A toxina botúlica, toxina botulínicaDiccionario galego de termos médicos. Real Academia de Medicina e Cirurxía de Galicia. Consellería de Educación e Ordenación Universitaria. Santiago de Compostela, 2002. Páxina 88: Botulínico-a = "adx. Pertencente ou relativo a Clostridium botulinum ou á súa toxina". Páxina 770: Toxina/Toxina botulínica. (BoNT, BTX) ou botulinaDiccionario galego de termos médicos. Real Academia de Medicina e Cirurxía de Galicia. Consellería de Educación e Ordenación Universitaria. Santiago de Compostela, 2002. Páxina 88: Botulina. é unha proteína e neurotoxina producida pola bacteria Clostridium botulinum. É a toxina máis agudamente mortal que se coñece, cunha dose letal media en humanos (LD-50) de 1,3–2,1 ng/kg por vía intravenosa ou intramuscular e 10–13 ng/kg inhalada. A toxina botulínica pode causar botulismo, unha grave enfermidade que pode ser mortal para homes e animais. Disponse comercialmente de tres formas da toxina botulínica tipo A, que se venden cos nomes Botox, Dysport e Xeomin, e unha forma da toxina botulínica tipo B comercializada como Neurobloc (ou MyoBloc) , que se usan en tratamentos estéticos e médicos. O nome comercial que se fixo máis popular foi Botox ®.
Historia Justinus Kerner describiu a toxina botulínica como un "veleno da salchicha" e "veleno graxo", porque a bacteria que producía a toxina causaba con frecuencia envelenamentos ao crecer en carne manipulada incorrectamente ou en produtos cárnicos preparados, como as salchichas. Foi Kerner, que era médico, o primeiro que pensou nun posible uso terapéutico da toxina botulínica e acuñou o nome botulismo para a doenza (do latín botulus que significa "salchicha"). En 1897, Emile van Ermengem descubriu que o produtor da toxina botulínica era unha bacteria, á cal chamou Clostridium botulinum. En 1928, P. Tessmer Snipe e Hermann Sommer purificaron por primeira vez a toxina. En 1949, o grupo de Arnold Burgen descubriu que a toxina botulínica bloquea a transmisión neuromuscular por medio dunha diminución da liberación de acetilcolina.
Estrutura química Coñécense oito tipos seroloxicamente distintos da toxina formados por distintas cepas da bacteria, denominados do A ao H. Ademais, seis dos oito tipos de toxina teñen subtipos, e foron descritos cinco subtipos da BoNT A. Os tipos máis frecuentes de toxina botulínica causantes de botulismo humano son os A, B e E. En animais os tipos máis frecuentes causantes de botulismo son o C e D.Pedro N. Acha, Boris Szyfres, Pan American Sanitary Bureau . Zoonoses and Communicable Diseases Common to Man and Animals: Bacterioses and mycoses. Volumen 1 de Zoonoses and Communicable Diseases Common to Man and Animals, Boris Szyfres. Número 580 de Scientific and technical publication // Pan American Health Organization. Paho Scientific Publications Series. Pan American Health Org, 2001. ISBN 92-75-11580-X, 9789275115800 Os tipos utilizados para aplicacións médicas ou estéticas son o A e o B.
A toxina é un polipéptido de dúas cadeas, cunha cadea pesada de 100 kDa unida por unha ponte disulfuro a unha cadea lixeira de 50 kDa. Esta cadea lixeira é un encima protease que ataca unha das proteínas de fusión (SNAP-25, sintaxina ou sinaptobrevina) da unión neuromuscular, o que impide que as vesículas sinápticas se ancoren á membrana plasmática para liberar acetilcolina. Ao inhibir a liberación de acetilcolina, a toxina interfire cos impulsos nervioso e causa a parálise fláccida dos músculos no botulismo, o que é diferente da parálise espástica observada no tétano.
A toxina botulínica desnaturalízase a temperaturas superiores a 80 °C.
A toxina sintetízase en forma de monómero de 150 kDa, estado no que é inactiva. O monómero está composto de tres dominios. Un dominio con actividade protease (endopeptidase de cinc), outro dominio de translocación e outro de ligazón. O dominio de translocación é responsable da translocación da cadea lixeira que posúe actividade de protease no citoplasma da zona sináptica da neurona diana. O dominio de ligazón está composto por dous subdominios de tamaño equivalente. O subdominio HC-N ten unha estrutura similar á das proteínas que se unen a azucres. O subdominio HC-C está repregado de xeito similar ás proteínas implicadas en funcións de ligazón proteína-proteína. Este motivo contén unha estrutura de β-trevo que está presente en varias proteínas que recoñecen e se ligan a proteínas como IL-1, factores de crecemento ou inhibidores da tripsina. Este tipo de estrutura permite ligarse coa membrana presináptica por intermediación dunha dobre interacción entre dúas moléculas.Giampietro Schiavo, Michela Matteoli, and Cesare Montecucco. Neurotoxins affecting neuroexocytosis. Physiological reviews 80, 718-766 (2000)
A cadea inactiva de 150 kDa da neurotoxina é activada ao sufrir unha proteólise específica do bucle exposto que contén a ponte disulfuro que unía a cadea lixeira e a pesada. Varias proteinases endóxenas bacterianas ou exóxenas dos tecidos do hóspede poden activar así a toxina. A cadea pesada e a lixeira quedan asociadas por dúas ligazóns non covalentes e por unha ponte disulfuro situada no bucle de clivaxe. Pero para que o sitio activo situado na cadea lixeira sexa operacional, será necesario romper a ponte disulfuro, o cal se realiza no momento da translocación cara ao interior da neurona.
A toxina botulínica é unha endonuclease de cinc. Presenta unha secuencia moi conservada de 20 aminoácidos localizada na parte media da cadea lixeira, co motivo His-Glu-Xaa-Xaa-His, propio das encdopeptidases de cinc. Contén unha soa unidade de cinc por toxina (agás a BoNT/C que contén dúas) que se une á cadea lixeira en dous residuos histidina e un de glutamato. Un cuarto ligando é unha molécula de auga, que permite a hidrólise do enlace peptídico do substrato. Tamén teñen un papel na actividade da toxina as moléculas de calcio.
O dominio catalítico é un glóbulo compacto composto por unha mestura de hélices alfa e de follas beta. O átomo de cinc está situado no interior dunha grande cavidade aberta que posúe un potrencial electrostático negativo elevado. Este sitio catalítico está protexido por dúas rexións que fan de cinto a cada lado da cavidade. O sitio catalítico está tamén protexido polo dominio de translocación cando este está unido á cadea lixeira.Subramaniam Eswaramoorthy, Desigan Kumaran, James Keller and Subramanyam Swaminathan. Role of metals in the biological activity of Clostridium botulinum Neurotoxins. Biochemistry 43, 2209-2216 (2004)Subramanyam Swaminathan and Subramaniam Eswaramoorthy. « Structural analysis of the catalytic and binding sites of Clostridium botulinum neurotoxin B » Nature structural biology 7, 693-699 (2000)
Fontes As toxinas botulínicas prodúcenas as bacterias Clostridium botulinum, C. butyricum, C. baratii e C. argentinense. O botulismo adquirido dos alimentos pode ser transmitido por alimentos que non foron quentados correctamente antes de ser enlatados ou alimentos que non foron cociñados suficientemente despois de sacados da lata. A maioría dos casos de botulismo infantil non se poden previr porque a bacteria que os causa neses casos está no solo e no po. A bacteria pode encontrarse dentro das casas e pisos, alfombras, e mesados mesmo despois de limpos. O mel pode conter a bacteria e pode causar botulismo infantil, polo que ás veces se aconsella que aos nenos de menos de 12 meses non se lles dea mel. O mel é seguro para os nenos de máis de 1 ano e persoas maiores.CDC – Botulism, General Information – NCZVED. Cdc.gov. Retrieved on 2012-05-06.
A bacteria produce esporas moi resistentes, polo que o botulismo producido por alimentos xeralmente é o resultado da inxestión de comida contaminada con esas esporas, que despois xerminan e crecen en ambientes anaeróbicos (como unha lata perforada). As bacterias en crecemento (vexetativas) son as que producen a toxina. A inxestión da toxina é a que causa o botulismo, e non a inxestión das esporas ou as bacterias vexetativas directamente. O botulismo en nenos ou o orixinado en feridas está causado por infección por esporas, as cales despois xerminan, empezando a producir a toxina e os síntomas do botulismo.
Unha axeitada refrixeración a temperaturas por debaixo de 3 °C retarda o crecemento de Clostridium botulinum. O organismo é tamén susceptible ás altas concentracións salinas, alto nivel de oxíxeno, e pH baixo. A toxina é rapidamente destruída por calor, como o xerado ao cociñar os alimentos suficientemente. Ao contrario, as esporas son tolerantas á calor e sobreviven en auga fervendo durante un longo período de tempo.
A toxina botulínica pode ser absorbida polos ollos, membranas mucosas, tracto respiratorio ou pola pel non intacta.Clostridium botulinum – Public Health Agency of Canada. Phac-aspc.gc.ca (2011-04-19). Retrieved on 2012-05-06.
A toxina botulínica é considerada como unha temible arma bioterrorista ou bélica potencial.
Mecanismo bioquímico de toxicidade miniatura|dereita|300px|Moléculas diana das neurotoxinas botulínica (BoNT) e tetánica (TeNT) dentro do axón terminal.Volume 11, Number 10 – October 2005 – Emerging Infectious Disease journal – CDC . Cdc.gov (2012-02-22). Retrieved on 2012-05-06. A cadea pesada da toxina é especialmente importante para dirixir a toxina a tipos específicos de axóns terminais. A toxina debe chegar aos axón terminais para causar parálise. Despois da unión da cadea pesada da toxina a proteínas da superficie dos axóns terminais, a toxina pode ser introducida nas neuronas por endocitose. A cadea lixeira pode clivar as vesículas endocíticas e pasar ao citoplasma. A cadea lixeira da toxina ten actividade de protease. A toxina de tipo A degrada proteoliticamente a proteína SNAP-25, que é un tipo de proteína SNARE. A proteína SNAP-25 é necesaria para a fusión de vesículas que libera os neurotransmisores nos terminais axónicos (especialmente a acetilcolina). A toxina botulínica cliva especificamente estes SNAREs, polo que impide que as vesículas neurosecretoras atraquen/fusionen coa membrana plasmática da zona sináptica do nervio e liberen así os seus neurotransmisores.
Toxicidade
A toxicidade da toxina botulínica é xeralmente expresada en unidades rato (U), onde unha unidade (U) da toxina botulínica é a dose letal media intraperitoneal (LD 50) en ratos e é de aproximadamente 20 unidades / nanogramos (1U = aproximadamente 0,05 ng). A dose letal en humanos non se coñece, pero extrapolada a partir de datos de experimentos en monos, para un humano de 70 kg de peso, sería de 0,09-0,15 picogramos de toxina por vía intravenosa ou intramuscular, 0,70-0,90 picogramos por inhalación e 70 µg por vía oral.Stephen S. Amón, et. al. "Botulinum Toxin as a Biological Weapon". JAMA, 285, No 8, 28 de febrero 2001.
Un só gramo de toxina botulínica é dabondo para matar a un millón de cobaias, e para matar a un rato de laboratorio abonda só un picogramo de botulina (1 picogramo = 1x10−12 gramos).
Tratamento do envelenamento por botulismo