細菌外毒素

病原菌侵入機體是否致病，與細菌的毒力、數量、侵入門戶以及機體的免疫力、環境等因素密切相關：細菌毒力由其對宿主的侵襲力和毒素兩大因素構成。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。傳統上按其來源，理化性質、毒性作用等不同，將細菌毒素分成內毒素和外毒素兩大類別、近年來，有些學者對上述分類名稱表示異議，建議將細菌內毒素稱為菌內毒素，而將外毒素改稱為蛋白毒素，後者泛指細菌主要在對數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或多肽物質。據報道，已發現的由微生物產生的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佔一半；外毒素根據其對宿主細胞的親和力和作用方式，大致分為細胞毒素、腸毒素和神經毒素三類，或在此基礎卜再增加一類溶細胞毒素。此外，也有學者根據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。

其特點是：

（1）化學成分是蛋白質，分子量為27000～900000道爾頓；

（2）不穩定，易被熱、酸及酶所滅活；

（3）可經甲醛（0.3～0.4%）處理，脫毒成為類毒素；

（4）抗原性強，可刺激機體產生高效價的抗毒素；

（5）具親組織性，但作用於組織有選擇性。一般不引起宿主發熱，但常可抑制宿主蛋白質的合成，對宿主有細胞毒及神經毒性。如破傷風痙攣毒素能影響宿主脊髓前角運動神經細胞的控制機能，引起骨骼肌強直痙攣；肉毒桿菌產生的肉毒毒素，能阻斷膽鹼能神經末梢傳遞介質（乙醯膽鹼）的釋放，麻痹運動神經末梢，出現眼、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：一類是在體外產生並引起食物中毒的外毒素。它們所致的疾病不是傳染過程，而是由於食入含有這類毒素的食物引起的中毒過程。主要有肉毒桿菌產生的肉毒毒素和金黃色葡萄球菌產生的腸毒素。另一類是在體內產生並引起重要致病作用的毒素。這類毒素有的作用於全身，如白喉桿菌產生的白喉毒素、破傷風桿菌產生的破傷風痙攣毒素、乙型溶血型鏈球菌產生的紅疹毒素；有的作用於局部，如霍亂弧菌腸毒素等。

細菌在其生命過程中產生毒素，編碼毒素基因通常由染色體、質粒或溫和噬菌體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。質粒攜帶產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。噬菌體和質粒通常稱為易變遺傳成分，位於這些易變成分上的毒素基因不穩定，其產毒能力可以快速傳播至不產毒細菌。相反，消除產毒菌中含有的質粒或噬菌體，則喪失產毒能力。實踐中可以應用這些特點，通過質粒消除或轉化試驗，將產毒菌株轉變成不產毒株；反之，不產毒株亦可變為產毒株。此外，有些產毒菌的編碼基因同時存在於質粒和噬菌體或染色體上。有的菌產同種毒素的不同型，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型毒素基因則由質粒編碼。

不同毒素在細菌生長過程中產生的階段是不同的。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毒素量達到較高水平。一些產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，細胞質中蛋白質包括毒素隨之釋放。例如所有梭菌屬菌產毒都是這種方式。在生物機體中，像傷口污染，有些細菌在生長過程中也能產毒。這就是說，毒素在細菌的整個生長過程中都可以產生。

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境中毒素產量達到較高水平，而有些細菌的外毒素因結合在細菌表面，待菌體裂解后才被逸出。有些細菌通常以產生單型毒素為主，但也有些菌株所產生的毒素，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、數量、分子量、等電點等各不相同，因此必須採用不同的方法和程序來提取並予以純化。隨著近年來蛋白質化學技術與免疫學方法的不斷發展，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基和菌株，進行大規模細菌培養，使其培養上清液中既含有大量毒素，又儘可能地減少影響毒素純化的污染物質；二是濃縮細菌培養物中毒素濃度。