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toxina shiga

Diagrama de cinta de la toxina Shiga (Stx) de S. Dysenteriae . Del PDB : 1R4Q .

Las toxinas Shiga son una familia de toxinas relacionadas con dos grupos principales, Stx1 y Stx2, expresadas por genes considerados parte del genoma de los profagos lambdoides . [1] Las toxinas llevan el nombre de Kiyoshi Shiga , quien describió por primera vez el origen bacteriano de la disentería causada por Shigella Dysenteriae . [2] La toxina similar a Shiga ( SLT ) es un término histórico para toxinas similares o idénticas producidas por Escherichia coli . [3] Las fuentes más comunes de toxina Shiga son la bacteria S. Dysenteriae y algunos serotipos de Escherichia coli (STEC), que incluye los serotipos O157:H7 y O104:H4 . [4] [5]

Nomenclatura

Los microbiólogos utilizan muchos términos para describir la toxina Shiga y diferenciar más de una forma única. Muchos de estos términos se usan indistintamente .

  1. La toxina Shiga tipo 1 y tipo 2 (Stx-1 y 2) son las toxinas Shiga producidas por algunas cepas de E. coli . Stx-1 es idéntico al Stx de Shigella spp. o difiere solo en un aminoácido. [6] Stx-2 comparte una identidad de secuencia del 56% con Stx-1. [ cita necesaria ]
  2. Citotoxinas (una denominación arcaica de Stx) se utiliza en un sentido amplio .
  3. Verocitotoxinas/verotoxinas, un término poco utilizado para Stx, se debe a la hipersensibilidad de las células Vero a Stx. [7] [8] [9]
  4. El término toxinas similares a Shiga es otro término anticuado que surgió antes de comprender que Shiga y las toxinas similares a Shiga eran idénticas. [10]

Historia

La toxina lleva el nombre de Kiyoshi Shiga , quien descubrió S. Dysenteriae en 1897. [2] En 1977, investigadores en Ottawa , Ontario , descubrieron la toxina Shiga normalmente producida por Shigella Dysenteriae en una línea de E. coli . [11] La versión de E. coli de la toxina se denominó "verotoxina" debido a su capacidad para matar células Vero ( células de riñón de mono verde africano ) en cultivo. Poco después, la verotoxina fue denominada toxina similar a Shiga debido a sus similitudes con la toxina Shiga.

Algunos investigadores han sugerido que el gen que codifica la toxina similar a Shiga proviene de un bacteriófago lambdoide convertidor de toxinas , como el H-19B o 933W, insertado en el cromosoma de la bacteria mediante transducción . [12] Los estudios filogenéticos de la diversidad de E. coli sugieren que pudo haber sido relativamente fácil para la toxina Shiga transducirse en ciertas cepas de E. coli , porque Shigella es en sí misma un subgénero de Escherichia ; de hecho, algunas cepas tradicionalmente consideradas E. coli (incluidas las que producen esta toxina) pertenecen en realidad a este linaje. Al ser parientes más cercanos de Shigella Dysenteriae que de la típica E. coli , no es nada inusual que estas cepas produzcan toxinas similares a las de S. Dysenteriae . A medida que avanza la microbiología, la variación histórica en la nomenclatura (que surgió debido al avance gradual de la ciencia en múltiples lugares) está dando paso cada vez más al reconocimiento de todas estas moléculas como "versiones de la misma toxina" en lugar de "toxinas diferentes". [13] : 2-3 

Transmisión

La toxina requiere receptores altamente específicos en la superficie de las células para poder adherirse y entrar en la célula ; especies como el ganado vacuno , los cerdos y los ciervos que no portan estos receptores pueden albergar bacterias toxigénicas sin ningún efecto nocivo y las eliminan en sus heces , desde donde pueden transmitirse a los humanos. [14]

Significación clínica

Los síntomas de la ingestión de toxina Shiga incluyen dolor abdominal y diarrea acuosa. Los casos graves que ponen en peligro la vida se caracterizan por colitis hemorrágica (HC). [15]

La toxina está asociada con el síndrome urémico hemolítico . Por el contrario, las especies de Shigella también pueden producir enterotoxinas de Shigella, que son la causa de la disentería .

La toxina es eficaz contra los vasos sanguíneos pequeños, como los que se encuentran en el tracto digestivo , los riñones y los pulmones , pero no contra los vasos grandes como las arterias o las venas principales . Un objetivo específico de la toxina parece ser el endotelio vascular del glomérulo . Esta es la estructura de filtrado que es clave para la función del riñón. La destrucción de estas estructuras provoca insuficiencia renal y el desarrollo del síndrome urémico hemolítico, a menudo mortal y frecuentemente debilitante. La intoxicación alimentaria con toxina Shiga a menudo también afecta a los pulmones y al sistema nervioso .

Estructura y mecanismo

SLT2 de Escherichia coli O157:H7 . La subunidad A se muestra arriba (viridiano), con el pentámero de la subunidad B debajo (multicolor). Del PDB : 1R4P .

Mecanismo

Las subunidades B de la toxina se unen a un componente de la membrana celular conocido como glicolípido globotriaosilceramida (Gb3). La unión de la subunidad B a Gb3 provoca la inducción de invaginaciones de membranas tubulares estrechas, lo que impulsa la formación de túbulos de membrana internos para la absorción bacteriana en la célula. Estos túbulos son esenciales para la absorción por la célula huésped. [16] La toxina Shiga (una toxina que no forma poros) se transfiere al citosol a través de la red de Golgi y el retículo endoplásmico (RE). Desde el Golgi la toxina se transporta hasta urgencias. Las toxinas Shiga actúan inhibiendo la síntesis de proteínas dentro de las células diana mediante un mecanismo similar al de la infame toxina vegetal ricina . [17] [18] Después de ingresar a una célula a través de un macropinosoma , [19] la carga útil (subunidad A) escinde una nucleobase de adenina específica del ARN 28S de la subunidad 60S del ribosoma , deteniendo así la síntesis de proteínas. [20] Como actúan principalmente sobre el revestimiento de los vasos sanguíneos , el endotelio vascular, eventualmente se produce una rotura del revestimiento y una hemorragia. [ se necesita aclaración ] La primera respuesta suele ser una diarrea con sangre. Esto se debe a que la toxina Shiga generalmente se ingiere con agua o alimentos contaminados .

La toxina Shiga bacteriana se puede utilizar para la terapia dirigida del cáncer gástrico, porque esta entidad tumoral expresa el receptor de la toxina Shiga. Para ello se conjuga un agente quimioterapéutico inespecífico con la subunidad B para hacerla específica. De este modo, durante la terapia sólo se destruyen las células tumorales, pero no las sanas. [21]

Estructura

La toxina tiene dos subunidades, denominadas A ( peso mol. 32000 Da) y B (peso mol. 7700 Da), y es una de las toxinas AB 5 . La subunidad B es un pentámero que se une a glicolípidos específicos de la célula huésped, específicamente globotriaosilceramida (Gb3). [22] [23] Después de esto, la subunidad A se internaliza y se escinde en dos partes. Luego, el componente A1 se une al ribosoma, interrumpiendo la síntesis de proteínas. Se ha descubierto que Stx-2 es aproximadamente 400 veces más tóxico (cuantificado por LD 50 en ratones) que Stx-1.

Por razones desconocidas, la Gb3 está presente en mayores cantidades en los tejidos epiteliales renales, a lo que se puede atribuir la toxicidad renal de la toxina Shiga. Gb3 también se encuentra en las neuronas y el endotelio del sistema nervioso central, lo que puede provocar neurotoxicidad . [24] También se sabe que Stx-2 aumenta la expresión de su receptor GB3 y causa disfunciones neuronales. [25]

Ver también

Referencias

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  2. ^ ab Trofa, Andrew F.; Ueno-Olsen, Hannah; Oiwa, Ruiko; Yoshikawa, Masanosuke (1 de noviembre de 1999). "Dr. Kiyoshi Shiga: descubridor del bacilo de la disentería". Enfermedades Infecciosas Clínicas . 29 (5): 1303-1306. doi : 10.1086/313437 . ISSN  1058-4838. PMID  10524979.
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