Ботулотоксин. Биохимические пути синтеза

Например, в публикации нерассмотренной заявки на патент Японии № 1994-192296 раскрыт способ получения кристаллического ботулотоксина типа А путем культивирования бактерий Clostridium botulinum с последующим осаждением кислотой, экстракцией, добавлением нуклеазы и кристаллизацией. Кроме того, в патенте США № 5696077 раскрыт способ получения кристаллического ботулотоксина типа B путем культивирования бактерий Clostridium botulinum с последующим проведением осаждения кислотой, экстракции, ионообменной хроматографии, гель-фильтрационной хроматографией и кристаллизации. Simpson et al. (1988) получали ботулотоксин типа А путем очистки ботулинического нейротоксина с помощью гравитационной хроматографии с последующей ВЭЖХ, захвата с использованием аффинной смолы, эксклюзионной хроматографии и ионо (анионо- и катионо-) обменной хроматографии, включая использование двух различных ионообменных колонок, и Wang et al. (2002) использовали осаждение и ионную хроматографию для очистки ботулотоксина A. Кроме того, в патенте США № 6818409 описано использование ионообменных и лактозных колонок для очистки ботулотоксина, а в патенте США № 7452697 раскрыт способ получения ботулотоксина А с помощью ионообменной хроматографии и гидрофобной хроматографии. В опубликованной заявке на патент Кореи № 2009- 0091501 раскрыт способ очистки ботулотоксина с помощью кислотного осаждения и анионообменной хроматографии, а в патентной публикации США № 2013-0156756 раскрыт способ очистки ботулотоксина с помощью анионообменной хроматографии и катионообменной хроматографии.ВЫВОДЫБотулинические нейротоксины представляют собой уникальный случай молекулярного Януса, греческого мифологического существа с двумя лицами. Первое лицо стало очевидным после того, как выяснилось, что эти белки являются наиболее ядовитыми ядами для людей и других высоких позвоночных. Таким образом, нейротоксины ботулизма изучались в лабораториях, участвующих в исследованиях биологической войны, с работой, в первую очередь направленной на нейтрализацию потенциального использования этих нейротоксинов биотеррористами с использованием новых иммунотерапевтических препаратов, вакцин и ингибиторов лекарств.Их очень высокая токсичность больше не вызывает удивления теперь, когда мы знаем основные аспекты их молекулярного и клеточного механизма действия. Дополнительные усилия фундаментальных ученых и клиницистов пролили свет на другое лицо Януса, то есть на терапевтический потенциал. Усилия многих лабораторий и фармацевтических компаний вместе с мудростью правящих агентствсделали ботулинические нейротоксины предпочтительной терапией для многих болезней человека, и список синдромов, которые успешно лечатся ботулиническими нейротоксинами, все еще увеличивается. Постоянно расширяющееся терапевтическое и косметическое использование нейротоксинов ботулизма сопровождается исключительно высокими показателями безопасности по сравнению с другими фармацевтическими препаратами при условии, что они используются обученным медицинским персоналом.Патологические состояния можно лечить с помощью нейротоксинов ботулина после развития трех направлений исследований: определение молекулярных, клеточных, тканевых и фармакологических свойств многих новых обнаруживаемых ботулотоксинов; молекулярный дизайн и биотехнология производства нейротоксинов ботулина, наделенных новыми биологическими свойствами; понимание механизмов, регулирующих внутринейрональную локализацию и продолжительность действия ботулинических нейротоксинов in vivo.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫArnon SS, Schechter R, Inglesby TV, Henderson DA, Bartlett JG, Ascher MS, Eitzen E, Fine AD, Hauer J, Layton M, Lillibridge S, Osterholm MT, O'Toole T, Parker G, Perl TM, Russell PK, Swerdlow DL, Tonat K, Botulinum toxin as a biological weapon: medical and public health management. JAMA. 2001 Feb 28; 285(8):1059-70.Blasi J, Chapman ER, Link E, et al. Botulinum neurotoxin: a selectively cleaves the synaptic protein SNAP-25. Nature 1993;365:160-163.        DasGupta BR, Dekleva ML. 1990. Botulinum neurotoxin type A: sequence of amino acids at the N-terminus and around the nicking site. Biochimie 72:661–664.Dekleva ML, Dasgupta BR. 1990. Purification and characterization of a protease from Clostridium botulinum type A that nicks single-chain type A botulinum neurotoxin into the di-chain form. J Bacteriol 172:2498–2503. Dineen, S.S., Bradshaw, M., Karasek, C.E., Johnson, E.A., 2004. Nucleotide sequence and transcriptional analysis of the type A2 neurotoxin gene cluster in Clostridium botulinum. FEMS Microbiol. Lett. 235, 9-16.Erbguth F.J. From poison to remedy: The chequered history of botulinum toxin. J. Neural Transm. 2008;115:559–565. Franciosa, G., Maugliani, A., Scalfaro, C., Aureli, P., 2009. Evidence that plasmid-borne botulinum neurotoxin type B genes are widespread among Clostridium botulinum serotype B strains. PLoS One 4, e4829.Gu S, Rumpel S, Zhou J, Strotmeier J, Bigalke H, Perry K, Shoemaker CB, Rummel A, Jin R. 2012. Botulinum neurotoxin is shielded by NTNHA in an interlocked complex. Science 335: 977–981.Hatheway CL Botulism: the present status of the disease.Curr Top Microbiol Immunol. 1995; 195():55-75.Hauschild AW. 1993. Epidemiology of human foodborne botulism, p 69–104. In Dodds KL. (ed), Clostridium botulinum: ecology and control in foods. Marcel Dekker, New York, NY.Henderson, I., Davis, T., Elmore, M., Minton, N., 1997. The genetic basis of toxin production in Clostridium botulinum and Clostridium tetani, in: Rood, I. (Ed.), The Clostridia: Molecular Biology and Pathogenesis. Academic Press, New York, pp. 261-294. Henderson, I., Whelan, S.M., Davis, T.O., Minton, N.P., 1996. Genetic characterization of the botulinum toxin complex of Clostridium botulinum strain NCTC2916. FEMS Microbiol. Lett. 140, 151-158.Hill, K.K., Xie, G., Foley, B.T., Smith, T.J., Munk, A.C., Bruce, D., Smith, L.A., Brettin, T.S., Detter, J.C., 2009. Recombination and insertion events involving the botulinum neurotoxin complex genes in Clostridium botulinum typesA, B, E and F and Clostridium butyricum type E strains. BMC Biol 7, 66.Hutson, R.A., Zhou, Y., Collins, M.D., Johnson, E.A., Hatheway, C.L., Sugiyama, H., 1996. Genetic characterization of Clostridium botulinum type A containing silent type B neurotoxin gene sequences. J. Biol. Chem. 271, 10786-10792Johnson EA, Montecucco C. 2008. Botulism. Handb Clin Neurol 91:333–368.Bomba-Warczak E, Vevea JD, Brittain JM, Figueroa-Bernier A, Tepp WH, Johnson EA, Yeh FL, Chapman ER Interneuronal Transfer and Distal Action of Tetanus Toxin and Botulinum Neurotoxins A and D in Central Neurons.Cell Rep. 2016 Aug 16; 16(7):1974-87.Jacobson, M.J., Lin, G., Raphael, B., Andreadis, J., Johnson, E.A., 2008. Analysis of neurotoxin cluster genes in Clostridium botulinum strains producing botulinum neurotoxin serotype A subtypes. Appl Environ Microbiol 74, 2778-2786.Jovita, M.R., Collins, M.D., East, A.K., 1998. Gene organization and sequence determination of the two botulinum neurotoxin gene clusters in Clostridium botulinum. Cur. Microbiol. 36, 226-231.Lin, W.J., Johnson, E.A., 1995. Genome analysis of Clostridiumbotulinum type A by pulsedfield gel electrophoresis. Appl. Environ. Microbiol. 61, 4441-4447Marshall, K.M., Bradshaw, M., Pellet, S., Johnson, E.A., 2007. Plasmid encoded neurotoxin genes in Clostridiumbotulinum serotype A subtypes. Biochem Biophys Res Commun 361, 49-54.Poulain, B., Stiles, B.G., Popoff, M.R., Molgó, J., 2006. Attack of the nervous system by clostridial toxins: Physical findings, cellular and molecular actions, in: Alouf, J.E., Popoff, M.R. (Eds.), The Sourcebook of Bacterial Protein Toxins, 3° ed. Elsevier, Academic Press, Amsterdam, pp. 348-389.Paiva A, Meunier FA, Molgo J, Aoki KR, Dolly JO. Functional repair of motor endplates after botulinum neurotoxin type A poisoning: biphasic switch of synaptic activity between nerve sprouts and their parent terminals. Proc Natl Acad Sci USA 1999;96:3200-3205. Raffestin, S., Dupuy, B., Marvaud, J.C., Popoff, M.R., 2005. BotR/A and TetR are alternative RNA polymerase sigma factors controlling the expression of the neurotoxin and associated protein genes in Clostridiumbotulinum type A and Clostridium tetani. Mol. MIcrobiol. 55, 235-249.Rizo J, Sudhof TC. Mechanics of membrane fusion. Nat Struct Biol 1998;5:839-842Rosales RL, Arimura K, Takenaga S, Osame M. Extrafusal and intrafusal muscle effects in experimental botulinum toxin-A injection. Muscle Nerve 1996;19:488-496. Smith, T.J., Hill, K.K., Foley, B.T., Detter, J.C., Munk, A.C., Bruce, D.C., Doggett, N.A., Smith, L.A., Marks, J.D., Xie, G., Brettin, T.S., 2007. Analysis of the Neurotoxin Complex Genes in Clostridium botulinum A1-A4 and B1 Strains: BoNT/A3, /Ba4 and /B1 Clusters Are Located within Plasmids. PLoS ONE 2, e1271.Schiavo G, Matteoli M, Montecucco C. 2000. Neurotoxins affecting neuroexocytosis. Physiol Rev 80:717–766.Simpson et al. Method in Enzymology, 165: 76, 1988 Skarin, H., Segerman, B., 2011. Horizontal gene transfer of toxin genes in Clostridium botulinum: Involvement of mobile elements and plasmids. Mob Genet Elements 1, 213- 215Torrens J.K. Clostridium botulinum was named because of association with “sausage poisoning” Br. Med. J. 1998; 316:151. Wang et al. Dermatol Las Faci Cosm Surg., 2002: 58, 2002.Weickert, M.J., Chambliss, G.H., Sugiyama, H., 1986. Production of toxin by Clostridium botulinum type A strains cured of plasmids. Appl. Environ. Microbiol. 51, 52-56.Williamson CH, Sahl JW, Smith TJ, Xie G, Foley BT, Smith LA, Fernández RA, Lindström M, Korkeala H, Keim P, Foster J, Hill K. Comparative genomic analyses reveal broad diversity in botulinum-toxin-producing Clostridia. BMC Genomics. 2016 Mar 3; 17():180.Yoshida K, Kaji R, Kubori T, Kohara N, Iizuka T, Kimura J. Muscle afferent block for the treatment of oromandibular dystonia. Mov Disord 1998; 13:699-705