Класифікація за анатомічним розміщенням

3.2 Класифікація за анатомічним розміщенням

Розрізняють дві головні групи токсинів у залежності від того, де них виявляють або де вони виробляються в бактеріальній клітці: а) ендотоксини укладені усередині бактеріальної клітки, з якої їх можна екстрагувати; б) екзотоксини - це розчинні сполуки, виділені з бактеріальної клітини під час її активного росту в субстраті.

Ендотоксини

У медичній мікробіології ендотоксини розглядають як окрему групу. Приставка "ендо" означає, що вони повинні вироблятися усередині клітини. Фактично ендотоксини є частиною оболонки бактеріальної клітини, їх можна екстрагувати трихлоцтовой кислотою або феноловою водою. Токсичний макромолекулярний комплекс має (молекулярна маса до 106 і 107 і звичайно складається з трьох фракцій - протеїну (білка), ліпіду і полісахариду. Фракції можна розділити, хоча виключення ліпідів приводить до втрати токсичності. Полісахаридна фракція визначає антигенну властивість, яка пояснює імунологічну специфічність ендотоксину.

Ін'єкція ендотоксину сприйнятливому хазяїнові викликає типові синдром-лихоманку, лейкопенію, шкірну реакцію, шок і смерть.

Механізми дії ендотоксинів вивчалися широко, але результати усе ще невизначені. Передбачається, що токсична дія виражається тільки в антигенності, на яку організм хазяїна відповідає реакціями, звичайно подібними з алергійною або анафілактичной реакцією. Миші, вирощені без звичайних кишкових патогенів, несприйнятливі звичайним чином до ендотоксинів, і, отже, їх реактивність залежить від наявності звичайної кишкової мікрофлори.

Важко застосувати термін "ендотоксин" у його медичному розумінні до токсинів ентомопатогенів. У медичній мікробіології цим терміном позначають дуже спеціалізовану групу токсинів, механізм дії яких заснований на виразній реакції сприйнятливого хазяїна - гуморальної реакції, а не на прямій фармакологічній дії ендотоксину. Фактично ендотоксини складають частина поверхні клітки, і приставка "ендо" лише пояснює, що токсин зв'язаний з бактеріальною клітиною на відміну від екзотоксинів, які виділяються у субстрат.

Екзотоксини

Класичні екзотоксини виділяються в субстрат бактеріальними клітинами у фазі їх активного росту. В даний час екзотоксини можна охарактеризувати рядом властивостей: 1) вони являють собою окремі антигени, тобто імунохімічно це чисті хімічні речовини; 2) вони переходять у культуральний фільтрат, тобто не зв`язані бактеріальною клітиною; 3) вони являють собою білки з високою молекулярною масою і 4) у малих дозах вони здатні специфічним чином ушкоджувати сприйнятливого хазяїна.

Зараз уже відомо, що виділення екзотоксинів за межі клітини відбувається не відразу, оскільки це білки, що утворюються усередині клітини на рибосомах. Так, наприклад, вихід токсину з молодих клітин Clostrіdіum botulіnum (тип А) у дев'ять разів більше виходу його з фільтрату. Ця обставина використана для одержання великих кількостей ботулінового токсину стандартним способом.

Іншим, ще не вирішеним питанням є механізм виділення токсину з клітини в середовище. Оскільки деякі токсини це великі молекули (молекулярна маса їх досягає 10⁶), важко уявити, що токсин може шляхом простої дифузії пройти через оболонку цитоплазми і клітини. У світлі сучасних знань ми можемо очікувати наявності якогось механізму проникнення, або якихось "отворів" у клітинній оболонці, або і того й іншого. Однак ні того ні іншого не було встановлено і потрібно набагато більше доказів.

3.3 Класифікація за місцем або механізмом дії

Відповідно до місця або механізмом дії токсини можуть ушкоджувати насамперед структуру (наприклад, морфологічну окремість) або функцію (тобто нормальний обмін речовин). Нерідке ушкодження структури може виявитися тільки ще одною ділянкою порушення функції або навпаки. На практиці цей теоретично правильний критерій ускладнений усіма труднощами розрізнення між причиною і наслідком. Проте практично він усе ще корисний, особливо якщо класифікація заснована на місці дії, тому що знайти морфологічні ознаки токсичної дії набагато легше, ніж метаболічні.

Це один із самих старих критеріїв для поділу токсинів, оскільки він віднесений тканинам, що уражаються, і його правильність основана на клінічних і фармакологічних даних. Так, токсини, що діють на нервову систему, називаються нейротоксинами (тетанотоксин, ботулотоксин), що уражають шлунково-кишковий тракт - ентеротоксинами, що викликають розпад еритроцитів - гемолізинами, що викликають некроз - некротоксинами і т.д.

Місце дії токсину можна визначити не тільки на рівні тканини, але й у межах клітки. Наприклад, гемолізини ушкоджують клітинну оболонку еритроцитів. Хімічно гемолізини - це лецитинази, і, розщеплюючи лецитин, складову частину клітинної оболонки, вони ушкоджують клітку.

Біохімічно токсини відповідно до їх хімічної активності - це або ферменти, або інгібітори ферментів. Якщо деякі токсини є ферментами, то необхідно установити лінію розмежування між ферментом і токсином. Очевидно, ферментний токсин повинний мати усі властивості як ферменту, так і токсину. У цьому контексті варто згадати термін "додатковий фактор вірулентності", що відноситься до тих ферментам патогенних бактерій які в малих дозах не спричиняють прямої специфічно токсичної дії на сприйнятливого хазяїна і, таким чином, не беруть участь у патогенезі інфекції [1]. Тому в конкретних випадках краще говорити про "токсичні ферменти", поки ми не з'ясували механізм їхньої дії і чи можна їх віднести до сьогоденням токсинами. З іншого боку, було б нерозумно застосовувати термін "токсин" тільки до деяких загальновизнаних токсинів (ботулотоксини, тетанотоксины, ентеротоксини, лейкоцидин, токсин мишачого тифу, токсин сибірської виразки й ін.), тому що наші знання про механізм їх дії також обмежені.

Ензиматичну активність токсинів визначають по тим субстратам, на які вони діють у клітинах хазяїна. Так, наприклад, лецитинази розщеплюють лецитин чотирма різними шляхами. Для того щоб проявилася токсична активність ферменту, потрібно, щоб підходящий субстрат мався в сприйнятливому хазяїні і був для нього фізіологічно важливим. Так, різні лецитинази спричиняють неоднакову по силі дію на різні еритроцити, і ця сила дії залежить не тільки від наявності субстрату, але і від того, як цей субстрат убудований у клітку.

Потрібно також указати, що активність окремих токсинів може складатися, роблячи кінцеву токсичну дію.

3.4 Класифікація за структурою молекули токсину

Цей новий і найбільш складний критерій розробили Бонвантр і ін. [18]. Він заснований на молекулярній структурі токсину і на ролі цієї в токсичній дії. Розрізняють три головних типи .молекул - прості токсини, складні токсини і токсичні суміші (мал. 4).

Прості токсини. Ця група включає один вид токсичних молекул, синтезованих у біологічно активній формі, що іноді утворять також активні димери або полімери. Цей вид молекул викликає загальне отруєння сприйнятливого хазяїна, як, імовірно, і токсин правця.

Рис. 4. Схематична класифікація бактеріальних токсинів за структурою їх молекул

1- сприйнятливий хазяїн; ІІ - змінений, але не цілком отруєний хазяїн; ІІІ - цілком отруєний хазяїн.

Молекула токсину може існувати у формі нетоксичного попередника протоксину. Він активується якимсь механізмом, що звільняє токсотрофні хімічні групи, або змінюючи конфігурацію поліпептидного ланцюга, або ж розщеплює молекулу на більш дрібні токсичні фрагменти. Результатом завжди є активація.

Складні токсини. Ці токсини існують у вигляді ряду нетоксичних компонентів, що повинні об'єднатися, щоб стати біологічно активними.

Токсичні суміші. Це найбільш складні токсичні системи. На відміну від складних токсинів окремі компоненти токсичних сумішей зберігають свою молекулярну ідентичність і не утворять хімічних сполук. На сприйнятливого хазяїна вони можуть діяти двома шляхами: у першому випадку токсичний ефект залежить від послідовності, у якій окремі компоненти діють на сприйнятливого хазяїна, і кінцевий ефект є наслідком послідовних змін хазяїна; у другому - окремі компоненти можуть діяти в хазяїні незалежно друг від друга, але не здатні викликати ті симптоми, що викликає вся суміш; якщо один з компонентів втрачає активність, неї втрачає і вся суміш, як, наприклад, токсин сибірської виразки і стафілококовий лейкоцидин.

3.5 Проблема токсинів у патології комах

У медичній і ветеринарній мікробіології токсини широко вивчаються вже протягом життя декількох поколінь, і новітні успіхи біохімії, імунохімії й інших суміжних дисциплін не тільки дають нові методи, але і ставлять нові питання. Тому не дивно, що про інсектицидні токсини відомо набагато менше.

У патології комах лише далеко не всі бактерії вивчені, як продуценти токсинів. Вірогідність отриманих результатів дуже різна, і ця утрудняє яке-небудь порівняння. Механізми дії і природа речовин визначаються звичайно тільки грубо, так що іноді буває важко з упевненістю віднести них до токсинів. Деякі виділені тільки у виді неочищених препаратів з невизначеними хімічною природою і фізіологічними функціями [20].

Як і в медичній мікробіології, ми можемо припустити, що токсини або токсичні речовини можуть різним образом брати участь у патогенезі хвороби комахи. Смит розрізняє чотири різні категорії. Навіть якщо він визначає токсин так, як прийнято в просторіччі, той його розподіл цілком виправданий насамперед методологічно. До першої категорії він відносить токсини, що грають першорядну роль у хворобі. До другого - токсини, що мають істотне значення, але не є єдиними хвороботворними факторами. Перша категорія походить на екзотоксини, друга - на ендотоксини, як вони визначалися вище. У третю категорію включені токсини, утворені іn vіtro, значення яких для хвороби, однак, невідомо. У цю категорію можна, імовірно, уключити більшість токсинів, відомих патології комах. Четверта категорія протилежна третьої, оскільки тут "токсичну дію створюють іn vіvo бактеріїї, що іn vіtro відповідних токсинів не утворять". Теоретично третя і четверта категорії можуть бути сумнівними, оскільки ці з'єднання або зовсім не токсини, або це токсини, які не можна одержати на поживних середовищах Але експериментально вони являють цінність, тому що демонструють усі можливі сполучення при вивченні патогенності. Звідси робиться практичний висновок, що, "займаючись невирішеними проблемами патогенності, варто досліджувати поводження й ознаки вірулентності бактерій іn vіvo, що потім можна бути б відтворити іn vіtro для більш детального дослідження". Це ж відноситься і до визначення токсичної активності. Тому раніш чим віднести з'єднання, виділене іn vіtro до токсинів, варто переконатися, що воно відіграє роль у патогенезі хвороби іn vіvo.

3.6 Практичні можливості і перспективи використання інсектицидів

Знання токсинів або токсичних метаболітів можна використовувати в біологічній боротьбі безпосередньо для виробництва промислових мікробіологічних інсектицидів або побічно - для більш глибокого вивчення механізму патогенності мікроорганізму, що виробляє токсин.

Що стосується промислових препаратів токсинів, то в практиці використовуються паку тільки мікробіологічні інсектициди на основі В. thurіngіensіs. Кристалічний токсин, винятково сильного і специфічний стосовно широкого кола лускокрилих, можна застосовувати зовсім безпечно навіть на продовольчій сировині. В даний час він відіграє ведучу роль у патогенезі мікробіологічних інсектицидів. "Термостійкий екзотоксин" може знайти практичне застосування в боротьбі з комахами, якщо він виявиться дуже слаботоксичним для ссавців. Для оцінки практичної можливості застосування препарату вирішальним критерієм є економічність, у багатьох відносинах залежна не тільки від біологічної ефективності випробовуваного препарату, але і від ринкової кон'юнктури і від розпоряджень місцевих органів охорони здоров'я. Останній фактор може в багатьох відносинах відігравати обмежуючу роль, хоча іноді такі обмеження є скоріше наслідком новизни методу, чим практичного досвіду [3].

Навіть якщо використання частково очищених токсинів або токсичних метаболітів у біологічній боротьбі буде обходитися занадто дорого, у деяких умовах воно може виявитися вигідним. Так, може бути небажаним застосування живих мікроорганізмів або всього комплексу їх токсинів, якщо, крім потрібного токсину, вони утворять і інші, небезпечні для ссавців або для інших комах.

В даний час набагато краще виправдується непряме використання новітніх даних про токсини, оскільки вони можуть сприяти вивченню багатьох розділів патології комах. Знання природи конкретних токсинів допомагає пояснити механізм їх дії, розробити оптимальні умови виробництва і здійснювати цілеспрямований добір продуктивних штамів. Вивчення токсичних метаболітів може привести до виявлення біологічно активних з'єднань, що хімічна промисловість зможе потім цілком або частково синтезувати у формі чисто хімічних продуктів. Оскільки в число "антибіотиків" входять з'єднання, дуже ефективні проти деяких мікроорганізмів, але одночасно дуже малотоксичні для ссавців, деякі ентомотоксичні сполуки, нетоксичні для ссавців, можуть також виявитися в репертуарі не тільки ентомопатогенних, але й інших мікроорганізмів. Крім цього, вивчення механізму дії таких щодо специфічних у відношенні комах з'єднань може виявити коштовні нові можливості боротьби, засновані на своєрідності фізіології комах.

ВИСНОВОК

Для більшості представників мікросвіту характерною є одноклітинна будова. Бактеріальна клітина оточена оболонкою (а в окремих випадках — цитоплазматичною мембраною) і містить цитоплазму та різні органели. За будовою і хімічним складом оболонка бактеріальної клітини суттєво відрізняється від клітинної оболонки еукаріотів. Її складають специфічні полімерні комплекси, яких немає в клітинних структурах інших організмів. Обов'язковим структурним компонентом бактеріальної клітини є цитоплазматична мембрана, яка відокремлює цитоплазму від клітинної оболонки.

Мікробіологічні інсектициди забезпечили новий летальний фактор для боротьби з деякими рослиноїдними шкідниками сільськогосподарських культур або лісу. Рівень чисельності популяції шкідника не впливає на ефективність цих препаратів. Патогени, що зустрічаються в природі, також відіграють значну роль у скороченні популяцій шкідників, причому масштаби придушення знов-таки коливалися ,у залежності від часу і району.

Методи виділення з мікроорганізмів речовин, які могли б діяти на патогенні мікроорганізми та були екологічно безпечними, має досить багато переваг в порівняння з іншими препаратами.

ЛІТЕРАТУРА

1.   Атабеков И.Г. Практикум по общей вирусологии. — М.: Из-во Московского университета, 1981. — 191 с.

2.   Векірчик К.М. Практикум з мікробіології: Навч. посібник. – К.: Либідь, 2001. – 144 с.

3.   Бойко А Л. Экология вирусов растений. — К.: Вища шк., 1990. — 165 с.

4.   Борьба с вирусными болезнями растений. / Под ред. Х.Кеглер. М.: Агропромиздат. — 1986. — 326 с.

5.   Вавилов Н.И. Иммунитет растений к инфекционным заболеваниям. - М: Наука, 1986. — 520 с.

6.   Вершигора А.Ю., Бранцевич Л.Г., Василевская И.А. и др. Общая микробиология. — К.: Вища шк. Головное изд-во, 1988. — 342 с.

7.   Вирощування екологічно чистої продукції рослинництва. /Под ред. Дегодюка Е.Г. — К.: Урожай, 1992. — 318 с.

8.   Віруси і вірусні хвороби бобових культур на Україні. / Московець СМ., Краев В.Г., Порембська Н.Б. та ін. — К.: Наукова думка 1971.— 136 с.

9.   Вірусні та мікоплазмові хвороби польових культур. / Під ред. Ж.П.Шевченко. — К.: Урожай, 1995. — 304 с

10.      Вірусні хвороби сільськогосподарських культур/ Московець С.Н., Бобирь А.Д., Глушак Л.Е. / Під ред. Бобиря А.Д. — К.: Урожай, 1975. — С.72-80.

11.      Власов Ю. И., Рядко Т.А., Лытаева Г.К. Вирусные болезни овощных культур. — Л.: Колос,1973. — 73с,

12.      Власов Ю.И. Вирусные и микоплазменые болезни растений. — М.: Колос, 1992. — 207 с.

13.      Власов Ю.И., Ларина Э.И. Сельскохозяйственная вирусология. — М.: Колос, 1982. — С. 150-156.

14.      Гиббс А., Харрисон Б. Основы вирусологии растений: Пер. с англ. — М.: Мир, 1978. — 430 с.

15.      Гнутова Р.В. Серология и иммунохимия вирусов растений. — М.: Наука, 1993. — 300 с.

16.      Груздева Л.П., Яекин А.А. Почвоведение с основами геоботаники. — М.: Агропромиздат, 1991. — 448 с.

17.      Генкель Л. А. Микробиология с основами вирусологии. — М.: Просвещение, 1974. — 270 с.

18.      Гусев М. В., Минова Л. А. Микробиология. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1992. - 448 с.

19.      Дикий И.Л., Холупяк И.Ю., Шевелева Н.Ю. и др. Микробиология: Учебник для фарм. вузов. – Х.: Прапор, изд-во УкрФа, 1999. – 416 с.

20.      Микроорганизмы в борьбе с вредными насекомыми и клещами. // Под ред. М.С. Гилярова. – М.: Колос, 1976. – 584 с.

21.      Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология. – М.: Агропромиздат, 1987. – 368 с.