Введение

Серьезность патогенных микроорганизмов для хозяина
академический журнал

Вирулентность – это способность патогена или микроорганизма причинять вред хозяину. В большинстве случаев, особенно в животных системах, вирулентность относится к степени повреждения, наносимого микробом своему хозяину. Патогенность организма – его способность вызывать заболевание – определяется его вирулентными факторами. В специфическом контексте систем «ген за ген», часто встречающихся у растений, вирулентность относится к способности патогена инфицировать устойчивого хозяина. Существительное «вирулентность» (лат. virulentia) происходит от прилагательного «virulent», означающего тяжесть заболевания. Слово «вирулентный» происходит от латинского слова «virulentus», означающего «отравленная рана» или «полный яда». Термин «вирулентность» применим не только к вирусам. С экологической точки зрения, вирулентность – это снижение приспособленности хозяина, вызванное паразитом. Вирулентность можно понимать с точки зрения непосредственных причин – специфических характеристик патогена, способствующих заболеванию хозяина, – и конечных причин – эволюционного давления, приводящего к появлению вирулентных признаков в штамме патогена.

Вирулентные бактерии

Способность бактерий вызывать заболевания описывается с точки зрения количества инфицирующих бактерий, пути их проникновения в организм, влияния защитных механизмов хозяина и присущих бактериям характеристик, называемых факторами вирулентности. Многие факторы вирулентности представляют собой так называемые эффекторные белки, которые внедряются в клетки хозяина с помощью специализированных секреторных аппаратов, таких как система секреции типа III. Патогенез, опосредованный хозяином, часто играет важную роль, поскольку хозяин может активно реагировать на инфекцию, в результате чего защитные механизмы хозяина повреждают его собственные ткани в процессе борьбы с инфекцией (например, цитокиновый шторм). Факторы вирулентности бактерий обычно являются белками или другими молекулами, синтезируемыми ферментами. Эти белки кодируются генами, расположенными в хромосомной ДНК, ДНК бактериофагов или плазмидах. Некоторые бактерии используют мобильные генетические элементы и горизонтальный перенос генов. Поэтому были предложены стратегии борьбы с определенными бактериальными инфекциями, направленные на эти специфические факторы вирулентности и мобильные генетические элементы. Бактерии используют кворумное зондирование для синхронизации высвобождения молекул. Все это непосредственные причины заболеваемости у хозяина.

Способы, которыми бактерии вызывают болезни

Прикрепление Многие бактерии должны сначала прикрепляться к поверхностям клеток хозяина. Было выявлено множество бактериальных и молекул хозяина, участвующих в адгезии бактерий к клеткам хозяина. Часто поверхностные рецепторы клеток хозяина для бактерий являются важными белками для других функций. Из-за наличия слизистой оболочки и антимикробных веществ вокруг некоторых клеток хозяина, определенным патогенам трудно установить прямой контактное прикрепление. Колонизация Некоторые вирулентные бактерии производят специальные белки, позволяющие им колонизировать части тела хозяина. Helicobacter pylori способна выживать в кислой среде желудка человека, производя фермент уреазу. Колонизация слизистой оболочки желудка этой бактерией может привести к язве желудка и раку. Вирулентность различных штаммов Helicobacter pylori, как правило, коррелирует с уровнем выработки уреазы. Инвазия Некоторые вирулентные бактерии производят белки, которые либо разрушают мембраны клеток хозяина, либо стимулируют собственный эндоцитоз или макропиноцитоз в клетки хозяина. Эти факторы вирулентности позволяют бактериям проникать в клетки хозяина и облегчают проникновение в организм через эпителиальные слои ткани на поверхности тела. Ингибиторы иммунного ответа Многие бактерии производят факторы вирулентности, подавляющие защитные механизмы иммунной системы хозяина. Например, распространенная стратегия бактерий – производство белков, связывающих антитела хозяина. Полисахаридная капсула Streptococcus pneumoniae ингибирует фагоцитоз бактерии иммунными клетками хозяина. Токсины Многие факторы вирулентности – это белки, производимые бактериями, которые отравляют клетки хозяина и вызывают повреждение тканей. Например, существует множество токсинов, вызывающих пищевые отравления, производимых бактериями и способных загрязнять продукты питания. Некоторые из них могут оставаться в "испорченных" продуктах даже после приготовления и вызывать заболевание при употреблении в пищу. Другие бактериальные токсины химически изменяются и инактивируются под воздействием тепла при приготовлении пищи.

Вирусы

Вирусные факторы вирулентности позволяют вирусу размножаться, изменять защитные механизмы хозяина и распространяться внутри него, при этом оказывая токсическое воздействие на хозяина. Они определяют, произойдет ли инфекция и насколько тяжелыми будут симптомы вызванного вирусом заболевания. Вирусам часто необходимы рецепторные белки на клетках хозяина, к которым они специфически связываются. Обычно эти белки клеток хозяина подвергаются эндоцитозу, после чего связанный вирус проникает внутрь клетки. Высокопатогенные вирусы, такие как ВИЧ, вызывающий СПИД, обладают механизмами уклонения от защиты организма. ВИЧ инфицирует Т-хелперы, что приводит к снижению адаптивного иммунного ответа хозяина и, в конечном итоге, к иммунодефицитному состоянию. Смерть наступает в результате оппортунистических инфекций, вторичных по отношению к нарушению иммунной системы, вызванному СПИДом. Некоторые факторы вирулентности обеспечивают способность к репликации во время защитных воспалительных реакций организма, например, во время вирусной лихорадки. Многие вирусы могут длительное время существовать внутри организма, не причиняя значительного вреда. Чрезвычайно вирулентные штаммы могут в конечном итоге эволюционировать путем мутаций и естественного отбора внутри вирусной популяции внутри хозяина. Термин "нейротропный" используется для вирусов, таких как вирус бешенства и вирус простого герпеса, которые способны проникать в нервную систему и вызывать там заболевания. Широко изученными модельными организмами вирулентных вирусов являются вирус T4 и другие T-четные бактериофаги, которые инфицируют Escherichia coli и ряд родственных бактерий. Литический жизненный цикл вирулентных бактериофагов противопоставляется умеренному жизненному циклу умеренных бактериофагов.