Adaptacja gospodarza
Rozważając patogeny , adaptacja żywiciela może mieć różne opisy. Na przykład w przypadku Salmonelli adaptacja żywiciela jest używana do opisania „zdolności patogenu do krążenia i wywoływania choroby w określonej populacji żywiciela”. Inne zastosowanie adaptacji żywiciela, wciąż biorąc pod uwagę przypadek Salmonelli , odnosi się do ewolucji patogenu w taki sposób, że może on infekować, wywoływać choroby i krążyć w innym gatunku żywiciela.
Opis
Chociaż mogą istnieć patogeny, które mogą zarażać innych żywicieli i powodować choroby, niezdolność do przenikania lub rozprzestrzeniania się w zakażonym gatunku żywiciela wskazuje, że patogen nie jest przystosowany do tego gatunku żywiciela. W tym przypadku zdolność lub brak patogenu do przystosowania się do środowiska żywiciela jest wskaźnikiem sprawności lub zjadliwości patogenu . Jeśli patogen ma wysoką sprawność w środowisku żywiciela lub jest zjadliwy, będzie w stanie szybko rosnąć i rozprzestrzeniać się w swoim gospodarzu. I odwrotnie, jeśli patogen nie jest dobrze przystosowany do środowiska gospodarza, nie będzie się rozprzestrzeniał ani infekował w sposób, w jaki zrobiłby to dobrze przystosowany patogen.
Patogeny, takie jak Salmonella, która jest patogenem przenoszonym przez żywność, są w stanie przystosować się do środowiska żywiciela i utrzymać zjadliwość na kilka sposobów. W artykule Baumlera i wsp. 1998 cechy Salmonelli, takie jak jej zdolność do wywoływania infekcji jelitowych, zostały przypisane czynnikom wirulencji, takim jak zdolność do inwazji na komórki nabłonka jelit, indukowania rekrutacji neutrofili i zakłócania wydzielania płynu jelitowego. Analiza filogenetyczna wykazała również, że istnieje wiele szczepów lub linii Salmonelli, co jest korzystne dla patogenu, ponieważ jego różnorodność genetyczna może działać jako pożywka dla doboru naturalnego. Na przykład, jeśli określony szczep Salmonelli lepiej pasuje do środowiska żołądka gospodarza w porównaniu z innymi szczepami Salmonelli, to ten pierwszy zostanie pozytywnie wyselekcjonowany i zwiększy się jego rozpowszechnienie. W końcu ten szczep skolonizuje i zainfekuje żołądek. Inne mniej dopasowane szczepy zostaną wyselekcjonowane i tym samym nie przetrwają. Inną ważną adaptacją gospodarza ze strony Salmonelli była jej adaptacja do temperatury krwi żywiciela. Ponieważ Salmonella może rozwijać się w temperaturze ludzkiego żywiciela, 98,6 stopni F, nadaje się do środowiska żywiciela, a zatem dobrze w nim przeżywa. Takie adaptacje są prostymi, ale bardzo skutecznymi sposobami infekowania żywicieli, ponieważ wykorzystują ciało żywiciela i ważne cechy jego ciała jako odskocznię w procesie infekcji.
Inny patogen jelitowy z rodzaju Cryptosporidium , który nie zawsze był ludzkim patogenem, „niedawno” zaadaptowanym do ludzkiego środowiska gospodarza. Liczne analizy filogenetyczne w artykule Xiao i wsp. 2002 wykazały, że bydlęcy genotyp Cryptosporidium parvum i Cryptosporidium meleagridis były pierwotnie pasożytami odpowiednio gryzoni i ssaków. Jednak ten pasożyt „niedawno” rozprzestrzenił się na ludzi. Jak wspomniano wcześniej, zdolność do przeżycia w różnych gatunkach żywicieli jest adaptacją, która jest wysoce korzystna dla patogenów, ponieważ zwiększa ich szanse na przeżycie i krążenie. Niektóre patogeny mogą ewoluować, aby stać się odpornymi na naturalne mechanizmy obronne organizmu i/lub zewnętrzne interwencje, takie jak leki. Na przykład, Clostridium difficile jest najczęstszą przyczyną biegunki szpitalnej na całym świecie, a doniesienia z początku XXI wieku wskazywały na pojawienie się hiperwirulentnego szczepu w Ameryce Północnej i Europie. W badaniu przeprowadzonym przez Stablera i wsp. 2006 do modelowania filogenezy C. difficile zastosowano porównawczą filogenetykę (porównania całego genomu przy użyciu mikromacierzy DNA w połączeniu z filogenezami bayesowskimi). Analiza filogenetyczna zidentyfikowała cztery odrębne, statystycznie istotne „skupiska” tworzące klad hiperzjadliwy, klad toksyny A−B+ oraz dwa klady z izolatami ludzkimi i zwierzęcymi. Różnice genetyczne między czterema grupami ujawniły istotne odkrycia związane z wirulencją. Autorzy zauważyli, że hiperzjadliwe szczepy przeszły różne rodzaje adaptacji niszowych, takie jak oporność na antybiotyki, ruchliwość, adhezja i metabolizm jelitowy.
Niektóre organizmy komensalne lub organizmy, które naturalnie występują w organizmie i czerpią korzyści z życia w żywicielu, nie wyrządzając mu szkody ani nie przynosząc żadnych znaczących korzyści, również mogą stać się patogenami. Ten specyficzny typ hybrydy komensal/patogen nazywany jest patogenem oportunistycznym . Nie wszystkie komensale są patogenami oportunistycznymi. Jednak patogeny oportunistyczne są z natury komensalami. Nie są szkodliwe dla organizmu, gdy układ odpornościowy organizmu funkcjonuje normalnie, ale jeśli układ odpornościowy gospodarza zostanie osłabiony lub utraci zdolność do funkcjonowania z pełnym lub prawie pełnym potencjałem, patogeny oportunistyczne przestawiają się z organizmów komensalnych w organizmy komensalne. patogen. Stąd pochodzi nazwa patogenu oportunistycznego: są one patogenami tylko wtedy, gdy istnieje możliwość zarażenia żywiciela. Przykładem patogenu oportunistycznego jest Candida albicans . Candida albicans to rodzaj grzyba/drożdży występujący w jelitach i błonach śluzowych (takich jak pochwa i gardło) zdrowych ludzi. Występuje również na skórze zdrowych ludzi. U zdrowych ludzi, czyli ludzi z funkcjonującym układem odpornościowym, Candida nie powoduje infekcji. Będzie po prostu współistnieć z gospodarzem. Jednakże, jeśli dana osoba jest w trakcie chemioterapii lub ma HIV/AIDS, co osłabia układ odpornościowy (w ten sposób upośledzając go), Candida albicans spowoduje infekcje. Może powodować infekcje tak nieszkodliwe, jak infekcje drożdżakowe lub pleśniawki i może powodować infekcje tak poważne, jak ogólnoustrojowa kandydoza, która jest śmiertelna w około 50% przypadków. Chociaż mechanizmy, których używa Candida albicans, aby przejść od bycia komensalem do patogenu, są w dużej mierze nieznane, przyczyny jego siły jako patogenu są szeroko znane. Candida ma dużą plastyczność fenotypową i genotypową, co oznacza, że szybko generuje zmiany. W wyniku ciągłej dywersyfikacji candida ma wiele możliwości dokonywania korzystnych mutacji. Dodatkowo Candida może zmieniać morfologię. Może przekształcić się z drożdży w postać nitkowatą i odwrotnie, w zależności od tego, na jakim etapie infekcji się znajduje. W początkowych stadiach infekcji jest bardziej prawdopodobne, że Candida przybierze postać nitkowatą, ponieważ umożliwia to przyleganie i efektywniej infekować komórki. Inne adaptacje komensalnego patogenu obejmują zdolność do wzrostu w temperaturze żywiciela, tworzenia biofilmy , są odporne na reaktywne formy tlenu (ROS) powstające w ramach odpowiedzi immunologicznej człowieka w celu zwalczania infekcji, dostosowują się do różnych wartości pH (istotnych dla przenoszenia ich we krwi w różnych częściach ciała) i przystosowują się do środowisk o niskiej zawartości składników odżywczych lub glukozy jak wątroba Ponieważ Candida albicans bardzo dobrze przystosowuje się do zmiennych warunków środowiska ludzkiego ciała (tj. zmieniającej się temperatury, pH, reaktywności tlenu i innych), Candida albicans jest dobrym patogenem.
Adaptacja hosta może być również używana w odniesieniu do hosta. Gospodarze mają zdolność adaptacji, aby chronić się przed patogenami. Na przykład wrodzone i nabyte odpowiedzi immunologiczne są adaptacjami ludzkiego ciała, które istnieją wyłącznie w celu zapobiegania chorobom. Dodatkowo, jak już wcześniej wspomniano w przypadku reaktywnych form tlenu, organizm ma różne inne sposoby na odpieranie zagrożeń. Rozmnażanie płciowe jest również cechą, którą ludzie i inne organizmy rozmnażające się płciowo muszą chronić się przed patogenami. Na przykład w tak zwanej hipotezie czerwonej królowej , żywiciele nieustannie zmieniają się genetycznie poprzez rozmnażanie płciowe, aby dalej się zmieniać, więc patogeny mają mniejsze szanse na dobre przystosowanie się do żywiciela. Jeśli gospodarz ciągle się zmienia poprzez tasowanie genów w formie reprodukcji, wówczas gospodarze będą musieli stale ewoluować wraz z gospodarzem, aby nadążyć za jego zmianami. To ustawia ruchomy cel dla współewoluujących patogenów.