stringtranslate.com

Взаимодействие хозяина и патогена

Взаимодействие хозяина и патогена определяется как то, как микробы или вирусы поддерживают себя в организмах-хозяевах на молекулярном, клеточном, организменном или популяционном уровне. Этот термин чаще всего используется для обозначения болезнетворных микроорганизмов , хотя они могут не вызывать заболевания у всех хозяев. [1] Из-за этого определение было расширено до того, как известные патогены выживают в своем хозяине , независимо от того, вызывают ли они заболевание или нет.

На молекулярном и клеточном уровне микробы могут инфицировать хозяина и быстро делиться, вызывая болезнь, находясь там и вызывая гомеостатический дисбаланс в организме, или выделяя токсины, которые вызывают появление симптомов. Вирусы также могут инфицировать хозяина вирулентной ДНК, которая может влиять на нормальные клеточные процессы ( транскрипция , трансляция и т. д.), сворачивание белка или уклонение от иммунного ответа . [2]

Патогенность

История патогена

Одним из первых патогенов, обнаруженных учеными, был Vibrio cholerae , подробно описанный Филиппо Пачини в 1854 году. Его первоначальные открытия представляли собой лишь рисунки бактерий, но вплоть до 1880 года он опубликовал множество других работ, посвященных этим бактериям. Он описал, как они вызывают диарею, а также разработал эффективные методы лечения против них. Большинство этих открытий оставались незамеченными, пока Роберт Кох не открыл этот организм заново в 1884 году и не связал его с болезнью.

Giardia lamblia была открыта Левенгуком в 1600-х годах[2][3],но не была признана патогенной до 1970-х годов,когда был проведен симпозиум, спонсируемый EPA, после крупной вспышки в Орегоне, связанной с этим паразитом. С тех пор многие другие организмы были идентифицированы как патогены, такие какH. pyloriиE. coli, что позволило ученым разработать антибиотики для борьбы с этими вредными микроорганизмами.

Виды возбудителей

Возбудителями заболеваний являются бактерии , грибки , простейшие , паразитические черви (гельминты) и вирусы .

Каждый из этих различных типов организмов может быть далее классифицирован как патоген на основе его способа передачи. Это включает в себя следующее: пищевой, воздушно-капельный, водный, передающийся через кровь и переносимый через переносчиков. Многие патогенные бактерии, такие как пищевые Staphylococcus aureus и Clostridium botulinum , выделяют токсины в хозяина, вызывая симптомы. ВИЧ и гепатит B являются вирусными инфекциями, вызываемыми патогенами, передающимися через кровь. Aspergillus , наиболее распространенный патогенный гриб, выделяет афлатоксин , который действует как канцероген и загрязняет многие продукты, особенно те, которые выращиваются под землей (орехи, картофель и т. д.). [4]

Методы передачи

Внутри хозяина патогены могут выполнять различные действия, вызывая заболевание и запуская иммунный ответ.

Микробы и грибки вызывают симптомы из-за их высокой скорости размножения и проникновения в ткани. Это вызывает иммунный ответ, приводящий к общим симптомам, поскольку фагоциты разрушают бактерии внутри хозяина.

Некоторые бактерии, такие как H. pylori , могут выделять токсины в окружающие ткани, что приводит к гибели клеток или угнетению нормальной функции тканей.

Однако вирусы используют совершенно другой механизм для возникновения заболевания. При попадании в хозяина они могут сделать одно из двух. Во многих случаях вирусные патогены входят в литический цикл; это когда вирус вставляет свою ДНК или РНК в клетку хозяина, реплицируется и в конечном итоге заставляет клетку лизироваться, высвобождая больше вирусов в окружающую среду. Однако лизогенный цикл — это когда вирусная ДНК включается в геном хозяина, что позволяет ей оставаться незамеченной иммунной системой. В конце концов, она реактивируется и входит в литический цикл, давая ей, так сказать, неопределенный «срок годности». [5]

Контекстно-зависимые взаимодействия с хостом

Типы взаимодействий

Существует три типа взаимодействия хозяина и патогена, основанных на том, как патоген взаимодействует с хозяином. Комменсализм — это когда патоген получает выгоду, а хозяин ничего не получает от взаимодействия. Примером этого является Bacteroides thetaiotaomicron, который находится в кишечном тракте человека, но не дает никаких известных преимуществ. [6] Мутуализм возникает, когда и патоген, и хозяин получают выгоду от взаимодействия, как это наблюдается в желудке человека. Многие из бактерий помогают расщеплять питательные вещества для хозяина, и взамен наши тела выступают в качестве его экосистемы. [7] Паразитизм возникает, когда патоген получает выгоду от отношений, а хозяину наносится вред. Это можно увидеть на примере одноклеточного паразита Plasmodium falciparum , который вызывает малярию у людей. [8]

Патогенная изменчивость хозяев

Хотя патогены действительно способны вызывать заболевания, они не всегда это делают. Это описывается как патогенность, зависящая от контекста. Ученые полагают, что эта изменчивость обусловлена ​​как генетическими, так и экологическими факторами внутри хозяина. Одним из примеров этого у людей является E. coli . Обычно эта бактерия процветает как часть нормальной, здоровой микробиоты в кишечнике. Однако, если она перемещается в другую область пищеварительного тракта или тела, она может вызвать сильную диарею. Таким образом, хотя E. coli классифицируется как патоген, но она не всегда действует как таковой. [9] Этот пример также можно применить к S. aureus и другой распространенной микробной флоре у людей.

Современные патогенетические методы лечения

В настоящее время противомикробные препараты являются основным методом лечения патогенов. Эти препараты специально разработаны для уничтожения микробов или подавления дальнейшего роста в среде хозяина. Для описания противомикробных препаратов можно использовать несколько терминов. Антибиотики — это химические вещества, вырабатываемые микробами, которые могут использоваться против других патогенов, например, пенициллин и эритромицин. Полусинтетические — это противомикробные препараты, которые получены из бактерий, но они улучшены для большего эффекта. В отличие от них обоих, синтетические производятся строго в лабораторных условиях для борьбы с патогенностью. Каждый из этих трех типов противомикробных препаратов можно разделить на две последующие группы: бактерицидные и бактериостатические. Бактерицидные вещества убивают микроорганизмы, в то время как бактериостатические вещества подавляют рост микробов. [10]

Основная проблема патогенной лекарственной терапии в современном мире — это лекарственная устойчивость. Многие пациенты не принимают полный курс лечения препаратами, что приводит к естественному отбору резистентных бактерий. Одним из примеров является метициллин-резистентный золотистый стафилококк ( MRSA ). Из-за чрезмерного использования антибиотиков выживают только те бактерии, которые развили генетические мутации для борьбы с препаратом. Это снижает эффективность лекарств и делает многие методы лечения бесполезными. [11]

Будущие направления

Благодаря сетевому анализу взаимодействий хозяина и патогена и масштабному анализу данных секвенирования РНК из инфицированных клеток хозяина [12] мы знаем, что белки патогена, вызывающие обширную перестройку интерактома хозяина , оказывают большее влияние на приспособленность патогена во время инфекции. Эти наблюдения предполагают, что хабы в интерактоме хозяина и патогена следует исследовать в качестве перспективных целей для разработки антимикробных препаратов. [13] Двойная протеомика также может быть использована для изучения взаимодействий хозяина и патогена путем одновременной количественной оценки белков, вновь синтезированных хозяином и патогеном. [14] В настоящее время многие ученые стремятся понять генетическую изменчивость и то, как она способствует взаимодействию патогенов и изменчивости внутри хозяина. Они также стремятся ограничить методы передачи для многих патогенов, чтобы предотвратить быстрое распространение среди хозяев. По мере того, как мы узнаем больше о взаимодействии хозяина и патогена и степени изменчивости внутри хозяев, [15] определение взаимодействия должно быть переопределено. Касадеваль предлагает определять патогенность на основе объема ущерба, нанесенного хозяину, классифицируя патогены по различным категориям в зависимости от того, как они функционируют в хозяине. [16] Однако для того, чтобы справиться с изменяющейся патогенной средой, необходимо пересмотреть методы лечения, чтобы иметь дело с микробами, устойчивыми к лекарственным препаратам.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Касадеваль А, Пирофски ЛА (декабрь 2000 г.). «Взаимодействие хозяина и патогена: основные концепции микробного комменсализма, колонизации, инфекции и заболевания». Инфекция и иммунитет . 68 (12): 6511–6518. doi :10.1128/IAI.68.12.6511-6518.2000. PMC 97744.  PMID 11083759  .
  2. ^ ab Rendtorff RC (март 1954 г.). «Экспериментальная передача кишечных простейших паразитов человека. II. Цисты Giardia lamblia, принимаемые в капсулах». American Journal of Hygiene . 59 (2): 209–220. doi :10.1093/oxfordjournals.aje.a119634. PMID  13138586.
  3. ^ Добелл С (1920). «Открытие кишечных простейших человека». Труды Королевского медицинского общества . 13 (Sect Hist Med): 1–15. doi :10.1177/003591572001301601. PMC 2151982. PMID  19981292 . 
  4. ^ Сан-Блас Г., Кальдероне Р. А. (2008). Патогенные грибы: взгляд на молекулярную биологию . Horizon Scientific Press.
  5. ^ "Как патогены делают нас больными". Инфекционные заболевания . Национальные академии.
  6. ^ Hooper LV, Gordon JI (май 2001). «Комменсальные отношения хозяина и бактерий в кишечнике». Science . 292 (5519): 1115–1118. Bibcode :2001Sci...292.1115H. doi :10.1126/science.1058709. PMID  11352068. S2CID  44645045.
  7. ^ Bäckhed F, Ley RE, Sonnenburg JL, Peterson DA, Gordon JI (март 2005 г.). «Взаимодействие хозяина и бактерий в кишечнике человека». Science . 307 (5717): 1915–1920. Bibcode :2005Sci...307.1915B. doi :10.1126/science.1104816. PMID  15790844. S2CID  6332272.
  8. ^ Sato S (январь 2021 г.). «Плазмодий — краткое введение в паразитов, вызывающих человеческую малярию, и их базовая биология». Журнал физиологической антропологии . 40 (1): 1. doi : 10.1186/s40101-020-00251-9 . PMC 7792015. PMID  33413683. 
  9. ^ Clermont O, Bonacorsi S, Bingen E (октябрь 2000 г.). «Быстрое и простое определение филогенетической группы Escherichia coli». Applied and Environmental Microbiology . 66 (10): 4555–4558. Bibcode : 2000ApEnM..66.4555C. doi : 10.1128/aem.66.10.4555-4558.2000. PMC 92342. PMID  11010916 . 
  10. ^ Браун, А.Е. (2012). Микробиологические приложения Бенсона: лабораторное руководство по общей микробиологии, краткая версия (12-е изд.). Нью-Йорк, США: Mc-Graw-Hill.
  11. ^ Neu HC (август 1992 г.). «Кризис устойчивости к антибиотикам». Science . 257 (5073): 1064–1073. Bibcode :1992Sci...257.1064N. doi :10.1126/science.257.5073.1064. PMID  1509257. S2CID  1261981.
  12. ^ Chakravorty S, Yan B, Wang C, Wang L, Quaid JT, Lin CF и др. (декабрь 2019 г.). «Интегрированная пан-раковая карта EBV-ассоциированных неоплазм выявляет функциональные взаимодействия хозяина и вируса». Cancer Research . 79 (23): 6010–6023. doi : 10.1158/0008-5472.CAN-19-0615 . PMC 6891172 . PMID  31481499. 
  13. ^ Crua Asensio N, Muñoz Giner E, de Groot NS, Torrent Burgas M (январь 2017 г.). «Центральность во взаимодействии хозяина и патогена связана с приспособленностью патогена во время инфекции». Nature Communications . 8 : 14092. Bibcode :2017NatCo...814092C. doi :10.1038/ncomms14092. PMC 5241799 . PMID  28090086. 
  14. ^ Лю, Ян Сильвия; Чжан, Чэнцянь; Ху, Би Луань; Хао, Пилян; Чуа, Сонг Линь (2024-09-02). «Двухвидовая протеомика и целевое вмешательство во взаимодействия животных и патогенов». Журнал передовых исследований . doi : 10.1016/j.jare.2024.08.038 . ISSN  2090-1232.
  15. ^ Авраам Р., Хасли Н., Браун Д., Пенаранда К., Джиджон Х.Б., Тромбетта Дж.Дж. и др. (сентябрь 2015 г.). «Изменчивость патогена от клетки к клетке обусловливает гетерогенность иммунных реакций хозяина». Cell . 162 (6): 1309–1321. doi :10.1016/j.cell.2015.08.027. PMC 4578813 . PMID  26343579. 
  16. ^ Casadevall A , Pirofski LA (август 1999). «Взаимодействие хозяина и патогена: переосмысление основных концепций вирулентности и патогенности». Инфекция и иммунитет . 67 (8): 3703–3713. doi :10.1128/IAI.67.8.3703-3713.1999. PMC 96643 . PMID  10417127. 

Внешние ссылки