Επιβλαβείς αλληλεπιδράσεις μικροβίων και ανθρώπου Η διαδικασία της παθογένεσης ξεκινά με την προσκόλληση των μικροοργανισμών στα κύτταρα του ξενιστή

Transcript

1 1

2 Επιβλαβείς αλληλεπιδράσεις μικροβίων και ανθρώπου Η διαδικασία της παθογένεσης ξεκινά με την προσκόλληση των μικροοργανισμών στα κύτταρα του ξενιστή και συνεχίζεται με τον αποικισμό και πολλαπλασιασμό τους, που προκαλούν βλάβη στον ξενιστή. Μολυσματικότητα ονομάζεται η σχετική ικανότητα ενός μικροοργανισμού να προκαλεί νόσο και είναι αποτέλεσμα μεταβολών που επέρχονται στον ξενιστή με διάφορους μηχανισμούς. Συνήθως, ένα παθογόνο πρέπει πρώτα να αποκτήσει πρόσβαση στους ιστούς του ξενιστή και να πολλαπλασιαστεί πριν προκαλέσει βλάβη. Η διείσδυση πραγματοποιείται μέσω του δέρματος, των βλεννογόνων μεμβρανών, του εντερικού επιθηλίου, κλπ. Ο όρος παθογένεση αναφέρεται στην ικανότητα ενός παράσιτου να προκαλεί ασθένεια. Η παθογένεση είναι χαρακτηριστική ιδιότητα των ειδών και γι αυτό έχει μεγάλη ταξινομική σημασία. Τα διάφορα στελέχη ενός μικροβιακού είδους μπορούν να ποικίλουν ως προς το βαθμό σοβαρότητας της ασθένειας που προκαλούν (δριμύτητα). Έτσι είναι δυνατόν τα διάφορα στελέχη να είναι: 2

3 Σχ.190. Μικροοργανισμοί και παθογένεση. 3

4 1. Έντονα δριμύ, 2. Ασθενώς δριμύ, και 3. Καθόλου δριμύ. Η δριμύτητα ενός στελέχους καθορίζεται από 2 παράγοντες: 1. Την διεισδυτικότητα, που είναι η ικανότητα του μικροοργανισμού να πολλαπλασιάζεται στους διάφορους ιστούς του ξενιστή, και 2. Την τοξικότητα, που είναι η ικανότητα του μικροοργανισμού να παράγει τοξίνες. Σε ορισμένους παθογόνους μικροοργανισμούς, η δριμύτητα καθορίζεται από την υπερευαισθησία ή αλλεργία, που είναι αποτέλεσμα ανοσοβιολογικής αντίδρασης του ξενιστή, ο οποίος είναι ευαισθητοποιημένος προηγούμενα έναντι κυτταρικού συστατικού του μικροοργανισμού. Η εγκαθίδρυση ενός παθογόνου μικροβίου σε ένα καινούργιο άτομο του ξενιστή ονομάζεται μόλυνση. Αν η μόλυνση προκαλεί βλάβη, η όλη κατάσταση χαρακτηρίζεται ως μολυσματική ασθένεια ή λοίμωξη. 4

5 Είσοδος των παθογόνων στον ξενιστή Τα βακτήρια και οι ιοί που προκαλούν λοιμώξεις συχνά προσκολλώνται εξειδικευμένα στα επιθηλιακά κύτταρα μέσω πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων ανάμεσα στην επιφάνεια του παθογόνου και στην επιφάνεια του ξενιστικού κυττάρου. Ένας λοιμογόνος μικροοργανισμός δεν προσκολλάται εξίσου καλά σε όλα τα επιθηλιακά κύτταρα, αλλά επιλεκτικά μόνο σε περιοχές μέσω των οποίων κατορθώνει να εισβάλει στον ξενιστικό οργανισμό. Η Neisseria gonorrohoeae προσκολλάται πολύ πιο ισχυρά στο ουρογεννητικό επιθήλιο παρά σε οποιοδήποτε άλλο ιστό. Η προσκόλληση γίνεται μέσω μιας ειδικής επιφανειακής πρωτεΐνης (Opa) την οποία δεσμεύουν εξειδικευμένα τα κύτταρα του ξενιστή μέσω μιας άλλης πρωτεΐνης (CD66) που απαντά μόνο στην επιφάνεια των επιθηλιακών κυττάρων του ανθρώπου. Η κάψα, ο γλυκοκάλυκας και η βλενοστοιβάδα συμβάλλουν στην προσκόλληση στα ξενιστικά κύτταρα, ενώ προστατεύουν τα βακτήρια από τους αμυντικούς μηχανισμούς (αποτρέπουν την φαγοκυττάρωση από μακροφάγα ή άλλα κύτταρα). Πρωτεϊνικές δομές, όπως οι κροσσοί και τα τριχίδια ενίοτε συμμετέχουν στην διαδικασία προσκόλλησης. 5

6 Τα εντεροπαθογόνα στελέχη της E. coli διαθέτουν ινώδεις πρωτεΐνες (CFA), με τη βοήθεια των οποίων προσκολλώνται εξειδικευμένα στα επιθηλιακά κύτταρα του εντέρου. Εισβολή Ορισμένοι μικροοργανισμοί οφείλουν την παθογένειά τους αποκλειστικά και μόνο στις τοξίνες που παράγουν και συνεπώς δεν είναι απαραίτητο να διεισδύουν στους ιστούς του ξενιστή. Τα περισσότερα παθογόνα, όμως, πρέπει να εισβάλλουν στο επιθήλιο για να προκαλέσουν λοίμωξη. Σημεία εισόδου είναι μικρές ασυνέχειες ή πληγές στο δέρμα ή στους βλεννογόνους αδένες. Πολλαπλασιασμός παθογόνων μπορεί να λάβει χώρα και σε ακέραιη βλεννογόνο μεμβράνη, ιδίως αν έχει μεταβληθεί η φυσιολογική χλωρίδα (π.χ. λόγω αντιβίωσης). Σε ορισμένες περιπτώσεις η αρχική εγκατάσταση και ανάπτυξη των παθογόνων μπορεί να γίνει σε πολύ απομακρυσμένες θέσεις από το σημείο εισόδου. Η μετάβαση στις θέσεις αυτές γίνεται συνήθως μέσω του αίματος. 6

7 Αποικισμός και αύξηση Εφόσον κάποιο παθογόνο αποκτήσει πρόσβαση σε έναν ιστό είναι δυνατόν να πολλαπλασιαστεί (αποικισμός). Η ανάπτυξη ενός παθογόνου σε έναν ξενιστή εξαρτάται από την διαθεσιμότητα θρεπτικών υλικών στον ιστό του ξενιστή. Διάφορα ευδιάλυτα θρεπτικά υλικά, όπως σάκχαρα, αμινοξέα και οργανικά οξέα δεν απαντούν πάντα σε επάρκεια, με αποτέλεσμα να ευνοούνται οι μικροοργανισμοί που μπορούν να αξιοποιήσουν περίπλοκες θρεπτικές ουσίες, όπως π.χ. γλυκογόνο. Πολλές φορές, η εγκατάσταση ενός παθογόνου καθορίζεται από την περιορισμένη διαθεσιμότητα ιχνοστοιχείων. Οι ζωικές πρωτεΐνες τρανσφερρίνη και λακτοφερρίνη δεσμεύουν ισχυρά τον σίδηρο και τον μεταφέρουν μέσω της κυκλοφορίας. Πολλά, όμως, βακτήρια παράγουν σιδηροχηλικές ενώσεις προκειμένου να ενισχυθεί η ικανότητα πρόσληψης σιδήρου, π.χ. η αεροβακτίνη που παράγεται από ορισμένα στελέχη E. coli (κωδικεύεται από το πλασμίδιο Col V) απομακρύνει με μεγάλη ευκολία τον σίδηρο από την τρανσφερρίνη. Μετά την αρχική είσοδο στο σώμα, ο παθογόνος μικροοργανισμός παραμένει τοπικά εντοπισμένος και πολλαπλασιάζεται δημιουργώντας εστία μόλυνσης. 7

8 Εναλλακτικά, μπορεί να περάσει στα λεμφικά αγγεία και να εναποτεθεί στους λεμφαδένες. Αν ο μικροοργανισμός περάσει στο αίμα, τότε μεταφέρεται σε απομακρυσμένες περιοχές του σώματος, αλλά συνήθως συγκεντρώνεται στο ήπαρ ή στον σπλήνα. Μολυσματικότητα Η μολυσματικότητα ενός παθογόνου προσδιορίζεται με πειραματικές μελέτες της LD 50 (lethal dose 50 ), δηλαδή εκείνη η δόση ενός μολυσματικού παράγοντα που θανατώνει το 50% των ζώων μιας ομάδας ελέγχου. Η LD 50 των παθογόνων υψηλής μολυσματικότητας συνήθως δεν διαφέρει πολύ από το LD 100. Η μολυσματικότητα παθογόνων που διατηρούνται σε εργαστηριακές καλλιέργειες και δεν αναπτύσσονται σε ζώα είναι συχνά μειωμένη ή εκλείπει (εξασθενημένοι μικροοργανισμοί). Η εξασθένηση μπορεί να οφείλεται στην ταχύτερη ανάπτυξη στελεχών χαμηλότερης μολυσματικότητας, τα οποία ενδεχομένως ευνοούνται επιλεκτικά όταν οι καλλιεργητικές συνθήκες δεν είναι ιδανικές για το είδος. Η μολυσματικότητα ενός παθογόνου οφείλεται στην τοξικότητα και στην ικανότητα εισβολής. 8

9 Σχ.191. Συγκριτικές διαφορές στην μικροβιακή μολυσματικότητα. Ως ικανότητα εισβολής ορίζεται η δυνατότητα ενός παθογόνου να αναπτύσσεται σε ξενιστικούς ιστούς, ώστε να αναστέλλεται μια ή περισσότερες λειτουργίες του ξενιστή. Τα κύτταρα του Clostridium tetani παραμένουν στις αρχικές θέσεις εισόδου (συνήθως κάποια πληγή), αλλά παράγουν την τετανική τοξίνη, η οποία μεταφέρεται μέσω της κυκλοφορίας σε απομακρυσμένα σημεία του οργανισμού (υψηλή τοξικότητα). 9

10 Τα Streptococcus pneumoniae εμφανίζουν μεγάλη ικανότητα εισβολής, καθώς διαθέτουν μια πολυσακχαριτική κάψα που τα προστατεύει από τη φαγοκυττάρωση. Κατά συνέπεια, αναπτύσσονται σε πολύ μεγάλους αριθμούς στον πνευμονικό ιστό, προκαλώντας πνευμονία. Τα περισσότερα επιτυχή παθογόνα κατατάσσονται κάπου ενδιάμεσα μεταξύ των ακραίων παραδειγμάτων τοξικότητας και ικανότητας εισβολής που εμφανίζουν τα C. tetani και S. pneumoniae, αντίστοιχα. Μολυσματικότητα του γένους Salmonella Τα είδη του γένους Salmonella χρησιμοποιούν έναν συνδυασμό τοξινών, εισβολής και άλλων μολυσματικών παραγόντων κατά την παθολογική δράση τους. Αρχικά, η Salmonella παράγει 3 τουλάχιστον τοξίνες: 1. Εντεροτοξίνη, 2. Ενδοτοξίνη, και 3. Κυτταροτοξίνη. Η κυτταροτοξίνη αναστέλλει την πρωτεϊνοσύνθεση. 10

11 Παράγοντες προσκόλλησης είναι το πολυσακχαριτικό αντιγόνο Ο και το αντιγόνο Η των μαστιγίων. Ο πολυσακχαρίτης της κάψας Vi αναστέλλει τη δράση του συμπληρώματος (σειρά πρωτεϊνών που αντιδρούν με σύμπλοκα αντιγόνων-αντισωμάτων πολλαπλασιάζοντας ή εκτείνοντας τη δραστικότητά τους). Το γονίδιο invh κωδικεύει μια επιφανειακή πρωτεΐνη προσκόλλησης, ενώ τα invc, invg και invi πρωτεΐνες που συμμετέχουν στην συναρμολόγηση ενός εξειδικευμένου επιφανειακού προσαρτήματος (βελόνη ή ενεσίσωμα), μέσω του οποίου πραγματοποιείται έγχιση τοξινών στο ξενιστικό κυτταρόπλασμα. Ορισμένα είδη Salmonella παρασιτούν και στα μακροφάγα (εκτός από κύτταρα του εντερικού τοιχώματος). Ένας από τους τρόπους δράσης των φαγοκυττάρων είναι η παραγωγή ειδικών τοξικών ενώσεων του οξυγόνου, τα οποία όμως η Salmonella εξουδετερώνει με το προϊόν του γονιδίου oxyr. Επίσης, τα μακροφάγα παράγουν ειδικά αμυντικά μόρια (ντεφεσίνες), που και αυτά όμως εξουδετερώνονται με τα προϊόντα των γονιδίων phop και phoq. Τέλος, για να αποθηκεύσει σίδηρο, παράγει ειδικές σιδηροχηλικές πρωτεΐνες (σιδηροφορείς). 11

12 Σχ.192. Παράγοντες που αυξάνουν την μολυσματικότητα της Salmonella. 12

13 Παράγοντες μολυσματικότητας και τοξίνες Ορισμένες εξωκυτταρικές πρωτεΐνες που παράγονται από παθογόνα συντελούν στην ενίσχυση και διατήρηση των νόσων (παράγοντες μολυσματικότητας). Οι περισσότεροι είναι ένζυμα που βοηθούν τα παθογόνα να δημιουργήσουν αποικίες και να αναπτυχθούν. Οι στρεπτόκοκκοι, σταφυλόκοκκοι και ορισμένα είδη του Clostridium παράγουν το ένζυμο υαλουρονιδάση, που διασπά το υαλουρονικό οξύ (πολυσακχαρίτη που λειτουργεί ως στερεωτικό υλικό στον χώρο μεταξύ των κυττάρων). Οι στρεπτόκοκκοι και οι σταφυλόκοκκοι παράγουν επίσης ποικιλία πρωτεασών, νουκλεασών και πρωτεϊνών και αποπολυμερίζουν πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα και λιπίδια του ξενιστή. Ορισμένα είδη του Clostridium παράγουν κολλαγονάση (τοξίνη Κ), η οποία αποικοδομεί το υποστηρικτικό δίκτυο των ιστών που αποτελείται από κολλαγόνο. Ινώδες, θρόμβοι και μολυσματικότητα Στις περισσότερες περιπτώσεις, η εισβολή ενός μικροβιακού παθογόνου στον ξενιστή αντιμετωπίζεται άμεσα με τον σχηματισμό θρόμβων ινώδους. Ο μηχανισμός της θρόμβωσης ενεργοποιείται από τον τραυματισμό του ιστού και έχει ως αποτέλεσμα την απομόνωση του παθογόνου και τον περιορισμό της λοίμωξης σε μια μικρή περιοχή του σώματος. 13

14 Ορισμένοι μικροοργανισμοί παράγουν ινωδολυτικά ένζυμα που διασπούν τους θρόμβους, επιτρέποντας την περαιτέρω διασπορά της λοίμωξης (π.χ. παραγωγή στρεπτοκινάσης από Streptococcus pyogenes). Άλλοι μικροοργανισμοί παράγουν ένζυμα που ευνοούν τον σχηματισμό θρόμβων ινώδους. Έτσι, αδυνατούν μεν να εξαπλωθούν, αλλά διασφαλίζουν την προστασία τους από το ανοσοποιητικό σύστημα του ξενιστή (π.χ. παραγωγή του ενζύμου πήξης του αίματος από Staphylococcus aureus). Εξωτοξίνες Οι εξωτοξίνες είναι πρωτεΐνες που απελευθερώνονται στον εξωκυτταρικό χώρο κατά την ανάπτυξη του οργανισμού. Αυτές οι τοξίνες είναι δυνατόν να διασπαρούν σε μεγάλες αποστάσεις μέσα στο σώμα και να προκαλέσουν βλάβες σε περιοχές πολύ μακριά από την αρχική εστία της λοίμωξης. Οι περισσότερες εξωτοξίνες ανήκουν σε μία από τις τρεις ακόλουθες κατηγορίες: 1. Κυτταρολυτικές, οι οποίες είναι ένζυμα που επιτίθενται σε κάποιο δομικό συστατικό των κυττάρων και προκαλούν λύση, 14

15 2. Τοξίνες Α-Β, οι οποίες αποτελούνται από δύο ομοιοπολικά συνδεδεμένες υπομονάδες, Α και Β. Η Β συνδέεται σε κάποιον επιφανειακό υποδοχέα των ξενιστικών κυττάρων και επιτρέπει τη μεταφορά της Α στο εσωτερικό του κυττάρου, όπου αυτή επιφέρει διάφορες βλάβες. 3. Υπεραντιγονικές τοξίνες, που διεγείρουν μεγάλο αριθμό κυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος του ξενιστή, προκαλώντας εκτεταμένες φλεγμονώδεις αποκρίσεις. Κυτταρολυτικές τοξίνες Πολλά παθογόνα παράγουν πρωτεΐνες που δρουν στην κυτταροπλασματική μεμβράνη, προκαλώντας λύση (ονομάζονται επίσης αιμολυσίνες, διότι η δράση τους παρατηρείται πολύ εύκολα στα ερυθρά αιμοσφαίρια). Οι επιδράσεις τους, ωστόσο, δεν περιορίζονται μόνο στα ερυθροκύτταρα, αλλά αφορούν και πολλά άλλα κύτταρα του ξενιστή. Η παραγωγή αιμολυσινών διαπιστώνεται εύκολα στο εργαστήριο με γραμμική επίστρωση του οργανισμού σε τρυβλίο άγαρ-αίματος, καθώς η αιμολυσίνη απελευθερώνεται κατά την ανάπτυξη των αποικιών και λύει τα περιβάλλοντα ερυθροκύτταρα, δημιουργώντας έτσι ζώνες αιμόλυσης. 15

16 Σχ.193. Ζώνες αιμόλυσης γύρω από αποικίες Streptococcus pyogenes, που αναπτύσσονται σε τρυβλίο άγαρ-αίματος. Συνηθέστερο υπόστρωμα των αιμολυσινών είναι η φωσφατιδυλοχολίνη (τα συγκεκριμένα ένζυμα ονομάζονται λεκιθινάσες ή φωσφολιπάσες). Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η τοξίνη Α του Clostridium perfringens, μια λεκιθινάση που διασπά τα μεμβρανικά λιπίδια και προκαλεί κυτταρική λύση. Ορισμένες αιμολυσίνες επιτίθενται στα φωσφολιπίδια της κυτταροπλασματικής μεμβράνης των ξενιστικών κυττάρων. 16

17 Επειδή τα φωσφολιπίδια είναι συστατικά των κυτταρικών μεμβρανών όλων των οργανισμών, μερικές φορές οι φωσφολιπάσες λύουν την κυτταροπλασματική μεμβράνη όχι μόνο των ξενιστικών αλλά και των βακτηριακών κυττάρων. Υπάρχουν ωστόσο αιμολυσίνες που δεν είναι φωσφολιπάσες, π.χ. η στρεπτολυσίνη Ο, την οποία παράγουν οι στρεπτόκοκκοι, επιδρά στις στερόλες της κυτταροπλασματικής μεμβράνης. Οι λευκοσιδίνες είναι λυτικοί παράγοντες που λύουν επιλεκτικά τη μεμβράνη των λευκών αιμοσφαιρίων, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει μείωση της αντίστασης του ξενιστή. Τοξίνη της διφθερίτιδας Η τοξίνη της διφθερίτιδας παράγεται από το Corynebacterium diphtheriae και αποτελεί σημαντικό παράγοντα παθογένεσης για τη νόσο της διφθερίτιδας. Τα ποντίκια και οι αρουραίοι είναι σχετικά ανθεκτικοί οργανισμοί στην τοξίνη της διφθερίτιδας, αλλά οι άνθρωποι, τα κουνέλια και τα πτηνά έχουν μεγάλη ευαισθησία, καθώς ένα και μόνο μόριο της τοξίνης μπορεί να προκαλέσει στα είδη αυτά κυτταρική λύση. 17

18 Η τοξίνη που εκκρίνεται από τα κύτταρα του C. diphtheriae ανήκει στην κατηγορία των τοξινών Α-Β. Η υπομονάδα Β δεσμεύεται εξειδικευμένα σε έναν υποδοχέα της κυτταροπλασματικής μεμβράνης του ξενιστικού κυττάρου. Μετά τη δέσμευση, οι υπομονάδες Α και Β αλληλεπιδρούν πρωτεολυτικά μεταξύ τους, με τελικό αποτέλεσμα την είσοδο της υπομονάδας Α στο κυτταρόπλασμα του ξενιστικού κυττάρου. Η υπομονάδα Α παρεμποδίζει τη μεταφορά αμινοξέων από το trna στην αυξανόμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα (αναστολή της πρωτεϊνοσύνθεσης). Πιο συγκεκριμένα, η τοξίνη αδρανοποιεί τον παράγοντα επιμήκυνσης 2, ΕF-2, (μια πρωτεΐνη που συμμετέχει στην επιμήκυνση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας), καταλύοντας τη σύνδεση ενός μορίου ριβόζης - ADP στον EF-2 από το NAD+. Η προσθήκη ριβοζυλιωμένου ADP στον παράγοντα επιμήκυνσης έχει ως αποτέλεσμα την θεαματική μείωση της δραστικότητας του παράγοντα επιμήκυνσης 2 και η πρωτεϊνοσύνθεση αναστέλλεται. Η τοξίνη της διφθερίτιδας σχηματίζεται μόνον από στελέχη του C. diphtheriae που προσβάλλονται λυσιγονικά από τον βακτηριοφάγο β, ο οποίος μεταφέρει το γονίδιο για την παραγωγή της τοξίνης. 18

19 Σχ.194. Δράση της τοξίνης της διφθερίτιδας, την οποία παράγει το Corynebacterium diphtheriae: (α) Υπό φυσιολογικές συνθήκες, ο παράγοντας επιμήκυνσης 2 (EF-2) συνδέεται με το ριβόσωμα και το φέρνει σε επαφή με ένα φορτισμένο trna, (β) Η τοξίνη της διφθερίτιδας συνδέεται με την κυτταρική μεμβράνη, όπου διασπάται. Η υπομονάδα Α που προκύπτει από τη διάσπαση αυτή μεταφέρεται στον ενδοκυτταρικό χώρο, όπου καταλύει την προσθήκη ριβοζυλιωμένου ADP στον παράγοντα επιμήκυνσης 2 (EF-2*). Ο τροποποιημένος παράγοντας επιμήκυνσης 2 δεν μπορεί πλέον να συμμετάσχει στην προσθήκη αμινοξέων στην αυξανόμενη πεπτιδική αλυσίδα, η διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης σταματά και επέρχεται θάνατος του κυττάρου. 19

20 Έτσι, ένα μη τοξινοπαραγωγικό (άρα μη παθογόνο) στέλεχος του C. diphtheriae μπορεί να μετατραπεί σε παθογόνο αν μολυνθεί με τον φάγο β (μετατροπή φάγου). Ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει την παραγωγή της τοξίνης της διφθερίτιδας είναι η ύπαρξη διαθέσιμου σιδήρου. Όταν το καλλιεργητικό μέσο περιέχει ποσότητες σιδήρου που επαρκούν για την αύξηση του βακτηρίου, η τοξίνη δεν παράγεται. Αν όμως η συγκέντρωση σιδήρου μειωθεί σε περιοριστικά για την αύξηση του βακτηρίου επίπεδα, τότε αρχίζει η παραγωγή της τοξίνης. Ο σίδηρος δεσμεύεται από ειδικές ρυθμιστικές πρωτεΐνες του C. diphtheriae, συμμετέχοντας με τον τρόπο αυτό σε έναν μηχανισμό αρνητικού ελέγχου. Η σιδηροσυζευτική πρωτεΐνη συνδυάζεται κατόπιν με μια ρυθμιστική περιοχή του DNA του φάγου β και παρεμποδίζει την έκφραση της τοξίνης της διφθερίτιδας. Όταν η συγκέντρωση σιδήρου είναι χαμηλή, η δράση της ρυθμιστικής πρωτεΐνης εξασθενεί, με αποτέλεσμα να αρχίσει η σύνθεση της τοξίνης. Η εξωτοξίνη Α του Pseudomonas aeruginosa δρα κατά παρόμοιο τρόπο με την τοξίνη της διφθερίτιδας, αφού και αυτή τροποποιεί τον παράγοντα ΕF-2, μέσω προσθήκης ριβοζυλιωμένου ADP. 20

21 Τοξίνες του τετάνου και της αλλαντίασης Παράγονται από τα υποχρεωτικώς αναερόβια βακτήρια Clostridium tetani και Clostridium botulinum. Το C. botulinum σπανίως αναπτύσσεται άμεσα στο σώμα. Συνηθέστερη εστία πολλαπλασιασμού του, αλλά και τόπος παραγωγής της αλλαντοτοξίνης, είναι τα κακοδιατηρημένα τρόφιμα. Στην αλλαντίαση, ο θάνατος επέρχεται από αναπνευστική ανεπάρκεια, λόγω παράλυσης των αναπνευστικών μυών. Το C. tetani αναπτύσσεται σε βαθιές πληγές του σώματος που καθίστανται ανοξικές και, παρ ότι παραμένει στην αρχική εστία προσβολής και δεν διασπείρεται στο σώμα, η τοξίνη την οποία παράγει μπορεί να εξαπλωθεί μέσω του νευρικού συστήματος και να προκαλέσει τέτανο, (σπαστική παράλυση που μπορεί επίσης να οδηγήσει στον θάνατο). Η τοξίνη της αλλαντίασης αποτελείται στην πραγματικότητα από μια ομάδα τοξινών Α-Β, που συνιστούν τις πιο ισχυρές βιολογικές τοξίνες στη φύση (mg καθαρής αλλαντοτοξίνης αρκούν για να θανατώσουν πάνω από ένα εκατομμύριο ινδικά χοιρίδια). Από τις επτά διαφορετικές αλλαντοτοξίνες που γνωρίζουμε, δύο τουλάχιστον κωδικεύονται από εξειδικευμένους λυσιγόνους βακτηριοφάγους του Clostridium botulinum. 21

22 Η κυριότερη τοξίνη είναι μια πρωτεΐνη, η οποία σχηματίζει συμπλέγματα με άλλες, μη τοξικές πρωτεΐνες του C. botulinum, δημιουργώντας βιοενεργές τοξίνες. Η τοξικότητά της οφείλεται στο ότι αυτή δεσμεύεται στις νευρομυϊκές συνάψεις και συγκεκριμένα, στις μεμβράνες των απολήξεων των κινητικών νευρώνων, όπου παρεμποδίζει την απελευθέρωση ακετυλοχολίνης. Η μετάδοση της νευρικής ώσης από τα νευρικά κύτταρα στα μυϊκά γίνεται μέσω της ακετυλοχολίνης, η οποία δεσμεύεται σε ειδικούς υποδοχείς των μυϊκών κυττάρων. Έτσι, ένας μυς που έχει δηλητηριαστεί με αλλαντοτοξίνη αδυνατεί να προσλάβει το διεγερτικό σήμα (την ακετυλοχολίνη), άρα αδυνατεί να συσταλεί, προκαλώντας γενικευμένη παράλυση. Η τετανοτοξίνη είναι μια πρωτεΐνη, η οποία αποτελείται από συνδεδεμένα πολυπεπτίδια Α-Β. Η τοξίνη, μόλις έρθει σε επαφή με το νευρικό σύστημα, μεταφέρεται μέσω των κινητικών νευρώνων μέχρι τον νωτιαίο μυελό, όπου συνδέεται εξειδικευμένα με γαγγλιοζιτικά λιπίδια των αξονικών απολήξεων ορισμένων ανασταλτικών νευρώνων του νωτιαίου μυελού. Κατά τη φυσιολογική λειτουργία τους, αυτοί οι νευρώνες απελευθερώνουν κάποιον ανασταλτικό νευροδιαβιβαστή (συνήθως γλυκίνη), ο οποίος συνδέεται με ειδικούς υποδοχείς πάνω στη μεμβράνη του κινητικού νευρώνα και προκαλεί αποδιέγερση, δηλαδή άρση της διέγερσης του κινητικού νευρώνα. 22

23 Σχ.195. Δράση της αλλαντοτοξίνης, η οποία παράγεται από το Clostridium botulinum: (α) Υπό φυσιολογικές συνθήκες, η διέγερση από το κεντρικό νευρικό σύστημα καταλήγει στη νευρομυϊκή σύναψη και έχει ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση ακετυλοχολίνης (Α) από τα κυστίδια των νευρικών απολήξεων στην τελική κινητική πλάκα. Στη συνέχεια, η ακετυλοχολίνη συνδέεται με ειδικούς υποδοχείς στη μεμβράνη του μυϊκού κυττάρου, προκαλώντας συστολή του τελευταίου, (β) Η αλλαντοτοξίνη δρα στην τελική κινητική πλάκα, παρεμποδίζοντας την απελευθέρωση ακετυλοχολίνης (Α) από τα κυστίδια, «καταργώντας» στην πράξη τη νευρική διέγερση. 23

24 Η δράση της γλυκίνης αναστέλλει την απελευθέρωση ακετυλοχολίνης στην τελική κινητική πλάκα, και επομένως επιτρέπει τη χάλαση των μυών. Η παρουσία όμως τετανοτοξίνης στον νωτιαίο μυελό εξουδετερώνει τη δράση των ανασταλτικών νευρώνων και επομένως διακόπτει την απελευθέρωση και δράση της γλυκίνης επί των κινητικών νευρώνων. Υπ αυτές τις συνθήκες, οι κινητικοί νευρώνες συνεχίζουν να παραμένουν σε κατάσταση διέγερσης, εκφορτίζονται ασταμάτητα και απελευθερώνουν συνεχώς ακετυλοχολίνη στη νευρομυϊκή σύναψη, προκαλώντας συνεχείς και ανεξέλεγκτες συστολές των αντίστοιχων μυών. Τελικό αποτέλεσμα είναι η σπαστική παράλυση, δηλαδή μια κατάσταση κατά την οποία οι προσβεβλημένοι μύες βρίσκονται σε διαρκή συστολή. Αν η προσβολή αφορά τους μυς του στόματος, τότε ο παρατεταμένος σπασμός παραμορφώνει το στόμα προκαλώντας το φαινόμενο του τρισμού. Αν η προσβολή συμβεί στους αναπνευστικούς μυς, τότε μπορεί να επέλθει θάνατος από ασφυξία. 24

25 Σχ.196. Δράση της τετανοτοξίνης, την οποία παράγει το Clostridium tetani: (α) Υπό φυσιολογικές συνθήκες, η χάλαση των μυών οφείλεται στη γλυκίνη (G) που απελευθερώνουν ορισμένοι ανασταλτικοί νευρώνες. Η γλυκίνη αποδιεγείρει τους κινητικούς νευρώνες, κάτι που με τη σειρά του σημαίνει ότι διακόπτεται η απελευθέρωση ακετυλοχολίνης (Α) στη νευρομυϊκή σύναψη, (β) Η τετανοτοξίνη δεσμεύεται σε ενδιάμεσους ανασταλτικούς νευρώνες, εμποδίζοντας την απελευθέρωση γλυκίνης από τα συναπτικά κυστίδια. Έτσι, διακόπτεται η ροή ανασταλτικών σημάτων προς τους κινητικούς νευρώνες και η απελευθέρωση ακετυλοχολίνης στη νευρομυϊκή σύναψη είναι συνεχής και αδιάκοπη, με αποτέλεσμα να προκαλείται μη αντιστρεπτή συστολή των μυών και σπαστική παράλυση. 25

26 Εντεροτοξίνες Είναι εξωτοξίνες που δρουν στο λεπτό έντερο και προκαλούν μαζική έκκριση υγρών στον εντερικό αυλό και, κατά συνέπεια, εμετό και διάρροια. Εντεροτοξίνες παράγουν πολλά βακτήρια, όπως τα Staphylococcus aureus, Clostridium perfringens, Bacillus cereus, Vibrio cholerae, Escherichia coli, Salmonella enteritidis, κλπ. Η τοξίνη της χολέρας Η εντεροτοξίνη που παράγει το Vibrio cholerae είναι ο αιτιολογικός παράγοντας της χολέρας. Ανήκει στις τοξίνες της κατηγορίας Α-Β και αποτελείται από 1 υπομονάδα Α, και 5 υπομονάδες Β. Η υπομονάδα Β αποτελεί το τμήμα με το οποίο η τοξίνη δεσμεύεται εξειδικευμένα στον γαγγλιοζίτη GM1 που βρίσκεται στην κυτταροπλασματική μεμβράνη των κυττάρων του εντερικού επιθηλίου. Ωστόσο, η ίδια η υπομονάδα Β δεν προκαλεί κάποια μεταβολή στη διαπερατότητα της μεμβράνης. Για την τοξική δράση της τοξίνης της χολέρας υπεύθυνη είναι η υπομονάδα Α, η οποία ενεργοποιεί το κυτταρικό ένζυμο αδενυλική κυκλάση, που με τη σειρά του μετατρέπει το ΑΤΡ σε camp. 26

27 Κατά τη δράση της εντεροτοξίνης της χολέρας, τα αυξημένα επίπεδα κυκλικού ΑΜΡ προκαλούν ενεργητική έκκριση διττανθρακικών και ιόντων χλωρίου από τα επιθηλιακά κύτταρα προς τον εντερικό αυλό. Κατά την οξεία φάση της νόσου, η απώλεια νερού στο λεπτό έντερο υπερβαίνει τον ρυθμό απορρόφησής του στο παχύ έντερο, με αποτέλεσμα τη μαζική, καθαρή απώλεια νερού. Κατά κανόνα, τα θύματα της χολέρας πεθαίνουν από ακραία αφυδάτωση. Καλύτερη θεραπεία είναι η πρόσληψη από το στόμα μεγάλων ποσοτήτων διαλυμάτων ηλεκτρολυτών, προκειμένου να αναπληρωθούν τα απολεσθέντα υγρά και ιόντα. Η εντεροτοξίνη της χολέρας μπορεί να ενεργοποιήσει την αδενυλική κυκλάση σε μεγάλη ποικιλία κυττάρων και ιστών, γι αυτό και οι παθολογικές εκδηλώσεις της τοξίνης αφορούν μάλλον την ειδική θέση όπου αυτή δεσμεύεται, δηλαδή τα κύτταρα του επιθηλίου του λεπτού εντέρου, παρά την τοξική ενεργοποίηση της αδενυλικής κυκλάσης. Πράγματι, η προσθήκη διαλύματος με απομονωμένες υπομονάδες Β (οι οποίες δεν διαθέτουν δραστικότητα αδενυλικής κυκλάσης) στον αυλό του εντέρου μπορεί να εμποδίσει τη δράση της εντεροτοξίνης της χολέρας, αρκεί να χορηγηθεί πριν την εκδήλωσή της. 27

28 Σχ.197. Δράση της εντεροτοξίνης της χολέρας: (1) Φυσιολογική διαδικασία κίνησης των ιόντων στο έντερο, (2) Αποικισμός του επιθηλίου από το Vibrio cholerae, ακολουθούμενος από δέσμευση της εντεροτοξίνης με τους γαγγλιοζίτες GM1 των κυττάρων του ξενιστή. Η δράση της τοξίνης Α -Β έγκειται στην ενσωμάτωση στο κυτταρόπλασμα των ξενιστικών κυττάρων της υπομονάδας Α, η οποία ενεργοποιεί την αδενυλική κυκλάση. Το γεγονός αυτό οδηγεί (3) στη διακοπή της φυσιολογικής ροής Νa + προς τα έσω και (4) στην απώλεια νερού προς τον αυλό και την εμφάνιση διάρροιας. 28

29 Αυτό συμβαίνει διότι οι υπομονάδες Β καταλαμβάνουν τις ίδιες θέσεις δέσμευσης που χρησιμοποιούν και τα πλήρη μόρια (Α-Β) της τοξίνης, στερώντας από τα τελευταία τη δυνατότητα δέσμευσης και δράσης. Η εντεροτοξίνη της χολέρας κωδικεύεται από δύο γονίδια (ctxa και ctxb). Η έκφραση των εν λόγω γονιδίων ελέγχεται από έναν μηχανισμό θετικής ρύθμισης, στον οποίο καθοριστικό ρόλο παίζει η πρωτεΐνη που κωδικεύει το γονίδιο toxr. Το προϊόν του γονιδίου toxr είναι μια διαμεμβρανική πρωτεΐνη η οποία ελέγχει τόσο την παραγωγή της τοξίνης όσο και άλλων σημαντικών παραγόντων μολυσματικότητας του Vibrio cholerae (π.χ. πρωτεΐνες και τριχίδια της εξωτερικής μεμβράνης), που είναι απαραίτητοι για τον επιτυχή αποικισμό του λεπτού εντέρου. Άλλες εντεροτοξίνες Αρκετές εντεροτοξίνες που παράγονται από άλλα εντεροπαθογόνα, (π.χ. Escherichia και Salmonella) δρουν παρόμοια με την τοξίνη της χολέρας. Αυτό επιβεβαιώνεται από το ότι οι τοξίνες και των δύο βακτηρίων εξουδετερώνονται με τη χορήγηση αντισωμάτων κατά της εντεροτοξίνης της χολέρας, γεγονός που υποδηλώνει ότι οι συγκεκριμένες τοξίνες έχουν παραπλήσια δομή. 29

30 Η ανάλυση της αλληλουχίας βάσεων στα γονίδια ctxa και ctxb έδειξε ότι παρουσιάζουν ομολογία μεγαλύτερη του 75% με τα γονίδια που κωδικεύουν τη θερμοασταθή εντεροτοξίνη την οποία παράγουν τα εντεροπαθογόνα στελέχη της Escherichia και της Salmonella. Ωστόσο, υπάρχουν και εντεροτοξίνες με διαφορετικό τρόπο δράσης, τις οποίες παράγουν άλλα εντεροπαθογόνα των τροφίμων (Staphylococcus aureus, Clostridium perfringens, Bacillus cereus). Η τοξίνη του Clostridium perfringens είναι μια κυτταροτοξίνη, ενώ του Staphylococcus aureus μια υπεραντιγονική τοξίνη. Τα υπεραντιγόνα έχουν έναν εντελώς διαφορετικό μηχανισμό δράσης, καθώς διεγείρουν μεγάλο αριθμό λεμφοκυττάρων, προκαλώντας φλεγμονώδεις αντιδράσεις όχι μόνο τοπικά στο έντερο, αλλά και διασυστηματικά σε όλο το σώμα. Ενδοτοξίνες Είναι οι λιποπολυσακχαρίτες της εξωτερικής στοιβάδας του κυτταρικού τοιχώματος των Gram (-) βακτηρίων. Αν και οι ενδοτοξίνες ασκούν ποικίλες επιδράσεις στη φυσιολογία, ο πυρετός είναι σχεδόν καθολικό σύμπτωμα της δράσης τους, καθώς οι ενδοτοξίνες διεγείρουν την απελευθέρωση ειδικών πρωτεϊνών από τα ξενιστικά κύτταρα (ενδογενή πυρετογόνα) που επιδρούν στο θερμορυθμιστικό κέντρο του εγκεφάλου. 30

31 Επιπλέον, οι ενδοτοξίνες προκαλούν διάρροια, ταχεία μείωση του αριθμού των λεμφοκυττάρων και των αιμοπεταλίων και γενικευμένη φλεγμονή. Μεγάλες ποσότητες ενδοτοξίνης μπορεί να επιφέρουν ακόμη και τον θάνατο. Η τοξικότητα των ενδοτοξινών, πάντως, είναι πολύ χαμηλότερη εκείνης των εξωτοξινών. Για την τοξικότητα ευθύνεται το λιπίδιο και ο πολυσακχαρίτης είναι υπεύθυνος για την υδατοδιαλυτότητα και την ανοσογονικότητα του συμπλόκου. Επίσης, μελέτες σε ζώα υποδεικνύουν ότι για τις in vivo τοξικές επιδράσεις είναι απαραίτητο το λιπίδιο και ο πολυσακχαρίτης να συνυπάρχουν. Επειδή οι ενδοτοξίνες έχουν πυρετογόνο δράση, θα πρέπει τα διάφορα φάρμακα (π.χ. αντιβιοτικά ή σκευάσματα που χορηγούνται ενδοφλεβίως) να μην περιέχουν καθόλου ενδοτοξίνες. Μια ιδιαίτερα ευαίσθητη μέθοδος ανίχνευσης ενδοτοξινών βασίζεται στη χρήση των αμοιβαδοκυττάρων Limulus polyphemus (παρασιτούν στις οπλές των αλόγων). Η μέθοδος στηρίζεται στο γεγονός ότι οι ενδοτοξίνες προκαλούν, εξειδικευμένα, λύση αυτών των αμοιβαδοκυττάρων. Κατά τον εργαστηριακό έλεγχο αναμειγνύονται εκχυλίσματα αμοιβαδοκύτταρων με το υπό έλεγχο διάλυμα. 31

32 Αν υπάρχει ενδοτοξίνη, το εκχύλισμα των αμοιβαδοκυττάρων σχηματίζει πήγμα και καθιζάνει, μεταβάλλοντας τη διαύγεια του διαλύματος. Η αντίδραση μπορεί να ποσοτικοποιηθεί με τη χρήση φασματοφωτομέτρου. Η μέθοδος Limulus χρησιμοποιείται για την ανίχνευση απειροελάχιστων ποσοτήτων ενδοτοξίνης στους ορούς, στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό, στο πόσιμο νερό και σε όλα τα διαλύματα που χρησιμοποιούνται για την παρασκευή φαρμάκων και ενέσιμων σκευασμάτων. (α) (β) Σχ.198. Μικροφωτογραφίες αμοιβαδοκυττάρων Limulus: (α) Φυσιολογικά αμοιβαδοκύτταρα, (β) Αμοιβαδοκύτταρα που έχουν εκτεθεί σε βακτηριακό λιποπολυσακχαρίτη. 32

33 Γενικοί μηχανισμοί άμυνας του ξενιστή Οι εγγενείς «αμυντικοί μηχανισμοί» που είναι υπεύθυνοι για την καταστολή των παθογόνων μπορούν να χωριστούν: 1. Στους μη ειδικούς ή γενικούς μηχανισμούς άμυνας, που επιστρατεύονται έναντι μεγάλης ποικιλίας παθογόνων, και 2. Στους ειδικούς αμυντικούς μηχανισμούς, που χρησιμοποιούνται έναντι μεμονωμένων ειδών ή στελεχών παθογόνων. Μη ειδική εγγενής αντίσταση στις μολύνσεις Η πρώτη γραμμή άμυνας του ξενιστή κατά των παθογόνων περιλαμβάνει μια σειρά φυσικών και χημικών φραγμών, εγγενών στα περισσότερα ζώα, οι οποίοι αντιδρούν με μη ειδικό τρόπο στην εισβολή των παθογόνων. Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την ευαισθησία στα διάφορα παθογόνα είναι: 1. Ηλικία (π.χ. πριν τη δημιουργία της χλωρίδας ενήλικα, ιδιαίτερα τις πρώτες μέρες μετά τη γέννηση, τα παθογόνα έχουν περισσότερες ευκαιρίες να εγκατασταθούν και να προκαλέσουν νόσο), 33

34 2. Στρες (π.χ. η κορτιζόνη, ένας ιδιαίτερα αποτελεσματικός αντιφλεγμονώδης παράγοντας, παράγεται σε πολύ μεγαλύτερες ποσότητες κατά τη διάρκεια περιόδων στρες, παρά σε φυσιολογικές περιόδους και συνεπώς, η καταστολή των φλεγμονωδών αντιδράσεων του οργανισμού στερεί το σώμα από έναν φυσιολογικό μηχανισμό άμυνας έναντι των λοιμώξεων), 3. Δίαιτα (π.χ. ο αριθμός των κυττάρων Vibrio cholerae που απαιτούνται για να προκαλέσουν χολέρα είναι πολύ μικρότερος όταν το προσβαλλόμενο άτομο υποσιτίζεται). Επίσης, ο αριθμός αυτός είναι πολύ μικρότερος και όταν το V. cholerae λαμβάνεται με την τροφή, ίσως επειδή η τροφή εξουδετερώνει τα στομαχικά οξέα που υπό φυσιολογικές συνθήκες θα κατέστρεφαν το παθογόνο. Φλεγμονή και πυρετός Φλεγμονή ονομάζεται η μη ειδική αντίδραση του οργανισμού σε διάφορα επιβλαβή ερεθίσματα, όπως είναι οι τοξίνες και τα παθογόνα. Η φλεγμονή είναι ένας από τους σημαντικότερους και πιο διαδεδομένους αμυντικούς μηχανισμούς του ξενιστή έναντι των εισερχόμενων μικροοργανισμών. 34

35 Σχ.199. Φυσικοί, χημικοί και ανατομικοί φραγμοί προστασίας έναντι των λοιμώξεων. 35

36 Σε ορισμένες περιπτώσεις, όμως, η φλεγμονή μπορεί να αυξήσει την παθογονικότητα ενός μικροβίου, π.χ. ορισμένοι μικροοργανισμοί επάγουν φλεγμονώδεις αντιδράσεις οι οποίες, επειδή είναι υπερβολικά έντονες, προξενούν σημαντικές βλάβες στους ιστούς, δημιουργώντας «νεκρωμένες» ζώνες πλούσιες σε θρεπτικά υλικά, άρα και κατάλληλες για εγκατάσταση και πολλαπλασιασμό. Πυρετός ονομάζεται η ανώμαλη αύξηση της θερμοκρασίας του σώματος. Το γεγονός ότι πολλές λοιμώξεις προκαλούν πυρετό οφείλεται σε ορισμένα πυρετογόνα προϊόντα των παθογόνων μικροοργανισμών. Ωστόσο, υπάρχουν και μικροργανισμοί που προκαλούν πυρετό χωρίς να παράγουν ενδοτοξίνες. Αυτοί οι μικροργανισμοί θανατώνονται από τα λευκοκύτταρα και επάγεται η απελευθέρωση λευκοκυτταρικών πρωτεϊνών (ενδογενή πυρετογόνα). Ενίοτε, ο πυρετός ωφελεί τον ξενιστή. Ο χαμηλός πυρετός επιταχύνει τις διαδικασίες της φαγοκυττάρωσης και της παραγωγής αντισωμάτων. Ωστόσο, ο υψηλός πυρετός, π.χ. 40 ο C ή και περισσότερο, συνήθως λειτουργεί προς όφελος του παθογόνου, διότι προκαλεί περαιτέρω καταστροφή των ιστών του ξενιστή. 36

37 Οι πυρετοί των λοιμώξεων κατατάσσονται σε τρεις κατηγορίες: 1. Στον συνεχόμενο ή αδιάλειπτο πυρετό, κατά τον οποίο η θερμοκρασία του σώματος παραμένει αυξημένη καθ όλο το 24ωρο και η διακύμανσή της γύρω από την αυξημένη τιμή δεν υπερβαίνει τον 1 ο C (συνεχόμενος πυρετός εμφανίζεται στον τύφο και στον τυφοειδή πυρετό), 2. Στον υφέσιμο πυρετό, κατά τον οποίο η θερμοκρασία του σώματος παραμένει αυξημένη καθ όλο το 24ωρο, αλλά παρουσιάζει διακυμάνσεις μεγαλύτερες του 1 ο C (αυτό το είδος πυρετού χαρακτηρίζει τις πυογενείς λοιμώξεις και τη φυματίωση), και 3. Στον διαλείποντα πυρετό, κατά τον οποίο η θερμοκρασία είναι φυσιολογική ορισμένες περιόδους της ημέρας, αλλά κατά διαστήματα αυξάνεται πάνω από το φυσιολογικό. Οι περισσότερες λοιμώξεις προκαλούν κάποια μορφή διαλείποντος πυρετού. Ο διαλείπων πυρετός εμφανίζεται στην ελονοσία. 37

38 38

39 1. Εφαρμογές Ζυμών Παραγωγή κρασιού, Παραγωγή μπύρας, Παραγωγή πόσιμης αλκοόλης, Παραγωγή ψωμιού. 2. Εφαρμογές βακτηρίων Παραγωγή ξυδιού από οξικά βακτήρια, Χρήση γαλακτικών βακτηρίων ως αρχικές καλλιέργειες στην παραγωγή και ωρίμανση γαλακτομικών προϊόντων, Παραγωγή δεξτρανίου (πολυμερές γλυκόζης) από γένη Leuconostoc, τα οποία χρησιμοποιούνται στην χρωματογραφία ως μοριακά κόσκινα (Sephadex). 3. Παραγωγή πρωτεϊνών & μονοκυτταρικής πρωτεϊνης (Single cell production, SCP) 39

40 4. Παραγωγή αντιβιοτικών Σχ.200. Παραγωγή πενικιλλίνης (δευτερεύον μεταβολίτης) από το Penicillium chrysogenum. 40

41 Σχ.201. Διάσπαση πενικιλλίνης από πενικιλλινάση. 41

42 5. Παραγωγή βιταμινών & ενζύμων Παραγωγή ριβοφλαβίνης (βιταμίνη Β2) από τους μύκητες (Ashbya gossypii ή Eremothecium gossypii ) και βιταμίνης Β12 από ορισμένα είδη Pseudomonas. Παραγωγή ενζύμων. Πίνακας 2. Βιοτεχνολογική παραγωγή ενζύμων. Ένζυμο Πηγή Διαστάση Aspergillus oryzae (ανθεκτική σε οξέα) (ανθεκτική σε οξέα) Αμυλάση A. niger (ανθεκτική (ανθεκτική σε οξέα) σε οξέα) Αναστροφάση Saccharomyces (ανθεκτική σε οξέα) cereviseae Πηκτινάση Πρωτεάση Scleroma libertina A. niger Πρωτεάση (ανθεκτική B. Subtilis σε οξέα) Στρεπτοκινάση Κολλαγονάση (ανθεκτική σε οξέα) Streptococcus Clostridium histolyticum (ανθεκτική σε οξέα) (ανθεκτική σε οξέα) Λιπάση Rhizopus Κυτταρινάση Trichoderma konigi Χρήση Παρασκευή σιροπιών από γλυκόζη, βοηθά την πέψη Βοηθά την πέψη (ανθεκτική σε οξέα) Παρασκευή καραμέλας (εμποδίζει την κρυσταλλοποίηση της ζάχαρης) Κάνει τους χυμούς φρούτων διαυγείς Βοηθά την πέψη Αφαιρεί τη ζελατίνη από φωτογραφικά φιλμς για τη λήψη του αργύρου Βοηθά το κλείσιμο πληγών και εγκαυμάτων Βοηθά το κλείσιμο πληγών και εγκαυμάτων (ανθεκτική σε οξέα) Βοηθά την πέψη Βοηθά την πέψη Αντίδραση που καταλύουν Υδρόλυση αμύλου (ανθεκτική σε οξέα) Υδρόλυση αμύλου (ανθεκτική σε οξέα) Υδρόλυση σακχαρόζης (ανθεκτική σε οξέα) Υδρόλυση πεκτίνης Υδρόλυση πρωτεΐνης Υδρόλυση πρωτεΐνης (ανθεκτική σε οξέα) Υδρόλυση πρωτεϊνών Υδρόλυση πρωτεΐνης (Κολλαγόνου) Υδρόλυση λιποειδών Υδρόλυση κυτταρίνης 42

43 Παραγωγή ινσουλίνης από κατάλληλα στελέχη E. coli, Bacillus subtillis, κλπ. 6. Μικροβιακός έλεγχος εντόμων Σπόρια του B. thuringiensis παράγουν κρυστάλλους πρωτεϊνικής φύσης που έχουν παθογόνο δράση στις προνύμφες ορισμένων εντόμων. Η πρωτεΐνη δεν έχει δράση στα σπονδυλωτά και φυτά. Γίνεται συγκομιδή των μικροοργανισμών αμέσως μετά την έναρξη της σπορίωσης και της παραγωγής των κρυστάλλων, ακολουθεί ξήρανση και ενσωμάτωση του υλικού σε σκόνη ραντίσματος. 43