Взаимодействие хозяина и патогена
Взаимодействие хозяина и патогена определяется как то, как микробы или вирусы поддерживают себя в организме хозяина на молекулярном, клеточном, организменном или популяционном уровне. Этот термин чаще всего используется для обозначения болезнетворных хотя микроорганизмов, они могут вызывать заболевание не у всех хозяев. [ 1 ] По этой причине 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 заболевание своим присутствием и вызывая гомеостатический дисбаланс в организме или выделяя токсины, которые вызывают появление симптомов. Вирусы также могут заразить хозяина вирулентной ДНК, которая может влиять на нормальные клеточные процессы ( транскрипцию , трансляцию и т. д.), сворачивание белков или уклонение от иммунного ответа . [ 2 ]
Патогенность
[ редактировать ]История патогена
[ редактировать ]Одним из первых патогенов, наблюдаемых 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 статей, касающихся бактерий. Он описал, как он вызывает диарею, а также разработал эффективные методы борьбы с ней. Большинство этих открытий оставались незамеченными до тех пор, пока Роберт Кох не открыл заново этот организм в 1884 году и не связал его с болезнью.
Лямблии лямблии были открыты Левенгуком в 1600-х годах. [ 2 ] [ 3 ] но не был признан патогенным до 1970-х годов , когда после крупной вспышки этого 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
[ редактировать ]К возбудителям относятся бактерии , грибы , простейшие , паразитические черви (гельминты) и вирусы .
Каждый из этих различных типов организмов затем можно классифицировать как патоген в зависимости от способа его передачи. Сюда входят следующие инфекции: пищевые, воздушно-капельные, водные, через кровь и трансмиссивные. Многие патогенные бактерии, такие как пищевой Staphylococcus aureus и Clostridium botulinum , выделяют токсины в организм хозяина, вызывая симптомы. ВИЧ и гепатит В — вирусные инфекции, вызываемые возбудителями, передающимися через кровь. Аспергиллы, наиболее распространенные патогенные грибы, выделяют афлатоксин , который действует как канцероген и загрязняет многие продукты питания, особенно выращенные под землей (орехи, картофель и т. д.). [ 4 ]
Способы передачи
[ редактировать ]Внутри хозяина патогены могут совершать различные действия, вызывая заболевание и запуская иммунный ответ.
Микробы и грибки вызывают симптомы из-за их высокой скорости размножения и инвазии в ткани. Это вызывает иммунный ответ, приводящий к появлению общих симптомов, 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 возникновения заболеваний. При входе на хост они могут сделать одно из двух. Во многих случаях вирусные патогены вступают в литический цикл; это когда вирус встраивает свою ДНК или РНК в клетку-хозяина, размножается и в конечном итоге заставляет клетку лизировать, высвобождая больше вирусов в окружающую среду. Однако лизогенный цикл — это когда вирусная ДНК включается в геном хозяина, позволяя иммунной системе оставаться незамеченной. В конце концов, он реактивируется и вступает в литический цикл, что дает ему, так сказать, неопределенный «срок годности». [ 5 ]
Взаимодействие с хостом на основе контекста
[ редактировать ]Виды взаимодействия
[ редактировать ]В зависимости от того, как возбудитель взаимодействует с хозяином, он может участвовать в одном из трех взаимодействий хозяин-возбудитель. Комменсализм – это когда патоген получает пользу, а хозяин ничего не получает от взаимодействия. Примером этого является Bacteroides thetaiotaomicron , который обитает в кишечном тракте человека, но не дает никаких известных преимуществ. [ 6 ] Мутуализм возникает, когда и патоген, и хозяин получают выгоду от взаимодействия, как это видно на примере желудка человека. Многие бактерии способствуют расщеплению питательных веществ для хозяина, а наши тела, в свою очередь, действуют как их экосистема. [ 7 ] Паразитизм возникает, когда патоген получает выгоду от взаимоотношений, в то время как хозяину наносится вред. Это можно увидеть на примере одноклеточного паразита Plasmodium falciparum, вызывающего малярию у людей. [ 8 ]
Патогенная изменчивость хозяев
[ редактировать ]Хотя патогены действительно способны вызывать заболевания, они не всегда это делают. Это описывается как контекстно-зависимая патогенность. Ученые полагают, что эта изменчивость обусловлена как генетическими факторами, так и факторами окружающей среды внутри хозяина. Одним из примеров этого у людей является кишечная палочка . Обычно эти бактерии процветают как часть нормальной, здоровой микробиоты в кишечнике. Однако если он переместится в другой отдел пищеварительного тракта или тела, это может вызвать сильную диарею. Таким образом, хотя E. coli классифицируется как патоген, она не всегда действует как таковая. [ 9 ] Этот пример также можно применить к S. aureus и другой распространенной микробной флоре человека.
Современные методы лечения патогенов
[ редактировать ]В настоящее время противомикробные препараты являются основным методом лечения возбудителей. Эти препараты специально разработаны для уничтожения микробов или подавления их дальнейшего роста в среде хозяина. Для описания противомикробных препаратов можно использовать несколько терминов. Антибиотики — это химические вещества, вырабатываемые микробами, которые можно использовать против других патогенов, таких как пенициллин и эритромицин. Полусинтетические препараты – это противомикробные препараты, которые получают из бактерий, но они усилены для большего эффекта. В отличие от обоих, синтетические производятся строго в лаборатории для борьбы с патогенностью. Каждый из этих трех типов противомикробных препаратов можно разделить на две последовательные группы: бактерицидные и бактериостатические. Бактерицидные вещества убивают микроорганизмы, а бактериостатические вещества подавляют рост микробов. [ 10 ]
Основной проблемой патогенной медикаментозной терапии в современном мире является лекарственная устойчивость. Многие пациенты не проходят полный курс лечения лекарствами, что приводит к естественному отбору резистентных бактерий. Одним из примеров этого является метициллин-резистентный золотистый стафилококк ( MRSA ). Из-за чрезмерного использования антибиотиков выживают только бактерии, у которых развились генетические мутации для борьбы с препаратом. Это снижает эффективность лекарств и делает многие методы лечения бесполезными. [ 11 ]
Будущие направления
[ редактировать ]Благодаря сетевому анализу взаимодействий хозяин-патоген и крупномасштабному анализу данных секвенирования РНК из инфицированных клеток-хозяев, [ 12 ] мы знаем, что белки патогена, вызывающие обширную перестройку интерактома хозяина , оказывают большее влияние на приспособленность патогена во время инфекции. хозяин-патоген Эти наблюдения позволяют предположить, что хабы в интерактоме следует рассматривать 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 внутри 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 размера ущерба, причиненного хозяину, классифицируя патогены на различные категории в зависимости от того, как они функционируют в организме хозяина. [ 15 ] Однако, чтобы справиться с меняющейся патогенной средой, необходимо пересмотреть методы лечения для борьбы с устойчивыми к лекарствам микробами.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Касадевалл А., Пирофски Л.А. (декабрь 2000 г.). «Взаимодействие хозяина и патогена: основные концепции микробного комменсализма, колонизации, инфекции и болезней» . Инфекция и иммунитет . 68 (12): 6511–6518. дои : 10.1128/IAI.68.12.6511-6518.2000 . ПМК 97744 . ПМИД 11083759 .
- ^ Jump up to: а б Рендторф RC (март 1954 г.). «Экспериментальная передача кишечных простейших паразитов человека. II. Цисты лямблий лямблий в капсулах». Американский журнал гигиены . 59 (2): 209–220. doi : 10.1093/oxfordjournals.aje.a119634 . ПМИД 13138586 .
- ^ Добелл С. (1920). «Открытие кишечных простейших человека» . Труды Королевского медицинского общества . 13 (Секта Хист Мед): 1–15. дои : 10.1177/003591572001301601 . ПМК 2151982 . ПМИД 19981292 .
- ^ Сан-Блас Дж., Кальдероне Р.А. (2008). Патогенные грибы: идеи молекулярной биологии . Горизонт Научная Пресса.
- ^ «Как патогены делают нас больными» . Инфекционное заболевание . Национальные академии.
- ^ Хупер Л.В., Гордон Дж.И. (май 2001 г.). «Комменсальные хозяин-бактериальные отношения в кишечнике». Наука . 292 (5519): 1115–1118. Бибкод : 2001Sci...292.1115H . дои : 10.1126/science.1058709 . ПМИД 11352068 . S2CID 44645045 .
- ^ Бекхед Ф., Лей Р.Э., Зонненбург Дж.Л., Петерсон Д.А., Гордон Дж.И. (март 2005 г.). «Хозяин-бактериальный мутуализм в кишечнике человека» . Наука . 307 (5717): 1915–1920. Бибкод : 2005Sci...307.1915B . дои : 10.1126/science.1104816 . ПМИД 15790844 . S2CID 6332272 .
- ^ Сато С (январь 2021 г.). «Плазмодий — краткое введение в паразитов, вызывающих малярию человека, и их основы биологии» . Журнал физиологической антропологии . 40 (1): 1. дои : 10.1186/s40101-020-00251-9 . ПМК 7792015 . ПМИД 33413683 .
- ^ Клермон О., Бонакорси С., Бинген Э. (октябрь 2000 г.). «Быстрое и простое определение филогенетической группы Escherichia coli» . Прикладная и экологическая микробиология . 66 (10): 4555–4558. Бибкод : 2000ApEnM..66.4555C . дои : 10.1128/aem.66.10.4555-4558.2000 . ПМЦ 92342 . ПМИД 11010916 .
- ^ Браун, А.Е. (2012). Микробиологические применения Бенсона: Лабораторное руководство по общей микробиологии, короткая версия (12-е изд.). Нью-Йорк, США: Мак-Гроу-Хилл.
- ^ Ной ХК (август 1992 г.). «Кризис устойчивости к антибиотикам». Наука . 257 (5073): 1064–1073. Бибкод : 1992Sci...257.1064N . дои : 10.1126/science.257.5073.1064 . ПМИД 1509257 . S2CID 1261981 .
- ^ Чакраворти С., Ян Б., Ван С., Ван Л., Куэйд Дж.Т., Лин К.Ф. и др. (декабрь 2019 г.). «Интегрированная панраковая 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 . ПМК 6891172 . ПМИД 31481499 .
- ^ Круа Асенсио Н., Муньос Гинер Э., де Гроот Н.С., Торрент Бургас М. (январь 2017 г.). «Центральность в интерактоме хозяин-патоген связана с приспособленностью возбудителя во время инфекции» . Природные коммуникации . 8 : 14092. Бибкод : 2017NatCo...814092C . дои : 10.1038/ncomms14092 . ПМЦ 5241799 . ПМИД 28090086 .
- ^ Авраам Р., Хасли Н., Браун Д., Пенаранда С., Джиджон Х.Б., Тромбетта Дж.Дж. и др. (сентябрь 2015 г.). «Межклеточная изменчивость патогена приводит к гетерогенности иммунных реакций хозяина» . Клетка . 162 (6): 1309–1321. дои : 10.1016/j.cell.2015.08.027 . ПМЦ 4578813 . ПМИД 26343579 .
- ^ Касадевалл А. , Пирофски Л.А. (август 1999 г.). «Взаимодействие хозяина и патогена: новое определение основных понятий вирулентности и патогенности» . Инфекция и иммунитет . 67 (8): 3703–3713. дои : 10.1128/IAI.67.8.3703-3713.1999 . ПМК 96643 . ПМИД 10417127 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- GPS-Prot. Архивировано 12 апреля 2023 г. на Wayback Machine. Визуализация данных о взаимодействии белков (ВИЧ-хост).
- Клетка-хост и микроб (журнал)
- Микробы и инфекции (Журнал)
- VirHostNet – Взаимодействие вируса и хозяина белка- Сетевая база знаний
- PHI-база - база данных взаимодействия патоген-хозяин
- Карта сети вирусного интерактома человека из Гарварда