[科普中國]-細菌外毒素

細菌外毒素，簡稱外毒素（exotoxin），是細菌在生長過程中由細胞內(nèi)分泌到細胞外的毒性物質(zhì)。能產(chǎn)生外毒素的細菌大多數(shù)是革蘭氏陽性菌，少數(shù)是革蘭氏陰性菌。將產(chǎn)生外毒素的細菌的液體培養(yǎng)物用濾菌器過濾除菌，即能獲得外毒素。

簡介病原菌侵入機體是否致病，與細菌的毒力、數(shù)量、侵入門戶以及機體的免疫力、環(huán)境等因素密切相關(guān)：細菌毒力由其對宿主的侵襲力和毒素兩大因素構(gòu)成。細菌毒素是指許多病原菌在新陳代謝過程中合成的、對宿主具有明顯毒害作用的物質(zhì)。傳統(tǒng)上按其來源，理化性質(zhì)、毒性作用等不同，將細菌毒素分成內(nèi)毒素和外毒索網(wǎng)大類別、近年來，有些學者對上述分類名稱表示異議，建議將細菌內(nèi)毒素稱為菌內(nèi)毒素(endobacterial po]son)，而將外毒素改稱為蛋白毒素，后者泛指細菌主要在對數(shù)生長期或在菌體裂解后釋放的對動物或宿主細胞有毒性的蛋白質(zhì)或多肽物質(zhì)。據(jù)報道，已發(fā)現(xiàn)的由微生物產(chǎn)生的300多種蛋白或多肽毒素中，革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌幾乎各占一半；外毒素根據(jù)其對宿主細胞的親和力和作用方式，大致分為細胞毒素、腸毒素和神經(jīng)毒素三類，或在此基礎(chǔ)卜再增加一類溶細胞毒素。此外，也有學者根據(jù)細菌毒素的具體作用機制的不同，將細菌毒素具體分為膜損傷、抑制蛋白質(zhì)合成、激活刺激信使通路、激活免疫應答和蛋白酶等5類毒素1。

外毒素的產(chǎn)生細菌在其生命過程中產(chǎn)生毒素，編碼毒素基因通常由染色體、質(zhì)?；驕睾褪删w攜帶編碼基因在染色體上的毒素有葡萄球菌A、B、C、E型毒素，中毒性休克毒素(TSST-1)，α溶血素，綠膿桿菌外毒素，霍亂CT，李斯特菌溶素，痢疾志賀菌毒素和沙門菌毒素等。編碼基因在溫和噬菌體的為白喉毒素、肉毒毒素、猩紅熱的致病菌鏈球菌S溶血素等。質(zhì)粒攜帶產(chǎn)毒編碼基因的是大腸桿菌耐熱毒素(ST)大腸桿菌和綠膿桿菌溶血素炭疽毒素、破傷風毒素氣單胞菌毒素和葡萄球菌D型腸毒素等。噬菌體和質(zhì)粒通常稱為易變遺傳成分，位于這些易變成分上的毒素基因不穩(wěn)定，其產(chǎn)毒能力可以快速傳播至不產(chǎn)毒細菌。相反，消除產(chǎn)毒菌中含有的質(zhì)?；蚴删w，則喪失產(chǎn)毒能力。實踐中可以應用這些特點，通過質(zhì)粒消除或轉(zhuǎn)化試驗，將產(chǎn)毒菌株轉(zhuǎn)變成不產(chǎn)毒株；反之，不產(chǎn)毒株亦可變?yōu)楫a(chǎn)毒株。此外，有些產(chǎn)毒菌的編碼基因同時存在于質(zhì)粒和噬菌體或染色體上。有的菌產(chǎn)同種毒素的不同型，則其編碼基因成分不同，例如葡萄球菌剝脫毒素，A型毒素基因由染色體編碼，B型毒素基因則由質(zhì)粒編碼2。

不同毒素在細菌生長過程中產(chǎn)生的階段是不同的。有些毒素在細菌整個生命活動中不斷產(chǎn)生，有的則當生長進入靜止期才合成。白喉桿菌在缺乏鐵的條件下產(chǎn)毒素量達到較高水平。一些產(chǎn)芽胞細菌分泌毒素往往在芽胞形成時，因該時最終導致細菌裂解，細胞質(zhì)中蛋白質(zhì)包括毒素隨之釋放。例如所有梭菌屬菌產(chǎn)毒都是這種方式。在生物機體中，像傷口污染，有些細菌在生長過程中也能產(chǎn)毒。這就是說，毒素在細菌的整個生長過程中都可以產(chǎn)生2。

外毒素的制備與純化細菌外毒素種類繁多，不同毒素在細菌生長繁殖過程中所產(chǎn)生的階段也各不相同，某些毒素能在細菌整個生命活動過程中源源不斷地產(chǎn)生，有些則在生長進入靜止期才合成。白喉桿菌在低濃度鐵離子的環(huán)境中毒素產(chǎn)量達到較高水平，而有些細菌的外毒素因結(jié)合在細菌表面，待菌體裂解后才被逸出。有些細菌通常以產(chǎn)生單型毒素為主，但也有些菌株所產(chǎn)生的毒素，可達4型之多，給毒素的純化帶來一定困難。況且不同的細菌外毒素其氨基酸的種類、數(shù)量、分子量、等電點等各不相同，因此必須采用不同的方法和程序來提取并予以純化。隨著近年來蛋白質(zhì)化學技術(shù)與免疫學方法的不斷發(fā)展，細菌外毒素的提純方法有了令人矚目的進展。細菌外毒素的分離、純化的基本原則和步驟主要有以下幾點：一是選擇合適的培養(yǎng)基和菌株，進行大規(guī)模細菌培養(yǎng)，使其培養(yǎng)上清液中既含有大量毒素，又盡可能地減少影響毒素純化的污染物質(zhì)；二是濃縮細菌培養(yǎng)物中毒素濃度3。

特點（1）化學成分是蛋白質(zhì)，分子量為27000～900000道爾頓；

（2）不穩(wěn)定，易被熱、酸及酶所滅活；

（3）可經(jīng)甲醛（0.3～0.4%）處理，脫毒成為類毒素；

（4）抗原性強，可刺激機體產(chǎn)生高效價的抗毒素；

（5）具親組織性，但作用于組織有選擇性。一般不引起宿主發(fā)熱，但常可抑制宿主蛋白質(zhì)的合成，對宿主有細胞毒及神經(jīng)毒性。如破傷風痙攣毒素能影響宿主脊髓前角運動神經(jīng)細胞的控制機能，引起骨骼肌強直痙攣；肉毒桿菌產(chǎn)生的肉毒毒素，能阻斷膽堿能神經(jīng)末梢傳遞介質(zhì)（乙酰膽堿）的釋放，麻痹運動神經(jīng)末梢，出現(xiàn)眼、咽肌等麻痹；

（6）毒性極強，極微量就可使實驗動物死亡。重要的外毒素主要有兩大類：一類是在體外產(chǎn)生并引起食物中毒的外毒素。它們所致的疾病不是傳染過程，而是由于食入含有這類毒素的食物引起的中毒過程。主要有肉毒桿菌產(chǎn)生的肉毒毒素和金黃色葡萄球菌產(chǎn)生的腸毒素。另一類是在體內(nèi)產(chǎn)生并引起重要致病作用的毒素。這類毒素有的作用于全身，如白喉桿菌產(chǎn)生的白喉毒素、破傷風桿菌產(chǎn)生的破傷風痙攣毒素、乙型溶血型鏈球菌產(chǎn)生的紅疹毒素；有的作用于局部，如霍亂弧菌腸毒素等。

常見的細菌外毒素

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本詞條內(nèi)容貢獻者為:

趙磊 - 副教授 - 中國農(nóng)業(yè)大學