INTRODUZIONE

Descrizioni di mionecrosi (gangrena gassosa) sono state registrate nella storia fin dal Medioevo. Bottini fu in grado di dimostrare chiaramente l’origine batterica di questa malattia nel 1871; tuttavia, non fu in grado di isolare un organismo causale (Bottini, 1871). Il primo di questi organismi fu identificato nel 1877 da Pasteur e Joubert e gli fu dato il nome di Vibrion septique (Pasteur e Joubert, 1877). Oggi, questo organismo, ora conosciuto come Clostridium septicum, è uno dei sei clostridi istotossici che sono in grado di iniziare la cancrena gassosa (mionecrosi clostridiale) negli esseri umani (MacLennan, 1962). Mentre la maggior parte dei clostridi istotossici causano principalmente la gangrena dopo la contaminazione di una ferita o di una lesione con spore o cellule vegetative, C. septicum è una causa importante di gangrena gassosa non traumatica e di enterocolite necrotizzante in individui che hanno cancro al colon, neutropenia, diabete, leucemia, e varie altre condizioni predisponenti. Poiché nessun trauma esterno è richiesto per iniziare questa malattia, si pensa che l’infezione nasca da una fonte endogena, presumibilmente il colon.

C. septicum elabora varie tossine e fattori di virulenza che probabilmente contribuiscono alla malattia. Il primo di questi fu scoperto e parzialmente purificato nel 1944 da Bernheimer e gli fu dato il nome di tossina alfa (AT) (Bernheimer, 1944). Mentre le attività letali ed emolitiche di C. septicum furono purificate insieme da Bernheimer, il fatto che l’AT fosse responsabile di entrambe queste attività non fu confermato finché l’AT non fu purificata fino all’omogeneità quasi 50 anni dopo da Ballard (Ballard et al., 1992). L’AT è secreta da C. septicum e presenta la tipica struttura di una proteina secreta di tipo II con un segnale peptidico amino terminale di 31 residui. L’AT secreta ha una massa di 46.550 D ed è prodotta come protossina inattiva. Come descritto di seguito, l’attivazione di AT richiede la scissione di un propeptide amino terminale di 45 aminoacidi. L’AT è l’unico fattore letale secreto da C. septicum con una DL50 riportata di 10 μg kg-1 nei topi (Ballard et al., 1992). Dopo l’iniezione di AT purificato, i topi subiscono uno shock e la morte, lo stesso decorso visto nei pazienti umani con gangrena gassosa non traumatica (Ballard et al., 1992). Quindi, sembra che l’AT sia la causa principale dei sintomi simili allo shock che si verificano durante la gangrena gassosa non traumatica da C. septicum.

Anche se molte specie di clostridi producono tossine, l’AT è, finora, unica tra i clostridi. Si pensava che l’AT fosse simile alle tossine di C. chauvei e C. histolyicum; tuttavia, nessuno di questi organismi produce tossine che sono cross-reattive con gli anticorpi contro l’AT (Ballard et al., 1992). L’AT è una tossina che forma pori e forma complessi omo-oligomerici sulle membrane cellulari composti da cinque a sette monomeri. Questo la rende simile in azione a diverse tossine batteriche non clostridiali, tra cui l’emolisina alfa di Staphylococcus aureus (Gouaux et al., 1997), la citotossina di Pseudomonas aeruginosa (Xiong et al, 1994), il componente antigenico protettivo della tossina del carbonchio (Benson et al., 1998), l’enterolobina dell’albero brasiliano Enterolobium contortisiliquum (Fontes et al., 1997), e l’aerolisina di Aeromonas hydrophila (Howard e Buckley, 1985). La struttura primaria di AT (Imagawa et al., 1994; Ballard et al., 1995) ha mostrato una sorprendente somiglianza di sequenza con l’aerolisina (72% di somiglianza, 27% di identità) (Ballard et al., 1995).

Sulla base della somiglianza della sua struttura primaria e della sua caratteristica funzionale con quella dell’aerolisina, AT ora appartiene alla piccola e insolita classe di tossine citolitiche aerolisin-like. La famiglia delle tossine citolitiche aerolisin-like è nuova tra tutte le famiglie di tossine poroformanti in quanto contiene membri di un batterio Gram-positivo (AT da C. septicum), un batterio Gram-negativo (aerolisina da Aeromonas hydrophila), e un organismo eucariotico (enterolobina dai semi dell’albero brasiliano. contortisiliquum). Inoltre, la recente soluzione della struttura cristallina della tossina epsilon di C. perfringens suggerisce che è il membro più recente di questa famiglia di tossine (Cole et al., 2004; Capitolo 35, questo volume). Ad oggi, questa famiglia di tossine è la famiglia più filogeneticamente diversificata di tossine che formano pori. I membri di questa famiglia mostrano un alto grado di somiglianza di sequenza con l’aerolisina (27% con l’AT, 36% con l’enterolobina); tuttavia, non esiste una significativa omologia di sequenza tra l’AT e l’enterolobina o la tossina epsilon. Le somiglianze nella struttura e nella funzione tra AT e aerolisina hanno fornito una risorsa importante per lo studio della struttura e del meccanismo di questa famiglia di tossine.