Patogen -Pathogen
V biologii je patogenem ( řecky : πάθος , pathos „ utrpení“, „vášeň“ a -γενής, -genēs „producent“) v ntarším a nejširším smyslu jakýkoli organismus nebo činitel, který může způsobit onemocnění . Patogen může být také označován jako infekční agens nebo jednoduše zárodek .
Termín patogen se začal používat v 80. letech 19. století. Typicky se termín patogen používá k popisu infekčního mikroorganismu nebo agens, jako je virus, bakterie, prvok, prion, viroid nebo houba . Malá zvířata, jakoou helminti a hmyz, mohou také způsobit nebo přenášet onemocnění. O těchto zvířatech se však obvykle mluví spíše jako o parazitech než jako o patogenech. Vědecké studium mikroskopických organismů, včetně mikroskopických patogenních organismů, se nazývá mikrobiologie, zatímco parazitologie se týká vědeckého studia parazitů a organismů, které je hostí.
Existuje několik cest, kterými mohou patogeny napadnout hostitele. Hlavní cesty mají různé epizodické časové rámce, ale půda má nejdelší nebo nejtrvalejší potenciál pro úkryt patogenu.
Nemoci u lidí, kteréou způsobeny infekčními agens,ou známé jako patogenní onemocnění. Ne všechny nemociou způsobeny patogeny, jakoou černé plíce z expozice znečišťujícímu uhelnému prachu, genetické poruchy, jako je srpkovitá anémie, a autoimunitní onemocnění, jako je lupus .
Patogenita
Patogenita je potenciální schopnost patogenů způsobovat onemocnění, zahrnující kombinaci infekčnosti (schopnost patogenu infikovat hostitele) a virulence (závažnost onemocnění hostitele). Kochovy postuláty se používají ke stanovení kauzálních vztahů mezi mikrobiálními patogeny a nemocemi. Zatímco meningitida může být způsobena řadou bakteriálních, virových, plísňových a parazitických patogenů, choleru způsobují pouze některé kmeny Vibrio cholerae . Navíc některé patogeny mohou způsobit onemocnění pouze u hostitelů s imunodeficiencí . Tyto oportunní infekce často zahrnují infekce získané v nemocnici u pacientů, kteří již bojují s jiným onemocněním.
Infekčnost zahrnuje přenos patogenů přímým kontaktem s tělesnými tekutinami nebo vzdušnými kapkami infikovaných hostitelů, nepřímým kontaktem zahrnujícím kontaminované oblasti/předměty nebo přenos živými vektory, jakoou komáři a klíšťata . Základní reprodukční číslo infekce je očekávaný počet následných případů, které pravděpodobně způsobí přenosem.
Virulence zahrnuje patogeny, které extrahují hostitelské živiny pro své přežití, vyhýbají se imunitnímu systému hostitele produkcí mikrobiálních toxinů a způsobují imunosupresi . Optimální virulence popisuje teoretickou rovnováhu mezi patogenem, který se šíří do dalších hostitelů, aby parazitoval zdroje, a zároveň snižuje jejich virulenci, aby hostitele udrželi naživu pro vertikální přenos na jejich potomstvo.
Typy patogenů
Řasy
Řasyou jednobuněčná eukaryota, kteráou obecně nepatogenní. Zelené řasy z rodu Prototheca postrádají chlorofyl a je známo, že způsobují prototekózu onemocnění u lidí, psů, koček a skotu, typicky zahrnující druhy Prototheca wickerhami spojené s půdou .
Bakterie
Bakterieou jednobuněčná prokaryota, jejichž velikost se pohybuje od 0,15 do 700 μM. Zatímco drtivá většina je buď neškodná, nebo prospěšná svým hostitelům, jakoou členové lidského střevního mikrobiomu, kteří podporují trávení, malé procento je patogenních a způsobuje infekční onemocnění. Faktory bakteriální virulence zahrnují adhezní faktory pro připojení k hostitelským buňkám, invazní faktory podporující vstup do hostitelských buněk, kapsle zabraňující opsonizaci a fagocytóze, toxiny a siderofory pro získávání železa.
Bakteriální onemocnění tuberkulóza, primárně způsobené Mycobacterium tuberculosis, má jednu z nejvyšších nemocí a v roce 2021 zabije 1,6 milionu lidí, většinou v Africe a jihovýchodní Asii. Bakteriální pneumonie je primárně způsobena Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae a Haemophilus influenzae . Potravinové nemoci typicky zahrnují Campylobacter, Clostridium perfringens, Escherichia coli, Listeria monocytogenes a Salmonella . Mezi další infekční choroby způsobené patogenními bakteriemi patří tetanus, břišní tyfus, záškrt a lepra .
Houby
Houbyou eukaryotické organismy, které mohou fungovat jako patogeny. Existuje přibližně 300 známých hub, kteréou pro člověka patogenní, včetně Candida albicans, která je nejčastější příčinou drozdů, a Cryptococcus neoformans, které mohou způsobit závažnou formu meningitidy . Typické spóry hubou 4,7 μm dlouhé nebo menší.
Priony
,_H%26E.jpg)
Prionyou špatně složené proteiny, které přenášejí svůj abnormální vzor skládání na jiné kopie proteinu bez použití nukleových kyselin . Kromě získávání prionů od jiných vznikají tyto špatně poskládané proteiny z genetických rozdílů, buď v důsledku rodinné anamnézy nebo sporadických mutací. Rostliny vychytávají priony z kontaminované půdy a transportují je do stonku a listů a potenciálně přenášejí priony na býložravá zvířata . Kromě toho bylo prokázáno, že dřevo, skály, plasty, sklo, cement, nerezová ocel a hliník vážou, zadržují a uvolňují priony, což ukazuje, že proteiny odolávají degradaci prostředí.
Prionyou nejlépe známé tím, že způsobují přenosnou spongiformní encefalopatii (TSE), jako je Creutzfeldt-Jakobova choroba (CJD), variantní Creutzfeldt-Jakobova choroba (vCJD), Gerstmann-Sträussler-Scheinkerův syndrom (GSS), fatální familiární insomnie (FFI) a kuru u lidí.
Zatímco na priony se obvykle pohlíží jako na patogeny, které způsobují akumulaci proteinových amyloidních vláken do neurodegenerativních plaků, Susan Lindquist vedla výzkum, který ukazuje, že kvasinky používají priony k předávání evolučně prospěšných vlastností.
Viroidy
Nesmí být zaměňovány s viroidy nebo viry, viroidyou nejmenší známé infekční patogeny. Viroidyou malé jednovláknové kruhové RNA, o kterých je známo, že způsobují pouze choroby rostlin, jako je viroid hlíz bramborového vřetena, který postihuje různé zemědělské plodiny. Viroidní RNA není chráněna proteinovým obalem a nekóduje žádné proteiny, pouze působí jako ribozym, který katalyzuje další biochemické reakce.
Viry
Viry mají obecně průměr mezi 20-200 nm. Pro přežití a replikaci viry vstříknou svůj genom do hostitelských buněk, vloží tyto geny do hostitelského genomu a unesou strojní zařízení hostitele, aby produkovaly stovky nových virů, dokud se buňka neotevře a uvolní je pro další infekce. Lytický cyklus popisuje tento aktivní stav rychle zabíjejících hostitelů, zatímco lysogenní cyklus popisuje potenciálně stovky let dormance, zatímco je integrován do hostitelského genomu. Vedle taxonomie organizované Mezinárodním výborem pro taxonomii virů (ICTV) odděluje baltimorská klasifikace viry podle sedmi tříd produkce mRNA :
- I: dsDNA viry (např. adenoviry, herpesviry a poxviry ) způsobují herpes, plané neštovice a neštovice
- II: ssDNA viry (+ řetězec nebo "sense") DNA (např. parvoviry ) zahrnují parvovirus B19
- III: dsRNA viry (např. Reoviry ) zahrnují rotaviry
- IV: (+)ssRNA viry (+ řetězec nebo sense) RNA (např. koronaviry, pikornaviry a togaviry ) způsobují COVID-19, horečku dengue, hepatitidu A, hepatitidu C, zarděnky a žlutou zimnici
- V: (−)ssRNA viry (− vlákno nebo antisense) RNA (např. orthomyxoviry a rhabdoviry ) způsobují ebolu, chřipku, spalničky, příušnice a vzteklinu
- VI: ssRNA-RT viry (+ řetězec nebo sense) RNA s DNA meziproduktem v životním cyklu (např. retroviry ) způsobují HIV/AIDS
- VII: DNA virů dsDNA-RT s RNA mezistupně v životním cyklu (např. hepadnaviry ) způsobují hepatitidu B
Jiní paraziti
Prvociou jednobuněčná eukaryota, která se živí mikroorganismy a organickými tkáněmi. Mnoho prvoků působí jako patogenní paraziti, kteří způsobují onemocnění, jako je malárie, amébóza, giardiáza, toxoplazmóza, kryptosporidióza, trichomoniáza, Chagasova choroba, leishmanióza, africká trypanosomiáza (spavá nemoc), keratitida Acanthamoeba a meningoebicinitidamoeglerie .
Parazitičtí červi (helminti)ou makroparaziti, které lze vidět pouhým okem. Červi žijí a živí se ve svém živém hostiteli, získávají živiny a úkryt v trávicím traktu nebo krevním řečišti svého hostitele. Také manipulují s imunitním systémem hostitele vylučováním imunomodulačních produktů, které jim umožňují žít v hostiteli roky. Helminthiasis je zobecněný termín pro infekce parazitickými červy, které typicky zahrnují škrkavky, tasemnice a ploché červy .
Patogenní hostitelé
Bakterie
Zatímco bakterieou typicky považovány za patogeny, slouží jako hostitelé bakteriofágových virů (běžně známých jako fágy). Životní cyklus bakteriofágů zahrnuje, že viry vstříknou svůj genom do bakteriálních buněk, vloží tyto geny do bakteriálního genomu a unesou bakteriální aparát k produkci stovek nových fágů, dokud se buňka neotevře a uvolní je pro další infekce. Bakteriofágyou typicky schopné infikovat pouze specifický druh nebo kmen.
Streptococcus pyogenes používá nukleázu Cas9 ke štěpení cizí DNA odpovídající CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) asociovaným s bakteriofágy, odstraněním virových genů, aby se zabránilo infekci. Tento mechanismus byl upraven pro umělou editaci genu CRISPR .
Rostliny
Rostliny mohou být hostiteli pro širokou škálu typů patogenů, včetně virů, bakterií, hub, háďátek a dokonce i jiných rostlin. Mezi pozoruhodné rostlinné viry patří papaya ringspot virus, který způsobil miliony dolarů farmářům na Havaji a jihovýchodní Asii, a virus tabákové mozaiky, který způsobil, že vědec Martinus Beijerinck v roce 1898 použil termín "virus". Bakteriální patogeny rostlin způsobují listy skvrny, plíseň a hniloba u mnoha druhů rostlin. Nejběžnějšími bakteriálními patogeny pro rostlinyou Pseudomonas syringae a Ralstonia solanacearum, které způsobují hnědnutí listů a další problémy u brambor, rajčat a banánů.
Houbyou dalším hlavním patogenem pro rostliny. Mohou způsobit širokou škálu problémů, jako je kratší výška rostlin, výrůstky nebo jamky na kmenech stromů, hniloba kořenů nebo semen a skvrny na listech. Mezi běžné a závažné rostlinné houby patří plíseň rýže, jilmová choroba, spála kaštanová a choroby černé suky a hnědé hniloby třešní, švestek a broskví. Odhaduje se, že samotné patogenní houby způsobují až 65% snížení výnosu plodin.
Celkově mají rostliny širokou škálu patogenů a odhaduje se, že pouze 3 % chorob způsobených rostlinnými patogeny lze zvládnout.
Zvířata
Zvířata se často infikují mnoha stejnými nebo podobnými patogeny jako lidé, včetně prionů, virů, bakterií a hub. Zatímco divoká zvířata často onemocní nemocemi, větší nebezpečí je pro hospodářská zvířata. Odhaduje se, že ve venkovském prostředí lze 90 % nebo více úmrtí hospodářských zvířat připsat patogenům. Zvířecí přenosná spongiformní encefalopatie (TSE) zahrnující priony zahrnuje bovinní spongiformní encefalopatii (nemoc šílených krav), chronické chřadnutí, scrapie, přenosnou norkovou encefalopatii, kočičí spongiformní encefalopatii a spongiformní encefalopatii kopytníků. Další onemocnění zvířat zahrnují různé poruchy imunitního systému způsobené viry souvisejícími s virem lidské imunodeficience (HIV), jako je BIV a FIV .
Lidé
Lidé mohou být infikováni mnoha typy patogenů, včetně prionů, virů, bakterií a hub, které způsobují příznaky jako kýchání, kašel, horečka, zvracení a potenciálně smrtelné selhání orgánů . Zatímco některé symptomyou způsobeny patogenní infekcí, jinéou způsobeny snahou imunitního systému patogen zabít, jako je horečně vysoká tělesná teplota určená k denaturaci patogenních buněk.
Léčba
Prion
Navzdory mnoha pokusům nebyla prokázána žádná terapie, která by zastavila progresi prionových onemocnění.
Virus
Pro některé virové patogeny existují různé možnosti prevence a léčby. Vakcínyou jedním z běžných a účinných preventivních opatření proti řadě virových patogenů. Vakcíny aktivují imunitní systém hostitele, takže když se potenciální hostitel setká s virem ve volné přírodě, imunitní systém se může rychle bránit infekci. Mezi vakcíny určené proti virům patří každoroční vakcíny proti chřipce a dvoudávková MMR vakcína proti spalničkám, příušnicím a zarděnkám . Vakcíny nou dostupné proti virům odpovědným za HIV/AIDS, horečku dengue a chikungunya .
Léčba virových infekcí často zahrnuje léčbu symptomů infekce, spíše než poskytování léků k boji proti samotnému virovému patogenu. Léčba příznaků virové infekce poskytuje imunitnímu systému hostitele čas na vytvoření protilátek proti virovému patogenu. U HIV se však provádí vysoce aktivní antiretrovirová terapie (HAART), aby se zabránilo progresi virového onemocnění v AIDS při ztrátě imunitních buněk.
Bakterie
Podobně jako u virových patogenů lze infekci určitými bakteriálními patogeny zabránit pomocí vakcín. Mezi vakcíny proti bakteriálním patogenům patří vakcína proti antraxu a vakcína proti pneumokokům . Mnoho dalších bakteriálních patogenů postrádá vakcíny jako preventivní opatření, ale infekci těmito bakteriemi lze často léčit nebo jí lze předejít antibiotiky . Mezi běžná antibiotika patří amoxicilin, ciprofloxacin a doxycyklin . Každé antibiotikum má různé bakterie, proti kterým je účinné, a má různé mechanismy, jak tyto bakterie zabíjet. Například doxycyklin inhibuje syntézu nových proteinů v gramnegativních i grampozitivních bakteriích, což z něj činí širokospektrální antibiotikum schopné zabíjet většinu bakteriálních druhů.
Kvůli nesprávnému používání antibiotik, jakoou předčasně ukončené recepty vystavující bakterie evolučnímu tlaku pod subletálními dávkami, si některé bakteriální patogeny vyvinuly rezistenci vůči antibiotikům . Například geneticky odlišný kmen Staphylococcus aureus zvaný MRSA je odolný vůči běžně předepisovaným beta-laktamovým antibiotikům . Zpráva Centra pro kontrolu a prevenci nemocí (CDC) z roku 2013 odhaduje, že ve Spojených státech ročně onemocní bakteriální infekcí rezistentní na antibiotika nejméně 2 miliony lidí, přičemž nejméně 23 000 z těchto pacientů na tuto infekci zemře.
Vzhledem k jejich nepostradatelnosti v boji proti bakteriímou pro lékařskou péči vyžadována nová antibiotika. Jedním z cílů nových antimikrobiálních léků je inhibice methyltransferáz DNA, protože tyto proteiny kontrolují hladiny exprese pro jiné geny, jakoou ty, které kódují faktory virulence.
Houby
Infekce houbovými patogeny se léčí antimykotiky. Atletická noha, svědění a kožní onemocněníou plísňové kožní infekce, které se léčí lokálními antifungálními léky, jako je klotrimazol . Infekce zahrnující kvasinkový druh Candida albicans způsobují ústní afty a vaginální kvasinkové infekce . Tyto vnitřní infekce mohou být léčeny antifungálními krémy nebo perorálními léky. Mezi běžné antimykotické léky na vnitřní infekce patří skupina léků echinocandin a flukonazol .
Řasy
Zatímco řasyou běžně považovány za patogeny, rod Prototheca způsobuje onemocnění u lidí . Léčba prototekózy je v současné době předmětem zkoumání a v klinické léčbě není jednotná.
Sexuální interakce
Mnoho patogenů je schopno sexuální interakce. Mezi patogenními bakteriemi dochází k sexuální interakci mezi buňkami stejného druhu procesem genetické transformace . Transformace zahrnuje přenos DNA z buňky dárce do buňky příjemce a integraci DNA dárce do genomu příjemce prostřednictvím genetické rekombinace . Bakteriální patogeny Helicobacter pylori, Haemophilus influenzae, Legionella pneumophila, Neisseria gonorrhoeae a Streptococcus pneumoniae často procházejí transformací za účelem modifikace jejich genomu pro další znaky a úniku imunitních buněk hostitele.
Eukaryotické patogenyou často schopné sexuální interakce procesem zahrnujícím meiózu a oplodnění . Meióza zahrnuje intimní párování homologních chromozomů a rekombinaci mezi nimi. Příklady eukaryotických patogenů schopných sexu zahrnují prvokové parazity Plasmodium falciparum, Toxoplasma gondii, Trypanosoma brucei, Giardia inneris a houby Aspergillus fumigatus, Candida albicans a Cryptococcus neoformans .
Viry mohou také podstoupit sexuální interakci, když dva nebo více virových genomů vstoupí do stejné hostitelské buňky. Tento proces zahrnuje párování homologních genomů a rekombinaci mezi nimi procesem označovaným jako multiplicitní reaktivace. Virus herpes simplex, virus lidské imunodeficience a virus vakcínie podléhají této formě sexuální interakce.
Tyto procesy sexuální rekombinace mezi homologními genomy podporují opravy genetického poškození způsobeného environmentálními stresory a imunitním systémem hostitele.
Viz také
- Antigenní únik
- Ekologická kompetence
- Institut vznikajících patogenů
- Lidský patogen
- Databáze interakcí patogen-hostitel (PHI-base)