Рис. 18. Стадии сибиреязвенной интоксикации. a.1 — РА связывается с рецептором клетки хозяина; 2 — фурин расщепляет и высвобождает ПА20; 3 — ПАб3 формирует гептамер; 4 — токсические ферменты связываются с ПАбз; 5 — опосредованный рецептором эндоцитоз; 6 — подкисление эндосомы приводит к мембранной вставке ПАб3; 7 — транслокация токсических ферментов в цитозоль. LF — летальный фактор; EF — фактор отека. b. Ортогональные проекции РА, окрашенного по доменам. Домен 1 включает РА плюс домен 1' и два иона Са2+. ПА20 отщепляясь, больше не играет роли в процессе интоксикации. Образовавшаяся гидрофобная поверхность домена 1' формирует участок связывания для LF и EF [Petosaet al., 1997]
Т.е. трехкомпонентные токсины используют общую В-субъединицу, обеспечивающую ферментативным субъединицам единый механизм проникновения в цитозоль. Видимо это необходимо для проявления синергидного эффекта токсического действия ферментативных субъединиц.
Происхождение токсинов. С момента открытия Roux и Yersin в 1888 г. дифтерийного токсина, этот вопрос вызывает много споров. В последние годы появилась возможность проведения тонких молекулярных сравнений между структурами отдельных токсинов. Результаты этих сравнений оказались неожиданными для ученых [Finlay В., Falkow S., 1997]. Токсины микроорганизмов из отдаленных семейств и даже родов, занимающих различные экологические ниши и вызывающие совершенно не похожие инфекционные болезни, оказались весьма сходными по механизму действия и по критическим для проявления токсичности структурам (например, шигатоксин, коклюшный и холерный токсины). Было обнаружено сходство между токсинами и ферментами эукариотических клеток (например, отечный фактор B. anthracis и аденилатциклаза человека). По этим данным создается впечатление не только широкого эволюционного родства токсинов между собой. Но, как заметил Ю. Вертиев (1996), у некоторых исследователей даже возникает мысль, что токсины возникли путем захвата из эукариотической клетки генетического материала, кодирующего токсин. Накопление экспериментального материала по тонкой структуре и механизму действия токсинов создало условия для выдвижения интересных гипотез об их происхождении. Но, видимо, трудно рассчитывать на то, что этот вопрос будет однозначно решен для каждого бактериального токсина в рамках какой-то общей гипотезы.
По нашему мнению, очень серьезное влияние на его решение в будущем окажут экспериментальные данные по участию токсинов в функциях микробной клетки, которые не имеют прямого отношения к проявлению бактерией патогенных свойств, но используют консервативные механизмы, сходные как в эукариотических, так и прокариотических организмах.
На этот аспект проблемы ранее обратил внимание Ю. Вертиев (1996). Он считает, что бактериальные токсины, интерфероны, бактериоцины и гормоны обнаруживают сходство в отношении целого ряда важных свойств. Эти вещества синтезируются одним типом клеток, в то время как воздействуют на другие типы клеток: они действуют на клетки в чрезвычайно низкой концентрации (Ю-11–10-14 М); обладают сходной молекулярной организацией состоят как минимум из двух функционально и структурно различных белков: энзиматического и рецепторного; имеют сходные звенья молекулярного механизма действия (связывание с рецепторами, активация, транслокация внутрь клетки и модификация клеточных мишеней); обладают сходной кинетикой биологического эффекта — одноударный эффект; и, наконец, все эти вещества токсичны.
Мы еще только начинаем понимать первичную функцию биологических токсинов в природе. Если предположить, что способность бактерией синтезировать токсины закрепляло какую-то неизвестную сегодня сигнальную функцию в образуемом ими биоценозе, то понятен и двухкомпонентный состав, и одноударность их действия. Преимущество такой структуры для передачи сигналов в том, что при ее распространении из центра, сигнал не ослабляется на большом расстоянии. Если бы передача сигнала осуществлялась структурами, не способными к лиганд-специфическому взаимодействию, то сигнал ослабевал бы по мере диффузии сигнальных молекул. Отсюда, как следствие, способность воздействовать на другие типы клеток в чрезвычайно низких концентрациях.
Сопоставляя структурные особенности молекул различных бактериальных токсинов с механизмами их функционирования, нельзя не заметить, что сходство между ними обусловлено сходно направленным действием естественного отбора.