Адаптация хоста - Host adaptation
При рассмотрении патогенов , адаптация хоста может иметь различные описания. Например, в случае сальмонеллы адаптация хозяина используется для описания «способности патогена циркулировать и вызывать заболевание в конкретной популяции хозяев». Другое использование адаптации хозяина, все еще рассматривающее случай сальмонеллы , относится к эволюции патогена, так что он может инфицировать, вызывать заболевание и циркулировать в другом виде хозяина.
Описание
Хотя могут существовать патогены, которые могут инфицировать других хозяев и вызывать заболевание, неспособность проникать или распространяться среди инфицированных видов хозяев указывает на то, что патоген не адаптирован к этому виду хозяев. В этом случае способность или отсутствие патогена адаптироваться к окружающей среде хозяина является показателем приспособленности или вирулентности патогена . Если патоген хорошо приспособлен к среде хозяина или является вирулентным, он сможет быстро расти и распространяться внутри хозяина. И наоборот, если патоген плохо адаптирован к среде своего хозяина, он не будет распространяться или инфицировать, как это сделал бы хорошо адаптированный патоген.
Такие патогены, как сальмонелла, которая является патогеном пищевого происхождения, способны адаптироваться к среде хозяина и поддерживать вирулентность несколькими путями. В статье Баумлера и др. 1998 г. характеристики сальмонеллы, такие как ее способность вызывать кишечную инфекцию, приписывались факторам вирулентности, таким как ее способность проникать в эпителиальные клетки кишечника, индуцировать рекрутирование нейтрофилов и препятствовать секреции кишечной жидкости. Филогенетический анализ также показал, что существует множество штаммов или линий сальмонелл, что является преимуществом для патогена, поскольку его генетическое разнообразие может служить кормом для естественного отбора, с помощью которого можно использовать трутовик. Например, если конкретный штамм сальмонелл больше подходит для среды желудка хозяина по сравнению с другими штаммами сальмонелл, то первый будет положительно выбран и распространен. В конце концов, этот штамм колонизирует и заразит желудок. Другие менее подходящие деформации будут отбираться и, таким образом, не сохранятся. Другой важной адаптацией хозяина со стороны сальмонеллы была его адаптация к температуре крови хозяина. Поскольку сальмонелла может процветать при температуре человеческого хозяина 98,6 градусов по Фаренгейту, она подходит для среды хозяина и, следовательно, хорошо выживает в ней. Подобные адаптации - простые, но очень эффективные способы заражения хозяев, потому что они используют тело хозяина и важную особенность его тела в качестве ступеньки в процессе заражения.
Другой кишечный патоген из рода Cryptosporidium , который не всегда был патогеном человека, «недавно» адаптировался к среде хозяина человека. Многочисленные филогенетические анализы в статье Xiao et al 2002 показали, что генотип крупного рогатого скота Cryptosporidium parvum и Cryptosporidium meleagridis изначально паразитировали на грызунах и млекопитающих соответственно. Однако этот паразит «недавно» распространился на людей. Как уже упоминалось ранее, способность выживать у разных видов хозяев является адаптацией, которая очень выгодна для патогенов, поскольку увеличивает их шансы на выживание и циркуляцию. Некоторые патогены могут развиваться и становиться устойчивыми к естественной иммунной защите организма и / или к внешнему вмешательству, например, к лекарствам. Например, Clostridium difficile является наиболее частой причиной нозокомиальной диареи во всем мире, и сообщения в начале 2000-х годов указали на появление гипервирулентного штамма в Северной Америке и Европе. В исследовании Stabler et al 2006, сравнительная филогеномика (сравнение всего генома с использованием микрочипов ДНК в сочетании с байесовской филогенезом) использовалась для моделирования филогении C. difficile. Филогенетический анализ выявил четыре отдельных статистически значимых «кластера», образующих гипервирулентную кладу, кладу токсина A - B + и две клады с изолятами человека и животных. Генетические различия между четырьмя группами позволили выявить значительные результаты, связанные с вирулентностью. Авторы увидели, что гипервирулентные штаммы претерпели различные типы адаптации ниши, такие как устойчивость к антибиотикам, подвижность, адгезия и кишечный метаболизм.
Некоторые комменсальные организмы или организмы, которые встречаются в организме естественным образом и извлекают выгоду из жизни в организме хозяина, не причиняя ему вреда или не принося какой-либо существенной пользы, также потенциально могут стать патогенами. Этот специфический тип гибрида комменсала / патогена называется условно-патогенным микроорганизмом . Не все комменсалы являются условно-патогенными микроорганизмами. Однако условно-патогенные микроорганизмы по своей природе являются комменсалами. Они не вредны для организма, когда иммунная система функционирует нормально, но если иммунная система хозяина оказывается под угрозой или теряет способность функционировать с полным или почти полным потенциалом, условно-патогенные микроорганизмы переключаются из комменсальных организмов на организм-комменсал. возбудитель. Отсюда и произошло название условно-патогенных микроорганизмов: они являются патогенами только тогда, когда есть возможность заразить хозяина. Примером условно-патогенных микроорганизмов является Candida albicans . Candida albicans - это тип грибка / дрожжей, обнаруживаемый в кишечнике и слизистых оболочках (например, во влагалище и горле) здоровых людей. Он также встречается на коже здоровых людей. У здоровых людей, то есть людей с функционирующей иммунной системой, Candida не вызывает инфекций. Он просто будет сосуществовать с хостом. Однако, если человек проходит курс химиотерапии или болен ВИЧ / СПИДом, который ослабляет иммунную систему (что ставит ее под угрозу), Candida albicans вызывает инфекции. Он может вызывать такие безобидные инфекции, как дрожжевые инфекции или молочница, и может вызывать такие серьезные инфекции, как системный кандидоз, который примерно в 50% случаев приводит к летальному исходу. Хотя механизмы, которые Candida albicans использует для перехода от комменсала к патогену, в значительной степени неизвестны, причины его силы как патогена широко известны. Candida обладает большой фенотипической и генотипической пластичностью, что означает, что она быстро вызывает изменения. В результате постоянного разнообразия Candida имеет много возможностей для полезных мутаций. Кроме того, Candida может изменять морфологию. Он может преобразоваться из дрожжевой формы в нитчатую и наоборот, в зависимости от того, на какой стадии инфекции он находится. На начальных стадиях инфекции Candida, скорее всего, будет в нитчатой форме, потому что это позволяет ей прилипать и более эффективно заражать клетки. Другие адаптации комменсального патогена включают способность расти при температуре хозяина, создавать биопленки , сопротивляться реактивным формам кислорода (АФК), создаваемым как часть иммунного ответа человека для борьбы с инфекцией, адаптироваться к различным pH (актуально для переноса в кровь в различных частях тела) и адаптироваться к средам с низким содержанием питательных веществ или глюкозы, таким как печень, потому что Candida albicans очень хорошо приспосабливается к колебаниям окружающей среды человеческого тела (то есть его изменяющейся температуре, pH, реактивности кислорода и т. д.) Candida albicans хороший возбудитель.
Адаптация хоста также может использоваться по отношению к хосту. Хозяева способны адаптироваться, чтобы защитить себя от патогенов. Например, врожденный и приобретенный иммунные ответы - это адаптации человеческого тела, которые существуют с единственной целью - предотвратить болезнь. Вдобавок, как уже упоминалось в случае активных форм кислорода, у организма есть множество других способов отражения угроз. Половое размножение - это также функция, которую люди и другие воспроизводящие половым путем организмы должны защищать от патогенов. Например, согласно так называемой гипотезе красной королевы , хозяева постоянно меняются генетически посредством полового размножения, чтобы продолжать меняться, поэтому у патогенов меньше шансов адаптироваться к хозяину. Если хозяин продолжает меняться посредством перетасовки генов в форме воспроизводства, тогда хозяевам придется постоянно развиваться вместе с хозяином, чтобы идти в ногу с его изменениями. Это создает движущуюся мишень для совместно развивающихся патогенов.