Адаптация хоста

При рассмотрении патогенов адаптация хозяина может иметь разные описания. Например, в случае с сальмонеллой адаптация к хозяину используется для описания «способности патогена циркулировать и вызывать заболевание в определенной популяции хозяина». Другое использование адаптации хозяина, все еще рассматривающее случай сальмонеллы , относится к эволюции патогена, так что он может заражать, вызывать заболевание и циркулировать в другом виде хозяина.

Описание

Хотя могут существовать патогены, которые могут заразить других хозяев и вызвать заболевание, неспособность проникать или распространяться среди зараженных видов-хозяев указывает на то, что патоген не адаптирован к этому виду-хозяину. В этом случае способность или отсутствие возбудителя адаптироваться к среде обитания является показателем приспособленности или вирулентности возбудителя . Если патоген обладает высокой приспособленностью к среде хозяина или вирулентен, он сможет быстро расти и распространяться внутри хозяина. И наоборот, если патоген недостаточно хорошо адаптирован к среде своего хозяина, он не будет распространяться или заражать так, как это сделал бы хорошо адаптированный патоген.

Такие патогены, как сальмонелла, передающаяся через пищу, способны адаптироваться к окружающей среде хозяина и поддерживать вирулентность несколькими путями. В статье Баумлера и др. 1998, Характеристики сальмонеллы, такие как ее способность вызывать кишечную инфекцию, были отнесены к факторам вирулентности, таким как ее способность проникать в эпителиальные клетки кишечника, вызывать рекрутирование нейтрофилов и препятствовать секреции кишечной жидкости. Филогенетический анализ также показал, что существует множество штаммов или линий сальмонеллы, что выгодно для возбудителя, поскольку его генетическое разнообразие может служить пищей для естественного отбора. Например, если конкретный штамм сальмонеллы более приспособлен к среде желудка хозяина по сравнению с другими штаммами сальмонеллы, то первый будет положительно отобран и его распространенность увеличится. В конечном итоге этот штамм колонизирует и заражает желудок. Другие, менее приспособленные штаммы будут отобраны и, таким образом, не будут сохраняться. Еще одной важной адаптацией сальмонеллы к хозяину была ее адаптация к температуре крови хозяина. Поскольку сальмонелла может процветать при температуре человека-хозяина (98,6 градусов по Фаренгейту), она пригодна для окружающей среды хозяина и, следовательно, хорошо в ней выживает. Подобные адаптации являются простыми, но очень эффективными способами заражения хозяев, поскольку они используют тело хозяина и важные особенности его тела в качестве трамплина в процессе заражения.

Другой кишечный патоген из рода Cryptosporidium , который не всегда был патогеном человека, «недавно» адаптировался к среде обитания человека. Многочисленные филогенетические анализы в статье Xiao et al. 2002 г. показали, что генотип быка Cryptosporidium parvum и Cryptosporidium meleagridis изначально были паразитами грызунов и млекопитающих соответственно. Однако «недавно» этот паразит распространился на человека. Как уже упоминалось ранее, способность выживать у разных видов-хозяев представляет собой адаптацию, которая очень выгодна для патогенов, поскольку увеличивает их шансы на выживание и циркуляцию. Некоторые патогены могут эволюционировать и стать устойчивыми к естественной иммунной защите организма и/или к внешнему вмешательству, например к лекарствам. Например, Clostridium difficile является наиболее частой причиной внутрибольничной диареи во всем мире, а сообщения начала 2000-х годов указывали на появление гипервирулентного штамма в Северной Америке и Европе. В исследовании Stabler et al. 2006, сравнительная филогения (сравнение всего генома с использованием микрочипов ДНК в сочетании с байесовской филогенией) использовалась для моделирования филогении C. difficile. Филогенетический анализ выявил четыре различных статистически значимых «кластера», составляющих гипервирулентную кладу, кладу токсина A-B+ и две клады с изолятами человека и животных. Генетические различия между четырьмя группами выявили важные результаты, связанные с вирулентностью. Авторы увидели, что гипервирулентные штаммы претерпели различные типы нишевой адаптации, такие как устойчивость к антибиотикам, подвижность, адгезия и кишечный метаболизм.

Некоторые комменсальные организмы или организмы, которые естественным образом встречаются в организме и получают пользу от проживания в хозяине, не причиняя ему вреда и не принося какой-либо значительной пользы, также могут стать патогенами. Этот конкретный тип гибрида комменсала и патогена называется условно-патогенным патогеном . Не все комменсалы являются условно-патогенными микроорганизмами. Однако условно-патогенные микроорганизмы по своей природе являются комменсалами. Они не вредны для организма, когда иммунная система организма функционирует нормально, но если иммунная система хозяина становится нарушенной или теряет способность функционировать в полную или почти полную силу, условно-патогенные микроорганизмы переходят из комменсального организма в возбудитель. Отсюда и происходит название условно-патогенных микроорганизмов: они являются патогенами только тогда, когда есть возможность заразить хозяина. Примером условно-патогенного микроорганизма является Candida albicans . Candida albicans — это тип грибка/дрожжевого грибка, обнаруженный в кишечнике и слизистых оболочках (например, влагалища и горла) здоровых людей. Он также встречается на коже здоровых людей. У здоровых людей, то есть людей с функционирующей иммунной системой, Candida не вызывает инфекций. Он будет просто сосуществовать с хостом. Однако, если человек проходит химиотерапию или болен ВИЧ/СПИДом, который ослабляет иммунную систему (таким образом ставя ее под угрозу), Candida albicans может вызвать инфекцию. Он может вызывать такие безобидные инфекции, как дрожжевые инфекции или молочница, а также такие серьезные инфекции, как системный кандидоз, который приводит к летальному исходу примерно в 50% случаев. Хотя механизмы, которые Candida albicans использует для перехода от комменсала к патогену, в значительной степени неизвестны, причины его силы как патогена широко известны. Кандида обладает значительной фенотипической и генотипической пластичностью, что означает, что она быстро вызывает изменения. В результате постоянной диверсификации у Candida появляется множество возможностей для создания выгодных мутаций. Кроме того, Candida может изменять морфологию. Он может превращаться из дрожжевой формы в нитчатую и наоборот, в зависимости от того, на какой стадии инфекции он находится. На начальных стадиях заражения Candida с большей вероятностью будет находиться в нитевидной форме, поскольку это позволяет ему прилипать и более эффективно инфицируют клетки. Другие адаптации комменсального патогена включают способность расти при температуре хозяина, создавать биопленки , сопротивляться активным формам кислорода (АФК), создаваемым как часть иммунного ответа человека для борьбы с инфекцией, адаптироваться к различным значениям pH. (имеет значение для переносимости в крови в различных частях тела) и адаптируется к средам с низким содержанием питательных веществ или глюкозы, таким как печень. Поскольку Candida albicans очень хорошо адаптируется к изменяющейся среде человеческого организма (т.е. к изменяющейся температуре, pH, реактивности кислорода и т. д.), Candida albicans является хорошим патогеном.

Адаптацию хоста также можно использовать по отношению к хосту. Хозяева обладают способностью адаптироваться, чтобы защитить себя от патогенов. Например, врожденные и приобретенные иммунные реакции представляют собой адаптации человеческого организма, существующие с единственной целью — предотвращать болезни. Кроме того, как уже упоминалось ранее в случае с активными формами кислорода, у организма есть множество других способов отражения угроз. Половое размножение также является особенностью человека и других организмов, размножающихся половым путем, для защиты от патогенов. Например, в так называемой гипотезе красной королевы хозяева постоянно генетически меняются посредством полового размножения, чтобы продолжать изменяться, поэтому у патогенов меньше шансов хорошо адаптироваться к хозяину. Если хозяин продолжает меняться посредством перетасовки генов в форме воспроизводства, то хозяевам придется постоянно развиваться вместе с хозяином, чтобы не отставать от его изменений. Это создает движущуюся мишень для одновременно развивающихся патогенов.