Botulism; Botulinum toxin

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Giunzioni neuromuscolari, Nervi, Spinale, Atassia, Anticorpi e Biopsia, Informazioni per i pazienti

File tradotto parzialmente. RICHIESTA DI TRADUZIONE a Natale Marzari

Dopo 41 anni e 5 mesi, nel maggio 2006 la magistratura di Trento ha riconosciuto l'esistenza e la gravità di quella malattia rara che nessuna altra istituzione o persona singola della provincia di Trento ancora mi riconosce, e per negare la quale mi perseguita.
Natale Marzari

BOTULISMO^⁴

Caratteristiche cliniche
Clostridium botulinum
Diagnosi
caratteristiche of subtypes
Meccanismi di azione
Pathology
Prevenzione
Prognosi
Proteina structure
Clinica Sindromi
Foodborne
Iatrogenic: Generalizzata dopo locale Iniezione
GI colonization
Infantile
Inalazione
Ferita

Collegamenti esterni
Biological weapon: AMA (pdf)
CDC Manual (pdf)
Movie

Emile Van Ermengem

Causative organismi
- Clostridium botulinum
  - Bacillo Gram positivo
  - Producente spore
  - Prodotta sotto anaerobic conditions: Obbligato
  - tossine produzione
    - Può produrre tutti 7 a xin serotypes: A-G
    - Informazione genetica
      - Tipo G nei plasmidi
      - Tipi C1 e D on bacteriophages
      - Tipi A, B, E, e F on the bacterial cromosoma
    - Bound to hemagglutinins: ? Inibisce degradazione by digestive enzimi
  - Collegamenti esterni: Arizona; Illustration
- C. baratii: Produce serotype F
- C. butyricum: Produce serotype E
Botulino tossine: Proteins e Transport
- 7 neurotoxic tipi of tossine botuliniche: A , B , C1 , D , E , F , G
- Sequence omologia (30% a 40%) to tetanica tossine
- Prodotta come a singolo catena proteina (protossina) con peso molecolare 150 kDa
- Rilasciata dal bacteria come part of noncovalent multimeric complesso
  - Auxiliary proteine includono: Hemagglutinins (HA); Nontoxin, nonhemagglutinin (NTNH)
  - Complessi Può protect tossine at basso pH in GI tratto
  - Complessi dissociates spontaneamente at physiologic pH
  - No direct role of auxiliary proteine in tossine-indotte bloccaggio of colinergici trasmissione
- Cleavage of Botulino protossina: Into 2 catene
  
  Botulino tossine
  Tipo B
  - Heavy (100 kDa) catena
  - Luce (L) catena (50 kDa)
    - Catena leggera have a tetraedrale zinc Legante motivo: Contains
      - Consensus HELIH sequenze amino acide
        
        comune to altre zinc dipendenti metalloproteinases
      - 2 istidine, glutamato e acqua molecola
      - Structure simile termolisina-simili endoproteasi
    - Contiene tossici attività
      - Zinc-dipendenti endopeptidase
      - Cleave proteine forming sinaptico vescicole docking e fusione complesso
    - 3-D Geometry: Catalytic siti buried deeply entro proteina
  - Heavy e Luce subunità collegati by legame disolfuro
  - Doppio catena produce è attiva forma: Inibisce colinergici trasmissione
  - Protease producente cleavage
    - Spesso contenuti by producente organism
    - May quindi Avviene in GI tratto
- tossine passes dal GI tratto to vasculature: Meccanismi
  - Transport cellule: Absorptive enterocyte
  - Binding to the apical superficie of epithelial cellule
  - Recettore-mediata endocitosi
  - Transcytosis through cellule
  - Delivery to the basolateral superficie delle cellule
  - Ability of tossine to cross cellule dipendono on
    - Tipo di tossine
      - Able to cross cellule: Botulino tipo A e B
      - Non able to crossf cellule: Botulino tipo C e Tetano
    - Catena spessa of tossine botuliniche: Terminale C
- tossine passes fuori dai vasculature to presinaptico regioni
  - ? Mechanism
  - Does non cross blood-encefalo barrier
- Altre absorption routes
  - Botulino tossine può essere absorbed dal respiratorie sistema
- General action: Blocca esocitosi
  - La maggior parte potente action: bloccaggio of colinergici terminali
  - Altre bloccaggio of esocitosi: At più alti concentrations of tossine
    - Altre nervo terminali: Norepinephrine, Serotonina
    - Non-neural cellule: Se membrane recettori presenti
- Collegamento esterno: Botulino proteine

Botulino tossine: Mechanism di azione at presinaptico nervo terminals²

Generale action: Blocca neurotrasmettitore rilascio at periferici colinergici nervo terminali
- Neuromuscolare junction
- Autonomic nervo terminali: Simpatico e parasimpatico
Endplate elettrofisiologia
- MEPP frequenza: Ridotta
- EPP quantico content: Ridotta
4 STEPS in sviluppoment of presinaptico bloccaggio at NMJs

Binding to recettori on unmyelinated presinaptico membrane
- Mediata by: Carboxy (C) terminal of tossine botuliniche spessa catena
  - In native state spessa catena è associati con catena sottile
- Recettori: Doppio recettore model
  - Prime recettori
    - Identità of recettori: Gangliosides con più di uno neuraminic (sialic) acid, per es. GT1b
    - Tipo of Legante
      - Lock e Key
      - Little o no alterazioni in conformation of bound botulinum neurotoxin
      - Basso affinità
    - Role: Bring tossine nella proximity con second recettore
  - Second recettore
    - postulata to be integral proteine di membrana
    - Candidate molecules: Synaptotagmins I e II
- Susceptibility of colinergici e non-colinergici neurons to specifico botulinum e tetanica toxins
  - Possono essere correlate to Abilità of toxins to legano to recettori on terminali presinaptici
Apporto of tossine nella nervo terminali by endocitosi
- Bound tossine è internalizzata by endocitosi
  - Botulino tossicità è inibita by Botulino anti-tossine solo in 1st 30 minuti dopo tossine esposizione
- L-catena è translocated attraverso presinaptico membrane through a channel
- Translocation è mediata by (N) terminal of tossine botuliniche spessa catena (H_N)
  - Catena spessa then forms channel releasing catena sottile nella terminal citoplasma
  - Translocation domain: A gomito α-helices in H_N
  - Basso pH in endosome necessaria
    - ? Brings amphiphilic/transmembranali segmento of H_N insieme per formarea transporter channel
    - ? Causes conformation alterazioni nel terminale N of spessa catena
Translocation attraverso endosome membrane
- General: Movimento del Catalytically attiva domain dal lumen of endosome al citosol
- pH-indotte
  - Induces conformational alterazioni in botulinum that expose idrofobici domini
  - Inhibited by farmaci that neutralize endosomal pH (Chloroquine)
- inserzione of tossine nella endosomal membrane
  - Mediata by terminale N of spessa catena
  - Heavy e light catene diventare separati
  - Catena spessa: Has dual funzioni
    - Canale e chaperone, per catena sottile
    - Associata con cleft formazione in endosomal membrane
  - Catena leggera
    - Transported dal endosome al citosol
    - In citosol: Più neutral pH reaccumulo catena sottile structure

Inhibition of trasmittente esocitosi dal presinaptico terminal

In azione of tossine: Zinc dipendenti proteolysis della proteina componenti of esocitosi (SNARE complesso)
- Enzima class: Endopeptidase
- tossine azioni antagonized by metalloproteinase inibitori
  - Captopril; Phosphoamidon
- Inhibition prodotto by: Catena leggera of botulinum e tetanica toxins
- Proteina substrates can solo be cleaved prima assembly of SNARE complesso
- Endopeptidase attività mainly observed con riduzione of legame disolfuro fra 2 catene of tossine botuliniche

molecolare obiettivi: Botulino subtypes e tetanica tossine

Clostridium toxins	Obiettivo proteine cleaved
Botulino A B C D E F G Tetano	SNAP-25 VAMP (sinaptobrevina) SNAP-25; Sintassina VAMP (sinaptobrevina) SNAP-25 VAMP (sinaptobrevina) VAMP (sinaptobrevina) VAMP (sinaptobrevina)

General
- Localizzazione of substrates: Nerve terminal citosol
- specifico substrates
  - SNARE presinaptico proteine coinvolti in esocitosi
  - Peptide substrates in each proteina bersglio have comune motivi
- Mechanism di azione: Proteolysis of substrates
Vesicle associati proteine di membrana (VAMP; sinaptobrevina)
- Presente in sinaptico trasmittente-contenente vescicole
- Site cleaved è extravesicle ansa of VAMP
  - Botulino tipo B: Gln76-Phe77
  - Tetano: Gln76-Phe77
  - Botulino tipo D: Lys59-Leu60
  - Botulino tipo F: Gln58-lys59
Synaptosomal-associati proteina (SNAP-25 )
- Attached to syntaxin e presinaptico membrane
- Suddivisa vicino Terminale C by
  - Botulino tipo A: Gln197-Arg198
  - Botulino tipo E: Arg180-Ile181
Sintassina 1
- Presinaptico proteine di membrana associati con
  - Ca⁺⁺ canali e SNAP-25
- Suddivisa vicino Terminale C by
  - Botulino tipo C1
  - solo when nella membrana

terminazione di azione
- Mechanism unknown
- Tipo A tossine con più lunga action than tipo B

Collegamento esterno: Movie (Shockwave)

Botulino tossine: Subtypes e caratteristiche
- Tipo A
  - più comunemente outbreaks in Rocky Mountains e West
  - elevata Ca⁺⁺ livelli in synaptosomes overcomes bloccaggio
  - Più grave e lunghezza-lasting paralisi: 67% con intubazione
  - Physiology
    - Miniature endpale potenziali (MEPPs)
      - Frequenza: Ridotta
      - Ampiezza: Solitamente Ridotta
    - EPPs: Quantal content ridotta
  - Cleavage bersglio: SNAP-25 (t-snare)
  - Più bloccaggio of spontanea trasmittente rilascio than tipo B
  - Repetitive stimolazione evokes post-sinaptico risposta
- Tipo B
  - più comunemente outbreaks in East, specialmente Allegheny Gamma
  - Has la maggior parte delle structural omologia to tetanica tossine
  - Richiede assembled Intracellulare microtubuli per action
  - Somewhat meno gravi paralisi than Tipo A
  - Physiology
    - Miniature endpale potenziali (MEPPs): Normale o Moderate riduzione in frequenza
    - EPPs: Quantal content ridotta; Variabile latenza
  - Cleavage bersglio: sinaptobrevina 1 (VAMP) (v-snare)
  - Blocca effetto of α-Latrotoxin
  - Repetitive stimolazione does non evoke post-sinaptico risposta
- Tipi C e D
  - Poorly absorbed dal intestine
  - Cause malattie in animali
    - Avian botulism: Tipo C; "Limber collo"
    - Equine: Forage (adulti) poisoning; Shaker Foal Sindrome
  - solo raramente implicated in human intossicazione
  - Botulino C3: Ribosylates ADP
    - Substrates: RAC1 ; ; RAC2 ; RAC3
- Tipo E
  - Trovata in fresche acqua sediment
    - più comunemente outbreaks in Baltic, Alaska e Great Lakes states
    - Associata con fish ingestion
- Tipo F: Prodotta by C. baratii
Botulism: Caratteristiche cliniche
- Tempi di decorso
  - Incubation periodo:
    - Media: 18 to 38 ore
    - Extremes: 2 ore to 1 settimana
- Debolezza
  - Diffuse; Solitamente simmetrica; Prossimale > Distal
  - Bulbare: disfagia; Dysarthria
  - Extraocular: Ptosi; Extraocular muscolare debolezza
- Perdita sensoria: Never prominent
- Tendon riflessi
  - Ridotta
  - ? Meno coinvolti con tipo E
- Autonomic
  - Cholinergic
    - Pupils
      - Dilatate
      - sfocata vision
      - Molte, ma non tutti, pazienti
    - Bradicardia
    - Hypotension
    - Cute: Hypohydrosis
    - Urinary retention
    - Gastrointestinal
      - Nausea e vomito associati con contaminated food
      - Constipation: Frequently primi sign, specialmente nell'infanzia; comune late
      - Diarrea può aversi Early
  - Laboratorio
    - Simpatico cute risposta: Assente
    - Plasma noreprinefina: Ridotta
- Trattamento
  - Cure di sostegno
  - Anti-tossine: Esseri umani
    - Solita tipo usati: Trivalent vs. A, B, E
    - Possono essere la maggior parte delle efficace per Tipo E
    - Infantile botulism: Reduces time in hospital, on ventilator e tube alimentazione
    - US Army anti-tossine: Heptavalent; For bioterrorist attacchi
Botulism: Diagnosi
- Electrodiagnostic¹
  - Stimolazione ripetitiva del nervo
    - Aumenta: Con (40 Hz) o paired stimolo
      - si ha in 50% a 60% of pazienti
      - Esami of multiple muscoli può essere necessaria to vedi incremento
      - Più comune con tipo B botulism
    - Decremento on lenta RNS: Qualche paziente
  - CMAPs: Small
  - Motor unit potenziali: Corta
  - Recruitment: Normale, o Lievemente ridotta
  - SNAPS: Normale
  - EMG: Muscle denervazione; Fibrillations e Picchi d'onda positivi
- Muscle biopsy: Sparse angular, small fibre muscolari
- Analysis of serico, feces e implicated food
  - Passive transfer of serico o altre corpo fluid to mice
    - Tossicità to mice
    - Selectively prevented by anti-tossine
  - Stool o ferite culture: Non utile in Iatrogenic o Inalazione sindromi
Botulism: Sindromi cliniche

Foodbourne
GI colonization
Iatrogenic
Inalazione
Ferita
- Foodborne botulism
  - Meccanismo della malattia: Correlati to ingestion of tossine
    - Food
      - Contaminated con Clostridium spores
      - Clostridium grows in Anaerobico conditions: Produce tossine
    - Absorption
      - Stomach: Non absorbed; tossine complesso con acessoria proteine è resistenti a proteolysis
      - Intestine
        
        Alkaline pH dell'intestino dissociates tossine dal associati proteine
        
        Dissociated tossine è absorbed nella circulation by endocitosi e translocation
  - Età: Solitamente adulti
  - Epidemiologia: Intoxication il più comune in California, Colorado, Nuove Mexico, Illinois
  - Associata foods
    - Home canned vegetables, potatoes fish e preservato sea food
    - Recent epidemics: Peyote cactus tea; Mascarpone cream cheese
  - Trattamento
    - Cure di sostegno: Respiratoria; Ferita debridement
    - Early
      - Emetics: Evita magnesium contenente
      - Lavage
      - Enemas: Non when paralitica ileus
    - Antitoxin
      - La maggior parte utile in 1st 24 ore
      - Trivalent ABE
      - Obtain dal CDC: 404-639-3753 (giorno); 404-639-2888 (night)
      - Use on clinical diagnosis: Senza waiting per lab confirmation
      - Lowers fatality rate e shortens illness (For Tipo A)
      - Complicazioni (immune): 9%
    - ? Diaminopiridina 3,4
- Ferita botulism
  - Meccanismo della malattia: tossine è prodotto locally by infecting organismi in ferite
    - In ferite o abscess
    - Dopo proliferazione of bacterial spores
  - Causes
    - Abuso di farmaci il più comune cause
      - Intramuscular o subcutaneous ("Cute-popping")
      - "Black tar" heroin
      - Sottocutaneo abscesses (50%)
      - più comunemente in California
    - Injuries: Urti; Composizione fratture
  - Incubation periodo 4 a 14 giorni, più lunga when ferite è debrided
  - Insorgenza: sfocata vision e Bulbare debolezza
  - Progressione
    - Generalizzata debolezza
    - Dysarthria; disfagia
    - pupillari reactivity: Ridotta
  - No GI motilità alterazioni
  - più comunemente in California
  - Botulino tipi A > B
  - Electrophysiology
    - CMAP Ampiezza: Ridotta (50%)
    - RNS
      - 2 Hz: Decremento in 50%;
      - 30 Hz: Aumenta in 50%
    - Motor unit potenziali: Small
  - Trattamento
    - Ferita debridement
    - Penicillin
  - Prognosi
    - Ventilator dipendenti frequenza: Tipo A > B > E
    - Slow aumento in forza over settimane a mesi
    - 1 anno: La maggior parte vicino normale e#177; fatica
    - Autonomic function Può improve later than debolezza
    - Mortalità: 5% a 10%
- GI colonization sindromi: Solitamente Infanzia (Infantile botulism)
  - Meccanismo della malattia: tossine è prodotto locally by infecting organismi in GI tratto
  - Esposizione: Ingested Clostridium botulinum spores
    - Raw honey può essere a sorgenti of tipo B organismi
    - Clostridium grows meglio in GI tratto senza normale flora
      - Giovani infanti: Before normale flora ha sviluppato
      - Dopo trattamento con antibiotics: Reduces normale flora
      - Meno competition dal normale GI organismi
    - Organisms produce tossine nel GI tratto
  - Epidemiologia
    - si ha in areas con botulinum spores in suoli
    - US: comune in
      - California (50% del Cases in US), Utah, Pennsylvania e Hawaii
      - Utah suoli caratteristiche
        
        Alkaline, Basso organico content, Sagebrush grasslands
        
        C botulinum tipo A
      - Eastern US suoli caratteristiche
        
        Leggermente acidic, più alto organico content, Cultivated fields
        
        C botulinum tipo B
  - Insorgenza
    - Età: 1 a 6 mesi; Median 4 mesi
    - Adulti: ~ 1 a 2 mesi dopo ingestion of spores
      - Fattori predisponenti
        
        Achlorhydria
        
        Cronica antibiotics
        
        Gastrectomia
        
        Intestinal surgery
      - tossine tipi: A; B; F (prodotto by C. baratii)
  - Clinica
    - Insorgenza: Acute
    - Segni iniziali: Constipation e debolezza
    - Debolezza
      - Occhi: Ptosi; Ophthalmoplegia; Midriasi
      - Bulbare: Scarsa suck e alimentazione; Ridotta gag
      - Pianto debole
      - Ipotonia
      - Sofferenza respiratoria
    - parasimpatico alterazioni
      - Hypotension
      - Tachicardia
      - Midriasi
  - Diagnosi
    - Stool: Culture e Analysis per tossine
    - Stimolazione ripetitiva del nervo: Aumenta
  - Trattamento
    
    Aumenta on rapida ripetitivo nervo stimulation
    - Botulism immune globulin⁵
      - Shortens hospital stay by~17 giorni
      - Cost: $45,000 per paziente
    - Anti-tossine e antibiotics non efficace
    - Cure di sostegno: Respiratoria; Nutrition; Fluid
  - Prognosi
    - Improve spontaneamente senza trattamento
    - Tempi di decorso: settimane a mesi
    - Morte: Rare con adeguato support
- Iatrogenic: Generalizzata segni dopo locale botulinum Iniezione
  - Dose usati: Entro therapeutic guidelines
  - Debolezza: Generalizzata
  - Autonomic: Possono essere coinvolti
  - Laboratorio: anormale singolo fibre EMG
- Inalazione botulism sindrome³
  - Esposizione
    - Aerosolized tossine botuliniche
    - Fonti: Bioterrorism; Veterinary
  - GI prodrome: Nessuno
  - Early segni: disfagia; Pupille dilatate; Ophthalmoparesis
  - Probabile Epidemiologia in Bioterrorism
    - Numerose cases: Multiple simultaneous gruppi
    - comune temporale e geographical, ma non food, esposizione
    - Probabilmente non waterbourne
    - Latency: 12 a 80 ore
    - Insolita Tipo di tossine per geographic area
  - Trattamento
    - Respiratoria support
    - Antitoxin: As Early come possibili
Botulism: Prevenzione
- Canning o preserving foods con appropriate calore, pressione, e basso pH
  - Spore
    - Survive 2 hr at 100 e#176;C
    - Inactivated at 120 e#176;C
    - Boiling food prima canning ad alto elevations Può non inactivate the spores
    - Factors favoring spore germination: Basso acidity (pH > 5.0); Basso O₂; Alte acqua content
  - tossine: Inactivated dopo 1 minute at 85 e#176;C, o 5 minuti at 80 e#176;C
- Evita esposizione of infanti to honey (possono contenere Clostridium botulinum spores)
- Botulino intossicazione: No immunity dal subsequent episodi
- Immunizzazione
  - Pentavalent toxoid
  - Used solo per alto risk personnel: Laboratorio workers; Military
Botulism: Pathology of terminal axons

Terminal axons at Giunzioni neuromuscolari (Rat)
Botulino tossine induces ingrandimento of NMJs (middle)
e sprouting of nervo terminali (middle e top)

Botulino tossine, Tipo B

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References
1. Muscle Nerve 2000;23:1137-1144
2. Nature Structural Biology 2000;7:617-619
3. JAMA 2001;285:1059-1070
4. Annu Rev Pharmacol Toxicol 2004;44:167–193
5. Neurology 2005;64:2029–2032

7/29/2005

BOTULISMO4

BOTULISMO^⁴