Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021

Эта работа опубликована в номинации «Наглядно о ненаглядном» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.

---

Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.

---

Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.

---

Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

---

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

Постер также доступен в формате pdf.

Ботулизм

«Ботулизм» переводится с латинского botulus — колбаса, так как раньше плохо приготовленные сосиски и колбаса ассоциировались с пищевым отравлением. Ботулизм — редкое, потенциально смертельное заболевание, возникающее в результате воздействия ботулинического нейротоксина (BoNT), вырабатываемого преимущественно бактерией Clostridium botulinum. BoNT — один из самых мощных органических ядов. К летальному исходу может привести 1–3 нг/кг яда. Ботулотоксин вызывает нарушение передачи нервно-мышечного сигнала, что приводит к параличу [1], .

Больше о природных нейротоксинах читайте в статьях «Тетродотоксин — история легендарного убийцы» и «Яды — высокоточное оружие: компьютерное исследование природных нейротоксинов». — Ред.

Смертность

Несмотря на то, что BoNT — это мощный яд, предубеждение о том, что каждый или почти каждый случай возникновения ботулизма окажется смертельным, неверно. Статистически смертность от ботулизма очень низкая — так же, как и случаи заражения в целом. Около пятидесяти лет назад на каждые 100 человек с ботулизмом приходилось около 50 смертей. Однако, благодаря появлению анатоксина и надлежащему уходу за пациентами, сегодня смертность от ботулизма сократилась до 5 (и меньше) случаев на 100 заболевших [1].

История

Первое упоминание случаев ботулизма относится к указу о запрете на употребление кровяной колбасы в пищу ввиду ее опасности для жизни, подписанному правителем Византии Львом VI (866–912 гг.). Спустя девять веков «Колбаса-убийца» снова привлекла внимание общественности. В 1789 г. после случая отравления в Вюртемберге 13 человек, 6 из которых скончались, ученые принялись искать причину колбасных отравлений. Ее так и не удалось найти, и долгое время считалось, что при хранении в колбасе образуется «трупная кислота», приводящая к интоксикации организма.

Бактериолог из Бельгии Эмиль ван Эрменгем лишь в 1895 г. выделил возбудителя заболевания — палочковидную бактерию, — из зараженной ветчины и селезенки одного из пострадавших. В России исследованием ботулизма занимался С.В. Константинов. Возбудителя, которого ему удалось выделить из рыбы, он назвал Bacillus ichtyismus, а само заболевание — «ихтиизмом» [2].

Возбудители ботулизма

Ботулизм наиболее часто бывает вызван бактериями Clostridium botulinum. Вызывают его и другие клостридии: Clostridium butyricum и Clostridium baratii.

Clostridium botulinum — грамположительная бактерия в форме палочки (бацилла). Бациллы по своей природе способны к спорообразованию, что позволяет таким бактериям долгое время оставаться живыми даже в очень неблагоприятных условиях. В виде спор Clostridium botulinum не производят токсинов и абсолютно безопасны для взрослого человека. Когда же спора прорастает, бактерия начинает активно размножаться и выделять токсин.

Благоприятные условия:

• анаэробные (без O₂);
• низкая кислотность среды: pH 7,3-7,6 для роста и 6,0-7,2 для прорастания спор;
• низкий уровень углеводов;
• низкая соленость среды;
• определенная температура — около 4–45°C.

Из-за необходимости бескислородной среды для жизнедеятельности Clostridium botulinum BoNT чаще всего можно найти в консервах.

Где прячется ботулизм, типы ботулизма

Существует несколько типов ботулизма:

1. Пищевой — этот тип ботулизма может возникнуть при употреблении в пищу продуктов, содержащих ботулотоксины. BoNT может быть обнаружен в:
   • морской капусте;
   • зеленой фасоли;
   • шпинате;
   • грибах;
   • свекле;
   • рыбе;
   • мясных продуктах [3].
2. Детский ботулизм возникает при попадании спор Clostridium botulinum в кишечник младенцев (обычно до шести месяцев). В их несформировавшемся кишечнике споры способны переходить в вегетативное состояние и продуцировать токсин. Большое количество случаев возникновения детского ботулизма связано с употреблением меда детьми до 1 года.
3. Взрослый ботулизм — это «повзрослевшая» версия детского типа. Причина его возникновения всё та же: споры клостридии ботулизма в кишечнике.
4. Раневой ботулизм — заражение BoNT’ом происходит через открытую рану, откуда токсин разносится по организму вместе с кровью.
5. Ятрогенный — редкий тип, который связан с «побочными» эффектами при использовании BoNTа в медицине и косметологии.

BoNT

BoNT — белок (150 кДа), имеет легкую и тяжелую цепи. Каждая цепь выполняет свою функцию при интоксикации организма [1].

Существует семь различных нейротоксинов BoNT: от А до H. Каждый из них связан с возникновением той или иной формы ботулизма. Ботулотоксины А, В, Е и иногда F опасны для человека [2].

Воздействие токсина, синаптическая передача, молекулярные механизмы

Тяжелая цепь BoNT’а ищет специфические рецепторы на поверхности нейронов-мишеней и способствует проникновению токсина внутрь клеток. Легкая цепь, попав внутрь, нарушает действие комплекса белков SNARE, участвующих в высвобождении медиаторов из окончаний двигательных нейронов. Чаще всего в качестве медиатора выступает ацетилхолин , [4]. При нарушении его высвобождения происходит блокирование передачи нервно-мышечного импульса. Когда нерв не может передать сигнал, чтобы заставить мышцу двигаться, мышца парализуется [5–7]. Вместе с кровью токсин распространяется по всему организму, парализуя многие мышцы одновременно.

Ацетилхолин — важный медиатор, который выделяется в синаптическую щель между нейронами и осуществляет дальнейшую передачу импульса.

Симптомы заболевания

Ботулизм начинает проявляться после инкубационного периода, который может длиться от 12 часов до 10–15 дней. Приводит к мышечному параличу. В первичной стадии интоксикации задействованы черепные нервы и мышцы лица, именно поэтому паралич начинается с верхней части туловища человека и распространяется вниз, поражая мышцы шеи, груди, рук и ног.

У отравленного человека:

• расширяются зрачки;
• туманится зрение;
• возникают мушки перед глазами;
• нарушается речь;
• становится трудно глотать;
• мышцы лица теряют подвижность, поэтому лицо начинает напоминать застывшую маску.

В конце концов, если паралич добирается до дыхательных мышц и мышц сердца — человек умирает.

Диагностика

Крайне важна ранняя диагностика Ботулизма. Ботулизм часто носит «маски», скрываясь под другими заболеваниями: синдромом Гийена—Барре, энцефалитом, полиомиелитом, синдромом Ламберта—Итона, менингитом. Это значительно усложняет диагностику [5], [9–11], [14], [15].

В поисках ботулотоксина, антител к возбудителю или ДНК возбудителя у пациента собирают материал (мочу, кал, рвотные массы или кровь) и проводят клинические и лабораторные исследования. Важным методом подтверждения ботулизма является демонстрация действия токсина на мышах. Для этого из материала пациента выделяют бактерии и вводят их мышам. При наличии ботулотоксинов у мышей через 48 часов развивается паралич, который может быть подавлен введением анатоксина [12].

Лечение

Лечение ботулизма включает:

• обеззараживание желудочно-кишечного тракта (если это необходимо);
• введение антидота (анатоксина);
• при легочной недостаточности применяют респираторную поддержку (ИВЛ).

Анатоксин нейтрализует только еще не связанные с нервными окончаниями, свободно циркулирующие в крови токсины. Как только BoNT связывается с нервными окончаниями, анатоксин становится бесполезен [2], [5].

Даже после длительного лечения большинство пациентов имеют остаточные симптомы, а процесс восстановления может занять месяцы. Скорость восстановления зависит от скорости прорастания новых веточек моторных аксонов [1].

В качестве профилактики можно проводить вакцинацию против ботулизма. Вакцинацию применяют редко, потому что эффект вакцины непродолжителен. Она обеспечивает лишь временный иммунитет и требует повторного введения [13].

Терапевтическое использование BoNT

Несмотря на все опасные воздействия на организм человека, BoNT широко применяется в медицине и косметологии. Врачи используют способность BoNT’а вызывать вялый паралич.

В косметологии BoNT известен под именем «ботокс». Ботокс — это очищенная форма ботулотоксина А, которую часто используют для устранения морщин. BoNT блокирует сигналы, которые мозг посылает мышцам лица, и морщины просто перестают появляться. Кроме того, инъекции ботокса могут быть полезны в борьбе с повышенной потливостью подмышечных впадин.

В медицине BoNT помогает устранять неврологические расстройства — дистонию, спастичность, косоглазие и другие, а также лечить мигрень и гиперактивный мочевой пузырь [8].

Кристина В. и Тома П. работали над написанием текста. Екатерина Б. создала эти замечательные иллюстрации, за что ей отдельное спасибо! Тема статьи была задумана Кристиной В. Редактированием текста, рисунков и созданием постеров также занимались Кристина В. и Тома П.

Литература

1. Jeffery L.A. and Karim S. Botulism. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing, 2020;
2. Davide Lonati, Azzurra Schicchi, Marta Crevani, Eleonora Buscaglia, Giulia Scaravaggi, et. al.. (2020). Foodborne Botulism: Clinical Diagnosis and Medical Treatment. Toxins. 12, 509;
3. Ботулизм. (2018). ВОЗ;
4. B. Poulain, E. Lonchamp, E. Jover, M.R. Popoff, J. Molgó. (2009). Mécanismes d’action des toxines et neurotoxines botuliques. Annales de Dermatologie et de Vénéréologie. 136, S73-S76;
5. Википедия: «Ботулотоксин (лекарство)»;
6. Tiwari A. and Nagalli S. Clostridium botulinum. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing, 2020;
7. Bagus Komang Satriyasa. (2019). Botulinum toxin (Botox) A for reducing the appearance of facial wrinkles: a literature review of clinical use and pharmacological aspect. CCID. Volume 12, 223-228;
8. Hyun-Mi Oh, Myung Chung. (2015). Botulinum Toxin for Neuropathic Pain: A Review of the Literature. Toxins. 7, 3127-3154;
9. Richard A. Harris, Fabrizio Anniballi, John W. Austin. (2020). Adult Intestinal Toxemia Botulism. Toxins. 12, 81;
10. Харченко А., Кимирилова О.Г., Кимирилов А.А. (2020). Трудности дифференциальной диагностики ботулизма. «Лечащий врач». 1, 47–51;
11. Okunromade O., Dalhat M.M., Umar A.M., Dada A.O., Nikau J., Maneh L. et al. (2020). Emergency response to a cluster of suspected food-borne botulism in Abuja, Nigeria: challenges with diagnosis and treatment in a resource-poor setting. Pan Afr. Med. J. 36, 287;
12. Miia Lindström, Hannu Korkeala. (2006). Laboratory Diagnostics of Botulism. CMR. 19, 298-314;
13. Grace Sundeen, Joseph Barbieri. (2017). Vaccines against Botulism. Toxins. 9, 268;
14. Полиомиелит: убийца из XX века;
15. Менингит: многоликий убийца.