинів не утворять". Теоретично третя і четверта категорії можуть бути сумнівними, оскільки ці з'єднання або зовсім не токсини, або це токсини, які не можна одержати на поживних середовищах Але експериментально вони являють цінність, тому що демонструють усі можливі сполучення при вивченні патогенності. Звідси робиться практичний висновок, що, "займаючись невирішеними проблемами патогенності, варто досліджувати поводження й ознаки вірулентності бактерій іn vіvo, що потім можна бути б відтворити іn vіtro для більш детального дослідження". Це ж відноситься і до визначення токсичної активності. Тому раніш чим віднести з'єднання, виділене іn vіtro до токсинів, варто переконатися, що воно відіграє роль у патогенезі хвороби іn vіvo.
3.6 Практичні можливості і перспективи використання інсектицидів
Знання токсинів або токсичних метаболітів можна використовувати в біологічній боротьбі безпосередньо для виробництва промислових мікробіологічних інсектицидів або побічно - для більш глибокого вивчення механізму патогенності мікроорганізму, що виробляє токсин.
Що стосується промислових препаратів токсинів, то в практиці використовуються паку тільки мікробіологічні інсектициди на основі В. thurіngіensіs. Кристалічний токсин, винятково сильного і специфічний стосовно широкого кола лускокрилих, можна застосовувати зовсім безпечно навіть на продовольчій сировині. В даний час він відіграє ведучу роль у патогенезі мікробіологічних інсектицидів. "Термостійкий екзотоксин" може знайти практичне застосування в боротьбі з комахами, якщо він виявиться дуже слаботоксичним для ссавців. Для оцінки практичної можливості застосування препарату вирішальним критерієм є економічність, у багатьох відносинах залежна не тільки від біологічної ефективності випробовуваного препарату, але і від ринкової кон'юнктури і від розпоряджень місцевих органів охорони здоров'я. Останній фактор може в багатьох відносинах відігравати обмежуючу роль, хоча іноді такі обмеження є скоріше наслідком новизни методу, чим практичного досвіду [3].
Навіть якщо використання частково очищених токсинів або токсичних метаболітів у біологічній боротьбі буде обходитися занадто дорого, у деяких умовах воно може виявитися вигідним. Так, може бути небажаним застосування живих мікроорганізмів або всього комплексу їх токсинів, якщо, крім потрібного токсину, вони утворять і інші, небезпечні для ссавців або для інших комах.