Хозяин тропизм - Host tropism - Wikipedia

Хозяин тропизм это инфекционное заболевание специфика некоторых патогены в частности хозяева и ткани хозяина. Этот тип тропизм объясняет, почему большинство патогенов способны инфицировать только ограниченный круг организмов-хозяев.

Исследователи могут классифицировать патогенные организмы по ряду видов и типов клеток, к которым они проявляют тропизм к хозяину. Например, патогены, способные инфицировать широкий круг хозяев и тканей, называются амфотропный. Экотропный патогены, с другой стороны, способны инфицировать только узкий круг хозяев и их ткани. Знание специфики хозяина патогена позволяет специалистам в исследовательской и медицинской отраслях моделировать патогенез и развивать вакцина, медикамент, и предупредительные меры для борьбы с инфекцией. Такие методы, как клеточная инженерия, прямая инженерия и вспомогательная эволюция адаптированных к хозяину патогенов, а также генетические скрининги в масштабе всего генома в настоящее время используются исследователями для лучшего понимания диапазона хозяев различных патогенных организмов.[1]

Как работает тропизм хозяина

Патоген проявляет тропизм к определенному хозяину, если он может взаимодействовать с клетками хозяина таким образом, чтобы поддерживать рост патогенов и инфекцию. На способность патогена инфицировать конкретную клетку влияют различные факторы, в том числе: структура рецепторов на поверхности клетки; наличие факторов транскрипции, которые могут идентифицировать патогенную ДНК или РНК; способность клеток и тканей поддерживать репликацию вирусов или бактерий; и наличие физических или химических барьеров внутри клеток и во всей окружающей ткани.[2]

Рецепторы клеточной поверхности

Патогены часто проникают в клетки или ткани хозяина или прикрепляются к ним, прежде чем вызвать инфекцию. Чтобы эта связь произошла, патоген должен распознать поверхность клетки, а затем привязаться к ней. Вирусы, например, часто должны связываться с конкретными рецепторы клеточной поверхности войти в камеру. Многие вирусные мембраны содержат поверхностные белки вириона, которые специфичны для определенных рецепторов на поверхности клетки-хозяина.[2] Если клетка-хозяин экспрессирует комплементарный поверхностный рецептор вируса, то вирус может прикрепиться и проникнуть в клетку. Если клетка не экспрессирует эти рецепторы, вирус не может ее заразить. Следовательно, если вирус не может связываться с клеткой, он не проявляет тропизма для этого хозяина.

Бактерии заражать хосты иначе, чем вирусы. В отличие от вирусов, бактерии могут размножаться и делиться сами по себе, не проникая в клетку-хозяин. Тем не менее, чтобы расти и делиться, бактерии нуждаются в определенных питательные вещества из своего окружения. Эти питательные вещества часто могут поставляться тканями хозяина, и поэтому некоторым бактериям для выживания нужен хозяин. Как только бактерия распознает рецепторы клетки-хозяина или богатую питательными веществами среду, она колонизирует поверхность клетки.[3] Бактерии имеют различные механизмы колонизации тканей хозяина. Например, биопленка Продукция позволяет бактериям прилипать к поверхности ткани хозяина и обеспечивает идеальную защитную среду для роста бактерий.[4] Некоторые бактерии, такие как спирохеты, способны размножаться в клетке или тканях-хозяевах. Затем это позволяет бактерии окружить себя богатой питательными веществами средой, которая защищает ее от иммунных реакций и других стрессоров.

Факторы транскрипции, питательные вещества и патогенная репликация

Для вирусов копировать внутри клетки-хозяина и для бактерий, выполняющих метаболические процессы необходимы для роста и деления, они должны сначала получить необходимые питательные вещества и факторы транскрипции из своего окружения.[2] Даже если вирус способен связываться с клеткой-хозяином и переносить свой генетический материал через клеточную мембрану, клетка может не содержать необходимых полимеразы и ферменты, необходимые для репликации вируса и продолжения патогенеза.

Многие патогены также содержат важные факторы вирулентности в их геномах. В частности, патогенные бактерии способны транслировать гены вирулентности, расположенные в их плазмиды в различные факторы вирулентности, чтобы помочь бактериям в патогенезе.[3] Внутри патогенов существует множество различных типов факторов вирулентности, в том числе факторы приверженности, факторы инвазии, капсулы, сидерофоры, эндотоксины, и экзотоксины.[5] Все эти факторы вирулентности либо способствуют непосредственно колонизации хозяина, либо повреждению клеток и тканей хозяина.

Механизмы защиты клетки-хозяина

Организмы-хозяева оснащены множеством различных защитных механизмов, используемых для защиты хозяина от патогенной инфекции. В частности, у людей есть несколько линий защиты, которые влияют на патогенез от начала до конца. Чтобы вирус или бактерия проявляли тропизм к конкретному хозяину, они должны сначала иметь средства, чтобы прорваться через линию защиты организма-хозяина. Первая линия защиты, известная как врожденная иммунная система, предназначен для предотвращения первоначального проникновения и укоренения патогенов. Врожденная иммунная система только широко специфична для патогенов и включает в себя: анатомические барьеры, воспаление, фагоцитоз, и неспецифические ингибиторы.[6]

An анатомический барьер представляет собой любой физический или химический барьер, который помогает предотвратить проникновение микроорганизмов в организм. Это включает кожа, пот, слизь слой, слюна, слезы, эндотелиальная выстилка, и естественный человек микробиота. Эпидермис кожи обеспечивает физический барьер против болезнетворных микроорганизмов, но он легко может быть поврежден укусами насекомых, укусами животных, царапинами или другими незначительными травмами кожи.[6] Пот, слюна и слезы - все это химические барьеры, содержащие ферменты, такие как лизоцимы, которые могут убивать бактерии и вирусы. Слой слизи выстилает носоглотка и служит физическим барьером, который охватывает чужеродные патогены и выводит их обратно из организма через сопли и мокрота.[6] Микробиота человека, другие микроорганизмы, живущие внутри и на теле, конкурируют с патогенными организмами и играют большую роль в борьбе с патогенами. Наконец, полупроницаемая мембрана, известная как гематоэнцефалический барьер представляет собой выстилку из эндотелиальных клеток, отделяющую кровь от тканей и органов.[6] Без этой оболочки вирусы и бактерии могут легко заразить жизненно важные органы человека, такие как мозг, легкие и плаценту.

Воспаление является одним из первых иммунных ответов на патогенную инфекцию, которым обладают многие организмы-хозяева. Воспаление проявляется в повышенной температуре вокруг очага инфекции, накоплении CO.2 и органических кислот, а также снижение напряжения кислорода в инфицированной ткани в ответ на повреждение клеток, вызванное патогенами.[6][7] Коагуляция крови (свертывание) также происходит в воспаленной области, обеспечивая физический барьер против патогенной инфекции.[8] Эти изменения в конечном итоге создают неблагоприятные условия для жизни патогена (т. Е. Изменения pH, снижение АТФ и изменения клеточного метаболизма) и предотвращают дальнейшую репликацию и рост.

Как только бактерия или вирус преодолевают врожденную иммунную систему организма, организм-хозяин приобретенная иммунная система берет на себя. Этот иммунный ответ является высокоспецифичным по отношению к патогенам и обеспечивает хозяину длительный иммунитет против будущего заражения этим специфическим патогеном. Когда лимфоциты распознавать антигены на поверхности возбудителя они выделяют антитела связываются с патогеном и предупреждают макрофаги и естественные клетки-киллеры.[7][9] Эти клетки нацелены на сам патоген, убивая его или делая неактивным. Этот процесс далее производит В-клетка памяти и Т-клетки памяти которые обеспечивают длительный иммунитет.

В заключение, если патоген способен преодолевать различные защиты хозяина, распознавать клетку хозяина для инфекции и успешно реплицироваться в ткани хозяина, то патоген, вероятно, обладает тропизмом для этого конкретного хозяина.

Вирусный тропизм

Тропизм вируса-хозяина определяется комбинацией восприимчивости и вседозволенности: клетка-хозяин должна быть как пермиссивной (допускать репликацию вируса), так и восприимчивой (обладать рецепторным комплементом, необходимым для проникновения вируса), чтобы вирус мог установить инфекцию. Как только вирус связывается с клеткой-хозяином, эта клетка-хозяин должна предоставить необходимые факторы транскрипции, необходимые для репликации вируса. Когда вирус может использовать клетку для воспроизведения своей генетической информации, вирус может распространять инфекцию по всему телу.

Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ)

В Вирус иммунодефицита человека проявляет тропизм к хозяевам CD4 родственные иммунные клетки (например, Т-хелперы, макрофаги или дендритные клетки). Эти клетки экспрессируют рецептор CD4, к которому ВИЧ может связать через gp120 и gp41 белки на его поверхности.[10] ВИЧ также требуется второй корецептор вместе с комплексом CD4-gp120 для проникновения в клетки-мишени - либо CCR5 или же CXCR4.[10] Это демонстрирует пример того, как рецепторы клеточной поверхности могут влиять на тропизм вирусного патогена. Поскольку люди - единственные организмы, у которых есть клетки с этими рецепторами, ВИЧ проявляет тропизм к хозяину только для людей. Вирус обезьяньего иммунодефицита (SIV), вирус, похожий на ВИЧ, способен заражать приматов.[11]

1. Начальное взаимодействие между gp120 и CD4. 2. Конформационные изменения в gp120 допускают вторичное взаимодействие с CCR5. 3. Дистальные кончики gp41 вставляются в клеточную мембрану. 4. gp41 претерпевает значительные конформационные изменения; складывание пополам и формирование бухт. Этот процесс сближает вирусную и клеточную мембраны, соединяя их. Приведенная выше диаграмма предполагает, что это Т-хелперная клетка, однако корецептором на Т-хелперной клетке для этого механизма является CXCR4, а не CCR5. Если он содержит рецептор CCR5, скорее всего, это макрофаг.

Вирус Эпштейна-Барра (EBV)

В Вирус Эпштейна-Барра (EBV) - один из восьми известных вирусов герпеса. Он отображает тропизм хозяина к В-клеткам человека через CD21 -gp350 / 220 комплекс и считается причиной инфекционный мононуклеоз, Лимфома Беркитта, Болезнь Ходжкина, карцинома носоглотки, и лимфомы.[12] ВЭБ попадает в организм через оральный перенос слюны, и считается, что он заражает более 90% взрослого населения мира.[13] EBV может также инфицировать эпителиальные клетки, Т-клетки и естественные клетки-киллеры через механизмы, отличные от процесса, опосредованного рецептором CD21 в В-клетках.[12]

Вирус Зика (ZIKV)

В Вирус Зика переносится комарами арбовирус в роду Флавивирус демонстрирует тропизм к человеческому материнскому децидуальный, плод плацента, и пуповина.[14] На клеточном уровне вирус Зика поражает децидуальные макрофаги, децидуальные фибробласты, трофобласты, Клетки Хофбауэра, и мезенхимальные стволовые клетки из-за их повышенной способности поддерживать репликацию вирионов.[14] У взрослых заражение вирусом Зика может привести к Лихорадка Зика; и если инфекция возникает в первом триместре беременности, неврологические осложнения, такие как микроцефалия может возникнуть.[15]

Бактериальный тропизм

Микобактерии туберкулеза

Микобактерии туберкулеза это тропическая бактерия, вызывающая туберкулез - вторая по частоте причина смерти от инфекционного агента.[16] Оболочка клетки гликоконъюгаты окружающий М. туберкулез позволяют бактериям инфицировать ткань легких человека, обеспечивая при этом внутреннюю устойчивость к фармацевтическим препаратам.[16] M. tuberculosis попадает в проходы альвеол легких через капли аэрозоля, а затем подвергается фагоцитозу макрофагами.[17] Однако, поскольку макрофаги не могут полностью убить М. туберкулез, гранулемы образуются в легких, обеспечивая идеальную среду для продолжения бактериальной колонизации.[17]

Золотистый стафилококк

По оценкам, более 30% населения мира колонизированы Золотистый стафилококк, микроорганизм, способный вызывать кожные инфекции, нозокомиальные инфекции и пищевое отравление из-за его тропизма к коже и мягким тканям человека.[18] В S. aureus Клональный комплекс CC121, как известно, проявляет тропизм к нескольким хозяевам как для людей, так и для кроликов.[19] Предполагается, что это связано с мутацией одного нуклеотида, которая превратила комплекс CC121 в клональный комплекс ST121, клон, способный инфицировать кроликов.[19]

кишечная палочка

Энтеропатогенные и энтерогеморрагические кишечная палочка (EPEC и EHEC соответственно) проявляют тропизм к эпителиальным клеткам кишечника человека, что приводит к пищевым отравлениям и проблемам с пищеварением.[20] Секреция III типа является основным способом патогенеза этих двух патогенных форм Кишечная палочка, который включает присоединение интимина к транслоцированным рецепторам клеточной поверхности интимина, представленным на поверхности эпителиальных клеток кишечника.[20] Наряду с системой секреции типа III, температура также может влиять на секрецию интимина, которая увеличивает Кишечная палочка инфекционность и тропизм для клеток кишечника человека.[20]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Дуам, Флориан; Gaska, Jenna M .; Винер, Бенджамин Ю.; Дин, Цян; фон Шаевен, Маркус; Плосс, Александр (01.01.2015). "Генетическое рассечение тропизма хозяина тропических патогенов человека". Ежегодный обзор генетики. 49: 21–45. Дои:10.1146 / annurev-genet-112414-054823. ISSN  0066-4197. ЧВК  5075990. PMID  26407032.
  2. ^ а б c Барон, Самуил; Фонс, Майкл; Альбрехт, Томас (1996). «Глава 45: Вирусный патогенез». Медицинская микробиология (4-е изд.). Галвестон, Техас: Медицинский филиал Техасского университета в Галвестоне. ISBN  978-0963117212. PMID  21413306.
  3. ^ а б Рибет, Дэвид; Паскаль, Коссарт (2015). «Как бактериальные патогены колонизируют своих хозяев и проникают в более глубокие ткани». Микробы и инфекции. 17 (3): 173–183. Дои:10.1016 / j.micinf.2015.01.004. PMID  25637951.
  4. ^ Апарна, Мадху Шарма; Ядав, Сарита (01.12.2008). «Биопленки: микробы и болезни». Бразильский журнал инфекционных заболеваний. 12 (6): 526–530. Дои:10.1590 / S1413-86702008000600016. ISSN  1413-8670. PMID  19287843.
  5. ^ Петерсон, Джонни В. (1996-01-01). «Глава 7: Бактериальный патогенез». У Барона, Самуила (ред.). Медицинская микробиология (4-е изд.). Галвестон (Техас): Медицинский филиал Техасского университета в Галвестоне. ISBN  978-0963117212. PMID  21413346.
  6. ^ а б c d е Дианзани, Фердинандо; Барон, Сэмюэл (1996-01-01). «Глава 49: Неспецифическая защита». У Барона, Самуила (ред.). Медицинская микробиология (4-е изд.). Галвестон (Техас): Медицинский филиал Техасского университета в Галвестоне. ISBN  978-0963117212. PMID  21413325.
  7. ^ а б Чарльз Джейнвей младший; Трэверс, Пол; Уолпорт, Марк; Шломчик, Марк Дж. (01.01.2001). Принципы врожденного и адаптивного иммунитета.
  8. ^ Чарльз Джейнвей младший; Трэверс, Пол; Уолпорт, Марк; Шломчик, Марк Дж. (01.01.2001). Передняя линия обороны хозяина.
  9. ^ Климпель, Гэри Р. (1996-01-01). «Глава 50: Иммунная защита». В Бароне, Сэмюэле (ред.). Медицинская микробиология (4-е изд.). Галвестон (Техас): Медицинский филиал Техасского университета в Галвестоне. ISBN  978-0963117212. PMID  21413332.
  10. ^ а б Поведа, Ева; Бриз, Вероника; Хинонес-Матеу, Мигель; Сориано, Винсент (2006). «Тропизм к ВИЧ: инструменты диагностики и значение для прогрессирования заболевания и лечения ингибиторами проникновения». СПИД. 20 (10): 1359–1367. Дои:10.1097 / 01.aids.0000233569.74769.69. ISSN  0269-9370. PMID  16791010 - через Овидия.
  11. ^ Уильямс, Кеннет С.; Бурдо, Триша Х. (2017-03-28). «ВИЧ и SIV-инфекция - роль клеточного ограничения и иммунных ответов в вирусной репликации и патогенезе». APMIS. 117 (5–6): 400–412. Дои:10.1111 / j.1600-0463.2009.02450.x. ISSN  0903-4641. ЧВК  2739573. PMID  19400864.
  12. ^ а б Томпсон, Мэтью П .; Курцрок, Разель (01.02.2004). «Вирус Эпштейна-Барра и рак». Клинические исследования рака. 10 (3): 803–821. Дои:10.1158 / 1078-0432.CCR-0670-3. ISSN  1078-0432. PMID  14871955.
  13. ^ Амон, Вольфганг; Фаррелл, Пол Дж. (2005-05-01). «Реактивация вируса Эпштейна-Барра из латентного периода». Обзоры в медицинской вирусологии. 15 (3): 149–156. Дои:10.1002 / rmv.456. ISSN  1099-1654. PMID  15546128.
  14. ^ а б Эль-Коста, Хишам; Гуйи, Жорди; Мансуи, Жан-Мишель; Чен, Цянь; Леви, Клод; Картрон, Жеральдин; Веас, Франсиско; Аль-Дакчак, Рим; Изопет, Жак (2016-10-19). «Вирус ZIKA обнаруживает широкий тканевой и клеточный тропизм в первом триместре беременности». Научные отчеты. 6 (1): 35296. Bibcode:2016НатСР ... 635296E. Дои:10.1038 / srep35296. ISSN  2045-2322. ЧВК  5069472. PMID  27759009.
  15. ^ Муссо, Дидье; Габлер, Дуэйн Дж. (01.07.2016). «Вирус Зика». Обзоры клинической микробиологии. 29 (3): 487–524. Дои:10.1128 / CMR.00072-15. ISSN  0893-8512. ЧВК  4861986. PMID  27029595.
  16. ^ а б Ангала, Шива Кумар; Белардинелли, Хуан Мануэль; Хак-Клаустр, Эмили; Пшеница, Уильям Х .; Джексон, Мэри (01.01.2014). «Гликоконъюгаты клеточной оболочки Mycobacterium tuberculosis». Критические обзоры в биохимии и молекулярной биологии. 49 (5): 361–399. Дои:10.3109/10409238.2014.925420. ISSN  1040-9238. ЧВК  4436706. PMID  24915502.
  17. ^ а б Смит, Иссар (01.07.2003). «Патогенез Mycobacterium tuberculosis и молекулярные детерминанты вирулентности». Обзоры клинической микробиологии. 16 (3): 463–496. Дои:10.1128 / CMR.16.3.463-496.2003. ISSN  0893-8512. ЧВК  164219. PMID  12857778.
  18. ^ Тонг, Стивен Ю.К .; Дэвис, Джошуа С .; Эйхенбергер, Эмили; Holland, Thomas L .; Фаулер, Вэнс Г. (01.07.2015). «Инфекции, вызванные Staphylococcus aureus: эпидемиология, патофизиология, клинические проявления и лечение». Обзоры клинической микробиологии. 28 (3): 603–661. Дои:10.1128 / CMR.00134-14. ISSN  0893-8512. ЧВК  4451395. PMID  26016486.
  19. ^ а б Виана, Дэвид; Комос, Мария; Макадам, Пол Р; Уорд, Мелисса Дж .; Сельва, Лаура; Guinane, Caitriona M .; Гонсалес-Муньос, Беатрис М .; Тристан, Энн; Фостер, Саймон Дж (2017-04-29). «Единственная природная нуклеотидная мутация изменяет тропизм бактериального патогена к хозяину». Природа Генетика. 47 (4): 361–366. Дои:10,1038 / нг. 3219. ISSN  1061-4036. ЧВК  4824278. PMID  25685890.
  20. ^ а б c Розеншайн, Илан (1998-10-01). «Видовая специфичность и тканевой тропизм EPEC и родственных патогенов». Тенденции в микробиологии. 6 (10): 388. Дои:10.1016 / S0966-842X (98) 01355-9. ISSN  0966-842X. PMID  9807781.