Clostridium botulinum merupakan bakteri Gram-positif, pembentuk spora bakteri yang menghasilkan racun protein yang merupakan salah satu zat yang paling beracun yang dikenal. Dosis mematikan bagi manusia adalah dari urutan 1g. Seperti semua Clostridia, sel-sel bakteri batang relatif besar dan mereka tidak dapat menggunakan oksigen sebagai akseptor elektron akhir, dan karena itu hanya dapat tumbuh dalam kondisi anaerobik. Secara umum, Clostridia tidak organisme invasif dan tindakan mereka dalam memproduksi penyakit ("botulism") muncul sebagai akibat dari pembentukan exotoxins dikeluarkan. Dalam beberapa tahun terakhir toksin botulinum telah menjadi berita utama: digunakan sebagai kosmetik "Botox" yang disuntikkan ke dalam kulit dalam jumlah kecil untuk memperbaiki penampilan. Namun, racun tersebut telah digunakan secara klinis untuk beberapa kondisi bertahun-tahun sebelum penggunaan kosmetik yang dikembangkan.

C. botulinum secara luas didistribusikan dalam tanah, dasar danau dan vegetasi yang membusuk, dan akibatnya banyak makanan (baik sayuran dan daging) dapat terkontaminasi dengan bakteri, dan hewan banyak meninggal setiap tahun setelah menelan fermentasi biji-bijian untuk example1). Spora bakteri tersebar luas dalam debu dan tanah. Ini disebut endospores luar biasa tahan terhadap panas: mereka dapat menahan suhu air mendidih selama beberapa jam. Botulisme - yang penyakit pada manusia cenderung terjadi sebagai akibat dari makan makanan yang telah mengalami sterilisasi tidak memadai dan telah kemudian ditempatkan di lingkungan anaerobik dimana spora dapat berkecambah dan racun diproduksi. Hal ini diyakini bahwa makanan-borne botulism telah berkembang selama berabad-abad dengan pria, tetapi sedikit yang diketahui tentang penyakit ini sebelum abad ke-19. Botulisme pada makanan yang diproduksi secara komersial langka karena tindakan pencegahan yang tepat diambil untuk autoklaf bahan makanan pada suhu yang sesuai dan tekanan. Khas kasus hasil dari konsumsi daging asap, asin atau dibumbui atau ikan, atau rumah-kaleng sayuran.Botulinus racunBakteri C. botulinum menghasilkan sekelompok racun. Tujuh imunologis berbeda botulinus racun dikenal yang dihasilkan oleh strain yang berbeda dari bakteri, dan kontras dengan spora, protein toksin sendiri labil panas. Racun tipe A, B, E, dan F bertanggung jawab untuk sebagian besar kasus botulisme manusia, dan tipe A adalah bahan yang digunakan secara klinis dan kosmetik. Tipe C adalah yang paling umum pada itik dan ayam, dan D ketik ternak dan kuda. Toksin botulinum tipe A yang dijual secara komersial sebagai 'Botox' , namun ahli biologi molekular menggunakan 'BoNTs' istilah umum untuk botulinum neurotoxins2).Racun menghasilkan kelumpuhan dengan mengikat reseptor pada sinapsis saraf, memasuki sel saraf dan menghalangi pelepasan neurotransmiter, asetilkolin (lihat di bawah). Gejala biasanya dimulai setelah masa inkubasi 18 -38h dan mencakup mual dan muntah, penglihatan ganda, sulit menelan dan beberapa otot paralysis3). Hal ini dapat diikuti oleh kelemahan otot, penglihatan kabur, dan akhirnya kematian akibat kegagalan pernapasan sebagai saraf mengaktifkan otot-otot dada yang diblokir.Klinis dan kosmetik penggunaan racun BotulinumBotulinum toksin ("Botox") sebagai terapi klinis, telah selama beberapa tahun sebelum penggunaan kosmetik yang telah digunakan untuk mengobati gangguan saraf seperti strabismus, kejang blepharospasm, hemifacial dan hiperhidrosis. Hal ini juga berguna dalam pengobatan cerebral palsy, kelemahan akibat stroke, distonia leher rahim, dan berbagai kondisi medis lainnya. Selanjutnya ditemukan, sementara memperlakukan pasien untuk strabismus, bahwa setelah suntikan toksin ke dahi, 'kerutan garis' tidak muncul sebagai diucapkan sebagai previously4). Segera Botox menjadi terapi kosmetik yang paling banyak dicari karena efek menguntungkan dan relatif kurangnya efek samping dibandingkan dengan invasif (yaitu bedah) kosmetik perawatan. Suntikan Botox sekarang prosedur pertumbuhan tercepat di industri kosmetik dan jutaan orang telah diobati.Injeksi sejumlah kecil toksin botulinum tipe A yang berpotensi mematikan ke dalam otot yang mendasari keriput dan garis-garis kerutan mengurangi visibilitas dari garis-garis. Daerah-daerah yang biasanya diobati dengan Botox adalah daerah terutama wajah dan garis ekspresi. Sebagai contoh, mungkin akan disuntikkan langsung ke otot-otot yang mendasari vertikalgaris antara alis dan di jembatan dari hidung untuk menghapus garis menyebabkan sebagian mungkin dengan menyipitkan mata. Daerah populer lainnya untuk terapi Botox adalah otot orbicularis oculi sekitar mata yang mendasari 'kaki gagak'. Untuk memperbaiki penampilan garis glabellar yang memberikan penampilan terus khawatir atau mengerutkan dahi, Botox disuntikkan ke dalam otot corrugator dan procerus untuk memblokir hiperaktif mereka. Otot frontalis, yang menarik kulit dahi dalam arah vertikal untuk memberikan garis horisontal di dahi juga bisa santai dengan pengobatan Botox. Garis sepanjang dorsum lateral hidung dari tersenyum dapat ditingkatkan dengan suntikan Botox ke dalam alur nasofacial. Biasanya pengobatan harus diulang setelah sekitar 6 bulan.

Kimia neurotoksin BotulinumNeurotoksin botulinum adalah protein yang disintesis sebagai berat molekul tunggal yang tinggi (~ 150.000 Da) kompleks peptida yang disebut racun progenitor. Kompleks progenitor yang dibelah oleh protease bakteri untuk menghasilkan, berat ~ 100kDa rantai, dan rantai ringan ~ 50kDa dan ini dihubungkan oleh disulfida bonds5). Protein toksin lengkap isactually terdiri dari tiga domain yang berbeda fungsional (Gambar 1). Lampu ~ domain rantai 50kDa memiliki aktivitas katalitik, dan merupakan protease zincdependent sangat spesifik, dan perlu dipisahkan dari rantai berat untuk aktivitasnya untuk diungkapkan. The bagian karboksi-dan-terminal amino dari rantai 100kDa ~ berat yang terlibat dengan mengikat reseptor dan dengan translokasi protein melintasi membran sel, respectively6). Kekhususan substrat dari rantai cahaya serotipe toksin tujuh yang agak berbeda.

Bagaimana racun sampai ke sel-sel sarafMeskipun racun botulinus dapat memasuki tubuh melalui rute yang berbeda, sebagian besar kasus botulisme hasil dari konsumsi makanan yang terkontaminasi dengan racun preformed atau dari menelan bakteri yang dapat menghasilkan racun dalam usus. Kompleks progenitor awalnya disintesis toksin memiliki protein lain yang terkait dengan itu, dan protein ini dapat melindungi toksin dari enzim degradatif saat melewatisaluran pencernaan. Toksin preformed perlu untuk melarikan diri keasaman lambung serta enzim proteolitik dalam lambung dan usus kecil. Kemudian perlu melewati sel-sel epitel yang melapisi usus untuk mencapai dari mana darah itu bisa menemukan jalan ke sel-sel saraf. Sebuah alternatif adalah bahwa racun lewat di antara sel-sel epitel usus daripada melalui sel tetapi ini dianggap tidak mungkin. Berbeda dengan peristiwa di terminal saraf, relatif sedikit yang diketahui tentang bagaimana racun lolos dari usus ke dalam darah. Karena racun yang mematikan pada konsentrasi sangat rendah proses harus sangat efisien. Namun, harus diingat bahwa toksin efektif adalah enzim. Oleh karena itu satu molekul dapat mengkatalisis sejumlah besar peristiwa setelah berada di dalam sel saraf. Ada tampaknya tidak akan ada studi tentang mekanisme yang sebenarnya dimana toksin menembus sel usus, tapi diduga mekanisme berbeda dari satu per yang memasuki sel-sel saraf.secara sederhana, tidak hanya harus memasukkan epitel usus (sisi luminal), tetapi juga harus keluar dari sisi yang berlawanan (sisi serosal) ke getah bening atau darah.Telah terbukti secara in vitro menggunakan monolayer CaCO-2 sel yang mengikat khusus untuk membran sel diikuti oleh transcytosis occurs7). (Caco-2 sel garis sel yang awalnya berasal dari adenokarsinoma kolon manusia: sel yang mudah untuk tumbuh dan untuk monolayer berkelanjutan yang berperilaku dengan cara yang sangat mirip dengan sel-sel epitel usus.). Toksin tetap di-struktur rantai selama transit melalui sel dan ketika dilepaskan dari sisi yang berlawanan adalah beracun in vivo dengan tikus. Menariknya, toksin botulinum tipe C, yang merupakan racun bagi unggas tetapi tidak untuk manusia, tidak mengikat sel-sel epitel usus manusia dalam budaya dan tidak transcytosed. Hal ini mungkin menjelaskan mengapa serotipe toksin tertentu beracun bagi manusia sementara yang lain tidakMechanism of action SNAPs and SNAREsSebuah impuls saraf ditransmisikan antara sel-sel saraf, atau dari sel saraf pada sambungan neuromuskuler, oleh asetilkolin (Gambar 2). Ini dilepaskan dari membran presinaptik dari satu sel saraf ke sinaps dan kemudian bereaksi dengan reseptor pada membran postsynaptic sebelum dihidrolisis dan tidak aktif oleh kolinesterase, dan dengan demikian impuls diteruskan. Asetilkolin ini dibawa ke membran presynaptic dalam vesikula dari aparat Golgi yang menyatu dengan membran sel saraf, sehingga melepaskan bahan kimia ke dalam sinaps (Gbr. 3). Toksin Botulinus mengganggu fusi dari vesikel dan akibatnya asetilkolin tidak released6). Oleh karena itu tidak ada impuls saraf yang diterima oleh sel otot.Mekanisme tindakan terkunci dan SNAREsNeuro-(dan neuro-otot) transmisi membutuhkan neurotransmitter asetilkolin akan dilepaskan dari ujung saraf yang kemudian berikatan dengan reseptor pada saraf berikutnya (atau otot) sel. Asetilkolin yang terkandung dalam vesikel di ujung saraf dan ini perlu dermaga dengan membran sel untuk melepaskan kargo mereka neurotransmitter ke celah sinaptik (lihat Gambar 3.).Gambar 3. Sederhana model untuk menjelaskan sasaran dan fusi dari asetilkolin yang mengandung vesikel di ujung saraf. (a) vesikel transport yang mengandung asetilkolin ditargetkan membran awalnya oleh pengikatan v-snare protein terhadap domain sitosol dari kompleks protein t-SNARE/SNAP25 pada membran sel saraf (b). [Inset menunjukkan empat panjang -heliks, dua dari SNAP25 dan salah satu dari masing-masing v-snare dan t-snare protein, memegang erat vesikel ke membran sel.] (C) Pembentukan kompleks pra-fusion mungkin melibatkan interaksi banyak v-snare dan t-snare protein bersama dengan hidrolisis ATP. (d) Fusion dari dua membran berikut sehingga asetilkolin yang dilepaskan ke dalam ruang antara dua sel (sinaps atau sambungan neuromuskuler). Toksin botulinum mengganggu proses ini dengan membelah SNAP25.Perubahan pH setelah meninggalkan lingkungan asam dari usus kecil diperkirakan memicu disosiasi kompleks progenitor menjadi racun bebas, yang kemudian berikatan dengan molekul reseptor pada ujung terminal neuron di persimpangan neuromuskular dan diinternalisasi oleh reseptor-dimediasi endositosis. Dalam pembentukan pori endosome oleh domain translokasi diduga disebabkan oleh lingkungan asam, sehingga domain katalitik dari toksin diperbolehkan untuk translokasi ke dalam sitosol dari saraf cell8).Dalam mekanisme kerja dari neurotoksin, langkah pertama adalah peristiwa yang mengikat yang terjadi antara domain pengikatan kompleks (bagian dari rantai berat) dan akhir presynaptic dari sel saraf target yang diikuti oleh reseptor-mediated endositosis. Sekali di dalam endosome itu diyakini bahwa perubahan konformasi terjadi karena pH asam dan bahwa ini memulai pembentukan pori melalui membran endosomal oleh domain translokasi dari rantai berat dari toxin8). Hal ini kemudian memfasilitasi pelepasan dan bagian dari domain katalitik dari toksin (rantai ringan yang memiliki aktivitas proteolitik) keluar dari endosome dan ke dalam sitoplasma.Para neurotoksin memiliki situs protease seng katalitik yang sangat spesifik untuk akhir C-terminal dari protein yang disebut SNAP-25 yang memotong. (Snaps adalah "synaptosome-protein terkait".) SNAP-25 yang diperlukan untuk fusi vesikel sinaptik sehingga membuat sinaps mampu melepaskan asetilkolin mengakibatkan kelumpuhan otot disediakan oleh sinaps saraf yang terkena.SNAP-25 adalah salah satu protein snare yang dibelah oleh neurotoksin botulinum, khususnya tipe A, C dan E. perangkap lain yang dipengaruhi oleh neurotoksin botulinum lainnya adalah synaptobrevin, yang aktif oleh jenis toksin B, D, F dan G , dan syntaxin, yang bertindak dengan jenis toksin C. protein snare adalah reseptor pada membran post-synaptic dari neuron a. Reseptor ini sangat penting untuk docking dan mengikat asetilkolin penuh vesikel yang dilepaskan dari membran pra-sinapsis.Proses fusi vesikel dengan membran presinaptik sekarang cukup dipahami pada tingkat molekuler. Membran di lokasi pembentukan vesikel pada Golgi menjadi dilapisi dengan subunit protein yang disebut 'coatamer' terkait dengan protein lain yang disebut 'ARF' yang mengikat guanosin trifosfat (GTP). Vesikel yang baru dibentuk demikian dilapisi dengan protein coatamer. Ketika tiba di membran target (membran presinaptik neuron) ada interaksi dengan protein snare. (Jerat yang Reseptor SNAP) vesikula memiliki molekul reseptor-jenis disebut v-snare ('v' untuk vesikel), dan membran sel memiliki t-snare ('t' untuk target). Ini adalah protein jerat heliks panjang yang dapat mengaitkan dan membawa dua membran bersama-sama siap untuk fusi dan pelepasan isi membran (Gambar 3). Proses fusi melibatkan uncoating dari vesikel dan ini dipicu oleh aktivasi kegiatan GTPase ARF, mengakibatkan pembentukan ARF-PDB. Inilah yang menyebabkan disosiasi subunit protein coatamer serta ARF dari vesikel tersebut, memungkinkan fusi berlangsung. Seluruh proses tidak akan bekerja kecuali dua jenis snare (yaitu v dan t) dapat berinteraksi - dan neurotoksin botulinum snip off jerat dan dengan demikian menghambat penyebaran saraf. Mereka melakukan hal ini sebagai akibat dari aktivitas proteolitik dari subunit rantai ringan dari racun.

kesimpulanToksin Botulinus adalah salah satu protein yang paling beracun yang dikenal manusia - sekitar 100 miliar kali lebih beracun dari sianida, meskipun mengejutkan telah menemukan penggunaan yang luas baik medis dan kosmetik. Racun menyebabkan kelumpuhan otot lembek, dan saat ini tidak ada obat penawar dikenal. Antiserum polivalen tersedia, tetapi harus disuntikkan cepat dan efektivitas mereka tidak pasti. Meskipun kebanyakan kasus botulisme yang bertalian dengan makanan, ada peningkatan botulisme luka dalam obat individu menyalahgunakan (injeksi dengan jarum yang terkontaminasi dapat menghasilkan depot bakteri jauh di dalam kulit di mana kondisi bisa menjadi anaerob). Meningkatkan pengetahuan tentang struktur dan modus yang tepat dari tindakan toksin dapat membantu perkembangan penawar di masa depan. Kemampuan saluran pembentuk dari salah satu domain dari rantai berat akan membuka peluang baru untuk pengiriman obat yang ditargetkan.