Tossina colerica

Scoperta e caratterizzazione

Il colera (dal latino cholera, a sua volta dal greco κολή (kolé), “bile”) è un’infezione diarroica acuta causata da batteri gram-negativi detti vibrioni, appartenenti alla specie Vibrio cholerae. Sono note circa 200 varietà di vibrioni del colera, ma di questi sono solamente due quelli sistematicamente responsabili di epidemie, i sierogruppi O1 e O139.

Alcune descrizioni storiche del colera si trovano già a partire dal V secolo a.C. in alcuni scritti in sanscrito.

Tra il 1849 e il 1854 il medico inglese John Snow svolse significativi studi su questa malattia che portarono grandi progressi sul piano epidemiologico. Il batterio venne identificato per la prima volta dall’anatomista italiano Filippo Pacini nel 1854.

Il V. cholerae è stato isolato in coltura pura da un campione da parte di Robert Koch nel 1884. L’esistenza della tossina colerica venne postulata per la prima volta da Koch in Egitto nel 1886. Koch suppose che i sintomi causati da V. cholerae fossero dovuti a un “veleno” che è stato secreto dall’organismo. Tuttavia, la scoperta della tossina colerica dovette attendere più di mezzo secolo quando il microbiologo indiano Sambhu Nath De, nel 1959, riferì che il filtrato di coltura di V. cholerae privo di cellule era in grado “di suscitare un massiccio accumulo di liquido acqua di riso nelle anse ileali legate di conigli adulti”, dimostrando inequivocabilmente l’esistenza di una tossina (Fig. 1).

Professor Prof. Sambhu Nath De
Figura 1 – Professor Sambhu Nath De [Fonte: wikipedia.eng]

Struttura molecolare della tossina colerica

La tossina colerica è un’esotossina proteica binomiale multimerica prodotta dal batterio Gram-negativo V. cholerae nota anche come colerageno e talvolta abbreviata in CTX, Ctx o CT.

La tossina colerica è costituita da due frazioni proteiche A e B, a loro volta costituite da subunità (Fig. 2).

  • La subunità A (active) del peso di 28 kDa (240 amminoacidi) è divisa in due componenti (A1 e A2) legate da ponti disolfuro e rappresenta la subunità attiva;
  • Le cinque subunità B (binding) ciascuna del peso di 11 kDa (103 amminoacidi) sono identiche e disposte ad anello intorno alla subunità A e rappresentano le subunità di legame.
 Struttura cristallina della tossina del colera (CT). (A) CT (vista laterale; ID banca dati proteica [PDB]: 1XTC). La subunità CTA è mostrata in rosso (CTA1 in rosso scuro e CTA2 in rosso chiaro) e la subunità CTB è mostrata in blu; (B) CTB (vista dall'alto; ID PDB: 1XTC con subunità CTA rimossa). Ogni monomero della subunità B è mostrato in un colore diverso. Le immagini sono state create in Accelrys Discovery Studio Visualizer 2.5.
Figura 2 – Struttura cristallina della tossina del colera (CT). (A) CT (vista laterale; ID banca dati proteica [PDB]: 1XTC). La subunità CTA è mostrata in rosso (CTA1 in rosso scuro e CTA2 in rosso chiaro) e la subunità CTB è mostrata in blu; (B) CTB (vista dall’alto; ID PDB: 1XTC con subunità CTA rimossa). Ogni monomero della subunità B è mostrato in un colore diverso. Le immagini sono state create in Accelrys Discovery Studio Visualizer 2.5. [Fonte: Keegan J. Baldauf, Joshua M. Royal, Krystal Teasley Hamorsky and Nobuyuki Matoba, Cholera Toxin B: One Subunit with Many Pharmaceutical Applications, Toxins (Basel). 2015 Mar; 7(3): 974–996]

Meccanismo d’azione

Una volta ingerito il V. cholerae aderisce tramite il suo flagello polare alla parete intestinale. La tossina colerica prende contatto con i recettori dell’epitelio intestinale sfruttando le subunità B che legano il recettore gangliosidico monosialico di tipo 1 (GM1) presente sulle cellule epiteliali dell’intestino. Qui la porzione attiva della subunità A viene internalizzata mediante endocitosi e le componenti A1 e A2  si dissociano e traslocano nel citosol. La subunità A1 va a legarsi con una proteina G detta fattore di ADP-ribosilazione, che ne amplifica l’attività catalitica ADP-ribosilante, portando alla conversione metabolica incontrollata dell’ATP in cAMP (adenosina monofosfato ciclico). L’elevata presenza di cAMP risultante attiva una PKA (proteina chinasi A) che, attivando il canale di membrana per il cloro, aumenta l’efflusso verso il lume di cloro, sodio e altri elettroliti, ma soprattutto di acqua (Fig. 3).

Via biosintetica

Le tossine proteiche che agiscono all’interno della cellula ospite consistono in genere di due componenti: il primo (subunità A) è responsabile dell’attività biologica della tossina e il secondo (subunità B) è deputato a riconoscere e legare il recettore sulla cellula ospite, e a trasferire la subunità A all’interno di essa. La componente biologica della tossina resta inattiva fino a che non si libera dalla tossina nativa. La subunità A può essere attiva ma incapace di entrare nella cellula, la subunità B può entrare nella cellula ma non è tossica.

Per la tossina colerica le due subunità A e B sono sintetizzate separatamente ma si associano con legami non covalenti durante la secrezione e il legame al loro bersaglio.

Trasmissione e contagio

Il colera è una patologia rara nei Paesi occidentali e oggi il rischio di contrarre l’infezione è più elevato in caso di viaggi verso Paesi caratterizzati da trattamento idrico inadeguato e scarse condizioni igienico-sanitarie. A seguito di catastrofi naturali, è molto comune lo scatenarsi di epidemie di colera. Le principali riserve di questi patogeni sono rappresentate dall’uomo e dalle acque, soprattutto quelle presenti agli estuari dei fiumi, in quanto in quei punti sono prevalentemente salmastre.

Colera e acque
Figura 4 Colera e acque [Fonte: Shutterstock]

E’ una malattia a trasmissione oro-fecale, può essere contratta a seguito di ingestione di acqua o alimenti contaminati da materiale fecale di individui infetti. I cibi più a rischio per la trasmissione della malattia sono quelli crudi o poco cotti e, in particolare, i frutti di mare. Le scarse condizioni igienico-sanitarie e la mancanza di impianti fognari e di acqua potabile aumentano la probabilità di contrarre l’infezione; senza la contaminazione di cibo o acqua, il contagio diretto da persona a persona è molto raro in condizioni igienico-sanitarie normali.

Sintomatologia e diagnosi

La sintomatologia dell’infezione può essere variabile, da uno stato asintomatico a una condizione di diarrea profusa in cui non si ha dolore addominale o tenesmo rettale.

Il periodo di incubazione è di circa 2-3 giorni.

Le scariche di dissenteria sono brevi (50-150 mL eliminati a scarica) e frequenti (dalle 50 alle 100 scariche al giorno). Si può arrivare a perdere fino a un litro di liquidi all’ora andando incontro a uno stato di disidratazione che può culminare in shock ipovolemico. Il malato presenta sete, ipotensione, debolezza e tachicardia, può presentare acidosi metabolica, ipokaliemia e, in conseguenza a questo, crampi muscolari.

La perdita di liquidi in una percentuale superiore al 10% del peso corporeo può portare a oliguria, con possibilità di necrosi tubolare acuta e insufficienza renale. Nei casi peggiori di disidratazione si può arrivare al coma.

Terapia e Prevenzione

Nel trattamento del colera la cosa più importante è la reintegrazione dei liquidi e dei sali minerali persi con la diarrea e il vomito. Nei casi meno gravi è sufficiente la reidratazione orale mentre nei casi più severi può rendersi necessaria la reidratazione endovenosa con soluzioni elettrolitiche; il ringer lattato associato al potassio sono le due soluzioni endovenose preferite per la reidratazione.

Associata alla reidratazione può esserci la somministrazione di una terapia antibiotica che contribuisce a ridurre la sintomatologia e la durata della malattia anche se, nella maggior parte dei casi, i pazienti, quando è mantenuta una buona idratazione, non ne hanno bisogno. Le classi di farmaci principalmente utilizzate per il trattamento del colera sono le tetracicline (doxiciclina e ambramicina), i macrolidi (claritromicina) e i fluorochinoloni. L’OMS raccomanda gli antibiotici solamente in coloro che accusano una grave disidratazione.

Stop al colera
Figura 5 – Stop al colera [Fonte: Medici Senza Frontiere]

La prevenzione del colera si basa essenzialmente sul rispetto delle fondamentali norme igienico-sanitarie e sulla sterilizzazione e la potabilizzazione dell’acqua nelle zone di endemia.

Per prevenire l’insorgenza della malattia attualmente è disponibile un vaccino orale che può essere somministrato ai bambini dai due anni in su e agli adulti. Affinché il vaccino esplichi la sua azione protettiva, è necessario che trascorra un intervallo di tempo di una settimana dall’ultima somministrazione effettuata.

Fonti

  • Suman Kanungo, Andrew S Azman, Thandavarayan Ramamurthy, Jaqueline Deen, Shanta Dutta, Cholera, The Lancet, Volume 399, ISSUE 10333, P1429-1440, April 09, 2022
  • Keegan J. Baldauf, Joshua M. Royal, Krystal Teasley Hamorsky and Nobuyuki Matoba, Cholera Toxin B: One Subunit with Many Pharmaceutical Applications, Toxins (Basel). 2015 Mar 20;7(3):974-96. doi: 10.3390/toxins7030974. PMID: 25802972.
  • Joaquin Sanchez, Jan Holmgren, Cholera toxin – a foe & a friend, Indian J Med Res 2011 Feb;133(2):153-63, PMID: 21415489, PMCID: PMC3089046.
  • https://www.epicentro.iss.it/colera/

Crediti delle immagini

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