Kolera-toksin

**Kolera-toksin** (također poznat kao kolerin toksin i koleragen, **CTX, CTx** i **CT**) je snažan enterotoksin koji proizvodi bakterija *Vibrio cholerae*, a uzrokuje tešku vodenastu dijareju i dehidraciju koji definiraju infekcije kolerom. Toksin je član porodice enterotoksina labilnih na toplinu i postoji kao multimerni toksin AB5 s jednom enzimski aktivnom A podjedinicom i pet B podjedinica koje se vežu za receptore, a koje olakšavaju ulazak u ćeliju domaćina.

## Historija
*Vibrio cholerae* koji proizvode toksin kolere su uzročni patogeni agens drevne bolesti kolera, prvobitno pronađene u Aziji i Evropi. Prva moderna globalna pandemija pojavila se u delti Gangesa 1817. godine. Globalizacija koja se razvijala u devetnaestom stoljeću proširila ju je svijetom tokom sedam uzastopnih pandemijskih godina. Kada je kolera stigla u London, 1832. godine, njen prijenos nije bio dobro shvaćen, a mnogi su krivili mijazmu. Ljekar, John Snow (1813–1858), bio je zagovornik kontaminacije vode kao uzroka njenog širenja – poznato je okončavajući epidemiju uklanjanjem ručke javne pumpe za vodu u centru Londona. Međutim, njegova teorija je prihvaćena tek godinama nakon njegove smrti, otkrićem bakterije *Vibrio cholerae*.

### Otkriće i izolacija 
Otkriće toksina kolere se široko pripisuje Robertu Kochu, ljekaru i mikrobiologu. Koch je 1886. godine postavio hipotezu da *Vibrio cholerae* proizvodi supstancu koja uzrokuje simptome kolere. Međutim, izolaciju bakterije već je 30 godina ranije proveo italijanski anatom Fillippo Pacini, koji je potom objavio svoj rad na svom maternjem jeziku.

Godine 1951, Sambhu Nath De je potvrdio Kochovu hipotezu kroz Deovo istraživanje koje je uključivalo ubrizgavanje toplotom ubijene *V. cholerae* u kuniće. Iz ovog eksperimenta je utvrdio da se endotoksin oslobađa kako se bakterija raspada i da je taj endotoksin odgovoran za simptome bolesti. Zatim je 1959. godine De izveo sljedeći eksperiment, ubrizgavajući filtrat kulture "V. cholerae" bez bakterija u tanko crijevo kunića i time dokazujući postojanje toksina kolere nakupljanjem tekućine.

### Pročišćavanje i mehanizam 
U sljedećoj deceniji, istraživački tim Richarda Finkelsteina uspješno je izolovao i pročistio toksin kolere (CT). Ovo istraživanje je identifikovalo holotoksin (AB5) kao primarni aktivni agens, dok B5 oligomer nije imao unutrašnju toksičnost, ali je igrao ključnu ulogu u izazivanju simptoma kolere. Naknadne biohemijske metode potvrdile su složenu strukturu podjedinica toksina, što je dovelo do našeg trenutnog sveobuhvatnog razumijevanja njegovih mehanizama.

Trenutno je zabilježeno preko 200 serotipova *V. cholerae*, od kojih samo serotip O1 i O139 dovode do epidemijskih bolesti, dok se serotipovi koji uzrokuju sporadične epidemije nazivaju ne-O1/ne-O139 *V. cholerae*. Serogrupa O1 ima dva različita biotipa, naime El Tor i klasični, i bila je uzrok svih sedam pandemija. O1 El Tor (soj 16961) je u velikoj mjeri zamijenio klasični biotip tokom početka sedme pandemije 1960-ih. Nadalje, serogrupa O139 pojavila se 1992. godine i ostaje rasprostranjena i danas.

### Klinički i uticaj na javno zdravlje 
Toksin kolere, glavni štetni faktor *Vibrio cholerae*, uzrokuje vodenasti proljev, koji postaje fatalan u roku od nekoliko sati ako se ne liječi. Svjetska zdravstvena organizacija prijavila je više od 730.000 slučajeva kolere i 5.100 smrtnih slučajeva u 33 zemlje od januara do novembra 2024. Povećana proizvodnja vakcina nije riješila problem stalne nestašice oralnih vakcina protiv kolere, što otežava programe preventivne vakcinacije. Istraživanja pokazuju da endemske zemlje imaju 2,9 miliona slučajeva kolere, ali zvanični podaci vjerovatno potcjenjuju stvarni broj slučajeva. Brojevi pokazuju dvostruku ulogu toksina u tome što kolera predstavlja i kritično medicinsko stanje i značajnu zabrinutost za javno zdravlje.

## Struktura 
alt=|thumb|**3D struktura toksina kolere**:  **Zelena regija** na vrhu predstavlja enzimski aktivnu **A podjedinicu (ctxA),** dok **višebojna** **regija** koja formira prsten na dnu predstavlja **pentamernu B podjedinicu (ctxB)**, odgovornu za vezivanje za ćeliju domaćina.
Toksin kolere je klasični **AB5-tip heksamerni protein** sastavljen od jedne enzimski aktivne **A podjedinice** i pet identičnih **B podjedinica** koje se vežu za receptor. Ova struktura veoma podsjeća na **termolabilni enterotoksin (LT)** koji proizvodi *Escherichia coli*, a njegove značajne sličnosti u sekvenci i funkciji potvrđuju njegovo zajedničko članstvo u porodici toksina AB5. The **Hol group** determined it again at a **1.9 Å resolution**, yielding a much improved geometry compared to the first structure determination.

## Patogeneza
Kolerni toksin (CT) inicira svoje toksične efekte vezivanjem za GM1 gangliozidne receptore na površini crijevnih epitelnih ćelija putem svog pentamera, podjedinice B. Ako GM1 nije prisutan ili je rijedak, CT može stupiti u interakciju s alternativnim fukoziliranim glikokonjugatima, kao što su Lewis X i Lewis Y antigeni, proširujući svoj kapacitet vezivanja za domaćina.

Nakon što se veže, cijeli holotoksin se endocitozira i podliježe retrogradnom transportu kroz Golgijev aparat do endoplazmatskog retikuluma (ER). U ER-u, A podjedinica (CTXA) se cijepa proteazama na CTA1 i CTA2, koji ostaju povezani disulfidnom vezom između Cys187 i Cys199. ER-rezidentna oksidoreduktaza protein disulfid izomeraza (PDI), uz pomoć Ero1, reducira ovu vezu, oslobađajući katalitski aktivni CTA1 domen.

CTA1 se djelomično rasklapa i koristi put degradacije povezan s ER-om (ERAD) za translokaciju u citosol putem Sec61 translokona. Za razliku od tipičnih ERAD supstrata, CTA1 izbjegava ubikvitinizaciju zbog niskog sadržaja lizina, što mu omogućava ponovno savijanje u citosolu umjesto da ga proteasom razgradi.

CTA1 se veže za ARF6-GTP (ADP-ribozilacijski faktor 6) u citosolu, što inducira konformacijsku promjenu koja otkriva njegovo aktivno mjesto. CTA1 zatim katalizira ADP-ribozilaciju Arg201 na Gαs podjedinici heterotrimernih G-proteina, koristeći NAD+ kao supstrat. Ova posttranslacijska modifikacija inhibira hidrolizu GTP-a, zaključavajući Gsα u njegovom aktivnom GTP-vezanom stanju i kontinuirano stimulirajući adenilil-ciklazu.

Ovo dramatično povećava nivoe unutarćelijskogg 3',5'-cikličnog AMP-a (cAMP), aktivirajući protein kinazu A (PKA). PKA fosforilira i aktivira hloridne kanale CFTR, promovirajući lučenje Cl-, HCO3-, Na+ i vode u crijevni lumen. Osim toga, inhibira se unos Na+ i vode od strane enterocita, što rezultira karakterističnom obilnom vodenastom dijarejom (do 1–2 litra na sat), doprinoseći teškoj dehidraciji i elektrolitnom disbalansu kod pacijenata sa kolerom.
Sličan mehanizam je uočen kod pertussis toksin akoji proizvodi *Bordetella pertussis*, još jedan član AB5 porodice. Međutim, umjesto da cilja Gsα, pertussis toksin ADP-ribozilira Giα podjedinicu, sprječavajući je da inhibira adenilil-ciklazu. To, zauzvrat, dovodi do povećanja nivoa cAMP-a putem različitog, ali povezanog mehanizma..

## Porijeklo
Gen toksina kolere ('***ctxAB**)* je uveden u *V. cholerae* putem horizontalnog transfera gena putem virusa poznatog kao CTXφ bakteriofag. Virulentni Sojevi *V. cholerae* (serogrupa O1 i O139) sadrže integrirane gene iz ovog bakteriofaga, uključujući *ctxAB* i druge gene faga. Nadalje, integrirani CTXφ genom dijeli gene sa svojim **satelitskim** **fagom**, **RS1**, uključujući:

* **Replikacija** (RstA),
* **Integracija** (RstB)
* **Regulacija**: sprječavanje represije replikacije CTXφ (RstC), regulacija ekspresije gena (RstR),
* **Pakovanje i sekrecija faga** **geni** (Psh, Cep, OrfU, Ace i Zot), koji dijele strukturnu homologiju sa Ff filamentoznim kolifagom.

Pored toga, u **istraživanju nervnih matičnih ćelija**, uočeno je da CTB utiče na lokalizaciju **transkripcijskog faktora** **Hes3.**

### Vakcina
Trenutno su dostupne dvije vakcine protiv kolere: **Dukoral** i **Shanchol**. Obje vakcine koriste cijele ubijene *V. cholerae** ćelije, međutim, Dukoral također sadrži **rekombinantni kolerin toksin β (rCTB)**. Neke studije sugeriraju da uključivanje rCTB-a može poboljšati efikasnost vakcine kod male djece (2-10) i produžiti trajanje zaštite. Međutim, za razliku od Shanchola, uključivanje rCTB-a u vakcine povećava troškove proizvodnje i zahtijeva stroge uslove skladištenja kako bi se spriječila degradacija.

Osim toga, toksin kolere ima sposobnost generiranja i detekcije okolne **zakrivljenosti membrane**. Stoga se koristi kao važan alat i model u razumijevanju kako proteini pod utjecajem **morfologije membrane*' utiču na nju.

## Također pogledajte 
* AB5 toksin
* Enterotoksin
* Termolabilni enterotoksin
* GM1
* ADP-ribozilacija
* Adenilil-ciklaza
* Ciklični adenozin-monofosfat
* Protein kinaza A
* CFTR
* G-protein
* Pertussis toksin
* Endocitoza
* Retrogradni transport
* Protein disulfid izomeraza
* Kolera
* *Vibrio cholerae*
* Toksoidna vakcina
* Imunski adjuvant
* Lipidni splav
* John Snow (Doktor)
* SZO

## Reference 
## Vanjski linkovi 
* De, Sambhu Nath. Enterotoxicity of bacteria-free culture filtrate of Vibrio cholerae. Nature. 30 May 1959. 183:1533–4.
* 
* 
* 
* 
* 

Kategorija: Bakterijski proteini
Kategorija:Toksini