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Toxina Shiga

Diagrama de cintas de la toxina Shiga (Stx) de S. dysenteriae . De PDB : 1R4Q . Las toxinas Shiga son una familia de toxinas relacionadas con dos grupos principales, Stx1 y Stx2...

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Diagrama de cintas de la toxina Shiga (Stx) de S. dysenteriae . De 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 reciben su 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 (shigatoxigénicos o STEC), que incluyen 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. Las toxinas Shiga tipo 1 y tipo 2 (Stx-1 y 2) son producidas por algunas cepas de E. coli . La Stx-1 es idéntica a la Stx de Shigella spp. o difiere en un solo aminoácido. [ 6 ] La Stx-2 comparte un 55 % de homología de aminoácidos con la Stx-1. [ 7 ]
  2. El término citotoxinas, una denominación arcaica para la toxina Stx, se utiliza en un sentido amplio .
  3. Las verotoxinas/verotoxinas, un término poco utilizado para referirse a la Stx, provienen de la hipersensibilidad de las células Vero a la Stx. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
  4. El término toxinas similares a Shiga es otro término anticuado que surgió antes de que se comprendiera que las toxinas Shiga y similares a Shiga eran idénticas. [ 11 ]

Historia

La toxina recibe su nombre de Kiyoshi Shiga , quien descubrió S. dysenteriae en 1897. [ 2 ] En 1977, investigadores en Ottawa, Ontario, descubrieron la toxina Shiga producida normalmente por Shigella dysenteriae en una línea de E. coli . [ 12 ] La versión de la toxina de E. coli se denominó "verotoxina" debido a su capacidad para matar células Vero ( células de riñón de mono verde africano ) en cultivo. Poco después, la verotoxina pasó a denominarse toxina similar a la 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 H-19B o 933W, insertado en el cromosoma de la bacteria mediante transducción . [ 13 ] Los estudios filogenéticos de la diversidad de E. coli sugieren que la transducción de la toxina Shiga a ciertas cepas de E. coli pudo haber sido relativamente fácil , ya que Shigella es en sí misma un subgénero de Escherichia ; de hecho, algunas cepas tradicionalmente consideradas E. coli (incluidas las que producen esta toxina) pertenecen a este linaje. Al ser parientes más cercanos de Shigella dysenteriae que de la E. coli típica , no es inusual que estas cepas produzcan toxinas similares a la 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 cediendo cada vez más ante el reconocimiento de todas estas moléculas como "versiones de la misma toxina" en lugar de "toxinas diferentes". [ 14 ] : 2–3

Transmisión

La toxina Shiga generalmente se ingiere con alimentos o agua contaminados . [ 15 ] La toxina requiere receptores altamente específicos en la superficie de las células para poder unirse y entrar en ellas ; especies como el ganado vacuno , los cerdos y los ciervos , que no poseen estos receptores, pueden albergar bacterias toxigénicas sin ningún efecto adverso, eliminándolas en sus heces , desde donde pueden transmitirse a los humanos. [ 16 ]

Importancia clínica

Los síntomas de la ingestión de toxina Shiga incluyen dolor abdominal y diarrea acuosa. Puede presentarse diarrea con sangre. [ 17 ] Los casos graves que ponen en peligro la vida se caracterizan por colitis hemorrágica (CH). [ 18 ]

La toxina está asociada con el síndrome hemolítico-urémico . Por el contrario, las especies de Shigella también pueden producir enterotoxinas 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 filtración que es clave para la función del riñón. La destrucción de estas estructuras conduce a la insuficiencia renal y al desarrollo del síndrome urémico hemolítico, a menudo mortal y frecuentemente debilitante. La intoxicación alimentaria por toxina Shiga también suele tener efectos en los pulmones y el sistema nervioso .

Estructura y mecanismo

SLT2 de Escherichia coli O157:H7 . La subunidad A se muestra arriba (viridián), con el pentámero de la subunidad B abajo (multicolor). De 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 induce la formación de invaginaciones tubulares estrechas en la membrana, lo que impulsa la formación de túbulos de membrana hacia el interior para la entrada del complejo toxina-receptor [ 19 ] en la célula. Estos túbulos son esenciales para la entrada en la célula huésped [ 20 ] . La toxina Shiga (una toxina que no forma poros) se transfiere al citosol a través de la red de Golgi y el retículo endoplasmático (RE). Desde el Golgi, la toxina se transporta al RE. Allí se procesa mediante la escisión por una proteasa similar a la furina para separar la subunidad A1. Se ha informado que algunos complejos toxina-receptor evitan estos pasos y se transportan al núcleo en lugar del citosol, con efectos desconocidos [ 19 ] .

Las toxinas Shiga actúan inhibiendo la síntesis de proteínas dentro de las células diana mediante un mecanismo similar al de la toxina vegetal ricina . [ 21 ] [ 22 ] Después de entrar en una célula a través de un macropinosoma , [ 23 ] 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. [ 24 ] Como actúan principalmente sobre el revestimiento de los vasos sanguíneos , el endotelio vascular, se produce una ruptura del revestimiento y finalmente una hemorragia.

La toxina Shiga bacteriana puede utilizarse para la terapia dirigida del cáncer gástrico, ya que este tumor expresa el receptor de la toxina Shiga. Para ello, se conjuga un quimioterápico inespecífico a la subunidad B para hacerlo específico. De esta forma, solo se destruyen las células tumorales, y no las sanas, durante el tratamiento. [ 25 ]

Estructura

La toxina tiene dos subunidades —denominadas A ( peso molecular 32000 Da ) y B (peso molecular 7700 Da)— y es una de las toxinas AB 5. La subunidad B es un pentámero que se une a glucolípidos específicos en la célula huésped, específicamente globotriaosilceramida (Gb3). [ 26 ] [ 27 ] Posteriormente, la subunidad A se internaliza y se escinde en dos partes. El componente A1 se une al ribosoma, interrumpiendo la síntesis de proteínas. Se ha descubierto que Stx-2 es aproximadamente 400 veces más tóxica (según la cuantificación de 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 podría atribuirse la toxicidad renal de la toxina Shiga. La Gb3 también se encuentra en las neuronas y el endotelio del sistema nervioso central, lo que puede provocar neurotoxicidad . [ 28 ] Se sabe que la Stx-2 también aumenta la expresión de su receptor GB3 y causa disfunciones neuronales. [ 29 ]

Véase también

Referencias

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