Взаимодействие хост-патоген определяется как , как микробы или вирусы поддерживать себя в принимающих организмов на молекулярном, клеточном, организменном или популяционном уровне. Этот термин обычно используется для обозначения заболевания -causing микроорганизмов , хотя они не могут вызвать болезнь у всех хозяев. [1] Из-за этого определение было расширено до того, как известные патогены выживают внутри своего хозяина , независимо от того, вызывают 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, вызывающие появление симптомов. Вирусы также могут инфицировать хозяина вирулентной ДНК, которая может влиять на нормальные клеточные процессы ( транскрипцию , трансляцию и т. Д.), Укладку белка или уклонение от иммунного ответа . [2]
Патогенность
История возбудителя
Одним из первых патогенов, обнаруженных учеными, был Vibrio cholerae , 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 были обнаружены Левенхоком в 1600-х годах [2] [4], но не были признаны патогенными до 1970-х годов, когда после крупной вспышки паразита в Орегоне был проведен симпозиум, спонсируемый Агентством по охране окружающей среды. С тех пор многие другие организмы были идентифицированы как патогены, такие как H. pylori и E. coli , что позволило ученым разработать антибиотики для борьбы с этими вредными микроорганизмами.
Виды возбудителей
Патогены 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. Сюда входят: пищевые, воздушно-капельные, водные, кровяные и трансмиссивные. Многие патогенные бактерии, такие как пищевой Staphylococcus aureus и Clostridium botulinum , выделяют токсины в хозяина, вызывая симптомы. ВИЧ и гепатит B - это вирусные инфекции, вызываемые патогенами, передающимися с кровью. Наиболее распространенные патогенные грибы Aspergillis выделяют афлатоксин , который действует как канцероген и загрязняет 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 H. pylori , могут выделять токсины в окружающие ткани, что приводит к гибели клеток или угнетению 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 снова активируется 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 дает известных преимуществ. [7] Мутуализм возникает, когда и патоген, и хозяин получают выгоду 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 извлекает выгоду из отношений, в то время как хозяину причинен вред. Это можно увидеть у одноклеточного паразита Plasmodium falciparum, который вызывает малярию у людей.
Патогенная изменчивость у хозяев
Хотя болезнетворные микроорганизмы действительно способны 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 человека 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. Таким образом, хотя кишечная палочка классифицируется как патоген, она не всегда действует как таковая. [9] Этот пример также может быть применен к S. aureus и другой распространенной микробной флоре 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. Полусинтетика - 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, а 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 устойчивый 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, вызывающие обширную перестройку взаимодействия хозяина, имеют большее влияние на приспособленность патогена во время инфекции. Эти наблюдения предполагают, что хабы во взаимодействии " хозяин-патоген" следует исследовать как многообещающие мишени 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 методы передачи многих патогенов, чтобы предотвратить быстрое распространение среди хозяев. По мере того как мы узнаем больше о взаимодействии "хозяин-патоген" и о 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, чтобы справиться с изменяющейся патогенной средой, методы лечения должны быть пересмотрены для борьбы с лекарственно-устойчивыми микробами.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Касадеваль A, Pirofski LA (2000). «Взаимодействие патогенов хозяина: основные концепции микробного комменсализма, колонизации, инфекции и болезни» . Infect Immun . 68 (12): 6511–8. DOI : 10.1128 / IAI.68.12.6511-6518.2000 . PMC 97744 . PMID 11083759 .
- ^ а б Rendtorff, RC (1954). «Экспериментальная передача кишечных простейших паразитов человека. II. Цисты Giardia lamblia, вводимые в капсулах». Американский журнал гигиены . 59 (2): 209–20. DOI : 10.1093 / oxfordjournals.aje.a119634 . PMID 13138586 .
- ^ Бентивольо М., Пачини П. (1995). «Филиппо Пачини: решительный наблюдатель» (PDF) . Brain Res Bull . 38 (2): 161–5. CiteSeerX 10.1.1.362.6850 . DOI : 10.1016 / 0361-9230 (95) 00083-Q . PMID 7583342 .
- ^ Клиффорд Добелл, «Открытие кишечных простейших человека», Труды Королевского медицинского общества , 13, раздел истории медицины (1920–11): 1–15, PMID 19981292 [первоначально представлен 1919-12-17].
- ^ Сан-Блас Дж., Кальдероне Р.А. (2008). Патогенные грибы: идеи молекулярной биологии . Horizon Scientific Press.
- ^ Что нужно знать об инфекционных заболеваниях . nas.edu
- ^ Хупер Л.В., Гордон Дж. И. (2001). «Комменсальные отношения хозяина и бактерий в кишечнике». Наука . 292 (5519): 1115–8. Bibcode : 2001Sci ... 292.1115H . DOI : 10.1126 / science.1058709 . PMID 11352068 .
- ^ Backhed F, Ley RE, Sonnenburg JL, Peterson DA, Gordon JI (2005). «Хозяин-бактериальный мутуализм в кишечнике человека». Наука . 307 (5717): 1915–20. Bibcode : 2005Sci ... 307.1915B . DOI : 10.1126 / science.1104816 . PMID 15790844 .
- ^ Клермон О., Бонакорси С., Бинген Э. (2000). «Быстрое и простое определение филогенетической группы Escherichia coli » . Appl Environ Microbiol . 66 (10): 4555–8. DOI : 10.1128 / aem.66.10.4555-4558.2000 . PMC 92342 . PMID 11010916 .
- ^ Браун, AE (2012). Микробиологические приложения Бенсона: лабораторное руководство по общей микробиологии, краткая версия (12-е изд.). Нью-Йорк, США: Мак-Гроу-Хилл.
- ^ Neu HC (1992). «Кризис устойчивости к антибиотикам». Наука . 257 (5073): 1064–73. Bibcode : 1992Sci ... 257.1064N . DOI : 10.1126 / science.257.5073.1064 . PMID 1509257 .
- ^ 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 EBV-ассоциированных новообразований выявляет функциональные взаимодействия хозяина и вируса» . Исследования рака . 79 (23): 6010–6023. DOI : 10.1158 / 0008-5472.CAN-19-0615 . PMID 31481499 .
- ^ Crua Asensio, N; Муньос Гинер, Э; де Гроот, Н.С. Торрент Бургас, М (16 января 2017 г.). «Центральное место во взаимодействии хозяина-патогена связано с приспособленностью патогена во время инфекции» . Nature Communications . 8 : 14092. Bibcode : 2017NatCo ... 814092C . DOI : 10.1038 / ncomms14092 . PMC 5241799 . PMID 28090086 .
- ^ 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 патогенов от клетки к клетке приводит к неоднородности иммунных ответов хозяина» . Cell . 162 (6): 1309–21. DOI : 10.1016 / j.cell.2015.08.027 . PMC 4578813 . PMID 26343579 .
- ^ Пирофски, Лийзе-Анн ; Касадеваль, Артуро (август 1999 г.). «Взаимодействие« хозяин-патоген »: новое определение основных концепций вирулентности и патогенности» . Инфекция и иммунитет . 67 (8): 3703–3713.
Внешние ссылки
- Визуализация данных GPS-Prot для белковых взаимодействий (ВИЧ-хозяин)
- Клеточный хозяин и микроб (журнал)
- Микробы и инфекции (журнал)
- VirHostNet - Вир нас- Хост белок-белковое взаимодействие Net работает база знаний
- PHI-base - База данных взаимодействия патоген-хозяин
- Карта сети вирусного взаимодействия человека из Гарварда