Адаптация хозяина

При рассмотрении патогенов адаптация хозяина может иметь различные описания. Например, в случае сальмонеллы адаптация хозяина используется для описания «способности патогена циркулировать и вызывать заболевание в определенной популяции хозяина». ^[1] Другое использование адаптации хозяина, все еще рассматривающее случай сальмонеллы , относится к эволюции патогена таким образом, что он может инфицировать, вызывать заболевание и циркулировать в другом виде хозяина. ^[2]

Хотя могут быть патогены, которые могут заражать других хозяев и вызывать заболевание, неспособность проникать или распространяться по зараженному виду хозяина указывает на то, что патоген не адаптирован к этому виду хозяина. В этом случае способность или отсутствие таковой у патогена адаптироваться к среде своего хозяина является показателем приспособленности или вирулентности патогена . Если патоген имеет высокую приспособленность к среде хозяина или является вирулентным, он сможет быстро расти и распространяться внутри своего хозяина. И наоборот, если патоген плохо адаптирован к среде своего хозяина, то он не будет распространяться или заражать так, как это сделал бы хорошо адаптированный патоген.

Патогены, такие как сальмонелла, которая является патогеном пищевого происхождения, способны адаптироваться к среде хозяина и поддерживать вирулентность несколькими путями. В статье Баумлера и др. 1998 г. ^[3] такие характеристики сальмонеллы, как ее способность вызывать кишечную инфекцию, были приписаны факторам вирулентности, таким как ее способность проникать в эпителиальные клетки кишечника, вызывать набор нейтрофилов и вмешиваться в секрецию кишечной жидкости. Филогенетический анализ также показал, что существует множество штаммов или линий сальмонеллы, что выгодно для патогена, поскольку его генетическое разнообразие может служить пищей для естественного отбора. Например, если определенный штамм сальмонеллы более приспособлен к среде желудка хозяина по сравнению с другими штаммами сальмонеллы, то первый будет положительно отобран и увеличится в распространенности. В конечном итоге этот штамм колонизирует и заразит желудок. Другие менее приспособленные штаммы будут отобраны против и, таким образом, не будут сохраняться. Другой важной адаптацией хозяина со стороны сальмонеллы была ее адаптация к температуре крови хозяина. Поскольку сальмонелла может процветать при температуре хозяина-человека, 98,6 градусов по Фаренгейту, она подходит для среды хозяина и, следовательно, хорошо выживает в ней. Такие адаптации являются простыми, но очень эффективными способами заражения хозяев, поскольку они используют тело хозяина и важную особенность его тела в качестве трамплина в процессе заражения.

Другой кишечный патоген из рода Cryptosporidium , который не всегда был человеческим патогеном, «недавно» адаптировался к среде обитания человека. Многочисленные филогенетические анализы в статье Сяо и др. 2002 ^[4] показали, что генотип быка Cryptosporidium parvum и Cryptosporidium meleagridis изначально были паразитами грызунов и млекопитающих соответственно. Однако этот паразит «недавно» распространился на людей. Как уже упоминалось ранее, способность выживать в разных видах хозяев является адаптацией, которая весьма выгодна для патогенов, поскольку она увеличивает их шансы на выживание и циркуляцию. Некоторые патогены могут эволюционировать, становясь устойчивыми к естественной иммунной защите организма и/или к внешним вмешательствам, таким как лекарства. Например, Clostridioides difficile является наиболее частой причиной нозокомиальной диареи во всем мире, и сообщения в начале 2000-х годов указывали на появление гипервирулентного штамма в Северной Америке и Европе. В исследовании Stabler et al. 2006 ^[5] сравнительная филогеномика (сравнение всего генома с использованием ДНК-микрочипов в сочетании с байесовскими филогениями) использовалась для моделирования филогении C. difficile. Филогенетический анализ выявил четыре отдельных статистически значимых «кластера», составляющих гипервирулентную кладу, кладу токсина A− B+ и две клады с человеческими и животными изолятами. Генетические различия между четырьмя группами выявили значимые выводы, связанные с вирулентностью. Авторы увидели, что гипервирулентные штаммы претерпели различные типы адаптации ниши, такие как устойчивость к антибиотикам, подвижность, адгезия и энтеральный метаболизм.

Некоторые комменсальные организмы или организмы, которые встречаются в организме естественным образом и получают выгоду от жизни в хозяине, не причиняя ему вреда или не принося какой-либо значительной пользы, также имеют потенциал стать патогенами. Этот конкретный тип гибрида комменсала/патогена называется условно-патогенным . Не все комменсалы являются условно-патогенными. Однако условно-патогенные организмы являются комменсалами по своей природе. Они не вредны для организма, когда иммунная система организма функционирует нормально, но если иммунная система хозяина становится скомпрометированной или теряет способность функционировать в полную или почти полную силу, условно-патогенные организмы превращаются из комменсальных организмов в патогены. Отсюда и произошло название условно-патогенные организмы: они являются патогенами только тогда, когда есть возможность заразить хозяина. Примером условно-патогенного организма является Candida albicans . Candida albicans — это тип грибка/дрожжей, обнаруженных в кишечнике и слизистых оболочках (например, во влагалище и горле) здоровых людей. Он также обнаружен на коже здоровых людей. У здоровых людей, то есть людей с функционирующей иммунной системой, Candida не вызывает инфекций. Он просто сосуществует с хозяином. Однако, если человек получает химиотерапию или имеет ВИЧ/СПИД, что ослабляет иммунную систему (тем самым ставя ее под угрозу), Candida albicans вызовет инфекции. ^[6] Он может вызывать такие безобидные инфекции, как дрожжевые инфекции или молочница, и такие серьезные инфекции, как системный кандидоз, который заканчивается летальным исходом примерно в 50% случаев. ^[7] Хотя механизмы, которые Candida albicans использует для перехода от состояния комменсала к патогену, в значительной степени неизвестны, причины его силы как патогена широко известны. Candida обладает большой фенотипической и генотипической пластичностью, что означает, что он быстро генерирует изменения. В результате постоянной диверсификации у Candida есть много возможностей для совершения выгодных мутаций. Кроме того, Candida может менять морфологию. Она может преобразовываться из дрожжевой в нитевидную форму и наоборот, в зависимости от того, на какой стадии инфекции она находится. На начальных стадиях инфекции Candida, скорее всего, будет находиться в нитевидной форме, поскольку это позволяет ей более эффективно прилипать к клеткам и инфицировать их. Другие адаптации комменсального патогена включают способность расти при температуре хозяина, создавать биопленки , противостоять активным формам кислорода (ROS), созданным как часть иммунного ответа человека для борьбы с инфекцией, адаптироваться к различным значениям pH ^[8] (имеющим отношение к переносу в крови в различных частях тела) и адаптироваться к средам с низким содержанием питательных веществ или глюкозы, таким как печень ^[9].Поскольку Candida albicans очень хорошо адаптируется к изменяющимся условиям окружающей среды человеческого организма (например, к изменяющейся температуре, pH, реактивности кислорода и т. д.), Candida albicans является хорошим патогеном.

Термин «адаптация хозяина» также может использоваться по отношению к хозяину. Хозяева обладают способностью адаптироваться, чтобы защитить себя от патогенов. Например, врожденные и приобретенные иммунные реакции являются адаптациями человеческого организма, которые существуют с единственной целью — отражать болезни. Кроме того, как уже упоминалось ранее в случае с активными формами кислорода, у организма есть различные другие способы отражения угроз. Половое размножение также является функцией, которую люди и другие организмы, размножающиеся половым путем, используют для защиты себя от патогенов. Например, в так называемой гипотезе красной королевы хозяева постоянно меняются генетически посредством полового размножения, чтобы продолжать меняться, поэтому у патогенов меньше шансов хорошо приспособиться к хозяину. Если хозяин продолжает меняться посредством перетасовки генов в форме размножения, то хозяевам придется постоянно эволюционировать вместе с хозяином, чтобы успевать за его изменениями. Это создает движущуюся цель для коэволюционирующих патогенов.