Botulina - morderca ukryty w starych konserwach

Botulina lub, innymi słowy, jad kiełbasiany jest silną neurotoksyną produkowaną przez bakterie Clostridium botulinum i spokrewnione z nimi gatunki takie jak Clostridium butyricum, Clostridium argentinense i Clostridium baterii.


Botulina - morderca ukryty w starych konserwach

Zapobiega ona uwalnianiu neuroprzekaźnika acetylocholiny z zakończeń nerwowych w płytkach nerwowo-mięśniowych, co powoduje porażenie wiotkie, tzn. mięśnie nie mogą się kurczyć. Może powodować problemy z przełykaniem, mową i mimiką, a w większych dawkach utrudniać lub nawet całkiem uniemożliwiać oddychanie.

Niemowlę dotknięte botulinizmem, widoczne charakterystyczne opadające powieki

Laseczka jadu kiełbasianego, jak jest nazywana w polskiej terminologii naukowej Clostridium botulinum, jest Gram-dodatnią, beztlenową, ruchliwą i przetrwalnikującą bakterią. Przez pierwszą cechę często bytuje w przeterminowanych konserwach, dlatego też nietrudno przez nieuwagę zatruć się tą mocną trucizną. Średnia dawka śmiertelna (LD50) wynosi 1,3 do 2,1 nanograma na kilogram masy ciała przy wlewie dożylnym lub zastrzyku domięśniowym, przy inhalacji dawka wzrasta odpowiednio do przedziału między 10 a 13 ng/kg.

Istnieje osiem rodzajów botuliny – A, B, C, D, E, F, G i H. Dla człowieka najbardziej toksyczne są odmiany E – H, przy czym typ H jest najsilniejszą obecnie znaną toksyną w przyrodzie - zabija już w stężeniu 2 ng/kg ciała, rodzaje C i G z kolei raczej rzadko występują w naturze.

Botulina B, łańcuch lekki

Działanie botuliny:

Botulina A, na górze widoczny łańcuch lekki, na dole ciężki

Po wniknięciu do organizmu toksyna wiąże się specyficznie do błon neuronów używających acetylocholiny jako neuroprzekaźnika. Gdy tylko dołączy się do zakończenia synaptycznego takiej komórki, jest do niej wchłaniana na drodze endocytozy związanej z receptorem błonowym. Kiedy lizosom porusza się dalej w głąb komórki, pompy wodorowe powodują napływ jonów H+ do jego wnętrza. Niskie pH aktywuje botulinę i umożliwia jej przeniknięcie przez błonę endosomu. W cytoplazmie toksyna rozrywa białka SNARE, zapobiegając uwolnieniu pęcherzyka z neuroprzekaźnikiem. Zatrzymuje to przekaźnictwo nerwowe, prowadząc tym samym do paraliżu. ‌‌‌‌Botulina jest uwalniana z organizmu bakterii jako pojedynczy łańcuch, który później zostaje aktywowany, będąc rozerwanym przez własną proteazę. Forma aktywna toksyny składa się z dwułańcuchowego białka złożonego z ciężkiego łańcucha polipeptydowego połączonego wiązaniem disiarczkowym z lekkim łańcuchem polipeptydowym ważącym jedynie 50 kDa. Cięższy łańcuch zawiera kilka domen pełniących istotne funkcje:‌‌ma domenę odpowiedzialną za specyficzne wiązanie się z błoną presynaptyczną zakończeń nerwowych. Lekki łańcuch jest metaloproteazą cynkową, a także aktywną częścią toksyny. W cytozolu docelowej komórki rozrywa białko SNAP-25 połączone z synaptobrewiną i syntaksyną-1 tworzącymi razem kompleks SNARE, co powoduje jego zniszczenie. Dezaktywowany SNAP-25 jest niezdolny do wiązania pęcherzyków do błony presynaptycznej, co w konsekwencji hamuje wydzielanie acetylocholiny do szczeliny synaptycznej.

Grafika obrazująca działanie poszczególnych rodzajów botuliny na konkretne białka SNARE

Blokada powoli się zmniejsza, gdy toksyna traci swoją aktywność i białka SNARE są powoli regenerowane przez będącą obiektem ataku komórkę. Białko SNAP-25 jest atakowane jedynie przez bontoksylizynę A, C i E, odmiany B, D, F i G obierają sobie za cel synaptobrewinę, a jedynie forma C botuliny atakuje zarówno SNAP-25 i syntaksynę.

Zastosowania:

Była wielokrotnie używana przez sektę Aum Shinrikyō jako broń biologiczna. Zamachowcy jednak wyhodowali mało toksyczny szczep bakterii, przez co zamachy nie powiodły się, na szczęście dla potencjalnych ofiar.

Jest stosowana również w klinikach medycyny estetycznej pod nazwą handlową - botox i służy do usuwania zmarszczek.

Trwają badania nad użyciem botuliny w terapii zeza. Zez jest spowodowany zbyt mocnym napięciem jednego z mięśni poruszających gałką oczną. Osłabienie go toksyną Clostridium botulinum mogłoby zniwelować ten efekt. Obecnie wyniki są różne zależnie od próby badawczej, ale naukowcy nie zniechęcają się. Najczęstszymi skutkami ubocznymi terapii są opadające powieki i podwójne widzenie. Pozytywne efekty stosowania botuliny są jednak stosunkowo długotrwałe, co może zwiastować koniec skomplikowanych i kosztownych operacji okulistycznych w leczeniu zeza.

Zagrożenia ekologiczne:

Według najnowszych doniesień globalne zmiany klimatu sprzyjają rozwojowi bakterii Clostridium botulinum. W latach 2007-2008 aż 7000 wodnych ptaków zginęło przez zatrucie się bytującą w jeziorze Michigan bakterią. Kolejne 4000 umarło w 2012 z tego samego powodu. Wyniki badań naukowców z Hiszpanii mówią, że najbardziej narażone na zatrucie są gatunki takie jak łyski, krzyżówki, krakwy i mewy śmieszki a najmniej flamingi i perkozy. Naukowcy powiązali to z rodzajem pokarmu spożywanego przez poszczególne ptaki, tzn. większość bezkręgowców, którymi żywią się flamingi, nie była zatruta botuliną, za to żerujące na powierzchni blaszkodziobe miały największą styczność z niebezpiecznym mikrobem, który lubi strefy ubogie w tlen, np. zarośnięte glonami powierzchnie zbiorników wodnych. Sugeruje się też, że okres bytowania danych gatunków mógł mieć na to wpływ i dlatego perkozy zimujące w Europie nie wykazywały objawów zatrucia.

Kormoran zatruty botuliną na brzegu jeziora Michigan

Źródła:

Figgitt DP, Noble S (2002). "Botulinum toxin B: a review of its therapeutic potential in the management of cervical dystonia". Drugs. 62 (4): 705–22

Montecucco C, Molgó J (June 2005). "Botulinal neurotoxins: revival of an old killer". Current Opinion in Pharmacology. 5 (3): 274–9

Schantz EJ, Johnson EA (March 1992). "Properties and use of botulinum toxin and other microbial neurotoxins in medicine". Microbiological Reviews. 56 (1): 80–99

Dressler D, Saberi FA, Barbosa ER (March 2005). "Botulinum toxin: mechanisms of action" (PDF). Arquivos De Neuro-Psiquiatria. 63 (1): 180–5

http://www.rcsb.org/structure/1S0F

Rowe FJ, Noonan CP (2017). "Botulinum toxin for the treatment of strabismus". Cochrane Database Syst Rev. 3: CD006499

Peiter Saunte, Jon; Holmes, Jonathan M. (2014). "Sustained improvement of reading symptoms following botulinum toxin A injection for convergence insufficiency". Strabismus. 22 (3): 95–99

Arnon SS, Schechter R, Inglesby TV, Henderson DA, Bartlett JG, Ascher MS, et al. (Working Group on Civilian Biodefense) (February 2001). "Botulinum toxin as a biological weapon: medical and public health management". JAMA. 285 (8): 1059–70

https://www.audubon.org/news/new-details-emerge-notorious-bird-killing-bacteria

https://www.michiganseagrant.org/topics/coastal-hazards-and-safety/avian-botulism/