Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Глава 5. ТОКСИНЫ И АНАТОКСИНЫ
Токсины (от греческого toxikоn - яд), вещества бактериального происхождения, способные угнетать физиологические функции, что приводит к заболеванию или гибели животных и человека. По химической природе все токсины - белки или полипептиды. В отличие от других органических и неорганических ядовитых веществ, токсины при попадании в организм вызывают образование антител.
При некоторых инфекционных заболеваниях (дифтерия, скарлатина) для определения напряженности иммунитета и восприимчивости детей используются внутрикожные пробы с применением соответствующих разведенных токсинов. Положительная реакция (местное воспаление кожи в области введения токсина) обусловливается ядовитым действием токсина на ткани кожи. Отрицательный результат реакции объясняется нейтрализацией введенного в кожу токсина соответствующим антитоксином, содержащимся в иммунном организме в достаточном для этого количестве.
Токсины получают из токсигенных штаммов микробов (дифтерийная палочка или скарлатинозный стрептококк) методом посева на жидкую питательную среду (мартеновский бульон) с последующей фильтрацией через бактериальные фильтры. Из полученных токсинов готовят диагностические токсины Шика (дифтерийный) и Дика (скарлатинный). Токсины вводят внутрикожно, в количестве 0,2 мл (Шика) и 0,1 мл (Дика), в среднюю часть внутренней поверхности предплечья.
Анатоксины - фильтраты бульонных культур токсигенных микроорганизмов, утратившие благодаря специальной обработке токсичность, но сохранившие в значительной степени антигенные и иммуногенные свойства исходных токсинов.
При введении в организм человека или животных анатоксины вызывают образование антитоксического иммунитета, это свойство и позволяет применять их для профилактики тех инфекционных заболеваний, в основе которых лежит действие экзотоксинов, выделяемых возбудителями, а также для гипериммунизации животных - продуцентов антитоксических сывороток.
Независимо от вида анатоксина его иммуногенность и антигенность определяются соответствующими свойствами исходного токсина. Поэтому в лабораториях, изготавливающих эти препараты, уделяется большое внимание созданию оптимальных условий для токсинообразования.
Для получения токсинов высокой силы необходимы штаммы, отличающиеся особенно выраженной способностью к токсинообразованию в искусственных условиях. Этими свойствами обладают далеко не все штаммы токсигенных бактерия. Для производственных целей пользуются штаммами, адаптированными к искусственным средам и стойко сохраняющими способность к токсинообразованию.
Культуры токсинообразователей сохраняются либо в высушенном состоянии, либо на средах оптимальных для данного вида бактерий. Перед употреблением для засева массовых партий штаммы пассируются на среде, используемой для получения токсина.
При прочих равных условиях сила токсинов определяется качеством питательной среды, поэтому лаборатории уделяют внимание приготовлению питательных сред. Сырье, химикалии и другие ингредиенты, входящие в состав среды, подвергаются самому тщательному контролю в биохимических лабораториях производственных институтов.
Для токсинообразования применяются жидкие питательные среды, в состав которых входят мясная вода и продукты пептического (бульон Мартена, среда Рамона) или триптического (среда Попе) переваривания мяса.
Процесс гидролиза мяса контролируется определением общего и аминного азота и коэффициента расщепления белка, который вычисляется из отношения аминного азота к общему. Используются также безмясные казеиновые, полусинтетические среды.
В питательную среду, предназначенную для токсинообразования, добавляются углеводы (глюкоза, мальтоза или смесь их). При сбраживании углеводов освобождается большое количество энергии, необходимой для процессов синтеза, происходящих в развивающейся культуре. Добавление углеводов резко повышает силу образующихся в среде токсинов.
Помимо углеводов для токсинообразования необходимы в минимальных дозах некоторые металлы. Токсинообразование дифтерийной палочки тормозится избытком железа в среде в равной мере как и отсутствием его. При наличии в среде оптимальных количеств железа токсинообразование резко усиливается.
Токсинообразование осуществляется в полную меру при определенном рН среды. Между тем в процессе роста культуры значение рН изменяется и может достигнуть таких показателей, которые будут тормозить образование токсина.
Для устранения этого в среды добавляются буферные вещества, поддерживающие нужное значение рН. Одним из таких веществ, обладающих свойствами буфера, является уксусно-кислый натр, который добавляется в бульон в количестве 0,5-0,75 %.
В зависимости от биологических особенностей микроба-токсинообразователя применяются разные условия выращивания и, в частности, регулируется аэрация среды. Дифтерийная палочка образует токсин в условиях максимальной аэрации, наоборот, столбнячная палочка и другие токсигенные анаэробы в кислороде не нуждаются. В соответствии с этим в первом случае культура выращивается в тонком слое среды с большой поверхностью соприкосновения с воздухом, во втором - среда наливается высоким слоем и в нее добавляются различные адсорбенты кислорода (вата, сухие эритроциты).
Температура выращивания и длительность его варьируют для разных микробов. Общей для процесса токсинообразования является необходимость безукоризненной регулировки температуры в термостате. Колебания температуры отрицательно сказываются на силе токсина. Поэтому термостаты, в которых происходит токсинообразование, снабжаются точными терморегуляторами.
В каждом отдельном случае длительность выращивания культуры определяется интенсивностью токсинообразования на данной серии среды. Для решения вопроса о времени прекращения культивирования производят определение силы токсина и рН среды в разные сроки выращивания.
Когда сила токсина достигает максимума, производят отделение его от микробных тел, это производится путем фильтрации через специальные бактериальные фильтры (анаэробные микроорганизмы) или обычные бумажные (дифтерийная палочка).
Перевод токсических фильтратов в анатоксин осуществляется путем длительного воздействия на них формалина при температуре 39-40 °С. Формалин соединяется свободными аминогруппами аминокислот, полипептидов и белков токсина, в связи с чем, утрачивает свои ядовитые свойства. Переход токсина в анатоксин происходит в течение 3-4 недель. Для правильного анатоксинообразования имеет значение рН токсина. Наиболее благоприятной является нейтральная или слабощелочная реакция среды.
Анатоксины характеризуются полной безвредностью для животных. Однако при неполном обезвреживании в них могут сохраняться остатки токсина, которые вызывают в чувствительном организме поздние повреждения. Поэтому при проверке безвредности анатоксинов наблюдение за животными ведут в течение длительного времени. Безвредность анатоксинов необратима. Никакие воздействия не приводят к восстановлению утраченной токсичности.
Анатоксины сохраняют почти в полной мере антигенные свойства токсинов. Это может быть проверено различными методами в пробирке (реакция флокуляции, реакция связывания анатоксина) и в опытах на животных, у которых введение анатоксина вызывает образование соответствующих антитоксинов и создание антитоксического иммунитета.
Анатоксины отличаются стойкостью; они переносят повторное замораживание и оттаивание, противостоят действию высокой температуры и стабильны при длительном хранении.
Анатоксины содержат помимо специфических белков также балластные вещества, от которых они могут быть освобождены разными методами. Они основаны на способности анатоксинов осаждаться при насыщении нейтральными солями, солями тяжелых металлов, кислотами (соляной, трихлоруксусной, метафосфорной), а также в присутствии этилового и метилового спирта при низкой температуре. Эти методы используются в настоящее время для получения очищенных концентрированных анатоксинов.
Анатоксины адсорбируются на различных нерастворимых веществах (фосфорные соли, гидроокись алюминия), это используется для приготовления сорбированных анатоксинов, которые отличаются замедленной всасываемостью в организме, в результате чего можно получить более напряженный иммунитет.
Благодаря своей безвредности, высокой антигенности и иммуногенности, анатоксины являются ценнейшими средствами профилактики и терапии ряда заболеваний.
В настоящее время получены анатоксины: дифтерийный, столбнячный, ботулинический, стафилококковый, дизентерийный, из токсинов, продуцируемых возбудителями газовой гангрены, а также из змеиного яда.