Las toxinas Shiga son una familia de toxinas relacionadas con dos grupos principales, Stx1 y Stx2, expresados por genes que se consideran 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 las toxinas similares o idénticas producidas por Escherichia coli . [3] Las fuentes más comunes de toxina Shiga son las bacterias S. dysenteriae y algunos serotipos de Escherichia coli (STEC), que incluye los serotipos O157: H7 y O104: H4 . [4] [5]
Subunidad beta de la toxina similar a Shiga | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Identificadores | ||||||||
Símbolo | SLT_beta | |||||||
Pfam | PF02258 | |||||||
InterPro | IPR003189 | |||||||
SCOP2 | 2bos / SCOPe / SUPFAM | |||||||
TCDB | 1.C.54 | |||||||
|
Subunidad A de toxina similar a Shiga | |
---|---|
Identificadores | |
Símbolo | Shiga-like_toxin_subunit_A |
InterPro | IPR016331 |
SCOP2 | 1r4q / SCOPe / SUPFAM |
Nomenclatura
Los microbiólogos usan muchos términos para describir la toxina Shiga y diferencian más de una forma única. Muchos de estos términos se utilizan indistintamente .
- 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 se diferencia por un solo aminoácido. [6] Stx-2 comparte una identidad de secuencia del 56% con Stx-1.
- Las citotoxinas, una denotación arcaica de Stx, se utilizan en un sentido amplio .
- Verocitotoxinas / verotoxinas, un término poco utilizado para Stx, proviene de la hipersensibilidad de las células Vero a Stx. [7] [8] [9]
- El término toxinas similares a Shiga es otro término anticuado que surgió antes de que se entendiera que las toxinas Shiga y las 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 renales de mono verde africano ) en cultivo. Poco después, la verotoxina se denominó 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 toxina , como 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 de hecho 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 al reconocimiento de todas estas moléculas como "versiones de la misma toxina" en lugar de "diferentes toxinas". [13] : 2–3
Transmisión
La toxina requiere receptores muy específicos en la superficie de las células para poder adherirse y entrar en la célula ; especies como el ganado , los cerdos y los ciervos que no portan estos receptores pueden albergar bacterias toxigénicas sin ningún efecto nocivo, eliminándolas 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 , el riñón 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 el funcionamiento del riñón. La destrucción de estas estructuras conduce a insuficiencia renal y al desarrollo del síndrome urémico hemolítico, a menudo mortal y frecuentemente debilitante. La intoxicación alimentaria con la toxina Shiga a menudo también tiene efectos sobre los pulmones y el sistema nervioso .
Estructura y mecanismo
Mecanismo
Las subunidades B de la toxina se unen a un componente de la membrana celular conocido como globotriaosilceramida de glucolípidos (Gb3). La unión de la subunidad B a Gb3 provoca la inducción de invaginaciones de la membrana tubular estrecha, lo que impulsa la formación de túbulos de membrana hacia adentro para la captación bacteriana en la célula. Estos túbulos son esenciales para la captación en 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 ER. Desde la toxina de Golgi se transmite a la sala de emergencias. Las toxinas Shiga actúan para inhibir la síntesis de proteínas dentro de las células diana mediante un mecanismo similar al de la infame toxina vegetal ricina . [17] [18] Después de entrar en 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 ruptura 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 alimentos o agua contaminados .
La toxina bacteriana Shiga se puede utilizar para la terapia dirigida del cáncer gástrico, porque esta entidad tumoral expresa el receptor de la toxina Shiga. Para este propósito, se conjuga un quimioterapéutico inespecífico con la subunidad B para hacerla específica. De esta manera, solo las células tumorales, pero no las células sanas, se destruyen durante la terapia. [21]
Estructura
La toxina tiene dos subunidades, designadas A (peso molecular 32000 D) y B (peso molecular 7700 D), y es una de las toxinas AB 5 . La subunidad B es un pentámero que se une a glicolípidos específicos en la célula huésped, específicamente a la globotriaosilceramida (Gb3). [22] [23] Después de esto, la subunidad A se internaliza y se divide en dos partes. El componente A1 luego 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, 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 del sistema nervioso central y el endotelio, 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
- Brote alemán de E. coli en 2011
- Toxina del cólera
- Enterotoxina
- Toxina de tos ferina
Referencias
- ^ Friedman D; Tribunal D (2001). "Bacteriófago lambda: vivo y bien y todavía haciendo lo suyo". Opinión actual en microbiología . 4 (2): 201–7. doi : 10.1016 / S1369-5274 (00) 00189-2 . PMID 11282477 .
- ^ a b Trofa, Andrew F .; Ueno-Olsen, Hannah; Oiwa, Ruiko; Yoshikawa, Masanosuke (1 de noviembre de 1999). "Dr. Kiyoshi Shiga: descubridor del bacilo disentería" . Enfermedades Clínicas Infecciosas . 29 (5): 1303–1306. doi : 10.1086 / 313437 . ISSN 1058-4838 . PMID 10524979 .
- ^ Zhu Q; Pequeño; Guo Z; Yang R (junio de 2002). "Identificación de la toxina Shiga-like Escherichia coli aislada de niños con diarrea por reacción en cadena de la polimerasa" . Barbilla. Medicina. J . 115 (6): 815–8. PMID 12123543 .
- ^ Beutin L (2006). "Escherichia coli enterohemorrágica emergente, causas y efectos del surgimiento de un patógeno humano". Revista de Medicina Veterinaria. B, Enfermedades Infecciosas y Salud Pública Veterinaria . 53 (7): 299-305. doi : 10.1111 / j.1439-0450.2006.00968.x . PMID 16930272 .
- ^ Lanzas; et al. (2006). "Una comparación de patogénesis de E. coli enteropatógena y enterohemorrágica" . Cartas de Microbiología FEMS . 255 (2): 187–202. doi : 10.1111 / j.1574-6968.2006.00119.x . PMID 16448495 .
- ^ Kaper JB, O'Brien AD (2014). Panorama general y perspectivas históricas . Espectro de microbiología . 2 . págs. 3-13. doi : 10.1128 / microbiolspec.EHEC-0028-2014 . ISBN 9781555818784. PMC 4290666 . PMID 25590020 .
- ^ Beutin L; Geier D; Steinrück H; Zimmermann S; Scheutz F (septiembre de 1993). "Prevalencia y algunas propiedades de Escherichia coli productora de verotoxina (toxina similar a Shiga) en siete especies diferentes de animales domésticos sanos" . Revista de microbiología clínica . 31 (9): 2483–8. doi : 10.1128 / JCM.31.9.2483-2488.1993 . PMC 265781 . PMID 8408571 .
- ^ Bitzan M; Richardson S; Huang C; Boyd B; Petric M; Karmali MA (agosto de 1994). "Evidencia de que las verotoxinas (toxinas similares a Shiga) de Escherichia coli se unen a antígenos del grupo sanguíneo P de eritrocitos humanos in vitro" . Infección e inmunidad . 62 (8): 3337–47. doi : 10.1128 / IAI.62.8.3337-3347.1994 . PMC 302964 . PMID 8039905 .
- ^ Giraldi R; Guth BE; Trabulsi LR (junio de 1990). "Producción de toxina similar a Shiga entre cepas de Escherichia coli y otras bacterias aisladas de diarrea en São Paulo, Brasil" . Revista de microbiología clínica . 28 (6): 1460–2. doi : 10.1128 / JCM.28.6.1460-1462.1990 . PMC 267957 . PMID 2199511 .
- ^ Scheutz F, Teel LD, Beutin L, Piérard D, Buvens G, Karch H, Mellmann A, Caprioli A, Tozzoli R, Morabito S, Strockbine NA, Melton-Celsa AR, Sanchez M, Persson S, O'Brien AD (septiembre 2012). "Evaluación multicéntrica de un protocolo basado en secuencias para subtipificar toxinas Shiga y estandarizar la nomenclatura de Stx" . Revista de microbiología clínica . 50 (9): 2951–63. doi : 10.1128 / JCM.00860-12 . PMC 3421821 . PMID 22760050 .
- ^ Konowalchuk J, Speirs JI, Stavric S (diciembre de 1977). "Vero respuesta a una citotoxina de Escherichia coli" . Infección e inmunidad . 18 (3): 775–9. doi : 10.1128 / IAI.18.3.775-779.1977 . PMC 421302 . PMID 338490 .
- ^ Mizutani S, Nakazono N, Sugino Y (abril de 1999). "Los genes llamados verotoxinas cromosómicas son en realidad transportados por profagos defectuosos" . Investigación de ADN . 6 (2): 141–3. doi : 10.1093 / dnares / 6.2.141 . PMID 10382973 .
- ^ Silva CJ, Brandon DL, Skinner CB, He X, et al. (2017), "Capítulo 3: Estructura de las toxinas Shiga y otras toxinas AB5" , Toxinas Shiga: una revisión de la estructura, el mecanismo y la detección , Springer, ISBN 978-3319505800.
- ^ Asakura H, Makino S, Kobori H, Watarai M, Shirahata T, Ikeda T, Takeshi K (agosto de 2001). "Diversidad filogenética y similitud de sitios activos de la toxina Shiga (stx) en aislamientos de Escherichia coli (STEC) productores de toxina Shiga de humanos y animales" . Epidemiología e Infección . 127 (1): 27–36. doi : 10.1017 / S0950268801005635 . PMC 2869726 . PMID 11561972 .
- ^ Beutin, L; Miko, A; Krause, G; Pries, K; Haby, S; Steege, K; Albrecht, N (2007). "Identificación de cepas patógenas humanas de Escherichia coli productora de toxina Shiga a partir de alimentos mediante una combinación de serotipificación y tipificación molecular de genes de toxina Shiga" . Microbiología aplicada y ambiental . 73 (15): 4769–75. doi : 10.1128 / AEM.00873-07 . PMC 1951031 . PMID 17557838 .
- ^ Römer W, Berland L, Chambon V, Gaus K, Windschiegl B, Tenza D, Aly MR, Fraisier V, Florent JC, Perrais D, Lamaze C, Raposo G, Steinem C, Sens P, Bassereau P, Johannes L (noviembre de 2007 ). "La toxina Shiga induce invaginaciones de la membrana tubular para su captación en las células". Naturaleza . 450 (7170): 670–5. Código Bibliográfico : 2007Natur.450..670R . doi : 10.1038 / nature05996 . PMID 18046403 . S2CID 4410673 .
- ^ Sandvig K, van Deurs B (noviembre de 2000). "Entrada de ricina y toxina Shiga en las células: mecanismos moleculares y perspectivas médicas" . El diario EMBO . 19 (22): 5943–50. doi : 10.1093 / emboj / 19.22.5943 . PMC 305844 . PMID 11080141 .
- ^ Mercatelli D, Bortolotti M, Giorgi FM (agosto de 2020). "Inferencia de red transcripcional y análisis del regulador maestro de la respuesta a proteínas inactivadoras de ribosomas en células leucémicas". Toxicología . 441 : 152531. doi : 10.1016 / j.tox.2020.152531 . PMID 32593706 .
- ^ Lukyanenko V, Malyukova I, Hubbard A, Delannoy M, Boedeker E, Zhu C, Cebotaru L, Kovbasnjuk O (noviembre de 2011). "La infección por Escherichia coli enterohemorrágica estimula la macropinocitosis y la transcitosis de la toxina 1 de Shiga a través de las células epiteliales intestinales" . Revista estadounidense de fisiología. Fisiología celular . 301 (5): C1140-9. doi : 10.1152 / ajpcell.00036.2011 . PMC 3213915 . PMID 21832249 .
- ^ Donohue-Rolfe A, Acheson DW, Keusch GT (2010). "Toxina Shiga: purificación, estructura y función". Reseñas de enfermedades infecciosas . 13 Suppl 4 (7): S293-7. doi : 10.1016 / j.toxicon.2009.11.021 . PMID 2047652 .
- ^ Los adenocarcinomas gástricos expresan el glucoesfingolípido Gb3 / CD77: selección de células cancerosas gástricas con subunidad B de la toxina Shiga
- ^ Stein PE, Boodhoo A, Tyrrell GJ, Brunton JL, Read RJ (febrero de 1992). "Estructura cristalina del oligómero B de unión a células de la verotoxina-1 de E. coli". Naturaleza . 355 (6362): 748–50. Código Bibliográfico : 1992Natur.355..748S . doi : 10.1038 / 355748a0 . PMID 1741063 . S2CID 4274763 .
- ^ Kaper JB, Nataro JP, Mobley HL (febrero de 2004). "Escherichia coli patógena". Reseñas de la naturaleza. Microbiología . 2 (2): 123–40. doi : 10.1038 / nrmicro818 . PMID 15040260 . S2CID 3343088 .
- ^ Obata F, Tohyama K, Bonev AD, Kolling GL, Keepers TR, Gross LK, Nelson MT, Sato S, Obrig TG (noviembre de 2008). "La toxina Shiga 2 afecta al sistema nervioso central a través del receptor de globotriaosilceramida localizado en las neuronas" . La Revista de Enfermedades Infecciosas . 198 (9): 1398–406. doi : 10.1086 / 591911 . PMC 2684825 . PMID 18754742 .
- ^ Tironi-Farinati C, Loidl CF, Boccoli J, Parma Y, Fernandez-Miyakawa ME, Goldstein J (mayo de 2010). "La toxina 2 de Shiga intracerebroventricular aumenta la expresión de su receptor globotriaosilceramida y provoca anomalías dendríticas". Revista de neuroinmunología . 222 (1–2): 48–61. doi : 10.1016 / j.jneuroim.2010.03.001 . PMID 20347160 . S2CID 11910897 .
enlaces externos
- Entradas UniprotKB: stxA1 Q9FBI2 , stxB1 Q7BQ98 , stxA2 P09385 , stxB2 P09386
- Shiga + toxina en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
- Shiga-Like + Toxin + I en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
- Shiga-Like + Toxin + II en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
- "Shigella" en el libro de texto en línea de bacteriología de Todar
- "Los denominados genes de verotoxina cromosómica son realmente portados por profagos defectuosos" ( doi : 10.1093 / dnares / 6.2.141 )