Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren...
Transcript of Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren...
![Page 1: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/1.jpg)
Bakterielle ToxineMaximilian Benedikt RossolJohannes-Gutenberg-Universität MainzInsitut für Mikrobiologie und WeinforschungJohann-Joachim-Becherweg 15, 55128 Mainz
![Page 2: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/2.jpg)
Gliederung
1) Was ist ein Toxin?
2) Klassifizierung bakterieller Toxine
- Wirkmechanismen
- Populäre Vertreter
3) Fazit
![Page 3: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/3.jpg)
ToxinGriechisch τοξίνη, „die giftige Substanz“
Von Lebewesen hergestelltes Gift
Schädigt / stört grundlegende zelluläre Prozesse anderer Organismen
Zugehörige wissenschaftliche Disziplin: Toxikologie
![Page 4: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/4.jpg)
Chemische Zusammensetzung
Proteine
Peptide
Alkaloide ( insbesondere Pflanzentoxine )
![Page 5: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/5.jpg)
Bakterielle ToxineBakterielle Infektion Auftreten von Krankheitssymptomen
Folge von Toxinproduktion
Struktur: Polymere Verbindungen, sehr häufig Proteine
Schädigung / Störung zellulärer Prozesse der Wirtszelle
Tod des Wirtes im Extremfall
![Page 6: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/6.jpg)
Diphtherietoxin (Corynebacterium diphtheriae)
1888 von Émile Roux und Alexandre Yersin entdeckt und isoliert ( Institut Pasteur )
![Page 7: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/7.jpg)
Klassifizierung bakterieller ToxineExotoxine
Komplex zusammengesetzte Proteine, Freisetzung in umgebendes Medium, Eindringen in Wirtszelle
Exotine wirken spezifisch
Endotoxine
Bestandteil der äußeren Hülle von gramnegativen Bakterien, Freisetzung nach Lyse
Endotoxine wirken unspezifisch
Exo-/ Endotoxine sind thermolabil
![Page 8: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/8.jpg)
ExotoxineCytolytische Toxine
A-B-Toxine
Enterotoxine
Superantigene
![Page 9: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/9.jpg)
Cytolytische Toxine
Einlagerung in Cytoplasmamembran der Wirtszelle
Keine enzymatische Aktivität, Porenbildung in der Membran
Zusammenbruch von Ionengradienten über Zellmembran, direkte Lyse möglich Zerstörung der Membranintegrität / Lebensfähigkeit der Zelle
![Page 10: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/10.jpg)
α-Toxin von Staphylococcus aureus und verschiedenen Streptococci
Zelldepolarisation, Verlust vitaler Moleküle ( z.B. ATP )
α-Hämolysine: Staphylococcus aureus / StreptococciHämolyse der Erythrocyten
β- und γ-Hämolysine führen über andere Mechanismen zur Lyse
![Page 11: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/11.jpg)
Hämolyse von Erythrocyten auf Agar-Platte
![Page 12: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/12.jpg)
A-B-Toxine
Bestehen aus zwei Komponenten
A-Komponente enzymatisch aktiv
B-Domäne für Transport der A-Domäne zuständig
![Page 13: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/13.jpg)
![Page 14: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/14.jpg)
Choleratoxin ( CTX ) von Vibrio cholerae
A1 enzymatisch aktiv / toxisch
Aktivierung eines Second-Messenger-Signalweges
Wirkort im Darmepithel
![Page 15: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/15.jpg)
Tetanus: Clostridium tetani
Botulismus: Clostridium botulinum
Diphtherie: Corynebacterium diphtheriae
![Page 16: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/16.jpg)
Shiga-Toxin ( Shigella dysenteriae ) Shigellendysenterie (Bakterienruhr)
Hemmung der Proteinbiosynthese
Shiga-Toxin auch von einigen enterohämorrhagischen E. Coli (EHEC) produziert
entero : altgriechisch ἔντερον enteron = Darm
hämorrhagisch = Blutung
![Page 17: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/17.jpg)
Enterotoxine
Greifen Darm an, verursachen Nahrungsmittelvergiftungen, Gastroenteritis und Durchfallerkrankungen
Meist Superantigene und A-B-Toxine
Shigellendysenterie / Cholera ( A-B-Toxine )
![Page 18: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/18.jpg)
Choleratoxin ( CTX ) von Vibrio cholerae
A1 enzymatisch aktiv / toxisch
Aktivierung eines Second-Messenger-Signalweges
Wirkort im Darmepithel
![Page 19: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/19.jpg)
Verstärkter Einbau von Cl- Kanälen, Hemmung von Na+ Kanälen (Resorption) und Na+/H+Austauschern Insgesamt Verlust von NaCl
H2O folgt NaCl passiv ins Darmlumen( erhöhte Durchlässigkeit der Epithelzellen )
Folge: Starke Durchfälle mit Wasserverlust von bis zu 1 L pro Stunde Massiver Ausstrom von K+ und HCO3-
![Page 20: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/20.jpg)
Antigene
Kohlenhydrate, Lipide, Proteine o.a.
Auslösen einer Immunantwort in fremdem Organismus
Bildung von Antikörpern, spezifisch gegen Strukturen dieser Moleküle gerichtet
![Page 21: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/21.jpg)
Antigen-präsentierende Zelle mit MHC II bindet an Antigen
Präsentation des Antigens ( MHC-Restriktion )
T-Lymphozyt aktiviert, wächst und differenziert sich aus
Entstehung von T-Killerzelle, Zerstörung des Antigen
Anlocken zusätzlicher Immunzellen mithilfe von Botenstoffen (Cytokine)
![Page 22: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/22.jpg)
Superantigene
Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren
Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen ( viel stärker als bei Antigenen )
Kaskade von Zellrkt. / Zellentzündungsrkt.
Toxischer Schock
Massiver Zelltod und Organversagen
![Page 23: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/23.jpg)
Staphylococcus aureus: Mastitis, Hautentzündungen, in ungünstigen Fällen bspw. Lungenentzündungen
Streptococcus pyrogenes: Haut- und Atemwegserkrankungen
![Page 24: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/24.jpg)
EndotoxineBestandteil der Lipopolysaccharide der äußeren Membran von gramnegativen Bakterien
Freisetzung bei Lyse des Bakteriums
![Page 25: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/25.jpg)
![Page 26: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/26.jpg)
LPS führt zu vermehrter Freisetzung von Cytokinen
Cytokine: Glykoproteine mit signalübertragenden Funktionen
Signalkaskade, allgemeine Entzündungsreaktionen, Fieber
Septischer Schock, Tod des Wirtes
![Page 27: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/27.jpg)
LPS bilden mit LBP Komplex, Bindung an sCD14
sCD14 dirigiert LPS zu Proteinkomplex auf Oberfläche des Makrophagen (TLR 4, MD-2, mCD14)
Signaltransduktionskaskade, Eintritt des Transkriptionsfaktors NFkB in Zellkern
Genaktivierung für Cytokinsynthese
Makrophagen sekretieren versch. Cytokine
Signalkaskade, Entzündungsrkt.
Septischer Schock, Tod des Wirtes
![Page 28: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/28.jpg)
Escherichia coli: Durchfallerkrankungen
Salmonella ssp.: Salmonellose
![Page 29: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/29.jpg)
FazitMehrere Mechanismen von bakteriellen Toxinen führen zu Krankheitssymptomen
Verschiedene können zusammenwirken
![Page 30: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/30.jpg)
FazitTetanus: Clostridium tetani
Botulismus: Clostridium botulinum A-B-Toxine
Diphtherie: Corynebacterium diphtheriae
Mastitis, Hautentzündungen: Staphylococcus aureus Superantigene
Haut-/Atemwegserkrankungen: Streptococcus pyrogenes α-Toxine
Durchfallerkrankungen: Escherichia ColiA-B-Toxine, Endotoxine
![Page 31: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/31.jpg)
Bild- und Literaturquellen
http://de.wikipedia.org/wiki/Nicotin#/media/File:Nikotin_-_Nicotine.svg
http://www.friedli.com/herbs/phytochem/peptide_bond.gif
http://de.wikipedia.org/wiki/Protein#/media/File:Myoglobin.png
http://de.wikipedia.org/wiki/Diphtherietoxin#/media/File:Diphtheria_toxin_1DDT.png
http://en.wikipedia.org/wiki/Hemolysin#/media/File:The_process_of_hemolysis.png
https://www.youtube.com/watch?v=5yGbxyOpZRk
http://www.biodiversitylibrary.org/page/3061773#page/711/mode/1up
![Page 32: Bakterielle Toxine - imw.bio.uni-mainz.de · Toxine, die das Immunsystem des Wirtes manipulieren Bindung an MHC-II und T-Zellrezeptor, unspezifische Aktivierung von T-Helferzellen](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022013121/5e22cd0c8e245878be620845/html5/thumbnails/32.jpg)
Bild- und Literaturquellen
Allgemeine Mikrobiologie, Georg Fuchs, Hans G. Schlegel: 9.Auflage, Juni 2014 Georg Thieme Verlag : S.152-155, S.649-655
Purves Biologie, Jürgen Markl: 9. Auflage, 2011, Spektrum akademischer Verlag S.726
Toxikologie: Eine Einführung für Chemiker, Biologen und Pharmazeuten Wolfgang Dekant, Spiros Vamvakas: 2. Auflage, Mai 2010 Spektrum akademischer Verlag