Медицинская микробиология I: патогены и микробиом человека

Автор Allen Kuslovic, Andreas Vanilssen и Rogers Nilstrem

Существует несколько путей проникновения патогенных микроорганизмов в организм хозяина. Основные пути имеют разные эпизодические временные рамки, но почва обладает самым длинным или наиболее стойким потенциалом для того, чтобы скрыть патоген. Заболевания у людей, вызываемые инфекционными агентами, известны как патогенные заболевания. Микробиом человека является совокупностью всех microbiota которые находятся в тканях и биологических жидкостях человека или внутри них вместе с соответствующими анатомическими участками, в которых они находятся, включая кожу, молочные железы, плаценту, семенную жидкость, матку, фолликулы яичника, легкие, слюну, слизистую оболочку полости рта, конъюнктиву, желчевыводящие пути и желудочно-кишечный тракт. Содержание этой книги: патоген, прион, вирус, патогенные бактерии, грибок, патогенный гриб, паразит человека, простейшие, паразитический червь, список паразитов человека, клиническая микробиология, взаимодействие между хозяином и патогеном, инфекционные заболевания, список инфекционных заболеваний, инфекции связанные с заболеваниями, микробиом человека, проект микробиома человека, гипотеза о биоразнообразии здоровья, первоначальное приобретение microbiota, вироме человека, желудочно-кишечный тракт человека microbiota, Кишечно-мозговая ось, психобиотик, устойчивость к колонизации, кожная флора, вагинальная флора, вагинальная флора во время беременности, список бактериального вагиноза microbiota, плацентарный микробиом, микробиом молока человека, оральная экология, микробиом слюны, легкие microbiota, список человек microbiota, пробиотик, пробиотики у детей, психобиотик, Bacillus clausii, постбиотик, протеобиотики, синбиотики, Bacillus coagulans, бактериальный вагиноз, Bifidobacterium animalis, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum, Botryosphaeran, Clostridium butyricum, Escherichia coli Nissle 1917, фактор транскрипции Gal4, Ganeden, Lactinex, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus crispatus .
Authors: Allen Kuslovic, Andreas Vanilssen, Rogers Nilstrem

• Язык: Русский
• Издатель: Cambridge Stanford Books
• Дата выпуска: 21 сент. 2020 г.
• ISBN: 9781005336202

Предварительный просмотр книги

медицинская микробиология

медицинская микробиология, большая часть микробиологии, которая применяется в медицине, представляет собой раздел медицинской науки, занимающийся профилактикой, диагностикой и лечением инфекционных заболеваний. Кроме того, эта область науки изучает различные клинические применения микробов для улучшения здоровья. Существует четыре вида микроорганизмов, вызывающих инфекционные заболевания: бактерии, грибы, паразиты и вирусы, а также один тип инфекционного белка, называемый прионами.

медицинский микробиолог изучает характеристики патогенов, способы их передачи, механизмы заражения и роста. Используя эту информацию, можно разработать лечение. Медицинские микробиологи часто служат в качестве консультантов для врачей, обеспечивая идентификацию патогенов и предлагая варианты лечения. Другие задачи могут включать выявление потенциальных рисков для здоровья сообщества или мониторинг эволюции потенциально вирулентных или устойчивых штаммов микробов, обучение населения и помощь в дизайн оздоровительных практик. Они также могут помочь в предотвращении или борьбе с эпидемиями и вспышками болезней. Не все медицинские микробиологи изучают микробную патологию; некоторые изучают распространенные непатогенные виды, чтобы определить, можно ли использовать их свойства для разработки антибиотиков или других методов лечения.

эпидемиология, изучение закономерностей, причин и последствий состояния здоровья и болезней среди населения, является важной частью медицинской микробиологии, несмотря на то, что клинические особенности этой области в основном сосредоточены на наличии и росте микробных инфекций у людей. их влияние на организм человека и методы лечения этих инфекций. В этом контексте всю область, как прикладную науку, можно концептуально разделить на академические и клинические под-специальности, несмотря на то, что на самом деле существует плавный континуум между микробиологией общественного здравоохранения и диагностической медицинской микробиологией, как и современное состояние. в клинических лабораториях зависит от постоянного совершенствования академической медицины и исследовательских лабораторий.

обычно лечимые инфекционные заболевания

бактериальный

стрептококковый фарингит

Chlamydia

брюшной тиф

туберкулез

вирусный

ротавирусная

гепатит С

человек papillomavirus ( HPV)

паразитический

малярия

Giardia lamblia

Toxoplasma gondii

грибковый

кандида

гистоплазмоз

причины и передача инфекционных заболеваний

инфекции могут быть вызваны бактериями, грибами и паразитами. Патоген, вызывающий заболевание, может быть экзогенным (полученным из внешнего источника; окружающей среды, животных или других людей, например, грипп) или эндогенным (из нормальной флоры, например, кандидоз).

место, где микроб попадает в организм, называется входным порталом. К ним относятся дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт, мочеполовые пути, кожа и слизистые оболочки. Портал входа для конкретного микроба в основном зависит от того, как он перемещается от естественной среды обитания к хозяину.

существуют различные способы передачи болезни от человека к человеку. Это включает:

прямой контакт - прикосновение к инфицированному хозяину, включая сексуальный контакт.

непрямой контакт - прикосновение к загрязненной поверхности

контакт с каплями - кашель или чихание

фекально-оральный путь - проглатывание зараженной пищи или воды.

передача воздушным путем - споры возбудителя

передача переносчиков - организм, который сам не вызывает болезни, но передает инфекцию, передавая патогены от одного хозяина к другому.

передача фомита - неодушевленный предмет или вещество, способное переносить инфекционные микробы или паразиты.

экологические - Внутрибольничная инфекция (нозокомиальные инфекции)

подобно другим патогенам, которые используют эти методы передачи для проникновения в организм, насекомые отличаются тем, что они также должны проникать в настоящие клетки хозяина. Как только он получил доступ к клеткам хозяина, генетический материал (РНК или ДНК) должен быть введен в клетку. Репликация между генами очень разнообразна и зависит от типа генов, участвующих в них. Большинство ДНК собирается в ядре, с другой стороны, большинство РНК развиваются исключительно в цитоплазме.

механизмы инфицирования, пролиферации и сохранения a в клетках хозяина имеют решающее значение для его выживания. Например, некоторые болезни, например корь, используют стратегию, при которой она должна распространяться на ряд хозяев. При этих формах вирусной инфекции заболевание часто лечится собственным иммунным ответом организма, и, следовательно, требуется, чтобы он распространился среди новых хозяев, прежде чем он будет уничтожен иммунологической устойчивостью или хозяином death. Принимая во внимание, что некоторые инфекционные агенты, например Feline leukemia, способны противостоять иммунным ответам и способны достигать длительного пребывания внутри отдельного хозяина, при этом сохраняя способность распространяться на следующих друг за другом хозяев.

диагностические тесты

выявление возбудителя легкого заболевания может быть таким же простым, как и клиническая картина; например, желудочно-кишечные заболевания и кожные инфекции. Чтобы сделать обоснованную оценку того, какой микроб может вызывать заболевание, необходимо учитывать эпидемиологические факторы; например, вероятность контакта пациента с подозреваемым организмом, а также наличие и распространенность штамма микробов в сообществе.

диагностика инфекционного заболевания почти всегда начинается с изучения истории болезни пациента и проведения физического осмотра. Более подробные методы идентификации включают микробиологический анализ, микроскопию, биохимические тесты и генотипирование. Другие менее распространенные методы (такие как рентгеновские лучи, сканирование CAT, сканирование PET или ЯМР) используются для получения изображений внутренних аномалий, возникающих в результате роста инфекционного агента.

микробный урожай

микробиологический посев - это основная операция, используемая для выделения заразного заболевания для исследования в лаборатории. Образцы ткани или жидкости проверяются на наличие определенного патогена, которое определяется ростом в селективной или дифференциальной среде.

для тестирования используются 3 основных типа сред:

твердая культура: твердая поверхность создается с помощью смеси питательных веществ, солей и агара. Один микроб на чашке с агаром может затем вырасти в колонии (клоны, в которых клетки идентичны друг другу), содержащие тысячи клеток. Они в основном используются для посева бактерий и грибков.

жидкий урожай: клетки выращивают в жидкой среде. Рост микробов определяется временем, за которое жидкость образует коллоидную суспензию. Этот метод используется для диагностики и обнаружения паразитов mycobacteria .

клеточные культуры: культуры клеток человека или животных инфицированы представляющим интерес микробом. Затем за этими культурами наблюдают, чтобы определить влияние микроба на клетки. Этот метод используется для идентификации.

микроскопия

методы посева часто используют микроскопическое исследование, чтобы помочь в идентификации микроба. Инструменты, например составные световые микроскопы, могут использоваться для оценки критических аспектов организма. Это может быть выполнено сразу после взятия образца у пациента и используется в сочетании с методами биохимического окрашивания, что позволяет разрешить клеточные особенности. Электронные микроскопы и флуоресцентные микроскопы также используются для более детального наблюдения за микробами в исследовательских целях.

биохимические тесты

быстрые и относительно простые биохимические тесты могут использоваться для обнаружения инфекционных агентов. Для идентификации бактерий часто используются метаболические или ферментативные характеристики, поскольку они способны ферментировать углеводы по образцам, характерным для их рода и вида. Кислоты, спирты и газы обычно обнаруживаются в этих тестах, когда бактерии выращиваются в селективных жидких или твердых средах, как упоминалось выше. Для массового проведения этих тестов используются автоматизированные машины. Эти машины выполняют несколько биохимических тестов одновременно, используя карты с несколькими лунками, содержащими разрозненные обезвоженные химические вещества. Интересующий микроб будет реагировать с каждым химическим веществом в определенном процессе, помогая в его идентификации.

серологические методы - это высокочувствительные, специфические и часто чрезвычайно быстрые лабораторные тесты, используемые для обнаружения разнородных типов микроорганизмов. Тесты основаны на способности антитела связываться, в частности, с антигеном. Антиген (обычно белок или углевод, производимый инфекционным агентом) связывается антителом, что позволяет использовать этот тип теста для других организмов, кроме бактерий. Это связывание затем запускает цепочку событий, которые можно легко и окончательно наблюдать в зависимости от теста. Еще complex серологические методы известны как иммуноанализы. Используя основание, аналогичное описанному выше, иммуноанализы могут выявить или измерить антигены либо от инфекционных агентов, либо от белков, генерируемых инфицированным хозяином в ответ на инфекцию.

полимеразной цепной реакции

полимеразная цепная реакция( PCR) - это наиболее часто используемый молекулярный метод для выявления и изучения микробов. По сравнению с другими методами, секвенирование и проверка являются окончательными, надежными, точными и быстрыми. Сегодня количественный PCR является основным используемым методом, поскольку эта операция обеспечивает более быстрые данные по сравнению со стандартным PCR анализом. Например, традиционные методы PCR требуют использования gel electrophoresis для визуализации амплифицированных молекул DNA после завершения реакции. Для количественного PCR этого не требуется, поскольку установленный порядок обнаружения использует флуоресценцию и зонды для выявления DNA молекулы по мере их усиления. Кроме того, количественный PCR метод также устраняет риск контаминации, который может возникнуть во время стандартных PCR процедур (перенос продукта PCR в последующие ПЦР). Другое преимущество использования PCR для выявления и изучения микробов заключается в том, что последовательности DNA вновь обнаруженных инфекционных микробов или штаммов можно сравнить с уже перечисленными в базах данных, что, в свою очередь, помогает лучше понять, какой организм вызывает инфекционный болезни и, следовательно, какие возможные методы лечения можно было бы использовать. Этот метод является текущим стандартом для выявления вирусных инфекций, например AIDS и гепатита.

лечение

после того, как инфекция будет диагностирована и идентифицирована, врач должен оценить подходящие варианты лечения и проконсультироваться с медицинскими микробиологами. С некоторыми инфекциями можно бороться с помощью установленного в организме иммунитета, но более серьезные инфекции лечат с помощью противомикробных препаратов. Бактериальные инфекции лечат антибактериальными препаратами (часто называемыми антибиотиками), тогда как грибковые и вирусные инфекции лечат противогрибковыми и противовирусными препаратами соответственно. Для лечения паразитарных заболеваний используется широкий класс лекарств, известных как противопаразитарные средства.

медицинские микробиологи часто дают врачу пациента рекомендации по лечению, исходя из штамма микроба и его устойчивости к антибиотикам, места заражения, потенциальной токсичности противомикробных препаратов и любых аллергий на лекарства, которые есть у пациента.

помимо лекарств, специфичных для определенного вида организма (бактерий, грибов и т. Д.), Некоторые лекарства специфичны для определенного рода или вида организмов и не действуют на другие организмы. Исходя из этой специфики, медицинские микробиологи должны учитывать эффективность определенных противомикробных препаратов при составлении рекомендаций. Кроме того, штаммы организма могут быть устойчивыми к определенному лекарству или классу лекарств, даже если они обычно эффективны против данного вида. Эти штаммы, называемые устойчивыми штаммами, представляют серьезную проблему для общественного здравоохранения, важность которой для медицинской промышленности растет по мере того, как распространение устойчивости к антибиотикам ухудшается. Устойчивость к противомикробным препаратам становится все более серьезной проблемой, которая ежегодно приводит к миллионам смертей.

в то время как устойчивость к лекарствам обычно связана с микробами, химически инактивирующими противомикробное лекарство, или клеткой, механически останавливающей поглощение лекарственного средства, другая форма лекарственной устойчивости может возникнуть в результате образования биопленок. Некоторые бактерии способны образовывать биопленки, прилипая к поверхностям имплантированных устройств, например катетеров и протезов, и создавая внеклеточный матрикс для прикрепления других клеток. Это обеспечивает им стабильную среду, из которой бактерии могут распространяться и заражать другие части хозяина. Кроме того, внеклеточный матрикс и плотный внешний слой бактериальных клеток могут защитить внутренние клетки бактерий от антимикробных препаратов.

медицинская микробиология связана не только с диагностикой и лечением болезней, но и с изучением полезных микробов. Доказано, что микробы помогают бороться с инфекционными заболеваниями и укреплять здоровье. Лекарства могут быть разработаны на основе микробов, что продемонстрировало открытие Александром Флемингом пенициллина, а также разработка новых антибиотиков из рода бактерий Streptomyces среди многих других. Микроорганизмы не только являются источником антибиотиков, но некоторые могут также действовать как probiotics, обеспечивая пользу для здоровья хозяина, например, улучшая здоровье желудочно-кишечного тракта или подавляя патогены.

патогенный микроорганизм

в биологии патоген в самом древнем и широком смысле - это все, что может вызвать болезнь. Патоген также может называться инфекционным агентом или просто микробом.

термин «патоген» вошел в употребление в 1880-х годах. Обычно этот термин используется для описания инфекционного микроорганизма или агента, например бактерии, простейшего, вироида или грибка. Мелкие животные, например определенные виды червей и личинки насекомых, также могут вызывать болезни. Тем не менее, этих животных, в просторечии, обычно называют паразитами, а не патогенами. Научное изучение микроскопических организмов, в том числе микроскопических патогенных организмов, называется микробиологией, с другой стороны, изучение всего, что может включать эти патогены, называется патологией. Между тем паразитология - это научное исследование паразитов и организмов, которые их переносят.

есть несколько путей, по которым патогены могут проникнуть в хозяина. Основные пути распространения имеют разные эпизодические временные рамки, но почва имеет самый длительный или самый устойчивый потенциал для укрытия патогена. Заболевания людей, вызываемые инфекционными агентами, известны как патогенные заболевания, хотя не все заболевания вызываются патогенами. Некоторые заболевания, например болезнь Хантингтона, вызываются наследованием аномальных генов.

патогенность

патогенность - это потенциальная способность патогенов вызывать болезни. Патогенность связана с вирулентностью по смыслу, но некоторые специалисты пришли к выводу, что это качественный термин, в отличие от последнего - количественный. В соответствии с этим стандартом организм можно назвать патогенным или непатогенным в конкретном контексте, но не «более патогенным», чем другой. Такие сравнения описаны с точки зрения относительной вирулентности. Патогенность также не равна передаваемости, которая количественно оценивает риск заражения.

патоген можно описать с точки зрения его способности продуцировать токсины, проникать в ткани, колонизировать, захватывать питательные вещества и его способности подавлять иммунитет хозяина.

контекстно-зависимая патогенность

принято говорить о целом виде бактерий как о патогенных, если они идентифицированы как причина болезни (см. Постулаты Коха). Тем не менее, согласно современным представлениям, патогенность зависит от микробной экосистемы в целом. Бактерия может участвовать в оппортунистических инфекциях у хозяев с ослабленным иммунитетом, приобретать факторы вирулентности в результате плазмидной инфекции, переноситься в несопоставимый участок внутри хозяина или реагировать на изменения в преимущественно количествах других присутствующих бактерий. Например, инфекция брыжеечных лимфатических узлов мышей Yersinia может устранить процесс продолжения инфицирования этих участков посредством Lactobacillus, возможно, за счет механизма «иммунологического рубцевания».

связанные понятия

вирулентность

вирулентность (тенденция патогена к снижению приспособленности хозяина) развивается, когда патоген может распространяться от больного хозяина, несмотря на то, что хозяин становится ослабленным. Горизонтальная передача происходит между хозяевами одного и того же вида, тогда как вертикальная передача имеет тенденцию эволюционировать в сторону симбиоза (после периода высокой заболеваемости и смертности в популяции), связывая эволюционный успех патогена с эволюционным успехом организма-хозяина. Эволюционная биология предполагает, что многие патогены развивают оптимальную вирулентность, при которой приспособленность, полученная за счет увеличения скорости репликации, уравновешивается компромиссами в снижении передачи, но точные механизмы, лежащие в основе этих отношений, остаются спорными.

передача инфекции

передача патогенов происходит множеством различных путей, включая воздушно-капельный, прямой или непрямой контакт, половой контакт, через кровь, грудное молоко или другие биологические жидкости, а также фекально-оральный путь.

типы возбудителей

прионы

прионы представляют собой неправильно свернутые белки, которые могут передавать свое неправильно свернутое состояние другим, в основном свернутым, белкам того же типа. Они не содержат DNA или RNA и не могут реплицироваться иначе, как для преобразования уже существующих нормальных белков в неправильно свернутое состояние. Эти аномально свернутые белки определенно обнаруживаются при некоторых заболеваниях, например, при скрейпи, губчатой ​​энцефалопатии крупного рогатого скота (коровье бешенство) и болезни Крейтцфельда – Якоба.

вирусы

вирусы - это маленькие частицы, обычно от 20 до 300 нанометров в длину, содержащие RNA или DNA. Для репликации требуется клетка-хозяин. Некоторые заболевания, вызываемые вирусными патогенами, включают оспу, грипп, эпидемический паротит, корь, ветряную оспу, лихорадку Эбола HIV и краснуху.

патогены строго из семейств: Adenoviridae, Picornaviridae, Herpesviridae, Hepadnaviridae, Flaviviridae, Retroviridae, Orthomyxoviridae, Paramyxoviridae, Papovaviridae, Polyomavirus, Rhabdoviridae, и Togaviridae. HIV - известный член семьи Retroviridae, от которой в 2018 году пострадало 37,9 миллиона человек по всему миру.

Bacteria

подавляющее большинство бактерий, длина которых может составлять от 0,15 до 700 мкМ, безвредны или полезны для человека. Тем не менее, относительно небольшой список может вызывать инфекционные заболевания. Есть несколько способов, которыми они могут вызвать болезнь. Они могут либо напрямую воздействовать на клетки своего хозяина, производить эндотоксины, которые повреждают клетки своего хозяина, либо вызывать достаточно сильный иммунный ответ, приводящий к повреждению хозяйских клеток.

одним из наиболее распространенных бактериальных заболеваний является туберкулез, вызванный бактерией Mycobacterium tuberculosis, от которой в 2013 году погибло 1,5 миллиона человек, обычно в странах Африки к югу от Сахары. Способствуют развитию других глобально значимых заболеваний, например пневмонии, которая может быть вызвана бактериями, например Streptococcus и Pseudomonas, и болезнями пищевого происхождения, которые могут быть вызваны, например, бактериями Shigella, Campylobacter и Salmonella. Точно так же вызывают инфекции, например столбняк, брюшной тиф, дифтерию, сифилис и проказу.

грибы

грибы - это эукариотические организмы, которые могут служить патогенами. Известно около 300 грибов, патогенных для человека, включая Candida albicans, который является наиболее частой причиной молочницы, и Cryptococcus neoformans, которые могут вызывать тяжелую форму менингита. Типичный размер спор грибов составляет <4,7 мкм в длину, но некоторые споры могут быть крупнее.

морские водоросли

водоросли - это одноклеточные растения, которые явно не являются патогенными, несмотря на существование патогенных разновидностей. Protothecosis - это заболевание, обнаруживаемое у собак, кошек, крупного рогатого скота и людей, вызванное видом зеленых водорослей, известных как прототека, в которых отсутствует хлорофилл.

прочие паразиты

некоторые эукариотические организмы, в том числе ряд простейших и гельминтов, являются.

хозяева патогенов

Bacteria

хотя бактерии сами могут быть патогенами, они также могут быть инфицированы патогенными микроорганизмами, также известными как фаги, которые инфицируют бактерии, часто приводящие к death инфицированных бактерий. Общие включают фаг T7 и Lamda. Есть бактерии, которые заражают все виды бактерий, включая грамотрицательные и грамположительные. Даже тот, кто заразит другой вид, в том числе человека, может быть заражен фагом.

растения

растения могут быть хозяевами широкого спектра типов патогенов, включая бактерии, грибы, нематоды и даже другие растения. Среди известных растений - кольцевая пятнистость папайи, которая нанесла фермерам на Гавайях и в Юго-Восточной Азии ущерб на миллионы долларов, и табачная мозаика, из-за которой ученый Мартинус Beijerinck ввел термин «вирус» в 1898 году. Бактериальные патогены растений также являются серьезным проблема, вызывающая пятна на листьях, упадок и гниль у многих видов растений. Двумя основными бактериальными патогенами растений являются P. Syringae и R. Solanacearum, которые вызывают потемнение листьев и другие проблемы с картофелем, томатами и бананами.

грибы - еще один важный тип патогенов для растений. Они могут вызвать широкий спектр проблем, например, более низкую высоту растений, наросты или ямки на стволах деревьев, гниль корней или семян и пятна на листьях. Распространенные и серьезные растительные грибы включают рисовый грибок, голландский вяз, каштановый ожог, а также болезни вишни, сливы и персиков, вызванные черной сучкой и коричневой гнилью. Подсчитано, что одно только это приведет к снижению урожайности на 65%.

в целом, растения имеют широкий спектр патогенов, и было подсчитано, что можно управлять только 3% болезней, вызываемых патогенами растений.

животные

животные часто заражаются многими из тех же или подобных патогенов, что и люди, в том числе бактериями и грибами. С другой стороны, дикие животные часто болеют, большая опасность - для домашнего скота. По оценкам, в сельской местности 90% и более смертей скота могут быть связаны с патогенами. Губчатая энцефалопатия крупного рогатого скота, обычно известная как коровье бешенство, является одним из немногих заболеваний, поражающих животных. К другим заболеваниям животных относятся различные иммунодефицитные расстройства, вызванные причинами, связанными с иммунодефицитом человека( HIV), включая BIV и FIV .

люди

люди могут быть инфицированы многими типами патогенов, включая бактерии, грибки и грибки. Они и бактерии, которые заражают людей, могут вызывать симптомы, например чихание, кашель, лихорадку, рвоту и даже вызывать death. Некоторые из этих симптомов вызваны им самим, другие же вызваны установленным иммунитетом порядком инфицированного человека.

лечение

прионных

несмотря на многочисленные попытки, на сегодняшний день не показано, что терапия останавливает прогрессирование заболеваний.

вирус

для некоторых вирусных патогенов существует множество вариантов профилактики и лечения. Вакцины - одна из распространенных и эффективных профилактических мер против множества вирусных патогенов. Вакцины стимулируют установленный иммунитетом порядок хозяина, так что, когда потенциальный хозяин сталкивается с ним в дикой природе, установленный иммунитетом порядок может быстро защититься от инфекции. Вакцины существуют, например, против кори, эпидемического паротита, краснухи и гриппа. Некоторые, например HIV, денге и чикунгунья, не имеют вакцин.

лечение вирусных инфекций часто включает лечение симптомов инфекции вместо предоставления каких-либо лекарств, влияющих на сам вирусный патоген. Лечение симптомов вирусной инфекции дает иммунитету хозяина время для выработки антител против вирусного патогена, которые затем устранят инфекцию. В некоторых случаях необходимо лечение против. Одним из примеров этого является HIV, где антиретровирусная терапия, также известная как ART или HAART, необходима для предотвращения потери иммунных клеток и перехода в AIDS .

Bacteria

подобно вирусным патогенам, заражение определенными бактериальными патогенами можно предотвратить с помощью вакцин. Вакцины против бактериальных патогенов включают вакцину anthrax и пневмококковую вакцину. Многие другие бактериальные патогены не имеют вакцин в качестве профилактических мер, но инфицирование этими бактериями часто можно лечить или предотвращать с помощью антибиотиков. Общие антибиотики включают амоксициллин, ципрофлоксацин и доксициклин. У каждого антибиотика есть разные бактерии, против которых он эффективен, и разные механизмы уничтожения этих бактерий. Например, доксициклин подавляет синтез новых белков как у грамотрицательных, так и у грамположительных бактерий, что приводит к death пораженных бактерий.

частично из-за чрезмерного назначения антибиотиков в обстоятельствах, когда они не нужны, некоторые бактериальные патогены приобрели устойчивость к антибиотикам, и их становится трудно лечить классическими антибиотиками. Генетически неоднородный штамм под названием MRSA является одним из примеров бактериального патогена, который трудно лечить обычными антибиотиками. В отчете, опубликованном в 2013 году Центром контроля заболеваний( CDC), было подсчитано, что ежегодно в Соединенных Штатах не менее 2 миллионов человек заболевают устойчивой к антибиотикам бактериальной инфекцией, и по меньшей мере 23 000 человек умирают от этих инфекций.

грибы

заражение грибковыми патогенами лечится противогрибковыми препаратами. Грибковые инфекции, например микоз стопы, зуд спортсмена и стригущий лишай, являются кожными инфекциями, и их можно лечить с помощью местных противогрибковых препаратов, таких как клотримазол. К другим распространенным грибковым инфекциям относятся инфекции штаммом дрожжей Candida albicans. Candida может вызывать инфекции полости рта или горла, обычно называемые молочницей, или вагинальные инфекции. Эти внутренние инфекции можно лечить с помощью противогрибковых кремов или пероральных препаратов. Общие противогрибковые препараты для лечения внутренних инфекций включают препараты семейства эхинокандин и Fluconazole .

морские водоросли

водоросли обычно не считаются патогенами, но известно, что род Prototheca вызывает заболевание у людей. Лечение этого вида инфекции в настоящее время изучается, и клиническое лечение не имеет последовательности.

сексуальные взаимодействия

многие патогены способны к половому взаимодействию. Среди них половое взаимодействие происходит между клетками одного и того же вида под действием естественной генетической трансформации. Трансформация включает перенос DNA от клетки-донора в клетку-реципиент и интеграцию донора DNA в геном реципиента путем рекомбинации. Примерами бактериальных патогенов, способных к естественной трансформации, являются Helicobacter pylori, Haemophilus influenzae, Legionella pneumophila, Neisseria gonorrhoeae и Streptococcus pneumoniae .

эукариотические патогены часто способны к половому взаимодействию посредством действия, включающего мейоз и сингамию. Мейоз включает тесное спаривание homologous хромосом и рекомбинацию между ними. Примеры эукариотических патогенов, способных к половому контакту, включают простейших паразитов Plasmodium falciparum, Toxoplasma gondii, Trypanosoma brucei, Giardia интестиналис, а также грибы Aspergillus fumigatus, Candida albicans и Cryptococcus neoformans. ,

вирусы также могут вступать в половое взаимодействие, когда два или более вирусных генома попадают в одну и ту же клетку-хозяин. Это действие включает спаривание геномов homologous и рекомбинацию между ними посредством действия, называемого реактивацией множественности. Примерами этого действия являются простой герпес, иммунодефицит человека и коровья оспа.

половые процессы у бактерий, микробных эукариот и др. Включают рекомбинацию между homologous геномами, которая, по-видимому, облегчает восстановление геномных повреждений, нанесенных геному патогенов защитой их соответствующих хозяев-мишеней.

прионных

прионы представляют собой неправильно свернутые белки, способные передавать свою неправильно свернутую форму нормальным вариантам того же белка. Они характеризуют несколько смертельных и трансмиссивных нейродегенеративных заболеваний у людей и многих других животных. Неизвестно, что вызывает неправильную укладку нормального белка, но предполагается, что аномальная трехмерная структура придает инфекционные свойства, сводя соседние молекулы белка к той же форме. Слово происходит от «белковой инфекционной частицы». Предполагаемая роль белка как инфекционного агента остается в силе, в то время как для всех других известных инфекционных агентов, таких как бактерии, грибы и паразиты, все из которых содержат нуклеиновые кислоты (ДНК, RNA или оба).

прионные варианты белка( PrP), конкретное действие которых не определено, предположительно являются причиной трансмиссивных губчатых энцефалопатий (TSE), включая скрепи у овец, хроническое истощение( CWD) у оленей, губчатую энцефалопатию крупного рогатого скота( BSE) у крупного рогатого скота (широко известное как «коровье бешенство») и болезнь Крейтцфельдта – Якоба( CJD) у людей. Все известные болезни у млекопитающих влияют на структуру мозга или другой нервной ткани; все они прогрессируют, не имеют известного эффективного лечения и всегда смертельны. До 2015 года считалось, что все известные заболевания млекопитающих вызываются этим белком( PrP); тем не менее, в 2015 г. множественная атрофия установленного порядка( MSA) был признан трансмиссивным и, как предполагалось, был вызван формой альфа-синуклеина.

прионы образуют аномальные агрегаты белков, называемых амилоидами, которые накапливаются в инфицированной ткани и связаны с повреждением ткани и клетки death. Амилоиды также несут ответственность за несколько других нейродегенеративных заболеваний, например, болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. Агрегаты стабильны, и эта структурная стабильность означает, что они устойчивы к денатурации химическими и физическими агентами: они не могут быть разрушены обычной дезинфекцией или приготовлением пищи. Это затрудняет удаление и локализацию этих частиц.

болезнь - это разновидность протеопатии или всех структурно аномальных белков. Считается, что у людей s является причиной болезни Крейтцфельда-Якоба( CJD), ее варианта( vCJD), синдрома Герстманна-Штройсслера-Шейнкера( GSS), фатальной семейной бессонницы( FFI) и кура. Есть аналогичные данные, свидетельствующие о том, что они могут играть роль в действии болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона и бокового амиотрофического склероза( ALS), и эти заболевания были названы подобными заболеваниям. Некоторые дрожжевые белки также были идентифицированы как обладающие генными свойствами. Репликация подвержена эпимутации и естественному отбору так же, как и другие формы репликации, и их структура незначительно варьируется между видами.

прионный белок

структура

белок, состоящий из( PrP), содержится во всем организме, даже у здоровых людей и животных. Тем не менее, PrP, обнаруженный в инфекционном материале, имеет разную структуру и устойчив к протеазам, ферментам в организме, которые в основном могут расщеплять белки. Нормальная форма белка называется PrP C, с другой стороны, инфекционная форма называется PrP Sc- C обозначает «клеточный» PrP, с другой стороны Sc обозначает «скрейпи», прототипное заболевание, встречается у овец. С другой стороны, PrP Cструктурно хорошо определен, PrP Scпо существу полидисперсен и определяется на относительно низком уровне. PrP могут быть индуцированы к fold в другие более или менее четко определенные изоформы in vitro, и их связь с формой (ами), которые являются патогенными in vivo, до сих пор неясно.

PrP C

PrP C - это нормальный белок, обнаруженный на мембранах клеток. Он имеет 209 аминокислот (у людей), одну дисульфидную связь, молекулярную массу 35–36 kDa и строго альфа-спиральную структуру. Существует несколько топологических форм; одна форма клеточной поверхности закреплена через гликолипид и две трансмембранные формы. Нормальный белок не осаждается; Это означает, что его нельзя отделить центрифугированием. Его обслуживание - проблема complex, расследование которой продолжается. PrP Cсвязывает ионы меди (II) с высоким сродством. Значение этого открытия неясно, но предполагается, что он относится к структуре или услуге PrP. PrP Cлегко переваривается proteinase K и может высвобождаться с поверхности клетки in vitro ферментом фосфоинозитидом phospholipase C (PI-PLC), который расщепляет гликолипидный якорь гликофосфатидилинозитола( GPI). Сообщалось, что PrP играет важную роль в межклеточной адгезии и внутриклеточной передаче сигналов in vivo и, следовательно, может участвовать в межклеточной коммуникации в головном мозге.

PrP рез.

протеазно-резистентный PrP Sc-подобный белок (PrP res) - это обозначение, данное любой изоформе PrP c,которая структурно изменена и превращается в неправильно свернутую proteinase K-устойчивую форму in vitro. Чтобы смоделировать превращение PrP Cв PrP Scin vitro, Saborio et al. быстро преобразовал PrP Cв PrP resпосредством процедуры, включающей циклическую амплификацию неправильного сворачивания белка. Термин «PrP res» использовался для обнаружения PrP Sc, который выделен из инфекционной ткани и связан с возбудителем трансмиссивной губчатой ​​энцефалопатии. Такие как, в отличие от ПрПSc, PrP resне обязательно могут быть заразными.

PrP Sc

инфекционная изоформа PrP, известная как PrP Sc, или просто, способна превращать нормальные белки PrP Cв инфекционную изоформу, изменяя их конформацию или форму; это, в свою очередь, изменяет процесс соединения белков. PrP Scвсегда вызывает болезнь. Несмотря на то, что точная трехмерная структура PrP Sc не известна, он имеет более высокую долю β-листовой структуры, чем нормальной α-спиральной структуры. Агрегации этих аномальных изоформ образуют высокоструктурированные amyloid волокна, которые накапливаются с образованием бляшек. Конец каждого волокна действует как шаблон, к которому могут прикрепляться свободные молекулы белка, позволяя волокну расти. В большинстве случаев только PrP молекулы с аминокислотной последовательностью, идентичной инфекционной PrP Sc, включаются в растущее волокно. Тем не менее, редкая межвидовая передача тоже возможна.

нормальный сервис ПрП

физиологическая служба белка остается малоизученной. С другой стороны, данные экспериментов in vitro предполагают наличие многих несходных ролей, исследования на мышах PrP knockout предоставили лишь ограниченную информацию на том основании, что эти животные обнаруживают лишь незначительные отклонения от нормы. В исследованиях, проведенных на мышах, было обнаружено, что расщепление белков PrP в периферических нервах вызывает активацию репарации myelin в шванновских клетках и что недостаток белков PrP вызывает демиелинизацию в этих клетках.

PrP и регулируемая гибель клеток

MAVS, RIP1 и RIP3 похожи на белки, обнаруженные в других частях тела. Они также полимеризуются в нитчатые amyloid волокна, которые инициируют регулируемую клетку death в случае вирусной инфекции, чтобы предотвратить распространение вирионов на другие окружающие клетки.

PrP и долговременная память

обзор данных, проведенный в 2005 году, показал, что PrP может иметь нормальное значение для поддержания долговременной памяти. Кроме того, исследование 2004 года показало, что у мышей, лишенных генов нормального клеточного белка PrP, наблюдается измененная долговременная потенциация гиппокампа. Недавнее исследование, которое может объяснить, почему это обнаружено, что нейрональный белок CPEB имеет генетическую последовательность, аналогичную дрожжевым белкам. Подобное образование CPEB важно для поддержания долгосрочных синаптических изменений, связанных с формированием долговременной памяти.

PrP и обновление стволовых клеток

в статье 2006 года из Института биомедицинских исследований Уайтхеда указывается, что способ или способ экспрессии PrP на стволовых клетках необходим для самообновления костного мозга организма. Исследование показало, что все долговременные гемопоэтические стволовые клетки экспрессируют PrP на своей клеточной мембране и что гемопоэтические ткани с PrP-нулевыми стволовыми клетками проявляют повышенную чувствительность к клеточному истощению.

PrP и врожденный иммунитет

есть некоторые свидетельства того, что PrP может играть роль в врожденном иммунитете, поскольку способ или способ экспрессии PRNP, гена PrP, активируется при многих вирусных инфекциях, а PrP обладает противовирусными свойствами против многих, включая HIV .

репликация прионов

первой гипотезой, которая пыталась объяснить, как реплицируются только белки, была модель гетеродимера. Эта модель предполагает, что одна молекула PrP Scсвязывается с одной молекулой PrP Cи катализирует ее превращение в PrP Sc. Два PrP Scмолекулы затем распадаются и может продолжаться, чтобы преобразовать больше PrP C. Тем не менее, модель репликации должна объяснять, как распространяются и почему их спонтанное появление так редко. Манфред Эйген показал, что модель гетеродимера требует, чтобы PrP Scбыл чрезвычайно эффективным катализатором, увеличивая скорость реакции превращения примерно в 10 ¹⁵ раз. Эта проблема не возникает, если PrP Scсуществует только в агрегированных формах, например amyloid, где кооперативность может выступать в качестве барьера для спонтанного преобразования. Более того, несмотря на значительные усилия, инфекционный мономерный PrP Sc таки не был выделен.

альтернативная модель предполагает, что PrP Scсуществует только в виде фибрилл, и что концы фибрилл связывают PrP Cи превращают его в PrP Sc. Если бы это было все, то количество s увеличивалось бы линейно, образуя все более длинные фибриллы. Но во время болезни наблюдается экспоненциальный рост как PrP Sc, так и количества инфекционных частиц. Это можно объяснить, если принять во внимание разрыв фибрилл. Было найдено математическое решение для экспоненциальной скорости роста в результате комбинации роста фибрилл и разрушения фибрилл. Скорость экспоненциального роста обычно зависит от квадратного корня из PrP Cконцентрация. Инкубационный период определяется экспоненциальной скоростью роста, и данные in vivo о заболеваниях у трансгенных мышей соответствуют этому прогнозу. Такая же зависимость квадратного корня наблюдается in vitro в экспериментах с множеством разнородных белков amyloid .

механизм репликации имеет значение для создания лекарств. Поскольку инкубационный период болезней очень долгий, эффективное лекарство не должно устранять все, а просто должно замедлять скорость экспоненциального роста. Модели предсказывают, что наиболее эффективный процесс для достижения этого при использовании лекарства с минимально возможной дозой - это выявить лекарство, которое связывается с концами фибрилл и, кроме того, блокирует их рост.

болезни

заболевания, вызванные

Заболевшее животное (а)

Айыл

Овцы, Козы (Больные животные)

Айыл

Скрепи

Крупный рогатый скот (пораженное животное (а))

Айыл

Коровье бешенство

Верблюд (пораженное животное (а))

Айыл

Верблюжья губчатая энцефалопатия( CSE)

Норка (пораженное животное (а))

Айыл

Трансмиссивная норковая энцефалопатия( TME)

Белохвостый олень, лось, олень-мул, лось (пораженное животное (а))

Айыл

Хроническое истощение( CWD)

Кошка (пораженное животное (а))

Айыл

Губчатая энцефалопатия кошек( FSE)

Nyala, Oryx, Большой Куду (Затронутые животные)

Айыл

Экзотическая энцефалопатия копытных животных (ЭЭ)

Страус (пораженное животное (а))

Айыл

Губчатая энцефалопатия (не передается).

Человек (пораженное животное (а))

Айыл

Крейтцфельдт – Якоб Айл( CJD)

Ятрогенная болезнь Крейтцфельдта – Якоба (iCJD)

Вариант Крейтцфельдта – Якоба Айла( vCJD)

Семейный Кройтцфельд-Якоб Айл (fCJD)

Спорадический аиль Крейтцфельдта – Якоба (sCJD)

Синдром Герстмана – Штройсслера – Шейнкера( GSS)

Смертельная семейная бессонница( FFI)

Куру

Семейная губчатая энцефалопатия

Вариабельно протеазочувствительная патология (VPSPr)

прионы вызывают нейродегенеративные заболевания, агрегируя внеклеточно в пределах установленного центральной нервной системы с образованием бляшек, известных как amyloid, которые нарушают нормальную структуру ткани. Это нарушение характеризуется «дырами» в ткани с результирующей губчатой ​​архитектурой по причине образования вакуолей в нейронах. К другим гистологическим изменениям относятся астроглиоз и отсутствие воспалительной реакции. С другой стороны, инкубационный период заболевания относительно длительный (от 5 до 20 лет), когда появляются симптомы, болезнь быстро прогрессирует, что приводит к повреждению мозга и death. Нейродегенеративные симптомы могут включать судороги, деменцию, атаксию (нарушение равновесия и координации), а также изменения поведения или личности.

все известные болезни неизлечимы и смертельны. Тем не менее, вакцина, разработанная на мышах, может дать представление о создании вакцины для защиты от инфекций у людей. Кроме того, в 2006 году ученые объявили, что у них есть генно-инженерный скот, лишенный необходимого гена для производства, что теоретически делает их невосприимчивыми к BSE, основываясь на исследованиях, показывающих, что мыши, у которых отсутствует в основном встречающийся белок, устойчивы к заражению белком скрейпи. В 2013 году исследование показало, что 1 из 2 000 человек в Соединенном Королевстве может иметь инфекционный белок, вызывающий vCJD .

многие разрозненные виды млекопитающих могут быть поражены болезнями, поскольку белок( PrP) очень похож у всех млекопитающих. По той причине, что небольшие различия в PrP между разными видами, заболевание не передается от одного вида к другому. Тем не менее, считается, что заболевание человека Крейтцфельдта – Якоба вызвано вирусом, который обычно поражает крупный рогатый скот, вызывая губчатую энцефалопатию крупного рогатого скота, и передается через инфицированное мясо.

до 2015 года считалось, что все известные болезни млекопитающих вызываются белком PrP ; в 2015 году было обнаружено, что множественная атрофия установленного порядка является трансмиссивной и предположительно вызвана новой, неправильно свернутой формой белка, называемой альфа-синуклеином. Эндогенная, правильно уложенная форма белка обозначается PrP C(для Common или Cellular), в отличие от связанной с заболеванием, неправильно свернутой формы обозначается PrP Sc (для Scrapie) после одного из заболеваний, впервые связанных с нейродегенерацией. Точная структура неизвестна, хотя они могут быть образованы путем объединения PrP C, полиадениловая кислота и липиды в реакции циклической амплификации неправильного сворачивания белка (PMCA). Эта операция, кроме того, свидетельствует о том, что репликация нуклеиновых кислот не зависит.

передача инфекции

было признано, что заболевания могут возникать тремя разными способами: приобретенными, семейными или спорадическими. Часто предполагается, что больная форма напрямую взаимодействует с нормальной формой, заставляя ее перестраивать свою структуру. Одна из идей, гипотеза «протеина X», заключается в том, что пока еще не идентифицированный клеточный белок (протеин X) делает возможным превращение PrP Cв PrP Sc, объединяя молекулы каждого из двух в complex .

первичная операция заражения животных происходит через прием внутрь. Считается, что они могут откладываться в окружающей среде через останки мертвых животных, а также с мочой, слюной и другими биологическими жидкостями. Затем они могут задерживаться в почве, связываясь с глиной и другими минералами.

группа исследователей из Калифорнийского университета представила доказательства теории о том, что заражение может происходить через навоз. И, поскольку навоз присутствует во многих областях, окружающих водоемы, а также используется на многих полях сельскохозяйственных культур, он повышает вероятность широкого распространения. В январе 2011 года сообщалось, что исследователи обнаружили распространение воздушно-капельным путем на аэрозольных частицах в эксперименте на животных в связи с заражением скрепи у лабораторных мышей. В 2011 году были опубликованы предварительные доказательства, подтверждающие, что инфекция может передаваться через менопаузальный гонадотропин человека, полученный из мочи и применяемый для лечения бесплодия.

прионы в растениях

в 2015 году исследователи из Центра медицинских наук Техасского университета в Хьюстоне обнаружили, что растения могут быть переносчиками. Когда исследователи кормили хомяков травой, которая росла на земле, где был похоронен олень, умерший от хронического истощения( CWD), хомяки заболели CWD, предполагая, что он может связываться с растениями, которые затем переносят их в лист. и стеблевая структура, где они могут быть съедены травоядными животными, завершая цикл. Следовательно, возможно, что в окружающей среде постоянно накапливается их количество.

стерилизация

инфекционные частицы, содержащие нуклеиновую кислоту, зависят от нее, чтобы направлять их непрерывную репликацию. Тем не менее, они заразны из-за своего воздействия на нормальные версии белка. Следовательно, стерилизация требует денатурации белка до состояния, при котором молекула больше не может вызывать аномальную укладку нормальных белков. Обычно они довольно устойчивы к воздействию протеаз, тепла, ионизирующего излучения и формальдегида, несмотря на то, что их инфекционная способность может быть снижена такими обработками. Эффективная деконтаминация зависит от гидролиза белка или восстановления или разрушения третичной структуры белка. Примеры включают гипохлорит натрия, гидроксид натрия и сильнокислые моющие средства, например LpH, Было обнаружено, что 134 ° C (273 ° F) в течение 18 минут в автоклаве с паром под давлением в некоторой степени эффективно дезактивирует агент болезни. Стерилизация озоном в настоящее время изучается как потенциальная операция денатурации и дезактивации. Ренатурация полностью денатурированного состояния до инфекционного еще не достигнута; тем не менее, частично денатурированные клетки могут быть возвращены в инфекционный статус при определенных искусственных условиях.

всемирная организация здравоохранения рекомендует любую из следующих трех процедур стерилизации всех термостойких хирургических инструментов, чтобы гарантировать, что они не загрязнены:

погрузить в 1 н. Гидроксид натрия и поместить в автоклав с гравитационным вытеснением при 121 ° C на 30 минут; очистить; промыть водой; а затем выполнять обычные процессы стерилизации.

погрузите в 1N гипохлорит натрия (20 000 частей на миллион доступного хлора) на 1 час; переносить инструменты в воду; нагревать в автоклаве с гравитационным вытеснением при 121 ° C в течение 1 часа; очистить; а затем выполнять обычные процессы стерилизации.

погрузите в 1N гидроксид натрия или гипохлорит натрия (20 000 частей на миллион доступного хлора) на 1 час; удалите и промойте в воде, затем перенесите в открытую кастрюлю и нагрейте в автоклаве с гравитационным вытеснением (121 ° C) или пористой загрузкой (134 ° C) в течение 1 часа; очистить; а затем выполнять обычные процессы стерилизации.

устойчивость к деградации в природе

неопровержимые доказательства показывают, что они устойчивы к деградации и сохраняются в окружающей среде годами, а протеазы не разрушают их. Экспериментальные данные показывают, что несвязанные вещества со временем разлагаются, с другой стороны, связанные с почвой уровни остаются на стабильном или увеличивающемся уровне, предполагая, что они, вероятно, накапливаются в окружающей среде.

грибы

белки, демонстрирующие типичное поведение, также обнаруживаются у некоторых грибов, что помогает понять млекопитающих. Грибки, по-видимому, не вызывают болезни у своих хозяев. В дрожжах рефолдингу белков до нужной конфигурации помогают белки-шапероны, например Hsp104. Все известные данные вызывают образование amyloid fold, в котором белок полимеризуется в агрегат, состоящий из плотно упакованных бета-листов. Агрегаты амилоида представляют собой фибриллы, растущие на концах, и размножаются, когда разрыв приводит к тому, что два растущих конца становятся четырьмя растущими концами. Инкубационный период болезней определяется экспоненциальной скоростью роста, связанной с репликацией, которая представляет собой баланс между линейным ростом и разрушением агрегатов.

грибковые белки, демонстрирующие шаблонные конформационные изменения, были обнаружены у дрожжей Saccharomyces cerevisiae Ридом Уикнером в начале 1990-х годов. За их механическое сходство с млекопитающими их назвали дрожжами. После этого a также был обнаружен у гриба Podospora anserina. Тезисы действуют в дополнение к PrP, но обычно нетоксичны для их хозяев. Группа Сьюзен Линдквист из Института Уайтхеда утверждала, что некоторые грибки не связаны с каким-либо болезненным состоянием, но могут играть полезную роль; тем не менее, исследователи из NIH аналогично представили аргументы, предполагающие, что грибки можно рассматривать как заболевание. Есть свидетельства того, что белки грибов развили определенные функции, которые полезны для микроорганизмов, что увеличивает их способность адаптироваться к их разнообразной окружающей среде.

исследования грибов оказали сильную поддержку концепции только белка, поскольку было продемонстрировано, что очищенный белок, извлеченный из клеток с определенным состоянием, превращает нормальную форму белка в неправильно свернутую форму in vitro, а при действии сохраняет соответствующую информацию. к разрозненным напряжениям государства. Он также пролил свет на домены, которые представляют собой области в белке, которые способствуют превращению в a. Грибки помогли предложить механизмы преобразования, которые могут применяться ко всем, даже несмотря на то, что грибы кажутся отличными от инфекционных млекопитающих из-за отсутствия кофактора, необходимого для размножения. Характерные домены могут различаться между видами - например, характерные домены грибов не обнаруживаются у млекопитающих.

прионы грибков

белка

Естественный хозяин

Нормальная функция

Прионное состояние

Прионный фенотип

Год определен

Естественный хозяин - Ure2p (Белок)

Saccharomyces cerevisiae

Нормальная функция - Ure2p (Белок)

Репрессор катаболита азота

Прионное состояние - Ure2p (белок)

(URE3)

Прионный фенотип - Ure2p (белок)

Рост на бедных источниках азота

Год определения - Ure2p (Белок)

1994

Естественный хозяин - Sup35p (Белок)

S. Cerevisiae

Нормальная функция - Sup35p (белок)

Фактор прекращения перевода

Прионное состояние - Sup35p (белок)

(PSI +)

Прионный фенотип - Sup35p (белок)

Повышенный уровень подавления бессмыслицы

Год определения - Sup35p (белок)

1994

Естественный хозяин - HET-S (белок)

Podospora anserina

Нормальная функция - HET-S (белок)

Регулирует несовместимость heterokaryon

Прионное состояние - HET-S (белок)

(Het-ы)

Прионный фенотип - HET-S (белок)

Образование гетерокарионов между несовместимыми штаммами

Год определения - HET-S (белок)

Ничего

Естественный хозяин - Rnq1p (белок)

S. Cerevisiae

Нормальная функция - Rnq1p (белок)

Фактор шаблона белка

Прионное состояние - Rnq1p (белок)

(RNQ +), (PIN +)

Прионный фенотип - Rnq1p (белок)

Способствует объединению других

Год определения - Rnq1p (белок)

Ничего

Естественный хозяин - Swi1 (белок)

S. Cerevisiae

Нормальная функция - Swi1 (Белок)

Ремоделирование хроматина

Прионное состояние - Swi1 (белок)

(SWI +)

Прионный фенотип - Swi1 (белок)

Плохой рост на некоторых источниках углерода

Год определения - Swi1 (белок)

2008

Естественный хозяин - Cyc8 (белок)

S. Cerevisiae

Нормальная функция - Cyc8 (белок)

Транскрипционный репрессор

Прионное состояние - Cyc8 (белок)

(ОКТ +)

Прионный фенотип - Cyc8 (белок)

Транскрипционная дерепрессия нескольких генов

Год определения - Cyc8 (белок)

2009

Естественный хозяин - Mot3 (белок)

S. Cerevisiae

Нормальная функция - Mot3 (Белок)

Фактор ядерного копирования

Прионное состояние - Mot3 (белок)

(MOT3 +)

Прионный фенотип - Mot3 (белок)

Транскрипционная дерепрессия анаэробных генов

Год определения - Mot3 (белок)

2009

Естественный хозяин - Sfp1 (белок)

S. Cerevisiae

Нормальная функция - Sfp1 (Белок)

Предполагаемый фактор копирования

Прионное состояние - Sfp1 (белок)

(ISP +)

Прионный фенотип - Sfp1 (белок)

Antisuppression

Год определения - Sfp1 (белок)

2010

лечение

не существует эффективных методов лечения болезней. Клинические испытания на людях не увенчались успехом и были затруднены из-за редкости заболеваний. Несмотря на то, что некоторые потенциальные методы лечения показали многообещающие результаты в лабораторных условиях, ни одно из них не оказалось эффективным после того, как болезнь уже началась.

при других болезнях

прион-подобные домены были обнаружены во множестве других белков млекопитающих. Некоторые из этих белков вовлечены в онтогенез возрастных нейродегенеративных заболеваний, например, боковой амиотрофический склероз( ALS), поражение двигательных нейронов, лобно-височную долевую дегенерацию с убиквитин-положительными включениями (FTLD-U), болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона., и болезнь Хантингтона. Они также причастны к некоторым формам системного амилоидоза, включая амилоидоз AA, который развивается у людей и животных с воспалительными и инфекционными заболеваниями, например туберкулезом, болезнью Крона, ревматоидным артритом и HIV AIDS, Аамилоидоз, как и любой другой, может передаваться. Это привело к появлению «прионной парадигмы», согласно которой безвредные белки могут быть преобразованы в патогенную форму с помощью небольшого количества неправильно свернутых нуклеирующих белков.

определение a-подобного домена возникло в результате изучения грибов. В дрожжах огенные белки имеют переносимый домен, который необходим и достаточен для самотемплинга и агрегации белков. Это было показано путем присоединения домена к репортерному белку, который затем агрегируется, как известный. Кроме того, удаление домена из грибкового белка ингибируетогенез. Этот модульный взгляд на поведение привел к гипотезе о том, что подобные домены присутствуют в белках животных, а также в PrP, Эти грибковые домены имеют несколько характерных особенностей последовательности. Они обычно обогащены остатками аспарагина, глутамина, тирозина и глицина, причем смещение аспарагина особенно способствует их агрегативным свойствам. Исторически генезис рассматривался как независимый от последовательности и зависящий только от относительного содержания остатков. Тем не менее, было показано, что это неверно, поскольку расстояние между пролинами и заряженными остатками, как было показано, имеет решающее значение для образования amyloid .

биоинформатический скрининг предсказал, что более 250 белков человека содержат подобные домены (PrLD). Предполагается, что эти домены обладают такими же трансмиссивными амилоидогенными свойствами, как PrP и известные грибковые белки. Как и в дрожжах, белки, участвующие в генном режиме или способе экспрессии и связывания RNA, по-видимому, специфически обогащены PrLD по сравнению с другими классами белков. Специально, 29 из известных 210 белков с RNA признанием motif также имеет предполагаемую область. Между тем, некоторые из этих РНК-связывающих белков были независимо идентифицированы как патогенные в случаях болезни ALS, FTLD-U, болезни Альцгеймера и болезни Хантингтона.

роль в нейродегенеративном заболевании

предполагается, что патогенность белков и белков с подобными доменами является результатом их способности к самотемплингу и, как следствие, экспоненциального роста amyloid фибрилл. Наличие amyloid фибрилл у пациентов с дегенеративными заболеваниями хорошо задокументировано. Эти amyloid фибриллы являются результатом патогенных белков, которые саморазмножаются и образуют высокостабильные нефункциональные агрегаты. С другой стороны, это не обязательно подразумевает причинную связь между amyloid и дегенеративными заболеваниями, токсичность некоторых форм amyloid и избыточное производство amyloid в семейных случаях дегенеративных расстройств поддерживает идею о том, что amyloid образование явно токсично.

в частности, агрегация TDP-43, РНК-связывающего белка, была обнаружена у пациентов ALS / MND, а мутации в генах, кодирующих эти белки, были идентифицированы в семейных случаях ALS / MND. Эти мутации способствуют неправильной укладке белков в α-подобную конформацию. Неправильно сложенная форма TDP-43 образует цитоплазматические включения в пораженных нейронах и обнаруживается истощенной в ядре. Помимо ALS / БДН и ЛВП-У, патология TDP-43 - аспект многих случаев болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона и болезни Хантингтона. Неправильная укладка TDP-43 обычно направляется подобным ему доменом. Этот домен по своей природе предрасположен к неправильной укладке, с другой стороны, патологические мутации в TDP-43, как было обнаружено, увеличивают эту склонность к неправильной укладке, объясняя присутствие этих мутаций в семейных случаях ALS / MND. Как и в дрожжах, подобный домен TDP-43, как было показано, является необходимым и достаточным для неправильного свертывания и агрегации белка.

точно так же патогенные мутации были идентифицированы в подобных доменах гетерогенных ядерных рибопротеинов hnRNPA2B1 и hnRNPA1 в семейных случаях дегенерации мышц, мозга, костей и мотонейронов. Форма всех этих белков дикого типа проявляет тенденцию к самоорганизации в фибриллы amyloid, с другой стороны, патогенные мутации усугубляют это поведение и приводят к избыточному накоплению.

этимология и произношение

слово, придуманное в 1982 году Стэнли Б. Прусинером, означает «портмоне», неизбежно возникшее из-за белка и инфекции, и является сокращением от «белковой инфекционной частицы» в отношении ее способности к самораспространению и передаче своей конформации другим белкам. Его основное произношение - / ˈpriːɒn / (слушать), несмотря на то, что / ˈpraɪɒn /, поскольку произносится омографическое название птицы, также слышно. В своей статье 1982 года, вводящей термин, Прусинер уточнил, что он должен быть «произносится как пре-он».

вирус

вирус - это субмикроскопический инфекционный агент, который размножается только в живых клетках организма. Он может инфицировать все виды жизненных форм, от животных и растений до микроорганизмов, включая бактерии и археи. Начиная с статьи Дмитрия Ивановского 1892 года, описывающей небактериальный патоген заражение табачных растений и открытие табачной мозаики Мартинусом Beijerinck в 1898 году, более 6000 видов были подробно описаны из миллионов видов в окружающей среде. Они встречаются почти в каждой экосистеме на Земле. и являются наиболее многочисленным типом биологических объектов. Изучение этого известно как вирусология, специальность микробиологии.

при заражении клетка-хозяин вынуждена быстро производить тысячи идентичных копий оригинала. Когда они не находятся внутри инфицированной клетки или в процессе инфицирования клетки, они существуют в форме независимых частиц или вирионов, состоящих из: (i) генетического материала, то есть длинных молекул DNA или RNA, которые кодируют структура белков, с помощью которых действует; (ii) белковая оболочка, капсид, которая окружает и защищает генетический материал; и в некоторых случаях (iii) внешняя оболочка из липидов. Формы этих частиц варьируются от простых спиральных и икосаэдрических форм до более complex структур. У большинства видов вирионы слишком малы, чтобы их можно было увидеть в оптический микроскоп, поскольку они составляют сотую часть размера большинства бактерий.

истоки их в эволюционной истории жизни неясны: некоторые могли развиться из плазмид - частей DNA, которые могут перемещаться между клетками, - в то время как другие, возможно, произошли от бактерий. В эволюции es являются важным средством горизонтального переноса генов, который увеличивает генетическое разнообразие в процессе, аналогичном половому воспроизводству. Некоторые биологи считают их формой жизни на том основании, что они несут генетический материал, воспроизводятся и эволюционируют. через естественный отбор, несмотря на то, что им не хватает ключевых характеристик (таких как клеточная структура), которые явно считаются необходимыми, чтобы их можно было причислить к жизни. На том основании, что они обладают некоторыми, но не всеми такими качествами, их описывают как «организмы на пороге жизни» и как репликаторы.

вирусы распространяются разными способами. Один путь передачи - через болезнетворные организмы, известные как переносчики: например, es часто передаются от растения к растению насекомыми, которые питаются соком растений, например тлей; анды у животных могут переноситься кровососущими насекомыми. Грипп передается при кашле и чихании. Норовирус и ротавирус, частые причины вирусного гастроэнтерита, передаются фекально-оральным путем, передаются через контакт и попадают в организм с пищей или водой. HIV - одно из нескольких заболеваний, передающихся половым путем и через зараженную кровь. Разнообразие клеток-хозяев, которые она может инфицировать, называется ее «кругом хозяев». Он может быть узким, что означает, что способен заразить несколько видов, или широким, что означает, что он способен заразить многих.

вирусные инфекции у животных вызывают иммунный ответ, который обычно устраняет заражение. Иммунные ответы также могут быть вызваны вакцинами, которые придают искусственно приобретенный иммунитет к конкретной вирусной инфекции. Некоторые, в том числе те, которые вызывают инфекцию AIDS, HPV и вирусный гепатит, уклоняются от этих иммунных ответов и приводят к хроническим инфекциям. Разработано несколько противовирусных препаратов.

этимология

слово бактерии является множественным числом от новолатинского слова bacterium, которое является латинизацией греческого βακτήριον (bakterion), уменьшительного от βακτηρία (bakteria), что означает «посох, тростник», на том основании, что первые обнаруженные были стержневидными.

происхождение и ранняя эволюция

предками современных бактерий были одноклеточные микроорганизмы, которые были первыми формами жизни, появившимися на Земле 4 миллиарда лет назад. На протяжении трех миллиардов лет большинство организмов были микроскопическими, а бактерии и археи были доминирующими формами жизни. Несмотря на наличие окаменелостей бактерий, например stromatolites их отсутствие отличительной морфологии не позволяет использовать их для изучения истории эволюции бактерий или определения времени происхождения конкретного вида бактерий. Тем не менее, последовательности генов можно использовать для реконструкции бактериальной филогении, и эти исследования показывают, что бактерии первыми отошли от архейной / эукариотической линии. Самый недавний общий предок бактерий и архей, вероятно, был гипертермофилом, жившим примерно 2,5–3,2 миллиарда лет назад. Самой древней жизнью на суше могли быть бактерии около 3,22 миллиарда лет назад.

Bacteria также были вовлечены во вторую великую эволюционную дивергенцию архей и эукариот. Здесь эукариоты возникли в результате вступления древних бактерий в эндосимбиотические ассоциации с предками эукариотических клеток, которые, возможно, сами были связаны с Archaea. Это включало поглощение протоэукариотическими клетками альфа-протеобактериальных симбионтов с образованием митохондрий или гидрогеносом, которые все еще обнаруживаются во всех известных Eukarya (иногда в сильно восстановленной форме, например, у древних «амитохондриальных» простейших). Позже некоторые эукариоты, которые уже содержали митохондрии, также поглотили организмы, подобные цианобактериям, что привело к образованию хлоропластов в растениях. Это называется первичным эндосимбиозом.

морфология

Bacteria отображают большое разнообразие форм и размеров, называемых морфологиями. Бактериальные клетки составляют одну десятую размера эукариотических клеток и обычно имеют длину 0,5–5 мкм. Тем не менее, некоторые виды видны невооруженным глазом - например, Thiomargarita namibiensis имеет длину до полмиллиметра, а Epulopiscium fishelsoni достигает 0,7 мм. К самым маленьким бактериям относятся представители рода Mycoplasma, размеры которых составляют всего 0,3 микрометра, такие же маленькие, как самые большие. Некоторые бактерии могут быть даже меньше, но эти ультрамикробактерии изучены недостаточно.

большинство видов бактерий имеют сферическую форму, называемую cocci (единичный кокк, от греч. Kókkos, зерно, семя), или палочковидные, называемые бациллами (пение. Bacillus, от латинского baculus, палка). Некоторые бактерии, называемые vibrio, имеют форму слегка изогнутых стержней или запятую; другие могут быть спиралевидными, называемыми spirilla, или плотно свернутыми, называемыми spirochaetes. Было описано небольшое количество других необычных форм, например, звездообразные бактерии. Это большое разнообразие форм определяется стенкой бактериальной клетки и цитоскелетом и важно на том основании, что оно может влиять на способность бактерий усваивать питательные вещества, прикрепляться к поверхностям, плавать в жидкостях и спасаться от хищников.

многие виды бактерий существуют просто как отдельные клетки, другие связываются по характерным схемам: Neisseria образуют диплоиды (пары), Streptococcus образуют цепи, а стафилококки группируются вместе в кластеры «гроздь винограда». Bacteria также может группа с образованием более крупных многоклеточных структур, например, удлиненные нити Actinobacteria 2А2, агрегаты миксобактерий, и complex гифы Streptomyces 2А2, Эти многоклеточные структуры часто можно увидеть только в определенных условиях. Например, при недостатке аминокислот миксобактерии обнаруживают окружающие клетки в действии, известном как распознавание кворума, мигрируют друг к другу и объединяются, образуя плодовые тела длиной до 500 микрометров, содержащие примерно 100 000 бактериальных клеток. В этих плодовых телах бактерии выполняют отдельные задачи; например, одна из десяти клеток мигрирует к верхушке плодового тела и дифференцируется в специальное состояние покоя, называемое миксоспорой, которое более устойчиво к высыханию и другим неблагоприятным условиям окружающей среды.

Bacteria часто прикрепляются к поверхностям и образуют плотные скопления, называемые биопленками, и более крупные образования, известные как микробные маты. Эти биопленки и маты могут иметь толщину от нескольких микрометров до полуметра в глубину и могут содержать несколько видов бактерий, протистов и архей. Bacteria живущие в биопленках отображают complex расположение клеток и внеклеточных компонентов, образующих вторичные структуры, например микроколонии, через которые существуют сети каналов, обеспечивающие лучшую диффузию питательных веществ. В естественной среде, например, в почве или на поверхности растений, большинство бактерий связано с поверхностями в биопленках. Биопленки также важны в медицине, поскольку эти структуры часто присутствуют во время хронических бактериальных инфекций или при инфекциях имплантированных медицинских устройств, а бактерии, защищенные внутри биопленок, намного труднее убить, чем отдельные изолированные бактерии.

ячеистая структура

внутриклеточные структуры

бактериальная клетка окружена клеточной мембраной, которая в основном состоит из фосфолипидов. Эта мембрана окружает содержимое клетки и действует как барьер для удерживания питательных веществ, белков и других важных компонентов цитоплазмы внутри клетки. В отличие от эукариотических клеток, у бактерий обычно отсутствуют крупные мембраносвязанные структуры в цитоплазме, например ядро, митохондрии, хлоропласты и другие органеллы, присутствующие в эукариотических клетках. Тем не менее, у некоторых бактерий есть связанные с белками органеллы в цитоплазме, которые разделяют аспекты бактериального метаболизма, например карбоксисому. Кроме того, у бактерий есть многокомпонентный цитоскелет, который контролирует локализацию белков и нуклеиновых кислот внутри клетки и управляет делением клетки.

многие важные биохимические реакции, например, выработка энергии, происходят по той причине, что градиенты концентрации через мембраны создают разность потенциалов, аналогичную разнице в батареях. Общее отсутствие внутренних мембран у бактерий означает, что эти реакции, например перенос электронов, происходят через клеточную мембрану между цитоплазмой и внешней частью клетки или периплазмы. Тем не менее, у многих фотосинтезирующих бактерий плазматическая мембрана сильно сложена и заполняет большую часть клетки слоями собирающей свет мембраны. Эти светособирающие комплексы могут даже образовывать заключенные в липиды структуры, называемые хлоросомами у зеленых серных бактерий.

Bacteria не имеют связанного с мембраной ядра, и их генетический материал обычно представляет собой одну кольцевую бактериальную хромосому DNA, расположенную в цитоплазме в теле неправильной формы, называемом нуклеоидом. Нуклеоид содержит хромосому со связанными с ней белками и RNA. Как и все другие организмы, бактерии содержат рибосомы для производства белков, но структура бактериальной рибосомы отличается от структуры эукариот и Archaea .

некоторые бактерии производят внутриклеточные гранулы для хранения питательных веществ, например гликоген, полифосфат, серу или полигидроксиалканоаты. Bacteria, например, фотосинтезирующие цианобактерии производят внутренние газовые вакуоли, которые они используют для регулирования своей плавучести, позволяя им перемещаться вверх или вниз в слои воды с разной интенсивностью света и уровнями питательных веществ.

внеклеточные структуры

вокруг клеточной мембраны находится клеточная стенка. Стенки бактериальных клеток состоят из пептидогликана (также называемого муреином), который состоит из цепей полисахаридов, сшитых пептидами, содержащими D-аминокислоты. Стенки бактериальных клеток отличаются от клеточных стенок растений и грибов, которые состоят из целлюлозы и хитина соответственно. Клеточная стенка бактерий также отличается от клеточной стенки Archaea, которая не содержит пептидогликан. Клеточная стенка необходима для выживания многих бактерий, а антибиотик пенициллин (вырабатываемый грибком Penicillium) способен убивать бактерии, ингибируя стадию синтеза пептидогликана.

в целом существует два разных типа клеточной стенки бактерий, которые классифицируют бактерии на грамположительные и грамотрицательные. Названия образованы из-за реакции клеток на окраску по Граму, давний тест для классификации видов бактерий.

грамположительные бактерии обладают толстой клеточной стенкой, содержащей множество слоев пептидогликана и тейхоевой кислоты. В то время как грамотрицательные бактерии имеют относительно тонкую клеточную стенку, состоящую из нескольких слоев пептидогликана, окруженных второй липидной мембраной, содержащей lipopolysaccharides и липопротеины. У большинства бактерий есть грамотрицательная клеточная стенка, и только Firmicutes и Actinobacteria (ранее известные как грамположительные бактерии с низким G + C и высоким G + C соответственно) имеют альтернативное грамположительное расположение. Эти различия в структуре могут вызывать различия в чувствительности к антибиотикам; например, ванкомицин может убивать только грамположительные бактерии и неэффективен против грамотрицательных патогенов, например Haemophilus influenzae или Pseudomonas aeruginosa, Некоторые бактерии имеют структуры клеточной стенки, которые не являются ни классически