Возбудитель -Pathogen

В биологии патоген ( греч . πάθος , pathos «страдание», «страсть» и -γενής , -genēs «производитель») в старейшем и самом широком смысле — это любой организм или агент, который может вызывать заболевание . Патоген также может называться инфекционным агентом или просто микробом .

Термин патоген вошел в употребление в 1880-х годах. Как правило, термин «патоген» используется для описания инфекционного микроорганизма или агента, такого как вирус , бактерия , простейшее , прион , вироид или грибок . Мелкие животные, такие как гельминты и насекомые, также могут вызывать или передавать болезни. Однако этих животных обычно называют паразитами , а не патогенами. Научное изучение микроскопических организмов, в том числе микроскопических патогенных организмов, называется микробиологией , а паразитология относится к научному изучению паразитов и организмов, которые их содержат.

Существует несколько путей проникновения патогенов в организм хозяина. Основные пути распространения имеют разные эпизодические временные рамки, но почва обладает самым длительным или наиболее устойчивым потенциалом укрытия патогена.

Заболевания человека, вызываемые инфекционными агентами, называются патогенными. Не все болезни вызываются патогенами, например, черные легкие от воздействия загрязняющей угольной пыли , генетические нарушения , такие как серповидно-клеточная анемия , и аутоиммунные заболевания, такие как волчанка .

Патогенность

Патогенность – это потенциальная болезнетворная способность патогенов, включающая сочетание инфекционности (способность патогена заражать хозяев) и вирулентности (тяжесть заболевания хозяина). Постулаты Коха используются для установления причинно-следственных связей между микробными возбудителями и болезнями. В то время как менингит может быть вызван различными бактериальными, вирусными, грибковыми и паразитарными патогенами, холера вызывается только некоторыми штаммами Vibrio cholerae . Кроме того, некоторые патогены могут вызывать заболевание только у хозяев с иммунодефицитом . Эти оппортунистические инфекции часто связаны с внутрибольничными инфекциями среди пациентов, которые уже борются с другим заболеванием.

Инфекционность включает передачу патогена через прямой контакт с биологическими жидкостями или воздушно-капельным путем инфицированных хозяев, непрямой контакт с зараженными участками/предметами или перенос живыми переносчиками , такими как комары и клещи . Базовое число репродукции инфекции — это ожидаемое число последующих случаев, которые она может вызвать путем передачи.

Вирулентность заключается в том, что патогены извлекают питательные вещества хозяина для своего выживания, уклоняются от иммунной системы хозяина, производя микробные токсины и вызывая иммуносупрессию . Оптимальная вирулентность описывает теоретическое равновесие между распространением патогена на дополнительных хозяев для паразитирования ресурсов и снижением их вирулентности для сохранения жизни хозяев для вертикальной передачи потомству.

Виды возбудителей

водоросли

Водоросли — это одноклеточные эукариоты , обычно непатогенные. Зеленые водоросли из рода Prototheca лишены хлорофилла и, как известно, вызывают прототекоз у людей, собак, кошек и крупного рогатого скота, как правило, с участием связанных с почвой видов Prototheca wickerhami .

Бактерии

Бактерии представляют собой одноклеточные прокариоты размером от 0,15 до 700 мкм. В то время как подавляющее большинство из них либо безвредны, либо полезны для своих хозяев, например, члены микробиома кишечника человека , которые поддерживают пищеварение, небольшой процент являются патогенными и вызывают инфекционные заболевания. Бактериальные факторы вирулентности включают факторы прикрепления к клеткам-хозяевам, факторы инвазии, поддерживающие проникновение в клетки-хозяева, капсулы для предотвращения опсонизации и фагоцитоза , токсины и сидерофоры для приобретения железа.

Микрофотография стула с шигеллой дизентерии. Эти бактерии обычно вызывают болезни пищевого происхождения.

Бактериальное заболевание туберкулез , в первую очередь вызываемое Mycobacterium tuberculosis , имеет одно из самых высоких бремени болезней : в 2021 году погибло 1,6 миллиона человек, в основном в Африке и Юго-Восточной Азии. Бактериальную пневмонию в первую очередь вызывают Streptococcus pneumoniae , Staphylococcus aureus , Klebsiella pneumoniae и Haemophilus influenzae . Болезни пищевого происхождения обычно включают Campylobacter , Clostridium perfringens , Escherichia coli , Listeria monocytogenes и Salmonella . К другим инфекционным заболеваниям, вызываемым патогенными бактериями, относятся столбняк , брюшной тиф , дифтерия , проказа .

Грибы

Грибы — это эукариотические организмы, которые могут функционировать как патогены. Существует около 300 известных грибов, патогенных для человека, в том числе Candida albicans , который является наиболее частой причиной молочницы , и Cryptococcus neoformans , который может вызывать тяжелую форму менингита . Типичные грибковые споры имеют длину 4,7 мкм или меньше.

Прионы

Увеличено в 100 раз и окрашено. Эта микрофотография ткани головного мозга показывает наличие выраженных спонгиотических изменений в коре с потерей нейронов в случае варианта болезни Крейтцфельдта-Якоба (vCJD).

Прионы представляют собой белки с неправильной укладкой, которые передают свой аномальный паттерн укладки другим копиям белка без использования нуклеиновых кислот . Помимо получения прионов от других, эти белки с неправильной укладкой возникают из-за генетических различий либо из-за семейного анамнеза, либо из-за спорадических мутаций. Растения поглощают прионы из загрязненной почвы и переносят их в свой стебель и листья, потенциально передавая прионы травоядным животным . Кроме того, было показано, что дерево, камни, пластик, стекло, цемент, нержавеющая сталь и алюминий связывают, удерживают и высвобождают прионы, демонстрируя, что белки сопротивляются разрушению в окружающей среде.

Прионы наиболее известны тем, что вызывают заболевания трансмиссивной губчатой ​​энцефалопатии (TSE), такие как болезнь Крейтцфельдта-Якоба (CJD), вариант болезни Крейтцфельдта-Якоба (vCJD), синдром Герстмана-Штреусслера-Шейнкера (GSS), фатальную семейную бессонницу (FFI) и куру . в людях.

В то время как прионы обычно рассматриваются как патогены, вызывающие накопление белковых амилоидных волокон в нейродегенеративные бляшки, Сьюзан Линдквист провела исследование, показывающее, что дрожжи используют прионы для передачи эволюционно полезных признаков.

вироиды

Не путать с вирусоидами или вирусами , вироиды являются самыми маленькими известными инфекционными патогенами. Вироиды представляют собой небольшие одноцепочечные кольцевые РНК, которые, как известно, вызывают только заболевания растений, такие как вироид веретеновидности клубней картофеля , поражающий различные сельскохозяйственные культуры. Вироидная РНК не защищена белковой оболочкой и не кодирует никаких белков, действуя только как рибозим, катализирующий другие биохимические реакции.

Вирусы

Вирусы обычно имеют диаметр от 20 до 200 нм. Для выживания и репликации вирусы внедряют свой геном в клетки-хозяева, вставляют эти гены в геном хозяина и захватывают механизм хозяина, производя сотни новых вирусов, пока клетка не взорвется, чтобы высвободить их для дополнительных инфекций. Литический цикл описывает это активное состояние быстрого уничтожения хозяев, в то время как лизогенный цикл описывает потенциальные сотни лет покоя при интеграции в геном хозяина. Наряду с таксономией, организованной Международным комитетом по таксономии вирусов (ICTV), Балтиморская классификация разделяет вирусы по семи классам продукции мРНК :

Другие паразиты

Две острицы рядом с линейкой длиной 6 миллиметров.

Простейшие — одноклеточные эукариоты, питающиеся микроорганизмами и органическими тканями. Многие простейшие действуют как патогенные паразиты, вызывая такие заболевания, как малярия , амебиаз , лямблиоз , токсоплазмоз , криптоспоридиоз , трихомониаз , болезнь Шагаса , лейшманиоз , африканский трипаносомоз (сонная болезнь), акантамёбный кератит и первичный амебный менингоэнцефалит (неглериаз).

Паразитические черви (гельминты) — это макропаразиты, которых можно увидеть невооруженным глазом. Черви живут и питаются в своем живом хозяине, получая питательные вещества и убежище в пищеварительном тракте или кровотоке своего хозяина. Они также манипулируют иммунной системой хозяина, секретируя иммуномодулирующие продукты, которые позволяют им жить в своем хозяине годами. Гельминтоз — это обобщенный термин для паразитарных червей, которые обычно включают аскариды , ленточные черви и плоские черви .

Хозяева патогена

Бактерии

Хотя бактерии обычно рассматриваются как патогены, они служат хозяевами для вирусов- бактериофагов (обычно известных как фаги). Жизненный цикл бактериофагов включает в себя вирусы, вводящие свой геном в бактериальные клетки, вставляющие эти гены в бактериальный геном и захватывающие механизмы бактерий для производства сотен новых фагов, пока клетка не взорвется, чтобы высвободить их для дополнительных инфекций. Как правило, бактериофаги способны инфицировать только определенный вид или штамм.

Streptococcus pyogenes использует нуклеазу Cas9 для расщепления чужеродной ДНК, соответствующей кластеризованным регулярно расположенным коротким палиндромным повторам ( CRISPR ), связанным с бактериофагами, удаляя вирусные гены, чтобы избежать инфекции. Этот механизм был модифицирован для редактирования искусственного гена CRISPR .

Растения

Растения могут стать хозяевами широкого спектра типов патогенов, включая вирусы, бактерии, грибки, нематоды и даже другие растения. Известные вирусы растений включают вирус кольцевой пятнистости папайи , который нанес фермерам на Гавайях и в Юго-Восточной Азии ущерб на миллионы долларов, и вирус табачной мозаики , который побудил ученого Мартинуса Бейеринка ввести термин «вирус» в 1898 году. пятнистости, упадок и гниль у многих видов растений. Наиболее распространенными бактериальными патогенами для растений являются Pseudomonas syringae и Ralstonia solanacearum , которые вызывают побурение листьев и другие проблемы у картофеля, помидоров и бананов.

Грибковое заболевание бурой гнили на яблоне. Коричневая гниль обычно поражает различные верхние плоды.

Грибы являются еще одним основным типом патогенов для растений. Они могут вызвать широкий спектр проблем, таких как более низкая высота растений, наросты или ямки на стволах деревьев, корневая или семенная гниль и пятна на листьях. К распространенным и серьезным грибкам растений относятся пирикуляриоз риса , болезнь голландского вяза , фитофтороз каштанов , а также болезни черешни, сливы и персиков, вызванные черной узловатой и бурой гнилью . Подсчитано, что только патогенные грибы вызывают снижение урожайности до 65%.

В целом растения имеют широкий спектр патогенов, и было подсчитано, что только 3% болезней, вызванных патогенами растений, можно лечить.

Животные

Животные часто заражаются многими из тех же или подобных патогенов, что и люди, включая прионы, вирусы, бактерии и грибы. В то время как дикие животные часто болеют, большую опасность представляют домашние животные. Подсчитано, что в сельской местности 90% или более падежа скота могут быть связаны с патогенами. Трансмиссивная губчатая энцефалопатия животных (ТГЭ) с участием прионов включает губчатую энцефалопатию крупного рогатого скота (коровье бешенство), хроническую болезнь истощения , скрепи , трансмиссивную энцефалопатию норок , кошачью губчатую энцефалопатию и губчатую энцефалопатию копытных. Другие болезни животных включают различные нарушения иммунодефицита, вызванные вирусами, связанными с вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), такими как BIV и FIV .

Люди

Люди могут быть инфицированы многими типами патогенов, в том числе прионами, вирусами, бактериями и грибками, вызывая такие симптомы, как чихание, кашель, лихорадка, рвота и потенциально смертельная недостаточность органов . В то время как некоторые симптомы вызваны патогенной инфекцией, другие вызваны попытками иммунной системы убить патоген, например, лихорадочно высокая температура тела, предназначенная для денатурации патогенных клеток.

Уход

Прион

Несмотря на многочисленные попытки, ни одна терапия не смогла остановить прогрессирование прионных заболеваний.

Вирус

Для некоторых вирусных патогенов существует множество вариантов профилактики и лечения. Вакцины являются одной из распространенных и эффективных профилактических мер против различных вирусных патогенов. Вакцины активируют иммунную систему хозяина, поэтому, когда потенциальный хозяин сталкивается с вирусом в дикой природе, иммунная система может быстро защититься от инфекции. Вакцины, разработанные против вирусов, включают ежегодные вакцины против гриппа и двухдозовую вакцину MMR против кори , эпидемического паротита и краснухи . Вакцины против вирусов, ответственных за ВИЧ/СПИД , лихорадку денге и чикунгунья , отсутствуют .

Лечение вирусных инфекций часто включает лечение симптомов инфекции, а не предоставление лекарств для борьбы с самим вирусным патогеном. Лечение симптомов вирусной инфекции дает иммунной системе хозяина время для выработки антител против вирусного патогена. Однако при ВИЧ проводится высокоактивная антиретровирусная терапия (ВААРТ) , чтобы предотвратить прогрессирование вирусного заболевания в СПИД по мере потери иммунных клеток.

Бактерии

Структура доксициклина, антибиотика тетрациклинового класса.

Подобно вирусным патогенам, заражение некоторыми бактериальными патогенами можно предотвратить с помощью вакцин. Вакцины против бактериальных патогенов включают вакцину против сибирской язвы и пневмококковую вакцину . Многие другие бактериальные патогены не имеют вакцины в качестве превентивной меры, но заражение этими бактериями часто можно лечить или предотвратить с помощью антибиотиков . Общие антибиотики включают амоксициллин , ципрофлоксацин и доксициклин . У каждого антибиотика есть разные бактерии, против которых он эффективен, и разные механизмы для уничтожения этих бактерий. Например, доксициклин ингибирует синтез новых белков как у грамотрицательных , так и у грамположительных бактерий , что делает его антибиотиком широкого спектра действия , способным убивать большинство видов бактерий.

Из-за неправильного использования антибиотиков, таких как преждевременное прекращение действия рецептов, подвергающих бактерии эволюционному давлению в сублетальных дозах, у некоторых бактериальных патогенов развилась устойчивость к антибиотикам . Например, генетически отличный штамм Staphylococcus aureus , называемый MRSA , устойчив к обычно назначаемым бета-лактамным антибиотикам . Согласно отчету Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC) за 2013 год, в Соединенных Штатах не менее 2 миллионов человек ежегодно заболевают устойчивыми к антибиотикам бактериальными инфекциями, при этом не менее 23 000 из этих пациентов умирают от инфекции.

В связи с их незаменимостью в борьбе с бактериями новые антибиотики необходимы для оказания медицинской помощи. Одной из целей новых противомикробных препаратов является ингибирование ДНК-метилтрансфераз , поскольку эти белки контролируют уровни экспрессии других генов, например тех, которые кодируют факторы вирулентности.

Грибы

Заражение грибковыми возбудителями лечится противогрибковыми препаратами. Эпидермофития стопы , зуд спортсмена и стригущий лишай — это грибковые инфекции кожи, которые лечат местными противогрибковыми препаратами, такими как клотримазол . Инфекции, связанные с видами дрожжей Candida albicans, вызывают молочницу полости рта и вагинальные дрожжевые инфекции . Эти внутренние инфекции можно лечить противогрибковыми кремами или пероральными препаратами. Обычные противогрибковые препараты для лечения внутренних инфекций включают препараты семейства эхинокандинов и флуконазол .

водоросли

В то время как водоросли обычно считаются патогенами, род Prototheca вызывает заболевания у людей . Лечение прототекоза в настоящее время изучается, и в клиническом лечении нет последовательности.

Сексуальные взаимодействия

Многие возбудители способны к половому взаимодействию. У болезнетворных бактерий половое взаимодействие происходит между клетками одного вида в процессе генетической трансформации . Трансформация включает перенос ДНК из клетки-донора в клетку-реципиент и интеграцию ДНК донора в геном реципиента посредством генетической рекомбинации . Бактериальные патогены Helicobacter pylori , Haemophilus influenzae , Legionella pneumophila , Neisseria gonorrhoeae и Streptococcus pneumoniae часто подвергаются трансформации, чтобы модифицировать их геном для получения дополнительных признаков и уклонения от иммунных клеток хозяина.

Эукариотические патогены часто способны к половому взаимодействию посредством процесса, включающего мейоз и оплодотворение . Мейоз включает тесное спаривание гомологичных хромосом и рекомбинацию между ними. Примеры эукариотических патогенов, способных к половому акту, включают простейшие паразиты Plasmodium falciparum , Toxoplasma gondii , Trypanosoma brucei , Giardia кишечные и грибки Aspergillus fumigatus , Candida albicans и Cryptococcus neoformans .

Вирусы также могут вступать в половое взаимодействие, когда два или более вирусных генома попадают в одну и ту же клетку-хозяина. Этот процесс включает в себя спаривание гомологичных геномов и рекомбинацию между ними посредством процесса, называемого реактивацией множественности. Вирус простого герпеса , вирус иммунодефицита человека и вирус коровьей оспы подвергаются этой форме полового взаимодействия.

Эти процессы половой рекомбинации между гомологичными геномами поддерживают восстановление генетических повреждений, вызванных стрессорами окружающей среды и иммунной системой хозяина.

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки