Ботулинические токсины

Токсины бактерий Clostridium botulinum — ботулинические токсины — являются рекордно высокотоксичными веществами. Известно семь антигенных типов этих токсинов (A, B, C, D, E, F и

111

G). Из них наиболее изученным является токсин типа А, состояв­ший на вооружении армии США под шифром «X».

Ботулинические токсины производились в промышленном масш­табе. Дальнейший прогресс в технологии получения токсинов связан с использованием более токсигенных штаммов бактерий-продуцен­тов токсина, полученных методами традиционной селекции или ген­ной инженерии. В оптимальных условиях в 1 мл культуральной среды можно получить до 1,5 млн. летальных доз токсина типа А, 2,0 млн. — токсина типа В и до 142 млн. — токсина типа D.

Для каждого токсигенного типа известно несколько молеку­лярных форм, причем в каждой из них содержится нейротоксин с молекулярным весом примерно 150000 дальтонов, ассоцииро­ванный с нетоксичными белками. Структура ассоциированных белков не изучена, а их роль, как полагают, состоит в стабилиза­ции и защите нейротоксина.

Химическое строение (аминокислотная последовательность) нейротоксинов установлена в 80-х годах, хотя отдельные нейротоксины были получены в кристаллической форме еще в 1946 году.

Кристаллический нейротропный токсин типа А выделяется в виде бесцветных игл. Его молекула представляет собой двудоменную глобулу с молекулярной массой около 150000 дальто­нов, в состав которой входит до 1500 аминокислотных остатков. Домены (субъединицы) А и В представляют собой линейные пол­ипептиды с молекулярным весом примерно 51000 и 99000 дальтонов соответственно.

В сухом состоянии измельченный ботулинический токсин мо­жет длительное время сохраняться без потери активности и в та­ком виде применяться путем распыления. Водные растворы ботулинических токсинов неустойчивы. Нейротоксин типа А теряет 80% активности в течение 2-х суток. Это ограничивает возмож­ности по применению ботулинических токсинов путем дисперги­рования их водных растворов. Для повышения устойчивости ток­синов в водный раствор дополнительно вводятся протеины, ами­нокислоты и нуклеиновые кислоты.

Токсическое действие ботулинических токсинов связано с нарушением нейро-мышечной передачи вследствие блокады вы­деления ацетилхолина в синапсах. Вместе с тем в проявлении токсического действия этих токсинов играет роль наличие у них ферментативной активности и обусловленная ею способность вызывать гидролиз синаптобревина — протеина, входящего в со­став мембраны синапсов.

Начальными симптомами поражения ботулиническими токси­нами являются тошнота, диарея, головная боль и головокруже­ние, утомляемость, слабость, запоры. В последующих фазах про­явления интоксикации расстраивается зрение, появляется сухо-

112

сть в полости рта, парализуются мышцы в носу и гортани. Речь становится затрудненной, иногда невозможной. Мышцы всего тела постепенно слабеют, дыхание нарушается. Тяжелые отрав­ления заканчиваются летальным исходом в результате паралича дыхательной мускулатуры и сердечной мышцы.

Первые признаки поражения при оральном поступлении ток­сина наблюдаются не ранее чем через 12—72 часа. При ингаля­ционном воздействии продолжительность скрытого периода меньше и может быть дополнительно уменьшена путем увеличе­ния дозы токсина.

Данные по сравнительной токсичности нейротропных ботулинических токсинов представлены в табл. 7. При внутрибрюшинном введении мышам наиболее высокий уровень токсично­сти отмечается у нейротоксина типа А. Из лабораторных живо­тных наиболее чувствительной к действию ботулинических ток­синов является морская свинка, для которой летальные дозы при внутрибрюшинном, ингаляционном и оральном введении равны 9,4·10^-7, 3,18·10^-5 и 1,87·10^-4 мг/кг соответственно.

Зафиксированная летальная доза ботулинического токсина для человека при оральном введении находится в пределах 1,43·10^-6 - 1,43·10^-5 мг/кг. Используя методы моделирования (переноса доз, полученных в экспериментах на лабораторных животных, на человека), получены следующие величины прогно­зируемых летальных доз ботулинического токсина для человека:

• при парэнтеральном введении…....3·10^-9 мг/кг;

• при ингаляционном введении…….3·10^-8 мг/кг;

• при оральном введении…………...3·10^-6 мг/кг.

Таблица 7

Летальные дозы ботулинических токсинов для мыши

при внутрибрюшинном введении

Тип токсина	Молекулярный вес		LD50 мг/кг
	Домен А	Домен В
А	51000	99000	4,25·10­^-7
В	53000	112000	4,4·10­^-7
С	53000	98000	2,0·10­^-6
D	60000	110000	6,0·10­^-7
Е	50000	102000	1,04·10­^-5
F	51000	108000	1,25·10­^-6
G	—	—	1,0·10­^-6

113

Ингаляционная доза ботулинического токсина, выраженная величиной LCt50 оценивается величиной 0,02-0,1 мг.мин/м³. По этому показателю ботулинический токсин не менее чем в 750 раз токсичнее зарина и в 100 раз токсичнее вещества VX.

Несмотря на столь высокую токсичность при полевых испы­таниях, проведенных в США, в ходе которых ботулинический токсин диспергировался над группой привязанных животных, по числу смертельных поражений ботулинический токсин не на много превосходил отравляющие вещества нервно-паралитиче­ского действия, примененные тем же способом в тех же услови­ях. Следует иметь в виду, что в этом эксперименте моделирова­лось нападение на незащищенную живую силу противника. При активном противодействии (применение противогазов и др.) ре­зультат был бы в пользу отравляющих веществ. В докладе кон­сультантов ВОЗ «Здравоохраненческие аспекты химического и биологического оружия» приводится сравнение площадей пора­жения ботулиническим токсином и веществом VX, диспергиро­ванным до частиц размером 5 мкм, при условии расхода каждо­го из них по 4000 кг. Применительно к этому сценарию ботули­ническим токсином поражалась площадь 12 км², в то время как вещество VX наносило поражение на площади до 40 км². Сле­дует заметить, что в принятом сценарии применение вещества VX. преследовало цель нанесения ингаляционных поражений. Но вещество VX дает значительно большие площади поражения при применении его в виде грубодисперсного аэрозоля для нанесе­ния поражений через кожу. По другим данным для достижения поражений через кожные покровы расход вещества VX состав­ляет не более 2-3-х кг/га. Следовательно, в рассмотренном сце­нарии, применив 4000 кг вещества VX, можно вызвать пораже­ние живой силы на площади 13—20 км².

Несоответствие между уровнями токсичности и площадями поражений ботулиническим токсином и веществом VX, отмечае­мое в результатах условного применения этих поражающих агентов, является следствием ряда причин. Во-первых, при пере­воде в аэрозольное состояние токсин разлагается в большей сте­пени, чем вещество VX. Во-вторых, фракции аэрозоля токсина, наиболее эффективные при ингаляционном воздействии и имею­щие размер 5-10 мкм и менее, рассеиваются в верхних слоях атмосферы, не достигая поверхности земли, а фракции крупных частиц токсина, достигая поверхности земли, не вызывают пора­жений ни при попадании их на кожные покровы, ни при ингаля­ции. В рассматриваемом сценарии имел место дальний перенос аэрозоля токсина атмосферными потоками, в ходе которого часть токсина подвергалась детоксикации за счет факторов ок­ружающей среды.

114