21: бактеріальна патогенність

Мікроб, який здатний викликати захворювання, відносять до збудника, в той час як інфікований організм називається господарем. Здатність викликати захворювання відносять до патогенності, при цьому патогенні мікроорганізми змінюються за своєю здатністю. Опортуністичний збудник - це мікроб, який зазвичай заражає господаря, який певним чином скомпрометований, або ослабленою імунною системою, або порушенням природних захисних сил організму, таких як рана. Вимірювання патогенності називається вірулентністю, причому високовірулентні збудники частіше викликають захворювання у господаря.

Важливо пам'ятати, що існує багато змінних, які слід враховувати у взаємодії господаря та збудника, що є динамічним взаємозв'язком, який постійно змінюється. Вірулентність збудника важлива, але так само і кількість мікробів, які отримали проникнення до господаря, місце проникнення, загальний стан здоров'я господаря, стан захисних сил господаря. Вплив збудника не гарантує, що захворювання виникне, оскільки господар може бути в змозі боротися з інфекцією до розвитку ознаки/симптомів захворювання.

Взаємодія господаря та збудника.

Передача збудника

Інфекція починається з впливу збудника. Природна ділянка або будинок для збудника відомий як водойма і може бути живим (людина або тварина) або неживим (вода, грунт, їжа). Збудник можна підібрати зі свого резервуара, а потім поширитися від одного зараженого господаря до іншого. Носії відіграють важливу роль у поширенні захворювання, так як переносять збудника, але не виявляють явних симптомів захворювання. Хвороба, яка насамперед виникає в популяціях тварин, але може поширюватися на людину, називається зоонозом, тоді як лікарняна інфекція відома як внутрішньолікарняна інфекція.

Механізм, за допомогою якого збудник підхоплюється господарем, відносять до способу передачі, причому основні механізми перераховані нижче:

Прямий контакт

Прямий контакт включає контакт господаря до господаря, наприклад, через поцілунки або статевий акт, коли одна людина може контактувати зі шкірою або рідинами тіла іншої людини. Майбутня мама може передати збудник своєму малюкові вертикальним контактом під час вагітності, або під час акту пологів.

Передача крапель

Передача крапель часто вважається формою прямого контакту, а також. Він передбачає передачу дихальними краплями, коли інфікований господар виганяє збудника крихітними крапельками шляхом кашлю або чхання, які потім вдихаються господарем поблизу. Ці краплі не передаються по повітрю на великі відстані, а також не залишаються заразними дуже довго.

непрямий контакт

Непрямий контакт передбачає передачу інфекційного агента через якийсь тип посередника, наприклад, зараженого предмета або людини. Збудник може відкладатися на неживому об'єкті, званому фомітом, який потім використовується іншою людиною. Це може включати спільну іграшку або часто торкається поверхню, наприклад дверну ручку або клавіатуру комп'ютера. Крім того, медичний працівник може передавати збудник від одного пацієнта іншому, якщо вони не змінюють рукавички між пацієнтами.

Повітряно-крапельна передача

Повітряно-крапельна передача відбувається через патогенних мікроорганізмів, які знаходяться в дрібних частинках або крапельках в навколишньому середовищі, які можуть залишатися інфекційними з часом і на відстані. Прикладом можуть бути спори грибів, які вдихаються під час пилової бурі.

Фекально-оральна передача

Фекально-оральна передача відбувається, коли інфікований господар проливає збудник у своєму калі, які забруднюють їжу або воду, яку споживає наступний господар.

Векторна передача

Векторна передача відбувається, коли в передачі беруть участь членистоногі переносники, такі як комарі, мухи, кліщі. Іноді вектор просто підхоплює інфекційних агентів на їх зовнішніх ділянках тіла і переносить його іншому господареві, але зазвичай вектор підхоплює інфекційного агента при укусі інфікованого господаря. Засіб підхоплюють в крові, а потім поширюють на наступного господаря, коли вектор рухається далі, щоб вкусити когось іншого.

Передача збудника.

Фактори вірулентності

Для того щоб бактерія була вірулентною, вона повинна мати можливості, що дозволяють їй заразити господаря. Ці можливості виникають з фізичних структур, які має бактерія, або хімічних речовин, які бактерія може виробляти. У сукупності характеристики, що сприяють вірулентності, називаються факторами вірулентності. Гени, які кодують фактори вірулентності, зазвичай знаходяться в кластері на хромосомі або плазмідній ДНК збудника, які називаються островами патогенності. Ці острівці патогенності можна відрізнити за вмістом G+C, який відрізняється від решти геному, і наявністю інсерційно-подібних послідовностей, що фланкують кластер генів. Острови патогенності полегшують обмін факторами вірулентності між бактеріями завдяки горизонтальному перенесенню генів, що призводить до розвитку нових патогенних мікроорганізмів з часом.

Часто гени факторів вірулентності контролюються за допомогою зондування кворуму, щоб забезпечити активацію генів, коли популяція збудника знаходиться в оптимальній щільності. Запуск генів занадто рано може попередити імунну систему господаря загарбнику, скорочуючи бактеріальну інфекцію.

Прихильність і колонізація

Бактеріальні патогени повинні мати можливість захоплюватися клітинами або тканинами господаря та протистояти видаленню фізичними засобами (наприклад, чханням) або механічними засобами (наприклад, рухом цильованих клітин, що вирівнюють наші дихальні шляхи). Приєднання може включати полісахаридні шари, виготовлені бактеріями, такі як капсула або шар шламу, які забезпечують адгезію до клітин господаря, а також стійкість до фагоцитозу. Приєднання також може здійснюватися фізичними структурами, такими як пілус або джгутик.

Після того, як клітини успішно прилипають до поверхні, їх кількість збільшується, використовуючи наявні на ділянці ресурси. Ця колонізація важлива для виживання патогенів та вторгнення на інші ділянки, що дасть збільшені поживні речовини та простір для зростаючого населення.

Вторгнення

Інвазія відноситься до здатності збудника поширюватися в інші місця господаря, шляхом вторгнення в клітини або тканини господаря. Це, як правило, в цей момент, коли виникне захворювання або явні ознаки/симптоми хвороби. Хоча фізичні структури все ще можуть відігравати певну роль у вторгненні, більшість бактеріальних патогенів виробляють широкий спектр хімічних речовин, зокрема ферментів, які впливають на клітини та тканини господаря. Такі ферменти, як колагеназа, яка дозволяє збуднику поширюватися шляхом руйнування колагену, що міститься в сполучній тканині. Або лейкоцидини, які руйнують лейкоцити господаря, знижуючи резистентність. Гемолізини лізують еритроцити господаря, виділяючи залізо, фактор, що обмежує ріст бактерій.

Бактерії в крові, стан, відомий як бактеріємія, можуть швидко поширюватися на місця по всьому господареві. Це може призвести до масової системної інфекції, відомої як септицемія, яка може призвести до септичного шоку та смерті, оскільки господар перевантажується бактеріальним збудником та його продуктами.

Токсини

Токсини - це дуже специфічний фактор вірулентності, що виробляється деякими бактеріальними збудниками, у вигляді отруйних для господаря речовин. Токсигенність відноситься до здатності організму виробляти токсини. Для бактерій існує дві категорії токсинів, екзотоксини та ендотоксини.

Екзотоксини

Екзотоксини - це термочутливі розчинні білки, які виділяються в навколишнє середовище живим організмом. Ці неймовірно сильнодіючі речовини можуть поширюватися по всьому організму господаря, завдаючи шкоди віддаленому від початкового місця зараження. Екзотоксини пов'язані зі специфічними захворюваннями, при цьому гени токсинів часто переносяться на плазміди або пророками. Існує багато різних бактерій, які виробляють екзотоксини, викликаючи такі захворювання, як ботулізм, правець та дифтерія. Розрізняють три категорії екзотоксинів:

1. Тип I: поверхнево-активні клітини - ці токсини зв'язуються з рецепторами клітин і стимулюють реакції клітин. Одним із прикладів є суперантиген, який стимулює Т-клітини господаря, важливий компонент імунної системи. Стимульовані Т-клітини виробляють надмірну кількість сигнальної молекули цитокіну, викликаючи масове запалення та пошкодження тканин.
2. Тип II: мембранно-пошкоджуючі - ці токсини впливають на мембрану клітини господаря, часто утворюючи пори в мембрані клітини-мішені. Це може призвести до лізису клітин, оскільки цитоплазматичний вміст випливає назовні і вода спрямовується всередину, порушуючи осмотичний баланс клітини.
3. Тип III: внутрішньоклітинні — ці токсини отримують доступ до певної клітини-господаря та стимулюють реакцію всередині клітини-мішені. Одним із прикладів є АВ-токсин - ці токсини складаються з двох субодиниць, частини A та частини B. Субодиниця В - це зв'язуюча частина токсину, відповідальна за розпізнавання і зв'язування з правильним типом клітин. Субодиниця А - це порція з ферментативною активністю. Після доставки в правильну клітину субодиницею B субодиниця A здійснює певний механізм на клітину, що призводить до зниження функції клітин та/або загибелі клітин. Прикладом може служити правцевий токсин, що виробляється бактерією Clostridrium tetani. Після доставки до нейрона субодиниця А розщеплює клітинний синаптобревен, що призводить до зменшення вивільнення нейромедіатора. Це призводить до спастичного паралічу господаря. Кожен АВ-токсин пов'язаний з різним захворюванням.

АВ-токсин: зв'язування клітин господаря.

Ендотоксини

Ендотоксини виробляються грамнегативними бактеріями, як компонент зовнішньої мембрани їх клітинної стінки. Зовнішня мембрана містить ліпополісахарид або ЛПС, токсичний компонент - ліпідна частина, відома як ліпідний А. Ліпідний А термостійкий і виділяється лише тоді, коли бактеріальна клітина лізується. Вплив на господаря однаковий, незалежно від того, яка бактерія зробила ліпідний А — лихоманка, діарея, слабкість і згортання крові. Масивне виділення ендотоксину у господаря може викликати ендотоксинний шок, який може бути смертельно небезпечним.

Ключові слова

збудник, господар, патогенність, опортуністичний збудник, вірулентність, резервуар, носій, внутрішньолікарняна інфекція, спосіб передачі, прямий контакт, вертикальний контакт, крапельна передача, непрямий контакт, фоміт, повітряно-крапельна передача, фекально-оральна передача, векторна передача, фактор вірулентності, патогенність острів, прихильність, колонізація, інвазія, бактеріємія, септицемія, токсигенність, екзотоксин, екзотоксин, поверхнево-активний токсин типу I/клітин, суперантиген, Т-клітина, цитокін, токсин типу III/мембрани, токсин типу III/внутрішньоклітинний, AB токсин, ендотоксин, ліпідний А, ендотоксин.

Навчальні питання

1. Які різні терміни пов'язані з бактеріальним патогенезом? Чим вони відрізняються і до чого відносяться?
2. Які компоненти відіграють роль у взаємодії господаря і збудника?
3. Які терміни пов'язані з передачею збудника? Які різні шляхи можуть передаватися хвороботворні мікроорганізми? Що задіяно для кожного способу передачі?
4. Що таке фактори вірулентності? Яку роль відіграють острівці патогенності в розсіюванні факторів вірулентності?
5. Чому прихильність і колонізація важливі для бактеріального збудника? Чим відрізняється інвазія?
6. Які види токсинів виробляють бактеріальні збудники? Якими характеристиками вони володіють?