La toxina de la difteria es solo sintetizada por cadenas de Corynebacterium diphteriae los cuales son lisegénicos para un bacteriófago particular., los cuales están creciendo bajo condiciones de decrecimiento bacterial en cuanto a su contenido de hierro. La toxina es liberad hacia el medio extracelular cuando esta es formada durante las etapas terminales de crecimiento, y en cualquier momento dado, solo trazas pueden ser excretadas de las bacterias en si mismas.
Si bien parece ser general acuerdo que la información genética la cual controla la síntesis de toxina es portado por el profago, pero la exacta relación entre la toxina y el profago no ha sido establecido. Barksdale y sus co-trabajadores, presentan evidencia la cual sugiere que bajo ciertas condiciones al menos, que la inducción del profago en estado vegetativo por radiación ultravioleta (u.v.) puede acelerar la liberación de toxina y además aumenta los rendimientos de producción de esta. Esos autores sugieren que bajo las condiciones usuales de producción de toxina, esta formación puede ser consecuencia de “autoinducción” y la multiplicación del fago resultante de una disminución de contenido bacterial de hierro. Barksdale et al.(1961) observo un estado de declinación en una cuenta viable durante la producción de toxina en cultivos de variantes de la sepa PW 8 de C. diphteriae. De trabajos anteriores por Barksdale y Pappenheimer (1954), Hatano (1956), Moneda y Pappenheimer(1957) Moneda (1957ª), Edwards (1960) y otros, sugieren que durante la liberación de la toxina esta asociada con la lisis de una fracción importante de la población bacteriana, sin embargo, por la reciente sugerencia de que la multiplicación del fago puede estar directamente involucrada en la producción de toxina, ha provocado la re-investigación de la cinética de la producción de toxina como una función de crecimiento bacteriano y lisis. Estos trabajos han demostrado conclusiva mente que la toxina es sintetizada de novo de aminoácidos y que la liberación hacia el medio extracelular no esta asociado ha un significante grado de lisis bacteriana.
La posición taxonómica de las corynebacterias que posee todas las propiedades características de Corynebacterium diphtheriae guarda únicamente la capacidad de producir la toxina diftérica desde que fue descubierto el bacilo de la difteria. Una vista más conservativa ha sido que las cepas no toxigenicas son “avirulentas”. Su relación con C. diphtheria tiene una particular relación desde el punto de vista epidemiológico desde que las cadenas no toxigenicas fueron descubiertas, y se estableció que las cadenas no-toxigenicas puedan ser toxigenicas.
En una cuidadosa serie de experimentos controlados en la cual una línea de descendentes puros de una simple célula toxigenita de C. diphtheria fueron seleccionadas y probadas para la producción de toxina, Crowell derivo una célula hija en la cual no se detecto la producción de toxina. Croweel reporto la derivación de variantes no-toxigenicas de la cepa conocida más toxigénica “Park Williams no. 8” . Pero eso no es todo, Freeman (1951), presenta evidencia que cepas toxigenicas de difteria pudieron ser obtenidas de cadenas no-toxigenicas. Freeman trato poblaciones de cultivos no-toxigénicos en platos de agar con bacteriófagos Beta, e incubados a lo largo de suficiente tiempo para hacerlas resistentes para crecer. Cuando ciertas de esas colonias sobrevivientes fueron probadas en puercas de guinea, se encontró que producían toxina. Cuando estas fueron probadas con el fago B, se encontró que estas eran resistentes y lisogénicas. Y posteriormente se encontró que todas las cepas tratadas por Freeman que eran convertidas de no-toxigénicas a toxigénicas eran lisogénicas. Parson y Frobisher (1951), Groman (1953ª), y Hewitt (1952) han reportado descubrimientos similares en otras variante del bacilo de la difteria.
Se ha sugerido que la toxina diftérica esta relacionada a cierta parte del citrocromo b difteriano (Pappenheimer y Hendee, 1947). La evidencia de esta hipótesis ha sido obtenida de estudios del metabolismo de hierro del bacilo de la difteria.
Dada la localización del gen estructural para la toxina diftérica , es simple suponer que tox+ es originario del gen de un fago, incluso si esto ahora sirve de nada para la replicación esencial del fago. Esta noción ha sido recibida recientemente e indirectamente soportada de un descubrimiento por Goff con E. coli infectado con fagos T4 (1974). En tales células la sub unidad α del RNA polimerasa se encontró que fue modificada por un enlace covalente en parte del ADPR por el NAD+
El hecho de que esta modificación (i) involucra el mismo grupo de transferencia de el mismo sustrato piridin nucleótido, (ii) este catalizada por una enzima codificada por un fago, y (iii) es el primer ejemplo en procariotes de ADP-ribosilización de una proteína, invita a especular de que puede relacionarse ha el origen de la toxina diftérica. Uno puede concebir que la actividad de la ADP-ribozilización en el fragmento A, porción de la toxina que puede tener orígenes de una enzima del fago la cual cataliza un similar grupo-transfrencia a una subunidad de RNA-polimeraza o alguna otra proteína involucrada en la replicación del fago. El gen para esta enzima pudo haber estado unido por una fusión de genes con otra proteína (¿el fago puede cubrir proteínas?) correspondiente a la porción B de la toxina , con la duplicación de genes en cuanto para funciones de genes esenciales en las funciones de procesos
Si esta hipótesis merece mucha creencia dependerá en parte sobre si las ADP-ribolización de proteínas es encontrada en otras infecciones por fagos, incluyendo esos por corynefagos. Sin una significante incorporación de ADPR de NAD+ ha sido detectado en extractos de la cepa PW-8 de C. diphtheriae incubado ya sea en presencia o ausencia del fragmento A, sugiriendo que tales células no contienen aceptores de proteínas para ADPR. Como sea, tales aceptores pueden ser fácilmente pasados por alto si esto fue despreciable o en bajas concentraciones. Goff ha encontrado que el fragmento A no cataliza la ADP-ribolización de la subunidad α de RNA polimerasa en E. coli, pero la correspondiente enzima del bacilo de la difteria no ha sido probada..
Alternativamente uno puede concebir que la toxina puede ser originaria del NAD++glicohidrolasa o un deshidrogenasa unida a un NAD+. La transición a una enzima capaz de transferir parte del ADPR a un porción especifica de la proteína será relativamente menor en cada caso. Presumiblemente la actividad del sustrato EF-2 puede ser solo contado por una oportunidad de afinidad por la enzima. Los autores han sugerido que el gen para la toxina de la difteria puede ser originada en el genoma de un huésped eucariota. La aparente racionalidad por esto es que la única proteína conocida substrato-eficiente para la toxina es una proteína intracelular eucariota. Esto supone que el gen ancestral para la toxina puede tener codificada una proteína reguladora la cual modifica la actividad del EF-2 o una proteína similar, y que el fago levanta este gen a través de esta cercana asociación con el huésped eucariota. DtxR , es el gen responsable de esta regulación (DtxR tiene parte del cromosoma bacteriano) El gen DTx produce una molécula reguladora la cual se une al operador del gen tox la cual no transcribe en presencia de hierro. Esto es, el hierro es un correpresor. Así mismo, este gen juega otra importante rol en la producción de la toxina diftérica. DtxR es también responsable para controlar los genes involucrados en la síntesis de siderofora ( Tao, Zeng y Murphy) Las sideroforas están involucradas en el consumo de hierro de la bacteria y el cual es crucial para le huésped. Bajas concentraciones de hierro son señales para la bacteria para producir este factor de virulencia en el cual esta el porque de la represores activados por el hierro (Qui, et al.). DtxR puede ser convertido a activo en la presencia de metales de transición en la presencia de hierro. La presencia de cualquiera de estos iones puede causar este “swicth” genético en la bacteria resultando en la expresión de de ek gen que controla la síntesis de sideforas y la producción de toxina.