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Shigatoxin

nach dem japanischen Bakteriologen Kiyoshi Shiga (1871-1957)
Synonyme: Verotoxin, Shiga-ähnliches Toxin
Englisch: Shiga toxin, Shiga-like toxin, Stx, SLT

1 Definition

Shigatoxine sind zytotoxisch wirkende, bakterielle Exotoxine, die als Translationshemmer wirken. Sie werden von Shigella dysenteriae und enterohämorrhagischen Escherichia coli (EHEC) gebildet.

Neben der Bezeichnung "Shigatoxin" werden in der Literatur auch noch die Begriffe "Verotoxin" und "Shiga-ähnliches Toxin" (Shiga-like toxin) verwendet. Sie sind historisch bedingt und bezeichnen dieselbe Stoffklasse.

2 Einteilung

Man unterscheidet verschiedene Formen des Shigatoxins:

  • Das eigentliche Shigatoxin (Stx), das von Shigella dysenteriae gebildet wird.
  • Shigatoxin-1 (Stx-1, SLT-1) und Shigatoxin-2 (Stx-2, SLT-2), die bestimmte Escherichia coli-Stämme (z.B. EHEC) produzieren, hauptsächlich O157, O26 und O111. Stx-1 unterscheidet sich nur in einer Aminosäure von Stx. Stx-2 weist eine 56%ige Sequenzhomologie mit Stx-1 auf. Im Tiermodell wirkt Stx-2 - bezogen auf die LD50 - rund 400 mal toxischer als Stx-1.

3 Biochemie

Shigatoxine gehören zur Proteinklasse der Lektine. Diese Stoffe besitzen aufgrund ihrer molekularen Struktur die Fähigkeit, sich an Strukturen von Zellmembranen zu binden.

Die molekulare Masse beträgt etwa 68 kDa. Das Molekül besteht zum einen aus einer A-Untereinheit (32 kDa), welche für die toxische Wirkung verantwortlich ist, zum anderen aus fünf B-Untereinheiten (je 7,7 kDa), durch welche die Adhäsion an Glykolipide der Enterozyten ermöglicht wird, spezifisch an Globotriaosylceramid (Gb3).

Gb3 findet sich nicht nur auf Enteroyzten, sondern auch auf renalen Epithelzellen und im ZNS. Das erklärt die Nephrotoxizität und Neurotoxizität von Shigatoxin. Nutztieren fehlt der Gb3-Rezeptor - deswegen können sie Shigatoxin-bildende Erreger ausscheiden, ohne selber zu erkranken.

4 Pathomechanismus

Shigatoxin ist zytotoxisch. Nach Aufnahme des Toxins in die Zelle durch Endozytose wird es dort durch Furin proteolytisch gespalten. Die A1-Untereinheit des Toxins bindet an die ribosomale RNA und hemmt so die Proteinbiosynthese der betroffenen Zelle, was schließlich zum Zelltod führt.

5 Diagnostik

Frühere sehr zeitaufwendige Verfahren wie der Zytotoxizitätstest mit Verozellen mit anschließendem Neutralisationstest, die Diagnostik mit Gensonden und Genamplifikation durch Polymerase-Kettenreaktion (PCR) wurden mittlerweile durch einen schnellen und einfachen enzymimmunologischen Nachweis aus dem Stuhl ersetzt. Die Wertung des Testergebnisses sollte jedoch stets im Zusammenhang mit dem klinischen Befund erfolgen.

6 Klinik

Shigatoxin bewirkt beim Menschen folgende Krankheitsbilder:

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