细菌毒素和真菌毒素.ppt

第六章 细菌和真菌毒素 主要内容 第一节 细菌毒素与食品安全微生物安全内毒素 毒性 特点和作用模式外毒素 毒性 特点和作用模式常见的细菌毒素第二节 真菌毒素大型真菌毒素霉菌污染黄曲霉毒素镰刀菌毒素青霉菌毒素 一 微生物安全 食品安全据国内外统计 在各种食物中毒中 以细菌性食物中毒最多 化学安全 三鹿 双汇微生物安全 召回制度 recall 2007 ToppsMeat 美国最大冷冻hamburgers的生产商 EscherichiacoliO157 H7 召回980万公斤牛肉 自动破产2008 Westland Hallmark lackofcompleteandproperinspection 召回6486万公斤牛肉 强制破产2009 PeanutCorporationofAmerica 沙门氏菌 361个公司 召回3913个产品 二 细菌性食物中毒 食用富有大量病原菌的食物引起的中毒称为感染性食物中毒 食用由于细菌大量繁殖而产生毒素的食物中毒称为毒素型食物中毒 细菌的致病性和毒力 致病性 一定种类的病原菌在一定的条件下 能在宿主体内引起感染的能力称为致病性 致病性是细菌种的特征之一 毒力 病原菌致病力的强弱程度 是量的概念 同一细菌的不同菌株 其毒力不一样 毒力是菌株的特征 毒力因子 构成细菌毒力的物质称为毒力因子侵袭力 病原菌在机体内定殖 突破机体的防御屏障 内化作用 繁殖和扩散 这种能力称为侵袭力 毒素 外毒素 内毒素 侵袭力 1 定殖 细菌感染的第一步 实现定殖的前提是细菌要黏附在宿主易感组织细胞表面如 消化道 呼吸道 生殖道 尿道及眼结膜等 以免被肠蠕动 黏液分泌 呼吸道纤毛运动等作用所清除 凡具有黏附作用的细菌结构成分 统称为黏附素 通常是细菌表面的一些大分子结构成分 菌毛 某些外膜蛋白 OMP 磷壁酸 LTA 等 细胞或组织表面与黏附素相互作用的成分称为受体 多为细胞表面糖蛋白 2 干扰或逃避宿主的防御机制 病原菌黏附于细胞或组织表面后 必须克服机体局部的防御机制 特别是要干扰或逃避局部的吞噬作用及抗体介导的免疫作用 才能建立感染 1 不与吞噬细胞接触 不与吞噬细胞接触 如通过外毒素破坏细胞骨架以抑制吞噬细胞的作用 如链球菌溶血素等 2 抑制吞噬细胞的摄取如荚膜 菌毛和链球菌的M蛋白 3 在吞噬细胞内生存如结核杆菌和李氏杆菌均可产生溶血素 有助于其从吞噬泡内逸出 巨噬细胞内的结核杆菌 4 杀死或损伤吞噬细胞 细菌通过分泌外毒素或蛋白酶来破坏吞噬细胞的细胞膜 或诱导细胞凋亡 或直接杀死吞噬细胞 3 在体内增殖 细菌在宿主体内增殖是感染的核心问题 增殖速度对致病性极其重要 如果增殖较快 细菌在感染之初就能克服机体防御机制 易在体内生存 反之 则易被机体清除 5 在体内扩散 细菌分泌的蛋白酶称为胞外蛋白酶 它们具有多种致病作用 例如激活外毒素 灭活血清中的补体等 有的蛋白酶本身就是外毒素 其最主要的作用就是损伤基质或细胞膜 增加其通透 有利于细菌在体内的扩散性 透明质酸酶 能分解结缔组织的透明质酸 如葡萄球菌 链球菌等可产生 胶原酶 主要分解结缔组织中的胶原蛋白 见之于梭菌 气单胞菌等 神经氨酸酶 主要分解肠黏膜上皮细胞的细胞间质 如霍乱弧菌及志贺菌等可产生 三 细菌毒素 toxigenesis 细菌产生毒素的能力 细菌性疾病的一种机制 毒素 内毒素 革兰氏阴性菌细胞壁的脂多糖 外毒素 由革兰氏阳性菌及少数革兰氏阴性菌在生长代谢过程中释放至菌体外的蛋白质 Escherichiacoli Gram bacteria Micrococcusluteus Gram bacteria 细菌毒素 由细菌合成并产生的毒素为细菌毒素 Microbialtoxinsarecomponentsorproductsofmicroorganismswhich whenextractedandintroducedintohostanimals canreproducediseasesymptomsnormallyassociatedwithinfectionwithoutinfestationbythosemicroorganisms WilliamsandClarke 1998 二 毒素 toxin 按其来源 性质和作用不同 可分为外 内毒素 1 外毒素 exotoxin 概念 是病原菌的合成代谢产物 由G 和部分G 产生并释放到菌体外 化学成分是蛋白质 具有损害易感细胞正常生理功能的毒性作用 Exotoxinsusuallysecretedbybacteriabutinsomecasestheyarereleasedbylysisofthebacterialcell 1 来源G 菌 主要来源 G 菌 部分来源 细菌种属特异性 Aspecifictoxinisgenerallyspecifictoaparticularbacterialspeciese g onlyClostridiumtetani 破伤风杆菌 producestetanustoxin 破伤风毒素 OnlyCorynebacteriumdiphtheriae 白喉棒状杆菌 producesthediphtheriatoxin 白喉毒素 2 化学成分 结构蛋白质一般是可溶的蛋白质A B模式A亚单位 决定毒性B亚单位 结合活性部分 与靶细胞上受体结合 无毒性 A Btoxins Active Binding A Cellsurface B 3 特点毒性强选择性强不稳定抗原性强 类毒素 抗毒素 4 种类 作用机制 1 毒性强 通常只有毒性菌株才能产生毒素 而非毒性菌株不能产生毒素外毒素是毒力因子的主要决定因素外毒素的毒性通常非常强 马钱子碱 破伤风毒素 肉毒杆菌毒素 ProteinToxins ResembleEnzymes 2 选择性强高度生物活性 类似酶催化的作用方式对底物具有高度选择性作用模式高度专一只攻击特定的细胞损伤位点显示毒素作用位点Enterotoxin 肠毒素 neurotoxin 神经毒素 leukocidin 杀白细胞素 orhemolysin 溶血素 3 不稳定对热 酸和蛋白酶敏感 抗原性强 Invivoantibody antitoxin neutralizesthetoxicityofbacterialproteins ProteintoxinsareinherentlyunstableIntimetheylosetheirtoxicpropertiesbutretaintheirantigenicproperties 类毒素 Toxoids 由于变性或化学修饰而失去毒性的毒素 但仍保留其抗原性抗毒素是一种含有抗体的血清制品 它是把类毒素给马注射 使其产生大量抗体 然后采取马血清 将其精制浓缩而成 治疗作用 类毒素的制备和应用 TheformationoftoxoidscanbeacceleratedbytreatingtoxinswithavarietyofreagentsFormalin iodine pepsin ascorbicacid ketones etc 37 C pH6 9forseveralweeks Resultingtoxoidscanbeuseforartificialimmunizationwheretheprimarydeterminantofbacterialvirulenceistoxinproduction e g diphtheriaandtetanus Toxoidscanbegeneticallyengineered 外毒素种类 神经毒素破伤风痉挛毒素 肉毒毒素细胞毒素白喉毒素 葡萄球菌表皮剥脱毒素 葡萄球菌毒性休克综合征毒素 A群链球菌致热外毒素肠毒素霍乱肠毒素 ETEC肠毒素 产气荚膜梭菌肠毒素 葡萄球菌肠毒素 外毒素的作用方式 ModeofAction1 作用细胞膜Damagemembranes Formspores2 作用于酶Inhibitproteinsynthesis N glycosidase糖苷酶Activate2ndmessengerpathways ADP ribosyltransferase核糖基转移酶Protease Zinc metalloprotease金属蛋白酶3 激发免疫反应 Superantigen 2 内毒素 endotoxin 概念 是G 菌细胞壁脂多糖 菌体崩解时释放 性质稳定 1 来源G 菌 2 化学成分 结构脂多糖包括 类脂A核心多糖特异多糖 细菌细胞结构 细胞壁结构 Gram PositiveCellWall Teichoicacid 磷壁酸质在革兰氏阳性菌的细胞表面存在的磷酸甘油或磷酸核糖醇的多聚体 Gram NegativeCellWall 脂蛋白 脂多糖 脂质双层 形态与结构 细胞壁 特殊组分 外膜 脂多糖 细胞外膜的组成部分 外膜表面的75 是菌落平滑的外表的原因细胞干重的3 10 每个细胞有3 4百万个脂多糖分子 LipopolysaccharideStructure LPSLipidA LipidAisapowerfulbiologicalresponsemodifierthatcanstimulatethemammalianimmunesystem DuringinfectiousdiseasecausedbyGram bacteria endotoxinsreleasedfrom orpartof multiplyingcellshavesimilareffectsonanimalsandsignificantlycontributetothesymptomsandpathologyofthediseaseencountered LipopolysaccharideLipidA 3 特点 1 毒性相对弱Causeawidevarietyofseriousreactionssuchasfever shock changesinbloodpressure andinothercirculatoryfunctions 2 特异性不高EndotoxinsaretoxictomostmammalsRegardlessofthebacterialsource allendotoxinsproducethesamerangeofbiologicaleffectsintheanimalhost 发热反应 白细胞反应 changesinwhitebloodcellcounts 内毒素血症与内毒素休克 3 特点 3 相对稳定 耐热 boilingfor30mindoesnotdestabilizeendotoxin Certainpowerfuloxidizingagentssuchassuperoxide peroxideandhypochlorite havebeenreportedtoneutralizethem 4 有抗原性 但抗体的中和作用较弱 不能产生类毒素 作用机理 内毒素为外源性致热原 它可激活中性粒细胞等 使之释放出一种内源性热原质 作用于体温调节中枢引起发热BoundbyplasmaproteinsLPS bindingproteins LBP LBPinteractswithreceptorson单核细胞and巨噬细胞andothertypesofreceptorson内皮细胞 InmonocytesandmacrophagesthreetypesofeventsaretriggeredduringtheirinteractionwithLPS 1 Productionofcytokines细胞因子 IL TNF etc whichstimulateproductionofprostaglandinsandleukotrienes powerfulmediatorsofinflammationandsepticshock 2 Activationofthecomplementcascade causehistamine组胺releaseleadingto血管舒张 andeffectneutrophilchemotaxisandaccumulation Theresultisinflammation 发炎 3 Activationofthecoagulationcascade a Coagulation fibrinolysisandhemorrhaging bloodclottingcascade bradykininsandothervasoactivepeptides coagulation thrombosis acutedisseminatedintravascularcoagulation depletedplateletsandclottingfactors internalbleeding b Inflammationc hypotension 内毒素和外毒素的比较 内毒素的检测 制药业静脉注射和皮下注射的药物 医疗器材环境监测室内和室外空气质量 水污染医学 G 细菌的感染败血症的诊断 是指细菌进入血液循环 并在其中生长繁殖 产生毒素而引起的全身性严重感染 内毒素的限量 Clindamycinihydrochloridium0 58EU mgWaterforintravenousinfusion0 25EU mlTherapeuticdevicesforcerebrospinalcontact0 06EU ml1EU 0 2ngLPS 细菌内毒素的检测方法 生物学检测方法RabbitPyrogentest热原检查LimulusAmebocyteLysatetest鲎 hou 变形细胞溶解物NeutrophilChemiluminescence 化学荧光法 test非生物学检测方法化学标记物 脂多糖中的脂类 检测能特性性识别脂多糖的分子 热原检查 20世纪最经典的方法 4小时 从兔子耳朵注射药物 测定兔子体温 Thistest whichtookapproximately4hrs isaccomplishedbyinjectingthesubstancebeinganalyzedintoarabbit sear Iftheanimaldevelopedafever itconfirmedthepresenceofpyrogens 鲎 Hou 变形细胞溶解物 19世纪70年代商业化 1977FDA批准ToobtainthelysaterequiredfortheLALtest asmallamountofhorseshoecrabs bloodisdrawn Next bloodcells amebocytes areseparatedandlysedtoobtainthecellularproteins 其检测原理尚不十分清楚 一般认为是变形细胞溶解物中的凝固酶原经内毒素激活转化成具有活性的凝固酶 在凝固酶的作用下 变形细胞中的凝固蛋白原转变成凝固蛋白 凝固蛋白相互聚合形成凝胶 沙门氏菌 产品分布 蛋产品 家禽 肉和肉制品广泛存在于多种畜类 禽类 鱼类的肠道中 故动物的内脏 肉类 乳 蛋类易受污染 致病食物以肉 牛奶 内脏及蛋类为主 进食未煮熟受污染的食物可引起感染 是细菌性食物中毒中常见的致病菌 世界上最大的一起沙门氏菌食物中毒是1953年于瑞典 由吃猪肉引起的鼠伤寒杆菌食物中毒 中毒7717人 死90人 G 杆菌 需氧 不产生芽胞 无荚膜 绝大多数有鞭毛 能运动 依菌体O及鞭毛H抗原不同而区别 对外界的抵抗力较强 但不耐热 在水 土壤中活数月 粪便中活1 2月 冰冻土壤中能越冬60 10 20分钟死亡致病机理未明肠毒素 大肠杆菌 G 短杆菌 有鞭毛 能运动 有荚膜 体外抵抗力较强 水 土壤中活数月 人和动物肠道正常寄居菌 特殊条件下致病 大肠杆菌分类 产肠毒素大肠杆菌 ETEC 婴幼儿 旅游者腹泻侵袭性大肠杆菌 EIEC 不产生肠毒素 侵入结肠上皮细胞 产生内毒素 引起较大儿童和成人腹泻 类似菌痢 致病性大肠杆菌 EPEC 婴幼儿腹泻肠出血性大肠杆菌 EHEC 为血清型O157 H7产生志贺样毒素出血性肠炎 痉挛性腹痛 腹泻 血性大便EAggEC 金黄色葡萄球菌 G 不产生芽胞 无荚膜 在乳类 肉类食物中极易繁殖 产生的外毒素 肠毒素 耐热性很强 经加热煮沸30分钟仍可致病 肠毒素分A B C D E五型常因带菌炊事人员的鼻咽部粘膜或手指污染食物致病 预防 定期对食品和饮食行业的从业人员进行健康检查 当患有痤疮 化脓性疾病及上呼吸道炎症者 应禁止其从事直接食品的加工和供应工作 患有乳房炎的乳牛 挤下的奶不能供食用 对各种易腐食品 应低温储存 已加热过的食品应迅速冷却 缩短保存时间 使已污染的细菌来不及产生肠毒素 吃下的剩饭应松散开 放在通风 阴凉 干燥 的地方 避免污染 以不隔餐为宜 肉素梭菌及其毒素 肉毒梭状芽孢杆菌 简称肉毒素 在自然界广泛分布 土壤 霉干草 畜禽类便中均存在 可引起严重的毒素型食物中毒 肉毒梭菌产生的外毒素即肉毒素是目前已知的化学毒物与生物毒素中毒性最强烈的一种 对人的致死量为10 9mg kg 其毒力比氰化钾大一万倍 污染主要来源 土壤 被泥土污染的粮食 蔬菜 水果 肉鱼等 预防 使用新鲜的原料 避免泥土的污染 加工前仔细洗去泥土 加工时应烧熟煮透 对可疑的食品应作加热处理 1000C 10 20min 副溶血性弧菌 G 一端有鞭毛 运动活泼 高盐 培养基含盐3 3 5 环境中生长最好 对酸敏感 不耐热 致病因子 耐热与不耐热溶血素两种 可引起肠粘膜充血 水肿和导致分泌性肠液潴留及腹泻 海产品带菌率极高 常在沿海地区流行 其他含盐量较高的食物如咸菜 咸肉 咸蛋亦可带菌 依菌体O及鞭毛H抗原分为25个血清型 变形杆菌 G 杆菌 多形性 无荚膜 无芽胞 四周有鞭毛 运动活泼 繁殖迅速 呈扩散生长 形成迁徙生长现象 在血琼脂平板上有溶血现象 有菌体O及鞭毛H抗原 在外界适应力强 营养要求低 在蔬菜中亦能大量繁殖 存在于腐败有机物和污水 人及动物肠道中夏季的凉拌菜和存放稍久的饭菜可被污染致病力是肠毒素 摩根变形杆菌可产生组胺脱羧酶 使肉类组氨酸脱羧成组胺 第二节 真菌毒素 真菌和真菌毒素 真菌 truefungi 是一类有细胞壁 不含叶绿素 无根茎叶有菌丝体或单细胞 以寄生或腐生的方式生存 能进行有性或无性繁殖的生物 大型真菌 产生大型子实体的真菌霉菌 霉菌是菌丝体比较发达又缺乏较大子实体的一部分真菌的俗称 大型真菌毒素 大型真菌产生大型子实体的真菌食用部分 子实体区分可食的和有毒的大型真菌 nogeneralrule大型真菌毒素 加工方法不能消除避免中毒的唯一方法就是避免进食 大型真菌毒素 1 胃肠毒素 胃肠炎症状很多种类的毒蘑菇 Horsemushroom 田野伞菌 等等潜伏期短症状 呕吐 腹泻Rarefatalities dehydration 蘑菇毒素 2 神经 精神毒素中文学名 蛤蟆蕈 别名捕蝇菌 毒蝇菌 毒蝇伞生长环境 夏秋季在林中地上成群生长麻醉 致幻效果的主要相关物质是羟色胺类化合物像乙酰胆碱一样作用于平滑肌和腺体细胞上的毒蝇蕈碱受体剧烈恶心 呕吐 腹痛 腹泻及精神错乱 出汗 发冷 肌肉抽搐 脉搏减慢 呼吸困难或牙关紧闭 头晕眼花 神志不清等症状 蛤蟆蕈 蘑菇毒素 3 溶血型毒素鬼笔鹅膏 deathcap 生长环境 树根下 树木的外生菌根菌 与松 云杉 栎 山毛榉 栗等形成菌根含有毒肽 phallotoxins 和毒伞肽 amatoxins 两大类毒素Resultingeneralizeddestructionofcells followedbyorganfailureTargets GIT 恶心 呕吐 腹痛 拉稀 kidney liver 肝 肾细胞损害 黄胆 急性肝炎 肝肿大及肝萎缩 最后昏迷 50 90 deathrateforlargedose 蘑菇毒素 4 肝肾损伤毒素毒伞七肽 毒伞七肽抑制细胞mRNA合成的关键酶 RNA聚合酶的活性 终止了核糖体和蛋白质的合成 从而可导致严重的肝损伤破坏肾的卷曲小管 使肾不能有效地滤过血中的有毒物质损害肝细胞核和肝细胞内质网 对肾也有损害 其它大型真菌毒素 NoillnessresultswheneatenintheabsenceofalcoholicbeveragesProducesanunusualaminoacid coprine 鬼伞素 ConvertedtocyclopropanonehydrateinthehumanbodyInterfereswiththebreakdownofalcoholConsumptionofalcoholicbeverageswithin72hoursaftereatingitwillcauseheadache nauseaandvomiting flushing andcardiovasculardisturbancesthatlastfor2 3hours 霉菌和真菌毒素 霉菌 菌丝体比较发达而又缺少较大的子实体的一部分真菌的总称 100 000种霉菌 丝状真菌 多数霉菌对人体有益 在抗生素及发酵酿造工业方面起重要作用 真菌毒素 Mycotoxins 真菌产生的对人和动物具有毒性的二次代谢产物 丙酮酸 醋酸 氨基酸等初级代谢产物作为前体物质 进行生物合成的物质 非蛋白类小分子 毒性强 较强的致癌和致畸性 300种真菌毒素得到分离 30种准确定性 霉菌的生长和真菌毒素的产生 环境温度 一般在20 28 都能生长 有的能耐受低温到零下20 一般产毒温度略低于其生长最适温度湿度和水分 氧气 一般需氧 真菌毒素发生的特点 不是所有的长霉的食物含有真菌毒素外表上可能没有发霉不均匀分布一种霉菌菌株可以产生几种霉菌毒素 而同一种霉菌毒素又可以由几种霉菌产生岛青霉可产生黄天精 红天精 岛青霉素以及环青霉等几种毒素杂色曲霉毒素可以由杂色曲霉 黄曲霉和构巢曲霉产生 真菌毒素的临床症状 过敏霉菌病真菌感染刺激孢子 菌丝碎片和VOCs霉菌中毒真菌毒素 主要霉菌毒素 黄曲霉毒素镰刀菌毒素单端孢霉烯族化合物 T 2毒素和呕吐毒素玉米赤霉烯酮丁烯酸内酯串珠镰刀菌毒素 伏马菌素青霉菌毒素岛青霉素和黄天精展青霉素 橘青霉素 黄绿青霉毒素 黄曲霉毒素 1960火鸡的X病肝脏严重坏死霉变花生粉黄曲霉毒素紫外光下产生蓝和绿色荧光的毒素 主要有四种急性中毒 其毒性是氰化钾的10倍 是砒霜的68倍肝毒素 抑制肝细胞DNA RNA的合成 也抑制肝脏蛋白质的合成 明显的慢性毒性 致癌性最强的化学物质动物生长阻碍 肝脏出现急性或亚急性损伤 肝癌 体内代谢活化由前致癌物变成终致癌物 黄曲霉毒素 分布及限量绝大多数食品原料和制成品均有不同程度的污染 花生和玉米的污染最为严重有氧 温度高 30 33 和湿润 89 90 的条件下容易生长 FAO WHO 玉米和花生制品 以AFB1表示 15 g kgFDA 牛奶中0 5 g kg 其他大多数食物20 g kg 动物性原料100g kg 黄曲霉毒素的控制及脱毒方法 1 控制仓储粮食的含水量 防止其发霉粮粒13 玉米12 5 花生8 2 日光或紫外线照射3 生物解毒法 霉菌和细菌4 化学品如过氧化氢 臭氧和氯气曾被用于降解食物中的黄曲霉毒素较为有效的化学去毒方法是使用氨水 可用于玉米和粗棉籽的脱毒 碱处理法 加碱形成香豆素钠盐 再用水洗掉 镰刀菌毒素 镰刀菌毒素主要是镰刀菌属 包括有性期赤霉属 和个别其它菌属所产生的有毒代谢产物的总称根据其化学结构和毒性作用可主要分为单端孢霉烯族化合物 玉米赤霉烯酮 丁烯酸内酯 和串珠镰刀菌毒素等毒素 单端孢霉烯族化合物 包含50多种霉菌毒素 主要由镰刀菌属产生基本化学