Взаимодействие хозяин-патоген - Host–pathogen interaction

В взаимодействие хозяин-патоген определяется как то, как микробы или вирусы поддерживают себя в организме-хозяине на молекулярном, клеточном, организменном или популяционном уровне. Этот термин чаще всего используется для обозначения болезнь -вызывает микроорганизмы хотя они могут не вызывать болезни у всех хозяев.[1] Из-за этого определение было расширено до того, насколько известно патогены выжить в их хозяин независимо от того, вызывают ли они болезнь или нет.

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

Патогенность

История патогена

Одним из первых патогенов, обнаруженных учеными, был Холерный вибрион, подробно описанный Филиппо Пачини в 1854 году. Его первоначальные открытия были просто рисунками бактерий, но до 1880 года он опубликовал много других статей, касающихся бактерий. Он описал, как он вызывает диарею, а также разработал эффективные методы лечения. Большинство этих открытий остались незамеченными, пока Роберт Кох повторно не открыл этот организм в 1884 году и не связал его с болезнью.[3] Лямблии лямблии был обнаружен Левенхоком в 1600-х годах.[2][4] но патогенность не была обнаружена до 1970-х годов, когда после крупной вспышки этого паразита в Орегоне был проведен симпозиум, спонсируемый EPA. С тех пор многие другие организмы были идентифицированы как патогены, такие как Хеликобактер пилори и Кишечная палочка, которые позволили ученым разработать антибиотики для борьбы с этими вредными микроорганизмами.

Типы возбудителей

Возбудители включают бактерии, грибы, простейшие, гельминты, и вирусы. Затем каждый из этих различных типов организмов может быть далее классифицирован как патоген в зависимости от способа его передачи. Это включает в себя следующее: пищевые, воздушно-капельные, водные, кровяные и трансмиссивные. Многие патогенные бактерии, например пищевые Золотистый стафилококк и Clostridium botulinum, выделяют токсины в хозяина, вызывая симптомы. ВИЧ и Гепатит Б являются вирусными инфекциями, вызываемыми патогенами, передающимися с кровью. Аспергиллис, наиболее распространенные патогенные грибы, выделяет афлатоксин, который действует как канцероген и заражает многие продукты питания, особенно те, которые выращиваются под землей (орехи, картофель и т. д.).[5]

Способы передачи

Внутри хозяина патогены могут делать множество вещей, вызывая болезнь и запускать иммунный ответ. Микробы и грибки вызывают симптомы из-за высокой скорости их размножения и проникновения в ткани. Это вызывает иммунный ответ, приводящий к общим симптомам, поскольку фагоциты разрушают бактерии в организме хозяина. Некоторые бактерии, такие как Хеликобактер пилори, могут выделять токсины в окружающие ткани, что приводит к гибели клеток или подавлению нормальной функции тканей. Однако вирусы вызывают заболевание по совершенно другому механизму. После входа в хост они могут делать одно из двух. Часто вирусные патогены вступают в литический цикл; это когда вирус вставляет свою ДНК или РНК в клетку-хозяин, 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 иммунной системе оставаться незамеченной. В конце концов, он реактивируется и входит в литический цикл, давая ему, так сказать, неопределенный «срок годности».[6]

Взаимодействие с хостом на основе контекста

Типы взаимодействий

В зависимости от того, как патоген взаимодействует с хозяином, он может участвовать в одном из трех взаимодействий между хозяином и патогеном. Комменсализм - это когда патоген получает выгоду, в то время как хозяин ничего не получает от взаимодействия. Примером этого является Bacteroides thetaiotaomicron, который находится в кишечном тракте человека, но не имеет известных преимуществ.[7] Мутуализм возникает, когда и патоген, и хозяин выигрывают от взаимодействия, как это видно на примере человеческого желудка. Многие из бактерий способствуют расщеплению питательных веществ для хозяина, и, в свою очередь, наши тела действуют как их экосистема.[8] Паразитизм возникает, когда патоген получает пользу от отношений, в то время как хозяину причинен вред. Это видно по одноклеточному Плазмодий falciparum паразит, вызывающий малярию у человека.

Патогенная изменчивость у хозяев

Хотя болезнетворные микроорганизмы действительно могут вызывать заболевание, они не всегда это делают. Это описывается как контекстно-зависимая патогенность. Ученые считают, что эта изменчивость обусловлена ​​как генетическими факторами, так и факторами окружающей среды хозяина. Одним из примеров этого у людей является Кишечная палочка. Обычно эти бактерии процветают как часть нормальной здоровой микробиоты кишечника. Однако, если он переместится в другой участок пищеварительного тракта или тела, это может вызвать сильную диарею. Так что пока Кишечная палочка классифицируется как возбудитель, он не всегда действует как таковой.[9] Этот пример также можно применить к S. aureus и другая обычная микробная флора человека.

Современные методы лечения патогенов

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, производимые микробами, которые могут использоваться против других патогенов, таких как пенициллин и эритромицин. Полусинтетические средства - это противомикробные средства, полученные из бактерий, но они усилены, чтобы иметь больший эффект. В отличие от них обоих, синтетические материалы производятся строго в лаборатории для борьбы с патогенностью. Каждый из этих трех типов противомикробных препаратов можно разделить на две следующие группы: бактерицидные и бактериостатические. Бактерицидные вещества убивают микроорганизмы, в то время как бактериостатические вещества подавляют рост микробов.[10]

Основная проблема лечения патогенными препаратами в современном мире - лекарственная устойчивость. Многие пациенты не принимают лекарства в полном объеме, что приводит к естественному отбору устойчивых бактерий. Одним из примеров этого является устойчивость к метициллину. Золотистый стафилококк (MRSA ). Из-за чрезмерного использования антибиотиков выжить могут только бактерии, у которых развились генетические мутации для борьбы с препаратом. Это снижает эффективность лекарств и делает бесполезными многие методы лечения.[11]

Будущие направления

Благодаря сетевому анализу взаимодействий хозяин-патоген и крупномасштабному анализу данных секвенирования РНК из инфицированных хозяйских клеток,[12] мы знаем, что патогенные белки вызывают обширную перестройку хозяина. интерактом имеют большее влияние на приспособленность патогенов во время инфекции. Эти наблюдения предполагают, что узлы в хозяине-патогене интерактом следует рассматривать как многообещающие цели для разработки противомикробных препаратов.[13] В настоящее время многие ученые стремятся понять генетическую изменчивость и то, как она способствует взаимодействию патогенов и изменчивости в организме хозяина. Они также стремятся ограничить способы передачи 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,[14] определение взаимодействия необходимо пересмотреть. Касадевалл предлагает определять патогенность на основе количества повреждений, нанесенных хозяину, классифицируя патогены по различным категориям в зависимости от того, как они функционируют в хозяине.[15] Однако для того, чтобы справиться с изменяющейся патогенной средой, методы лечения необходимо пересмотреть, чтобы справиться с лекарственно-устойчивыми микробами.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Касадеваль А, Пирофски Л.А. (2000). «Взаимодействие патогена и хозяина: основные концепции микробного комменсализма, колонизации, инфекции и болезни». Заразить иммунную. 68 (12): 6511–8. Дои:10.1128 / IAI.68.12.6511-6518.2000. ЧВК  97744. PMID  11083759.
  2. ^ а б Рендторфф, Р. К. (1954). "Экспериментальная передача кишечных простейших паразитов человека. II. Лямблии лямблии кисты в капсулах ». Американский журнал гигиены. 59 (2): 209–20. Дои:10.1093 / oxfordjournals.aje.a119634. PMID  13138586.
  3. ^ Бентивольо М., Пачини П. (1995). «Филиппо Пачини: решительный наблюдатель» (PDF). Brain Res Bull. 38 (2): 161–5. CiteSeerX  10.1.1.362.6850. Дои:10.1016 / 0361-9230 (95) 00083-Q. PMID  7583342.
  4. ^ Клиффорд Добелл, «Открытие кишечных простейших человека», Труды Королевского медицинского общества, 13, Раздел истории медицины (1920–11): 1–15, PMID  19981292 [первоначально представлено 1919-12-17].
  5. ^ Сан-Блас Дж., Кальдероне РА (2008). Патогенные грибы: выводы из молекулярной биологии. Horizon Scientific Press.
  6. ^ Что нужно знать об инфекционных заболеваниях. nas.edu
  7. ^ Хупер Л.В., Гордон Дж. И. (2001). «Комменсальные отношения хозяина и бактерий в кишечнике». Наука. 292 (5519): 1115–8. Bibcode:2001Научный ... 292.1115H. Дои:10.1126 / science.1058709. PMID  11352068.
  8. ^ Backhed F, Ley RE, Sonnenburg JL, Peterson DA, Gordon JI (2005). «Хозяин-бактериальный мутуализм в кишечнике человека». Наука. 307 (5717): 1915–20. Bibcode:2005Наука ... 307.1915B. Дои:10.1126 / science.1104816. PMID  15790844.
  9. ^ Клермон О., Бонакорси С., Бинген Э. (2000). "Быстрое и простое определение кишечная палочка филогенетическая группа ". Appl Environ Microbiol. 66 (10): 4555–8. Дои:10.1128 / aem.66.10.4555-4558.2000. ЧВК  92342. PMID  11010916.
  10. ^ Браун, AE (2012). Микробиологические приложения Бенсона: лабораторное руководство по общей микробиологии, краткая версия (12-е изд.). Нью-Йорк, США: Мак-Гроу-Хилл.
  11. ^ Neu HC (1992). «Кризис устойчивости к антибиотикам». Наука. 257 (5073): 1064–73. Bibcode:1992Научный ... 257.1064N. Дои:10.1126 / science.257.5073.1064. PMID  1509257.
  12. ^ Чакраворти, S; Ян, Б; Ван, С; Ван, Л; Quaid, JT; Lin, CF; Бриггс, SD; Majumder, J; Канария, Округ Колумбия; Chauss, D; Чопра, G; Олсон, MR; Чжао, Б; Афзали, Б; Каземян, М (3 сентября 2019 г.). «Интегрированная панактическая карта новообразований, связанных с ВЭБ, показывает функциональные взаимодействия хозяина и вируса». Исследования рака. 79 (23): 6010–6023. Дои:10.1158 / 0008-5472.CAN-19-0615. PMID  31481499.
  13. ^ Crua Asensio, N; Муньос Гинер, Э; де Гроот, Н.С. Торрент Бургас, М (16 января 2017 г.). «Центральное место во взаимодействии хозяина и патогена связано с приспособленностью патогена во время инфекции». Nature Communications. 8: 14092. Bibcode:2017НатКо ... 814092C. Дои:10.1038 / ncomms14092. ЧВК  5241799. PMID  28090086.
  14. ^ Avraham, R; Haseley, N; Браун, D; Penaranda, C; Джихон, HB; Тромбетта, JJ; Satija, R; Шалек, АК; Xavier, RJ; Регев, А; Hung, DT (10 сентября 2015 г.). «Изменчивость патогена от клетки к клетке приводит к неоднородности иммунных ответов хозяина». Ячейка. 162 (6): 1309–21. Дои:10.1016 / j.cell.2015.08.027. ЧВК  4578813. PMID  26343579.
  15. ^ Пирофски, Лийзе-Анн; Касадеваль, Артуро (август 1999 г.). «Взаимодействие хозяина-патогена: новое определение основных понятий вирулентности и патогенности». Инфекция и иммунитет. 67 (8): 3703–3713.

внешние ссылки