TOSSINE

TOSSINE

(XXXIV, p. 112; App. II, II, p. 1009)

Con il nome di t. vengono indicate in medicina e in biologia numerosissime sostanze prodotte da organismi viventi, capaci di svolgere, secondo diversi meccanismi d'azione, un effetto tossico su cellule, tessuti e apparati di altri organismi. Possono dimostrare proprietà antigeniche, la capacità cioè di essere riconosciute come molecole estranee dagli organismi in cui esplicano la loro attività specifica.

Fra le t. di origine animale, alcuni veleni prodotti dai serpenti e inoculati all'atto del morso sono tanto nocivi da determinare la morte dell'animale colpito, o anche di un uomo, in pochi minuti. Altre t. vengono inoculate con la puntura da alcuni artropodi (vespe, ragni, scorpioni); altre ancora vengono secrete dalle ghiandole poste alla base dei raggi delle pinne dorsali di alcune specie di pesci (trachinidi e scorpenidi). Sempre nel regno animale sono da ricordare alcune t. presenti nei tessuti di pesci, che possono determinare la morte a seguito dell'ingestione delle carni di questi.

Numerose sono le sostanze tossiche prodotte dai vegetali superiori (ricina, glucosidi, ecc.) o inferiori. Oltre ai tipici veleni fungini come la falloidina e l'amanitina, occorre ricordare che i vegetali usati per l'alimentazione del bestiame (soprattutto dopo insilamento) possono risultare notevolmente tossici per la presenza di t. prodotte da microrganismi moltiplicatisi durante le fasi di conservazione. In modo particolare l'attenzione degli studiosi è stata attratta da varie specie di microrganismi appartenenti al genere Aspergillus, capaci di produrre tutta una serie di veleni detti aflatossine. Queste t. sono dotate di una tossicità acuta e cronica per il bestiame che le ingerisce e possono essere pericolose anche per l'uomo che consumi carni e latte provenienti da questi animali. È stato accertato infatti che a seguito di trasformazioni metaboliche che avvengono negli organismi animali superiori, da queste aflatossine possono essere generati prodotti cancerogeni che assumono particolare pericolosità per la specie umana. Nell'uomo inoltre in alcuni casi queste aflatossine possono essere assunte direttamente, consumando particolari tipi di alimenti conservati (frutta secca).

Il gruppo di t. più importante, per le molte specie interessate e per i differenti meccanismi d'azione coinvolti, è certamente quello delle t. di origine batterica. Quelle attualmente conosciute sono molto numerose, poiché in aggiunta a quelle già da tempo note, ne vengono identificate sempre di nuove. Lo studio delle t. batteriche appare quindi sempre più complesso, anche perché in varie specie microbiche l'azione patogena a carico dell'organismo parassitato è dovuta non a una sola t., ma all'azione di differenti tipi di t. prodotti dal microrganismo o direttamente all'azione di alcuni suoi costituenti. Una prima distinzione in esotossine ed endotossine è stata fatta identificando le prime con prodotti versati dal batterio all'esterno e le seconde con i veri e propri costituenti della cellula microbica. Successivamente come criterio di classificazione e di studio è stata presa in considerazione la natura chimica della t., facendo così una netta distinzione fra t. di natura proteica e t. di natura glico-lipidica. A questa fondamentale differenza di struttura si accompagnano tutta una serie di comportamenti (resistenza al calore e agli agenti fisico-chimici, peso molecolare, potere antigene, trasformabilità in tossoidi, ecc.) che valgono a caratterizzare la t. stessa. Dal punto di vista operativo, molto utile si è rivelato un criterio classificativo che prende in esame il particolare tropismo della t. verso le cellule di determinati organi, apparati e sistemi, in funzione cioè dell'organo bersaglio principale, la cui identificazione è legata alla presenza di recettori cellulari per la t. e alla via di diffusione di questa nell'organismo. Su questa base, allo stato attuale è possibile riconoscere t. citolitiche in grado di ledere le membrane delle cellule bersaglio provocandone la morte; t. neurotrope, che agiscono elettivamente sul sistema nervoso, qualunque sia la via di penetrazione del batterio nell'organismo e la sua sede di moltiplicazione. Vi sono poi delle enterotossine, che agiscono elettivamente a livello intestinale e sono alla base dei quadri tossici conseguenti all'ingestione di alimenti contaminati da esse o dai batteri che le producono. Vi sono infine t. classificabili come pantrope le quali svolgono la loro azione tossica nei confronti di cellule appartenenti a diversi apparati o sistemi, in virtù di un caratteristico meccanismo d'azione che può esplicarsi a livello dei più svariati tipi cellulari.

Proprio sul meccanismo biologico d'azione delle t. batteriche si è andata focalizzando sempre più negli anni l'attenzione degli studiosi, nel senso che per ogni t. si è cercato di identificare a livello molecolare il sito d'azione e l'intimo meccanismo biologico. Tutta questa serie di studi ha permesso di distinguere, sulla base dell'azione tossica a livello cellulare, varie categorie di veleni. Sono state così riconosciute t. che agiscono dal di fuori delle cellule colpite, con un meccanismo tipicamente extracellulare, e altre che interagiscono a livello della membrana della cellula bersaglio, ma sempre senza penetrare in essa. La maggior parte delle t. però è capace di attraversare questa membrana, e una volta all'interno della cellula, è in grado di alterarne le funzioni regolatorie o addirittura di svolgere una azione citocida.

Fra le t. con azione extracellulare è da ricordare la t. epidermolitica (o t. esfoliativa) prodotta da alcuni particolari stafilococchi. Questi batteri moltiplicandosi sulla superficie del corpo possono causare la cosiddetta Sindrome della Cute Ustionata (Scalded Skin Syndrome), una necrolisi epidermica acuta che colpisce quasi esclusivamente i bambini nella prima infanzia. L'effetto patologico di questa grave sindrome è rappresentato dalla separazione delle cellule che costituiscono lo strato epidermico, seguito da estesa perdita del mantello cutaneo in ampie zone del corpo.

Un'azione a livello di membrana cellulare è invece caratteristica delle t. citolitiche che agiscono come emolisine, capaci cioè di alterare l'integrità fisiologica e strutturale degli eritrociti la cui membrana costituisce l'organo bersaglio. Ciò avviene a mezzo di due meccanismi fondamentali: la formazione di pori o di canali attraverso la membrana e la scissione enzimatica di componenti lipidici della membrana stessa. Nel primo caso si tratta di t. formate da polipeptidi con carattere anfifilico (contenenti cioè sia gruppi idrofili che idrofobi) che si inseriscono nel doppio strato lipidico della membrana dell'eritrocita formando pori o canali che mettono in comunicazione il citosol della cellula con l'ambiente esterno. Tra le varie emolisine che riconoscono questo meccanismo d'azione vi sono la O-streptolisina di Streptococcus pyogenes e tutte le altre emolisine costituenti il gruppo delle emolisine ossigeno-labili o tiol-dipendenti. Si tratta di t. la cui azione biologica è strettamente legata al loro stato ridotto (cioè di mancata ossidazione) e che quindi necessitano per la loro attività della presenza nelle molecole di gruppi sulfidrilici liberi. Per quanto riguarda invece le t. citolitiche ad azione enzimatica sui lipidi di membrana, queste t. vanno identificate con delle vere e proprie fosfolipasi che, venendo a contatto con cellule di organismi superiori contenenti fosfolipidi a livello della membrana cellulare, svolgono la loro azione come un qualunque enzima che incontri il relativo substrato. A seguito di tale azione i fosfolipidi cellulari (ampiamente presenti nelle cellule nervose e in quelle del sangue) vengono scissi e in conseguenza di ciò la cellula, irrimediabilmente colpita, si lisa. Il danno che ne consegue all'organismo è estremamente grave: interessante è il fatto che il meccanismo d'azione a livello cellulare di queste t. batteriche è simile a quello di potenti veleni dei serpenti.

Come si è detto, soltanto alcune t. agiscono al di fuori della cellula bersaglio o, al massimo, a livello della membrana; molte altre svolgono il loro effetto penetrando e agendo all'interno della cellula. In alcuni casi il meccanismo di alterazione della regolazione cellulare, altamente specifico, è stato completamente chiarito. Fra le t. che alterano le funzioni delle cellule dopo essere penetrate in questa, deve essere ricordato il gruppo delle t. ADP-ribosilanti, dotate di attività enzimatica consistente in un'azione sul NAD (nicotinamide-adenina-dinucleotide) con distacco della nicotinamide e trasferimento del resto della molecola (adenosina-difosfato-riboso) su una molecola proteica bersaglio. Si tratta quindi di un processo di modificazione post-traduttiva delle proteine, in grado di modulare la funzionalità di cellule bersaglio degli organismi superiori. Il gruppo delle t. ADP-ribosilanti è numeroso e comprende, fra le altre, la t. difterica, la t. A di Pseudomonas aeriginosa, la t. pertossica e la t. colerica con varie altre enterotossine correlate. Queste ultime rappresentano le enterotossine in senso stretto, la cui azione si manifesta in modo caratteristico a livello dell'intestino tenue, con accumulo nel lume intestinale di rilevanti quantità di liquidi e la comparsa di manifestazioni diarroiche anche assai gravi.

Altri esempi tipici di t. il cui meccanismo d'azione molecolare appare ormai definitivamente chiarito sono rappresentati dalla t. tetanica e dalla t. botulinica, due tipiche t. neurotrope. Entrambe sono state riconosciute come metallo-enzimi, in particolare zinco-endopeptidasi, capaci di interferire nella trasmissione dell'impulso nervoso. Mentre la prima, che è responsabile della gravissima sindrome tetanica, agisce a livello del sistema nervoso centrale con una tipica paralisi spastica dei gruppi muscolari innervati dai neuroni colpiti, la t. botulinica, che è responsabile della sindrome omonima, determina una paralisi flaccida a seguito di un'azione specifica sulle fibre nervose colinergiche periferiche.

Spesso l'azione intracellulare delle t. è molto più lesiva, in quanto non si limita ad alterare più o meno gravemente una funzione della cellula, ma esercita addirittura un effetto letale, come per es. si verifica nel caso della t. difterica, attraverso un meccanismo d'inibizione della sintesi proteica nei vari tipi di cellule bersaglio.

Un particolare tipo di t. è rappresentato infine dal lipopolisaccaride batterico (LPS), presente nella parete cellulare dei batteri Gram-negativi e costituito da una parte lipidica (lipide A) che rappresenta la vera frazione tossica e da un componente eterosaccaridico che ne modula l'azione biologica. Il LPS è in effetti la classica endotossina dei batteri Gram-negativi e dalla sua interazione con i macrofagi derivano come effetto la liberazione di alcune citochine, l'azione sugli endoteli vascolari, l'attivazione del complemento attraverso la via alternativa e l'innesco della cascata di eventi legati alla coagulazione del sangue. In ragione delle loro varie e peculiari attività biologiche queste t. producono nell'ospite una vasta gamma di sintomi in conseguenza del loro effetto sui diversi organi e sistemi.

Va infine ricordato che le conoscenze che sono state acquisite negli ultimi anni sulle t. batteriche non soltanto hanno permesso di chiarire il meccanismo d'azione di questi veleni biologici a livello molecolare, ma costituiscono anche la premessa per importanti progressi nella lotta contro varie malattie da infezione. Così a vaccini preparati partendo da t. batteriche (per es. vaccini antitetanico e antidifterico), ormai messi a punto e largamente usati nella pratica vaccinale con pieno successo da molti decenni, se ne sono aggiunti altri altrettanto importanti, di più recente acquisizione.

Un esempio tipico è rappresentato dal vaccino impiegato nella profilassi del tifo addominale, allestito con batteri vivi e attenuati e che induce una buona immunità dopo somministrazione per via orale. Esso è preparato con un particolare ceppo mutante di Salmonella typhi (ceppo Ty 21a) che è privo dell'enzima UDP-galattoso-4-epimerasi, il che lo rende incapace della sintesi di un particolare costituente della parete cellulare. Questo costituente è da identificare con il lipopolisaccaride che costituisce l'endotossina di Salmonella typhi. Di conseguenza il ceppo Ty 21a è capace di sintetizzare in vivo (cioè nell'intestino della persona vaccinata) sufficienti quantità di polisaccaridi cellulari, importanti per l'immunizzazione, ma non di formare il costituente tossico del batterio che è responsabile dei fenomeni patologici tipici di questa grave infezione. Un'altra applicazione molto importante è rappresentata dal recente allestimento di un vaccino antipertosse acellulare, ottenuto cioè con una variante della t. pertossica modificata a mezzo di tecniche d'ingegneria genetica. Questo vaccino utilizza un mutante batterico capace di produrre una t. con tutte le caratteristiche antigeniche di quella nativa (ovvero con la sua capacità di indurre nell'organismo ospite la produzione di anticorpi), ma che consente di attuare la vaccinazione antipertosse senza i rischi collaterali presentati dai vaccini tradizionali con batteri uccisi (v. anche vaccino, in questa Appendice).

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