Una exotoxina es una toxina secretada por bacterias . [1] Una exotoxina puede causar daño al huésped al destruir células o alterar el metabolismo celular normal . Son muy potentes y pueden causar daños importantes al huésped. Las exotoxinas pueden secretarse o, de manera similar a las endotoxinas , pueden liberarse durante la lisis de la célula. Los patógenos gramnegativos pueden secretar vesículas de la membrana externa que contienen endotoxina lipopolisacárida y algunas proteínas de virulencia en la membrana circundante junto con algunas otras toxinas como contenidos intravesiculares, agregando así una dimensión previamente imprevista al conocido proceso eucariota de tráfico de vesículas de membrana , que es bastante activo en la interfaz huésped-patógeno .
Pueden ejercer su efecto localmente o producir efectos sistémicos. Las exotoxinas más conocidas incluyen: la toxina botulínica producida por Clostridium botulinum ; la toxina de Corynebacterium diphtheriae , producida durante los síntomas de difteria que ponen en peligro la vida ; Tetanospasmina producida por Clostridium tetani . Las propiedades tóxicas de la mayoría de las exotoxinas pueden inactivarse mediante tratamiento térmico o químico para producir un toxoide . Estos conservan su especificidad antigénica y pueden usarse para producir antitoxinas y, en el caso de los toxoides diftérico y tetánico, como vacunas.
Las exotoxinas son susceptibles a los anticuerpos producidos por el sistema inmunológico , pero algunas exotoxinas son tan tóxicas que pueden ser fatales para el huésped antes de que el sistema inmunológico tenga la oportunidad de montar defensas contra ellas. En tales casos, a veces se puede inyectar antitoxina, un antisuero que contiene anticuerpos, para proporcionar inmunidad pasiva .
Se han categorizado muchas exotoxinas. [2] [3] Esta clasificación, aunque bastante exhaustiva, no es el único sistema utilizado. Otros sistemas para clasificar o identificar toxinas incluyen:
Una misma exotoxina puede tener diferentes nombres, según el campo de investigación.
Las toxinas tipo I se unen a un receptor en la superficie celular y estimulan las vías de señalización intracelular. A continuación se describen dos ejemplos.
Los superantígenos son producidos por varias bacterias. Los superantígenos mejor caracterizados son los producidos por las cepas de Staphylococcus aureus y Streptococcus pyogenes que causan el síndrome de shock tóxico . Los superantígenos unen la proteína MHC de clase II en las células presentadoras de antígenos con el receptor de células T en la superficie de las células T con una cadena Vβ particular. Como consecuencia, hasta el 50% de todas las células T se activan, lo que lleva a una secreción masiva de citocinas proinflamatorias , que producen los síntomas del shock tóxico.
Algunas cepas de E. coli producen enterotoxinas termoestables (ST), que son pequeños péptidos que pueden resistir el tratamiento térmico a 100 °C. Diferentes ST reconocen distintos receptores en la superficie celular y, por lo tanto, afectan diferentes vías de señalización intracelular. Por ejemplo, las enterotoxinas STa se unen y activan la guanilato ciclasa unida a la membrana, lo que conduce a la acumulación intracelular de GMP cíclico y efectos posteriores en varias vías de señalización. Estos eventos provocan la pérdida de electrolitos y agua de las células intestinales.
Las toxinas que dañan las membranas exhiben actividad de hemolisina o citolisina in vitro . Sin embargo, la inducción de la lisis celular puede no ser la función principal de las toxinas durante la infección. A bajas concentraciones de toxina, se pueden observar efectos más sutiles, como la modulación de la transducción de señales de la célula huésped, en ausencia de lisis celular. Las toxinas que dañan las membranas se pueden dividir en dos categorías: las toxinas formadoras de canales y las toxinas que funcionan como enzimas que actúan sobre la membrana.
La mayoría de las toxinas formadoras de canales , que forman poros en la membrana celular diana, se pueden clasificar en dos familias: las toxinas dependientes del colesterol y las toxinas RTX.
La formación de poros por citolisinas dependientes de colesterol (CDC) requiere la presencia de colesterol en la célula diana. El tamaño de los poros formados por los miembros de esta familia es extremadamente grande: 25-30 nm de diámetro. Todas las CDC son secretadas por el sistema de secreción tipo II ; [4] la excepción es la neumolisina , que se libera del citoplasma de Streptococcus pneumoniae cuando la bacteria se lisa.
Los CDC Streptococcus pneumoniae Pneumolysin, Clostridium perfringens perfringolysin O y Listeria monocytogenes listeriolisin O provocan modificaciones específicas de las histonas en el núcleo de la célula huésped , lo que da como resultado una regulación negativa de varios genes que codifican proteínas implicadas en la respuesta inflamatoria . [5] La modificación de histonas no implica la actividad formadora de poros de las CDC.
Las toxinas RTX pueden identificarse por la presencia de una secuencia específica de residuos de nueve aminoácidos repetida en tándem en la proteína. El miembro prototipo de la familia de toxinas RTX es la hemolisina A (HlyA) de E. coli . [ cita requerida ] RTX también se encuentra en Legionella pneumophila . [6]
Un ejemplo es la toxina α de C. perfringens , que provoca gangrena gaseosa ; La toxina α tiene actividad fosfolipasa .
Las exotoxinas tipo III se pueden clasificar por su modo de entrada a la célula, o por su mecanismo una vez dentro.
Las toxinas intracelulares deben poder acceder al citoplasma de la célula diana para ejercer sus efectos.
Una vez en la célula, muchas de las exotoxinas actúan a nivel de los ribosomas eucariotas (especialmente el 60S ), como inhibidores de la síntesis de proteínas . (La estructura de los ribosomas es una de las diferencias más importantes entre eucariotas y procariotas y, en cierto sentido, estas exotoxinas son el equivalente bacteriano de antibióticos como la clindamicina ).
Otras toxinas intracelulares no inhiben directamente la síntesis de proteínas.
Estas "toxinas" permiten una mayor propagación de bacterias y, como consecuencia, infecciones tisulares más profundas. Algunos ejemplos son la hialuronidasa y la colagenasa . Estas moléculas, sin embargo, son enzimas secretadas por una variedad de organismos y generalmente no se consideran toxinas. A menudo se les denomina factores de virulencia , ya que permiten que los organismos penetren más profundamente en los tejidos del huésped. [7]
Se han utilizado exotoxinas para producir vacunas. Este proceso implica inactivar la toxina, creando un toxoide que no induce enfermedades relacionadas con la toxina y es bien tolerado. [8] Una vacuna toxoide ampliamente utilizada es la vacuna DPT , que generalmente se administra en dosis múltiples durante la infancia con adyuvantes y refuerzos para la inmunidad a largo plazo. [8] La vacuna DPT protege contra la tos ferina , el tétanos y las infecciones por difteria , causadas por Bordetella pertussis , Clostridium tetani y Corynebacterium diphtheriae, productoras de exotoxinas, respectivamente. [9] La vacunación con toxoides genera anticuerpos contra las exotoxinas, formando memoria inmunológica como protección contra infecciones posteriores. [8] [10] La vacuna DPT puede causar efectos secundarios adversos, como hinchazón, enrojecimiento y fiebre, y está contraindicada en algunas poblaciones. [8] Los esquemas de vacunación efectivos han reducido las tasas de mortalidad relacionadas con la tos ferina, el tétanos y la difteria, pero no se han realizado ensayos controlados formales para probar la eficacia de la vacuna. [8] Además, la tos ferina persiste endémicamente [9] y es una de las causas más comunes de muertes prevenibles con vacunas. [10]
Como las exotoxinas son muy potentes, se ha avanzado en su aplicación al tratamiento del cáncer. Las células cancerosas se pueden eliminar sin destruir las células normales, como ocurre con la quimioterapia o la radiación, uniendo un anticuerpo o ligando receptor a la exotoxina, creando una toxina recombinante dirigida a ciertas células. [11] La célula cancerosa muere una vez que se internaliza la toxina; [11] por ejemplo, la exotoxina de Pseudomonas altera la síntesis de proteínas después de la absorción celular. [12] Múltiples versiones de la exotoxina A recombinante, secretada por Pseudomonas aeruginosa , han entrado en ensayos clínicos contra el crecimiento tumoral, pero aún no han sido aprobadas por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA). [12] La FDA ha aprobado una exotoxina recombinante de la difteria para el tratamiento del linfoma cutáneo de células T , un cáncer del sistema inmunológico. [12] Continúan las pruebas para mejorar la eficacia clínica del tratamiento con exotoxinas recombinantes. [11]
Medios relacionados con la exotoxina en Wikimedia Commons