Михаил Супотницкий - Биологическая война (Часть 3)

Рис. 3.9. Патогенез сибиреязвенной инфекции у млекопитающих, I — низкоуровневое прорастание и рост в участке инфицирования ведут к локальному отеку и некротическому поражению кожи (образование карбункула), 2 — низкоуровневое прорастание и рост в участке инфицирования ведут к массивному выпоту, отеку слизистой и некротическому поражению кишечника; 3 — лимфагенное и гематогенное распространение В. anthracis. Смерть наступает от септицемии, токсемии или легочной недостаточности через 1–7 сут после заражения. По Т. D. Dixon et al. (1999)

Сибиреязвенный токсин является прямой причиной гибели человека и животных при развившейся сибиреязвенной инфекции. Введение белым крысам р хвостовую вену сибиреязвенного токсина приводит их к гибели через 1–3 ч. Гибель животных наступает от легочно-сердечной недостаточности, развившейся на фоне резкого повышения проницаемости кровеносных капилляров, особенно в легких. Микроскопические исследования показали, что изменения в легких были представлены отеком, полнокровием и кровоизлияниями. Полнокровие и дистрофические изменения наблюдали в печени, почках, селезенке, сердце. В сердечной мышце найдены ранние некробиотические изменения, представленные очаговой фуксинофильной дегенерацией. Повышенная проницаемость кровеносных капилляров и расстройства гемодинамики способствовали статистически достоверному по сравнению с контролем увеличению массы легких, почек и сердца (Литусов Н. В. с соавт., 2002).

Сибиреязвенный токсин состоит из В-субъединицы, называемой протективныы антигеном (РА; ее используют для иммунизации против В. anthracis), и двух ферментативных субъединиц (А-субъединиц), одна из которых — отечный фактор (EF); другая — летальный фактор (LF). EF является кальмодулинзависимой аденилатциклазой (calmodulin-dependent adenylate cyclase), увеличивающей внутриклеточные уровни циклического АМФ (цАМФ) при проникновении в болыиинс. во типов клеток. В месте введения токсина в ткани экспериментальных животных нарушается водный гомеостаз и развивается массивный отек. LF представляет собой цинкметаллоппотеазу (zinc metalloorotease). Вызывает гипервоспалительное состояние макрофагов, активируя пути окислительного взрыва и высвобождая активированные кислородом интермедиаты, а также продукцию провоспалительных цитокинов, таки), как фактор некроза опухолей α (TNF-α) и интерлейкин-1β, вызывающие шок и смерть больного (Dixon Т. D. et al., 1999).

Введение чувствительным животным любой из этих субъединиц по отдельности, не приводило к патологическим последствиям. Внутрикожное введение комбинации В-субъединицы и отечного фактора, вызывало развитие кожных отеков у морских свинок и кроликов Внутривенное введение мышам и крысам смеси В-субъединицы и летального фактора оказывалось для них смертельным, но при ее внутрикожном введении образования отеков не происходило. При введении смеси трех компонентов токсина, они действовали синергически в тестах проверки летальности на мышах. В более поздних исследованиях показано, что отечный фактор вызывает только кратковременное повышение внутриклеточного уровня цАМФ, поскольку он быстро разрушается клеточными протеазами. Развитие сибиреязвенной интоксикации предполагает обязательное участие всех трех компонентов сибиреязвенного токсина (Мои-rez М. et al., 2002; Бургасов П. Н., Рожков Г. И., 1984).

В. anthracis не синтезирует активный токсин. В его формировании из субъединиц основную роль играет сама клетка-мишень. С. Petosa et al. (1997) описали тонкие механизмы этого процесса. РА сибиреязвенного токсина представляет собой длинную плоскую молекулу, размером 100×50×30 Å, состоящую из 4 доменов. Связывание РА с рецептором клетки-мишени начинается с домена 4. Этот домен (остатки 596–735) имеет первичную шпильку и спираль за которыми следует р-сендвич с иммуноглобулиновой складкой. Домены 1, 2 и 3 тесно связаны между собой, но домен 4 имеет с ними ограниченный контакт. Внутри иммуноглобулиновой складки домена 4 содержится доступная петля из 19 аминокислотных остатков, аналогичная антигенсвязы-вающей CDRS-петле антител и рецепторсвязывающей петле дифтерийного токсина. Протеолитическач активация происходит на клеточной поверхности. Протеаза фурин (она же используется для протеолитической активации дифтерийного токсина, экзотоксина А псевдомонад и некоторых вирусов) расщепляет поверхностную петлю внутри домена 1. В результате высвобождается N-терминалЬный 20-кДа фрагмент (РА 20). Этот фрагмент не играет какой-либо дополнительной роли в интоксикации. Однако его удаление приводит к образованию большой гидрофобной поверхности на оставшемся фрагменте РА (РА 63). Остальная часть домена 1, называемого теперь домен 1´, образует N-окончание активного РА 63. После утраты РА 20, РА 63формирует гептамер, который вставляется в мембраны при кислых значениях pH, формируя катионселективные каналы. Новая гидрофобная поверхность домена 1´ полностью обнажается, формируя часть большого, плоского гидрофобного пятна на «вершине» гептамера. Эта поверхность обеспечивает открытый сайт для связывания фактора отека и летального фактора, которые теперь связывают РА 63с высоким аффинитетом. Собравшаяся из трех субъединиц структура является тем, что понимают под названием «сибиреязвенный токсин». Он пенетрирует клеточную мембрану и захватывается эндосомой. Внутренняя среда эндосомы закисляется и благодаря изменившейся конформационной структуре токсин формирует в стенке эндосомы канал и через него ферментативные субъединицы проникают в цитоплазму (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Модель действия сибиреязвенного токсина. 1 — протективный антиген (РА) специфически связывается с рецепторами на поверхности клетки (anthrax toxin receptor, ATR); 2 — PA рассекается мембранной фуриноподобной протеазой, высвобождая 20-кДа субъединицу (РА 20) во внеклеточное пространство; 3 — оставшаяся 63-кДа субъединица (РА 61) олигомеризуется и формирует гептамер; 4 — отечный фактор (EF) и/или летальный фактор (LF) связываются с гептамером; 5 — собравшийся из трех субъединиц токсин проникает в цитоплазматическое пространство клетки в составе эндосомы; 6 — низкое значение pH эндосомального пространства запускает конформационные изменения в гептамере, вызывая формирование катион-селективного канала и транслокацию в цитоплазму ферментативных субъединиц EF и LF. По М. Mourez et al. (2002)

В патогенезе сибиреязвенной инфекции большую роль играют протеолитические ферменты, коллагеназы, лейкоцидин, липаза и продукты распада самого микроба.