Toxinologie - Biologie learn online

Biologie (Subject) / Toxinologie (Lesson)

Grundlagen Tox

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Definition Toxine Toxine sind biogene Giftstoffe, das heißt sie werden von Lebewesen gebildet. Oberhalb bestimmter Konzentrationen können Toxine zu einer vorübergehenden oder dauernden Schädigung eines Lebewesens bis hin zu seinem Tod führen können
Infektion (Krankheitserreger) Eine Infektion ist die Aufnahme eines Krankheitserregers und seine nachfolgende Entwicklung oder Vermehrung im menschlichen Organismus. (Infektionsschutzgesetz § 2)
Intoxikation (Toxine) Einwirkung schädigender Substanzen auf den Organismus. → Vergiftung (Pschyrembel, Klinisches Wörterbuch) Toxine sind keine Krankheitserreger! →Toxine sind nicht von Mensch zu Mensch übertragbar!→Sekundärinfektionen oder eine unkontrollierte Weiterverbreitung in der Bevölkerung sind nicht zu befürchten!
Inkubationszeit / Latenzzeit Inkubationszeit: Zeit zwischen dem Eindringen des Krankheitserregers in den Körper (Anstecken) bis zum Auftreten der ersten Symptome. (Pschyrembel, Klinisches Wörterbuch Latenzzeit: Symptomfreie Phase zwischen dem Einwirken des Toxins auf den Organismus und dem Auftreten erkennbarer Symptome bzw. klinisch fassbarer Manifestationen. (Pschyrembel, Klinisches Wörterbuch)
primäre Toxizität -Produktion von Toxinen durch Lebewesen selbst -häufig Applikation mit Giftapparat Beispiele: Mittelasiatische Kobra, Aronstab
sekundäre Toxizität -Produktion von Toxinen durch Organismen, die auf oder im Lebewesen leben-Aufnahme (und Speicherung) von Toxinen mit der Nahrung Beispiele: Kugelfisch: Kugelfische produzieren das Nervengift Terodotoxin (TTX) nicht selbst! (z. B. Bakterium Vibrio alginolyticus im Kugelfisch Fugu vermicularis ) Nahrungskette Tiere: Aufnahme von Giftpflanzen oder verschimmelten Futter kann zu Auftreten von pflanzlichen Giften und Mykotoxinen in tierischen Produkten (Milch, Fleisch, Eier) führen. Außerhalb der Tierwelt: Anorganisch: Schwermetalle aus Emission von Industriebetrieben (Pb, Cd, Cs, Hg, As,…), radioaktive Nuklide Organisch: Insektizide, Herbizide
MID / LD 50 MID: Die minimale Infektionsdosis (MID) ist die Mindestanzahl an Erregern einer bestimmten Infektionskrankheit, die notwendig ist, um die Infektion auszulösen. (S. Modrow, Molekulare Virologie) LD 50: Die mittlere Letaldosis (LD50) ist diejenige Menge einer Substanz, die zum Tode von 50 % einer Population führt. (RÖMPP Lexikon Chemie)
Aufnahmemöglichkeiten inhalativ p. i. über die Lungeintramuskulär i. m. in einen Muskelintravenös i. v. in eine Veneperkutan p. c. über die Hautperoral p. o. über den Mundsubkutan s. c. unter die Haut Unterschied Krankheitserreger zu Toxinen; Toxine können z.T. auch intakte Haut durchdringen bspw. Trichothecene (Mykotoxine von Fusarium spec. wie T-2 Toxin) Inhalative Aufnahme von Toxinen i.d.R. nicht natürlich!!!
Wozu nutzen Pflanzen und Tiere Toxine? - Nahrungsgewinnung - Verteidigung - Vorverdauung - Antibiose - Signalstoffe
Klassifizierung von Toxinen - Ursprung - Toxizität - Chemische Struktur - Wirkung
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Welche Toxine gibt es? - Mykotoxine (Pilztoxine) - Algentoxine - Bakterielle Toxine - Tiertoxine - Pflanzentoxine
Was greifen Zytolysine an? Die Zellmembran
Was greifen AB-Toxine an? Ziele innerhalb der Zelle
Wie greifen Zytolysine die Zellmembran an? - enzymatisch durch Spaltung von Fett und somit Zerstörung der Lipiddoppelschicht der Zellmembran - durch Solubilisierung, durch Zugabe eines dritten Stoffes wird die Löslichkeit der Membrankomponenten im umgebenden edium erhöht und somit herausgelöst - durch Porenbildung, welche dann durch perforation die Zellmembran "durchstechen"
Aus welchen Einheiten bestehen AB-Toxine? bestehen aus zwei verschiedenen funktionellen Einheiten (A und B), die auf zwei verschiedenen Domänen einer Polypeptidkette oder auf verschiedenen Ketten lokalisiert sein können. Die B-Einheit des Toxins (Haptomer) bindet an eine Oberflächenstruktur der attackierten Zelle des Infizierten und vermittelt die Aufnahme der A-Einheit (Toxomer) in die Zelle. Die A-Einheit bewirkt nach ihrem Eindringen eine Schädigung der Zelle.
Wie wirkt das AB-Toxin? 1) Bakterium stellt AB-Toxin her 2) B-Einheit des AB-Toxins bindet sich an den Rezeptor der Wirtszelle. 3) AB-Toxin wird durch Endozytose in die Wirtszelle aufegenommen. 4) AB-Toxin im abgeschnürten Teil der Zellmembran während der Pinozytose. 5) Trennung von A und B-Einheit. A-Einheit verändert Zellfunktion (hier: Hemmung Proteinsynthese) B-Einheit wird von Wirtszelle freigesetzt
Toxine wirken auf... Hämotoxine - Blut Neurotoxine - Nerven Myotoxine - Muskeln Kontaktallergene - Haut Hepatotoxine - Leber Enterotoxine - Dick- Dünndarm Cardiotoxine - Herz Nephrotoxine - Nieren
CDC Die Centers for Disease Control and Prevention (CDC; deutsch Zentren für Seuchenkontrolle und -prävention) sind eine US-Bundesbehörde des amerikanischen Gesundheitsministeriums mit Sitz in Druid Hills (Georgia) Zweck der CDC ist der Schutz der öffentlichen Gesundheit. Ein wichtiges Aufgabengebiet der Behörde sind Infektionskrankheiten: Damit entspricht ihre Zuständigkeit etwa der des Robert-Koch-Instituts in Deutschland. Sie ist jedoch in diesem Bereich teilweise auch weitergehend, da es in Deutschland neben den Bundes- auch noch Landeszuständigkeiten im Gesundheitsschutz gibt.
Relevante Toxine laut CDC Abrin - PflanzentoxinBotulinum Neurotoxine (BoNT) - Bakterielle ToxineConotoxine - TiertoxineDiacetoxyscirpenol(DAS) - MykotoxinRicin - PflanzentoxinSaxitoxin (STX) - AlgentoxinStaph. Enterotoxine - Bakterielle ToxineT-2 Toxin - MykotoxinTetrodotoxin (TTX) - Bakterielles Toxin
Botulinum Neurotoxine Stoffwechselprodukt von Clostridium botulinum (Bakterium) Proteine mit 8 Subtypen Hemmt die Freisetzung der Acetycholinhesterease (Botenstoff) -- keine Informationsweitergabe-- Lähmung der Muskeln Latenzzeit: mehrere Stunden bis zu 10 Tagen, Lebensmittel: 12-36h LD50: 0,01 µg/kg p.i., 1 µg/kg p.o. Symptome: Schwächegefühl, Übelkeit, Miosis, Doppelsehen, Muskellähmung, Atemnot, Kreislaufversagen, Tod Beständigkeit: 2 Tage nach Ausbringung kein Toxin mehr vorhanden, Sporen sehr beständig Inaktivierbar mit Hypochlorit über 0,1% für 30 min, nach 2h im Auoklav auch gegen Sporen, 100 Grad für 10 min trockene Hitze
Aerosole Aerosole (Schwebstoffe) sind feinstverteilte feste und flüssige Stoffe in der Luft (Staub, Nebel). Sie haben einen Durchmesser von 1 – 1.000 µm. Durch die Aerosolisierung lassen sich zeitlich begrenzt sehr hohe Stoffkonzentrationen erzeugen.
Warum Toxine? - Ausgangstoffe leicht zu beschaffen- Literatur frei zugänglich- Material im Handel erhältlich- erforderliches Fachwissen vermeintlich gering - geringe Kosten
Staphylokokken Enterotoxine Staphylokokken können als Stoffwechselprodukt Toxine bilden Proteine, 19 subtypen, wasserlöslich, 25-35 kDa wirken als Superantigene, unkoordinierte Aktivierung T-Zellen, Entzündungsmediatoren, Verlust von Flüssigkeit und Nährstoffen durch Diarrhö 3-12 h nach Inhalation, 1-6 h nach Aufnahme kont. Lebensmittel Resistent gegen Verdauungsenzyme und Hitze LD50 0,02 µg/kg p.i (Tierversuch), Auslösen Beschwerden bei 1 ng/g Lebensmittel Hypochlorit über 0,5%, 15 min, nur bedingt zerstörbar beim autoklavieren, Rückfaltung beim erhitzen
Ricin Pflanzentoxin vom Wunderbaum, ricinus communis, Toxingehalt 1,2 mg/g wasserlösliches Protein (Lektin) 62kDa Wirkung wie AB-Toxin Latenzzeit: Inhalation 12-16 h, Verzehr der Samen 4-6 h LD50: 3-5 µg/kg (p.i. Maus), 1-20 mg/kg (p.o. Mensch) Fieber, Übelkeit, Erbrechen, Diarrhö, Schüttelfrost, Bauchschmerzen, Sichtverlust, Gewichtsverlust Nierenversagen, Kreislaufversagen, Tod in wässriger Lösung auch bei 20 °C lange stabil , empfindlich gegenüber Hitze kein bekanntes Gegengift Hypochlorit über 1%, 30 min, nicht wiederstandsfähig beim autoklavieren, erhitzen 100 Grad
Abrin Pflanzentoxin, Paternostererbse (abrus precatorius), Toxingehalt 0,75 mg/g wasserlöchliches Protein (Lektin) 62kDA, 42%ige Übereinstimmung A-Kette mit Ricin Wirkung AB-Toxin Latenzzeit: Inhalation 8 h, Verzehr der Samen 1-3 Tage, hohe Dosis unter 6 h LD50: 3,3 µg/kg (p. i., Ratte) , 0,7 µg/kg (i. v., Maus) Symptome/Beständigkeit wie Ricin Hypochlorit über 1%, 30 min, nicht wiederstandsfähig beim autoklavieren, erhitzen 100 Grad
Saxitoxin Stoffwechselprodukt von Dinoflagellaten und Cyanobakterien, Algentoxin Anreicherung in Muscheln (bis zu 0,1 mg/g Muschelfleisch) Purinalkaloid, niedermolekular (299u) Neurotoxin, Weiterleiung von Nervenimpulsen (Informationsweitergabe) wird verhindert Latenzzeit: wenige Minuten beim Verzehr, Tod innerhalb 1-12 h LD50: 263 µg/kg (p. o., Maus) , 3,4 µg/kg (i. v., Maus) Symptome: Kribbeln, Taubheitsgefühl der Lippen und Zunge, sich ausbreitende, Schwindel, Schwäche, Sehstörung, Tod durch Atemlähmung Beständigkeit: Abkochen führt zu Reduktion des Toxingehalts Hypochlorit über 2,5% bei 30 min, Beständig gegenüber Autoklavieren und Hitze
T-2 Toxin Stoffwechselprodukt von Fusarium spec. , Mykotoxin, „Kontamination“ von Agrarerzeugnissen Aufnahme 7,6 ng/kg KG pro Tag sind tödlich Trichthecen, niedermolekulares Toxin (466,5 u) zytotoxisch, dermatotoxisch: Hemmung der Protein-, DNA- u. RNA-Synthese, Störung von Mitochondrien- u. Membranfunktion Latenzzeit: beim Verzehr wenige min bis einige Stunden, Haut: wenige Stunden LD50: 0,24 mg/kg (p. i., Maus), 6,6 mg/kg (p. c., Maus) Übelkeit, Erbrechen, Diarrhö, Unterleibsschmerzen, Kopfschmerzen, Schwindelgefühl, Schwäche, Fieber, Störung von Herz-Kreislauf-System und Blutgerinnung Beständigkeit: sehr widerstandsfähig gegenüber der Umwelt, empfindlich bei starker Säure/Base Hypochlorit über 2,5%,4 h, Autoklavieren und Erhitzen bis 100 Grad wirkungslos
Immunoassay Verfahren in der Bioanalytik zum Nachweis eines Analyten in einer flüssigen Phase durch die Bindung eines Antigens an einen Antikörper. Bei der Durchführung von Immunassays wird die hohe Spezifität und Bindungsstärke der Bindung zwischen Antigenen und Antikörpern genutzt. Diese Reaktion wird in der Regel durch einen zweiten Antikörper sichtbar gemacht, an dem ein Marker angebracht ist. (quantitativ)
Vorläufige Identifikation I.Die chromatographische Retention für das Toxin, die unter zwei verschiedenen experimentellen Bedingungen gemessen wurde, entspricht der eines bekannten Toxins oder: II.Die durch Massenspektrometrie ermittelte Molekularmasse des Toxins stimmt mit den Daten eines bekannten Toxins überein oder: Ein spezifischer immunologischer Test ergibt eine positive Reaktion
Bestätigte Identifikation Die Identifizierung eines Kampfstoff des mittleren Spektrums (hier: Toxin) ist bestätigt, wenn zwei der drei Kriterien der vorläufigen Identifizierung erfüllt sind oder: Bei Proteotoxinen die Molekularmasse und die entsprechende Massenkarte der enzymatischen Verdauungsprodukte (bei mindestens drei Produkten) mit den Daten bekannter Proteotoxine übereinstimmt.
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Eindeutige Identifikation (nicht proteinhaltige Toxine) Die Daten der chromatographischen Retention für das Toxin, die mit zwei verschiedenen spektrometrischen Verfahren (MS, NMR oder IR) ermittelt wurden, entsprechen einem authentischen Referenzstandard, der unter identischen experimentellen Bedingungen ermittelt wurde. Wenn das Molekül-Ion nicht im Massenspektrum vorhanden ist, müssen Verfahren wie die chemische Ionisation oder Massenspektrometrie mit Elektronenspray durchgeführt werden, um die Molekularmasse zu bestätigen.