Ботулотоксин

Ботулотоксин
Общие
Сокращения	BoNT
Традиционные названия	ботулотоксин
Химическая формула	C6760H10447N1743O2010S32
Физические свойства
Отн. молек. масса	149322 а. е. м.
Молярная масса	149322 г/моль
Термические свойства
Классификация
Рег. номер CAS	93384-43-1
Регистрационный номер EC	3.4.24.69
Безопасность
Токсичность	мыши, внутрибрюшно, мкг/кг веса Тип A — 0.0012 Тип B — 0.0012 Тип C1 — 0.0011 Тип C2 — 0.0012 Тип D — 0.0004 Тип E — 0.0011 Тип F — 0.0025

Ботулотоксин (ботулинический токсин, токсин ботулизма) — нейротоксин белковой природы, вырабатываемый бактериями Clostridium botulinum. Сильнейший яд из известных науке органических токсинов и веществ в целом.^[1] Попадание ботулотоксина в организм вызывает тяжёлое токсическое поражение — ботулизм, который в естественных условиях встречается у людей, лошадей, птиц, реже — крупного рогатого скота, пушных зверей.

Ботулотоксин по серовару возбудителя делят на типы A, B, C1, C2, D, E, F, G, из них наиболее часто встречается тип А. Летальная доза LD50 у различных сероваров в среднем составляет 0,001 мкг/кг веса, наиболее ядовитым является тип D (0,0004 мкг/кг веса)^[2]

Токсичность

Ботулотоксин является одним из самых сложных белков, синтезируемых живым организмом. Его масса составляет около 150 тысяч атомных единиц масс, что в три раза превосходит типичный размер белковой цепи, немногие белки превышают этот средний размер. Размер молекулы ботулотоксина приближается к верхнему пределу возможных масс белков.^[1]

Закономерность, установленная биохимиком, профессором Н. И. Кобозевым, говорит о том, что биологическая активность вещества возрастает с увеличением его молекулярной массы. Изыскания химика Н. С. Антонова, главы отдела растворов и рецептур Центрального научно-исследовательского военно-технического института Сухопутных войск, показывают, что изменения структуры вещества влияют на его активность в незначительных пределах. Таким образом, при увеличении токсичности вещества на порядок, его масса должна возрасти до 1,5 миллионов а. е. м., на 2 порядка — до 15 миллионов.^[1]

В то же время другие организмы не могут начать вырабатывать более ядовитые токсины, подобные ботулотоксину из-за противоречия теории естественного отбора Дарвина. Если представить эволюционную пирамиду в виде холмистого ландшафта, предложенного генетиком С. Райтом, то каждому виду токсина будет соответствовать холмик. Для того, чтобы усовершенствовать свой токсин до уровня ботулотоксина, организму пришлось бы идти против эволюции, «спускаясь» с холмика.^[1]

Иными словами, в природе не могут существовать вещества токсичнее ботулотоксина.^[1] При этом ботулотоксин в 70 тысяч раз более ядовит, чем самое токсичное искусственно синтезированное вещество, классический диоксин — 2,3,7,8 тетрахлородибензо-п-диоксин (TCDD).

Наиболее близким к ботулотоксину ядом как по структуре, так и по силе является тетаноспазмин. Он вырабатывается другим видом клостридий — Clostridium tetani, возбудителем столбняка. Тем не менее он уступает ботулотоксину в ядовитости вследствие более низкой молекулярной массы — 140 тысяч а. е. м.

Воздействие на организм

Действие ботулотоксина на организм

Основные статьи: Ботулизм, Clostridium botulinum

Клостридии ботулинум, будучи строгими анаэробами, способны размножаться только в условиях полного отсутствия кислорода. Как правило, это консервированные и колбасные изделия (особенно консервированные жареные грибы и заготовленные большими кусками мясо и рыба с повреждениями на поверхности). Вырабатываемый бактериями при размножении экзотоксин попадает в организм вместе с пищей, всасываясь в желудочно-кишечном тракте и воздействуя при этом на нервную систему, вызывает нарушения в работе черепных нервов, скелетной мускулатуры, нервных центров сердца. Характерны глазная симптоматика (туман, мушки перед глазами, мидриаз и анизокория зрачков, косоглазие), позднее присоединяются бульбарные симптомы (нарушение речи и глотания, маскообразное лицо). Смерть наступает от гипоксии, вызванной нарушением обменных процессов кислорода, асфиксией дыхательных путей, параличом дыхательной мускулатуры и сердечной мышцы.

Физико-химические показатели

Ботулотоксин не имеет вкуса, цвета и запаха (изредка поражённый продукт приобретает запах прогорклого масла). Разрушается при кипячении в течение 5-10 минут, при автоклавировании в течение часа при температуре 121 °C, при замачивании в растворе 1 % пищевой соды в течение часа. Токсин не разрушается при взаимодействии с соляной кислотой желудочного сока.

Применение в медицине

Основная статья: Ботулинический нейротоксин типа A-гемагглютинин комплекс

Интерес к ботулотоксину, как возможному лекарственному средству, появился в начале XX века. Во время Второй мировой войны было проведено всестороннее изучение токсина на предмет использования в качестве биологического оружия. Эти исследования дали основу для получения высокоочищенного кристаллического ботулотоксина типа А.^[3]

Первым в медицинской практике ботулотоксин в конце 70-х годов применил американский офтальмолог Алан Скотт. Он вводил очищенный токсин в микродозах в орбитальную мышцу глаза для лечения блефароспазма. Им также было исследовано влияние токсина на нистагм, лицевой гемиспазм, спастическую кривошею и спастические болезни ног.^[3]

В современной практике препараты на основе ботулотоксина (Ботокс, BTXA, Диспорт) используются для лечения гиперактивности поперечно-полосатой мускулатуры и мышц сфинктеров, гиперфункции экзокринных желёз, различных болевых синдромов спастического характера. В косметологии токсин применяется для разглаживания мимических морщин,^[3] аналогичным способом — для купирования мигреней [1]

Боевое применение ботулотоксина

В XX веке при подготовке к химической и бактериологической войне разрабатывались методы производства токсина ботулизма для военных и диверсионных целей. В США во время Второй мировой войны ботулотоксин рассматривался как перспективное биологическое оружие, но позднее Соединённые Штаты отказались от его разработки^[4]. В военных центрах США, Англии и Канады рассматривался именно ботулотоксин типа А, который наиболее опасен для человека^[5]. Существует версия, что ботулотоксин был применён при убийстве Рейнхарда Гейдриха бойцами чехословацкого сопротивления, которых подготовили британские спецслужбы^[6][7]. В 1971 году Генеральная ассамблея ООН одобрила конвенцию о запрещении разработки, производства и накопления запасов токсического оружия и об их уничтожении. Участниками конвенции (1985 г.) является 101 государство^[8].

В результате многолетних исследований в 1975 году ботулотоксин типа А был принят на вооружение армии США под шифром XR, запасы которого хранятся в арсенале Пайн-Блафф в штате Арканзас. Токсичность при ингаляции для человека LDт₅₀ 0,00002 мг·мин/л для сухого XR и 0,0001 мг·мин/л — для его рецептур. Летальный исход может наступить в течение трёх суток. В воздухе аэрозоль эффективен, как биооружие, в течение 12 часов. Дегазировать XR можно только с помощью водных растворов активного хлора 100—350 мг/л, например 0,1—0,2 % растворами хлораминов или гипохлоритов. Особенно легко дезактивируют XR растворы формальдегида (токсичность снижается на 99 % в течение минуты)^[5].

Наиболее опасно для популяции биологическое оружие в виде аэрозоля, потому что токсин хорошо всасывается со слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей^[9]. Защита от аэрозоля XR надёжно обеспечивается противогазами и респираторами^[5].

Примечания

1. ↑ ^{1 2 3 4 5} Супотницкий М. В. Глава 1.5. Токсины патогенных бактерий // Микроорганизмы, токсины и эпидемии. — М., 2000. — 376 с.
2. ↑ Toxins of Biological Origin. Архивировано из первоисточника 25 августа 2011. Проверено 19 июня 2010.
3. ↑ ^{1 2 3} Наталья Аставина Ботулотоксин. Две стороны одной медали. (рус.) // Consilium provisorum : журнал. — 2009. — № 2 (58). — С. 6-9.
4. ↑ Создание бактериологического оружия в США. Архивировано из первоисточника 4 апреля 2012. Проверено 23 июля 2009.
5. ↑ ^{1 2 3} В.Н. Александров, В.И. Емельянов. Ботулинические токсины и вещество XR // Токсины как химическое оружие  (рус.) (pdf). «Химия и Химики». — глава из учебного пособия «Отравляющие вещества», М. Воениздат, 1990.. Архивировано из первоисточника 4 апреля 2012. Проверено 23 июля 2010.
6. ↑ Defalgue, Ray J., Wright, Amos J. The Puzzling Death of Reinhard Heydrich // Bulletin of Anesthesia History. — январь 2009. — В. 1. — Т. 27. — P. 6.
7. ↑ W. Seth Carus, Center for Counterproliferation Research, National Defense University Bioterrorism and biocrimes: the illicit use of biological agents since 1900. — The Minerva Group, Inc, 2002. — P. 89. — 220 p. — ISBN 9781410100238
8. ↑ Современные средства поражений (ppt). Архивировано из первоисточника 4 апреля 2012. Проверено 31 июля 2009.
9. ↑ Ботулизм на eurolab.ua. Архивировано из первоисточника 1 февраля 2011. Проверено 19 июля 2009.

Литература

• В.Н. Александров, В.И. Емельянов. Токсины как химическое оружие // Отравляющие вещества / ред. Г.А Сокольский. — 2-е изд. — М.: Воениздат, 1990. — 272 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-203-00341-6

Ссылки

• Свойства ботулинического токсина А
• Аминокислотная последовательность ботулотоксина А

Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.