Lääketieteellinen mikrobiologia I: Patogeenit ja ihmisen mikrobiomi

By Andreas Vanilssen, Rogers Nilstrem and Allen Kuslovic

Taudinaiheuttajia voi tunkeutua isäntään useita reittejä. Pääreiteillä on erilaiset jaksolliset aikataulut, mutta maaperällä on pisin tai pysyvin potentiaali tarttua patogeeniin. Tarttuvien tekijöiden aiheuttamat ihmisten sairaudet tunnetaan taudinaiheuttajina. Ihmisen mikrobiome on kaikkien microbiota aggregaatti microbiota jotka sijaitsevat ihmisen kudoksissa ja biofluideissa tai vastaavissa anatomisissa kohdissa, joissa ne sijaitsevat, mukaan lukien iho, rintarauhaset, istukka, siemenneste, kohtu, munasarjojen follikkelit, keuhko, sylki, suun limakalvo, sidekalvo, sappi ja Ruoansulatuskanava. Tämän kirjan sisältö: Patogeeni, prioni, virus, patogeeniset bakteerit, sieni, patogeeninen sieni, ihmisen loinen, alkueläimet, loismatto, ihmisten loisten luettelo, diagnostiikkamikrobiologia, isäntä-patogeenivaikutukset, tartuntataudit, luettelo tartuntataudeista, infektiot liittyvä sairauksiin, ihmisen mikrobiomi, ihmisen mikrobiomiprojekti, biologista monimuotoisuutta koskeva hypoteesi terveydestä, microbiota : n alkuperäinen hankinta, ihmisen viroma, ihmisen maha-suolikanava microbiota, Suolisto-aivo-akseli, psykobioottiset, kolonisaatioresistenssi, ihon kasvisto, emättimen kasvisto, emättimen kasvisto raskauden aikana, luettelo bakteerivaginoosista microbiota, platsentaalinen mikrobiome, ihmisen maidon mikrobiome, suun ekologia, syljen mikrobiome, keuhko microbiota, luettelo ihmisen microbiota, probiootit, probiootit lapsilla, psykobioottiset, Bacillus clausii, postbiootit, proteobiotikot, synbiootit, Bacillus coagulans, bakteerivaginoosi, Bifidobacterium animalis, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum, Botryosfaeraani, Clostridium butyricum, Escherichia coli Nissle 1917, Gal4-transkriptiotekijä, Ganeden, Lactinex, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus crispatus .
Authors: Andreas Vanilssen, Rogers Nilstrem, Allen Kuslovic

• Language: Suomi
• Publisher: Cambridge Stanford Books
• Release date: Sep 20, 2020
• ISBN: 9781005286439

Book preview

Lääketieteellinen mikrobiologia

Lääketieteellinen mikrobiologia, lääketieteessä sovellettava suuri mikrobiologian osajoukko, on lääketieteen ala, joka liittyy tartuntatautien ehkäisyyn, diagnosointiin ja hoitoon. Lisäksi tällä tieteenalalla tutkitaan mikrobien erilaisia ​​kliinisiä sovelluksia terveyden parantamiseksi. On olemassa neljänlaisia ​​mikro-organismeja, jotka aiheuttavat tarttuvaa vaivaa: bakteerit, sienet, loiset ja virukset ja yksi tyyppi tarttuvaa proteiinia, nimeltään prioni.

Lääketieteellinen mikrobiologi tutkii taudinaiheuttajien ominaisuuksia, niiden leviämistapoja, tartunnan mekanismeja ja kasvua. Näitä tietoja käyttämällä voidaan suunnitella hoito. Lääketieteelliset mikrobiologit toimivat usein lääkäreiden konsulttina, tarjoamalla patogeenien tunnistamista ja ehdottamalla hoitomenetelmiä. Muihin tehtäviin voi kuulua mahdollisten yhteisölle aiheutuvien terveysriskien tunnistaminen tai mahdollisesti virulenssien tai resistenttien mikrobikantojen kehityksen seuranta, yhteisön kouluttaminen ja avustaminen terveyskäytäntöjen suunnittelu. Ne voivat myös auttaa ehkäisemään tai hallitsemaan epidemioita ja sairauksien puhkeamista. Kaikki lääketieteelliset mikrobiologit eivät tutkitse mikrobiologista patologiaa; jotkut tutkivat yleisiä, ei-patogeenisiä lajeja sen määrittämiseksi, voidaanko niiden ominaisuuksia käyttää antibioottien tai muiden hoitomenetelmien kehittämiseen.

Epidemiologia, väestön terveydentilan ja sairauksien rakenteiden, syiden ja vaikutusten tutkiminen, on tärkeä osa lääketieteellistä mikrobiologiaa, huolimatta alan kliinisistä ominaisuuksista keskittyy perustavanlaatuisesti yksilöiden mikrobi-infektioiden esiintymiseen ja kasvuun, niiden vaikutukset ihmiskehoon ja näiden infektioiden hoitomenetelmät. Tässä yhteydessä koko ala soveltuvana tieteenä voidaan käsitteellisesti jakaa akateemisiin ja kliinisiin ala-erikoisuuksiin, todellisuudesta huolimatta kansanterveyden mikrobiologian ja diagnostisen lääketieteellisen mikrobiologian välillä on juokseva jatkuma, samoin kuin tekniikan tasossa. kliinisissä laboratorioissa riippuu jatkuvista parannuksista akateemisessa lääketieteessä ja tutkimuslaboratorioissa.

Yleisesti hoidetut tartuntataudit

Bakteeri-

Streptokokkien nielutulehdus

Chlamydia

Lavantauti

Tuberkuloosi

Virus-

Rotavirus

Hepatiitti C

Ihminen papillomavirus ( HPV)

Lois-

Malaria

Giardia lamblia

Toxoplasma gondii

Sieni

Candida

Histoplasmosis

Tartuntatautien syyt ja leviäminen

Infektiot voivat johtua bakteereista, esistä, sienistä ja loisista. Häiriöitä aiheuttava taudinaiheuttaja voi olla eksogeeninen (hankittu ulkoisesta lähteestä; ympäristöstä, eläimestä tai muusta ihmisestä, esim. Influenssa) tai endogeeninen (normaalista kasvistoista, esim. Kandidiaasi).

Sivustoa, josta mikrobi saapuu kehoon, kutsutaan tuloportaaliksi. Näitä ovat hengityselimet, maha-suolikanavat, urogenitraatit, iho ja limakalvot. Tiettyjen mikrobien tuloportaali riippuu pääasiassa siitä, miten se kulkee luonnollisesta elinympäristöstään isännälle.

Ongelmia voidaan siirtää ihmisten välillä eri tavoin. Nämä sisältävät:

Suora kontakti - tartunnan saaneen isännän koskettaminen, mukaan lukien seksuaalinen kontakti

Epäsuora kosketus - Koskettamalla saastunutta pintaa

Pisarakosketus - yskä tai aivastelu

Fekaalinen suun kautta - saastuneiden ruoka- tai vesilähteiden nauttiminen

Leviäminen ilmassa - Patogeenia kuljettavat itiöt

Vektorin leviäminen - Organismi, joka ei itse aiheuta vaivaa, mutta siirtää tartuntaa kuljettamalla taudinaiheuttajia isännästä toiselle

Fomiitin leviäminen - eloton esine tai aine, joka pystyy kuljettamaan tarttuvia bakteereita tai loisia

Ympäristö - Sairaalassa hankkima tartunta (nosokomiaaliset infektiot)

Kuten muutkin taudinaiheuttajat, myös nämä levitysmenetelmät pääsevät ruumiiseen, mutta erot eroavat toisistaan ​​siinä, että niiden on myös päästävä isännän todellisiin soluihin. Kun isäntä on saanut pääsyn isäntäsoluihin, 'geneettinen materiaali (RNA tai DNA) on vietävä soluun. Toistensa välillä tapahtuva replikaatio vaihtelee suuresti ja riippuu niihin liittyvien geenien tyypistä. Useimmat DNA: t kokoontuvat ytimeen. Toisaalta suurin osa RNA: ta kehittyy yksinomaan sytoplasmassa.

Infektion, lisääntymisen ja pysyvyyden mekanismit isäntäsoluissa ovat ratkaisevan tärkeitä sen säilymiselle. Kuten joissakin sairauksissa, esimerkiksi tuhkarokko, käytetään strategiaa, jonka mukaan sen on leviävä joukkoon isäntiä. Näissä virusinfektiomuodoissa sairautta hoidetaan usein kehon omalla immuunivasteella, ja siksi vaaditaan hajoamaan uusiin isäntiin ennen kuin se tuhoutuu immunologisella resistenssillä tai isännällä death. Jotkut tartunta-aineet, esimerkiksi kissan leukemia, kykenevät kestämään immuunivasteita ja kykenevät saavuttamaan pitkäaikaisen oleskelun yksittäisessä isännässä samalla kun säilyttävät kyvyn leviää peräkkäisiksi isäntiksi.

Diagnostiset testit

Tarttuvan tekijän tunnistaminen alaikäisessä sairaudessa voi olla yhtä yksinkertaista kuin kliininen esitys; esimerkiksi maha-suolikanavan sairaus ja iho-infektiot. Epidemiologiset tekijät on otettava huomioon, jotta voidaan antaa koulutettu arvio siitä, mikä mikrobi voi aiheuttaa ongelman. esimerkiksi potilaan todennäköisyys altistua epäillylle organismille ja mikrobikannan esiintyminen ja esiintyvyys yhteisössä.

Tarttuvan sairauden diagnosointi aloitetaan melkein aina käymällä läpi potilaan sairaushistoria ja suorittamalla fyysinen tarkastus. Yksityiskohtaisempiin tunnistustekniikoihin kuuluvat mikrobikasvit, mikroskopia, biokemialliset testit ja genotyypitys. Toista vähemmän yleistä tekniikkaa (kuten röntgenkuvat, CAT skannaukset, PET skannaukset tai NMR) käytetään kuvien tuottamiseksi tartunta-aineen kasvusta johtuvista sisäisistä poikkeavuuksista.

Mikrobikasve

Mikrobiologinen sato on ensisijainen toimenpide, jolla eristetään tarttuva sairaus laboratoriossa tehtävää tutkimusta varten. Kudos- tai nestenäytteistä testataan spesifisen patogeenin esiintyminen, joka määritetään kasvulla selektiivisessä tai differentiaalisessa väliaineessa.

Testaamiseen käytetyt 3 päätyyppiä ovat:

Kiinteä sato: Kiinteä pinta luodaan käyttämällä ravinteiden, suolojen ja agarin seosta. Yksittäinen mikrobi agarmaljalla voi sitten kasvaa pesäkkeiksi (klooneiksi, joissa solut ovat identtisiä toistensa kanssa), jotka sisältävät tuhansia soluja. Näitä käytetään pohjimmiltaan bakteerien ja sienten leikkaamiseen.

Nestemäinen sato: Soluja kasvatetaan nestemäisessä väliaineessa. Mikrobikasvu määräytyy ajan mukaan, jonka kuluessa neste muodostaa kolloidisen suspension. Tätä tekniikkaa käytetään loisten diagnosointiin ja mycobacteria : n havaitsemiseen .

Soluviljely: Ihmisen tai eläimen soluviljelmät infektoidaan kiinnostuksen kohteena olevalla mikrobilla. Näitä kasveja tarkkaillaan sitten sen määrittämiseksi, mikä vaikutus mikrobilla on soluihin. Tätä tekniikkaa käytetään tunnistamaan.

Mikroskopia

Viljelytekniikoissa käytetään usein mikroskooppista tutkimusta auttaakseen mikrobin tunnistamisessa. Laitteita, esimerkiksi yhdistettyjä valomikroskooppeja, voidaan käyttää organismin kriittisten näkökohtien arviointiin. Tämä voidaan suorittaa heti, kun näyte on otettu potilaasta, ja sitä käytetään yhdessä biokemiallisten värjäystekniikoiden kanssa, jotta solun piirteet voidaan erottaa. Elektronimikroskooppeja ja fluoresenssimikroskooppeja käytetään myös tarkemmin tarkkailemaan mikrobeja tutkimukseen.

Biokemialliset testit

Nopeita ja suhteellisen yksinkertaisia ​​biokemiallisia testejä voidaan käyttää tartunta-aineiden löytämiseen. Bakteerien tunnistamiseksi metabolisten tai entsymaattisten ominaisuuksien käyttö on yleistä syystä, että niiden kyky käydä hiilihydraatteja suvulle ja lajille ominaisissa malleissa. Hapot, alkoholit ja kaasut havaitaan yleensä näissä kokeissa, kun bakteereita kasvatetaan selektiivisissä nestemäisissä tai kiinteissä väliaineissa, kuten edellä mainittiin. Näiden testien suorittamiseksi massalla käytetään automatisoituja koneita. Nämä koneet suorittavat useita biokemiallisia testejä samanaikaisesti, käyttämällä kortteja, joissa on useita kaivoja, jotka sisältävät erilaisia ​​dehydratoituja kemikaaleja. Mielenkiintoinen mikrobi reagoi kunkin kemikaalin kanssa tietyssä prosessissa auttaen sen tunnistamisessa.

Serologiset menetelmät ovat erittäin herkkiä, spesifisiä ja usein erittäin nopeita laboratoriokokeita, joita käytetään erilaisten mikro-organismityyppien löytämiseen. Testit perustuvat vasta-aineen kykyyn sitoutua erityisesti antigeeniin. Antigeeni (yleensä tartunta-aineen valmistama proteiini tai hiilihydraatti) sitoutuu vasta-aineeseen, mikä mahdollistaa tämän tyyppisen testin käyttämisen muille organismeille kuin bakteereille. Sitten tämä sitoutuminen aloittaa tapahtumaketjun, joka on helposti ja lopullisesti havaittavissa testistä riippuen. Lisää complex serologisia tekniikoita tunnetaan immunomäärityksinä. Käyttämällä samanlaista perustaa kuin yllä on kuvattu, immunomääritykset voivat paljastaa tai mitata antigeenejä joko tartunta-aineista tai proteiineista, jotka infektoitunut isäntä on luonut vasteena infektiolle.

Polymeraasiketjureaktio

Polymeraasiketjureaktion( PCR) määritykset ovat tyypillisimmin käytetty molekyylitekniikka mikrobien paljastamiseksi ja tutkimiseksi. Verrattuna muihin menetelmiin sekvensointi ja tarkastus ovat lopullisia, luotettavia, tarkkoja ja nopeita. Nykyään kvantitatiivinen PCR on ensisijainen käytetty tekniikka, koska tämä toimenpide tarjoaa nopeamman datan verrattuna tavanomaiseen PCR -määritykseen. Kuten perinteiset PCR tekniikat edellyttävät käyttöä gel electrophoresis visualisoida monistettiin DNA molekyylejä jälkeen, kun reaktio on päättynyt. Kvantitatiivinen PCR ei vaadi tätä, koska havaitsemisessa vahvistettu järjestys käyttää fluoresenssia ja koettimia paljastamaan DNA molekyylejä monistettaessa. Tämän lisäksi kvantitatiivinen PCR eliminoi saastumisriskin, joka voi tapahtua tavanomaisten PCR -menettelyjen aikana( PCR -tuotteen siirtäminen seuraaviin PCR: iin). Toinen hyöty PCR : n käytöstä mikrobien paljastamiseksi ja tutkimiseksi on, että vasta löydettyjen tarttuvien mikrobien tai kantojen DNA -sekvenssejä voidaan verrata tietokannoissa jo lueteltuihin, mikä puolestaan ​​auttaa lisäämään ymmärrystä siitä, mikä organismi aiheuttaa tarttuvan tartunnan. ail ja siitä johtuen mitä mahdollisia hoitomenetelmiä voitaisiin käyttää. Tämä tekniikka on nykyinen standardi virusinfektioiden, esimerkiksi AIDS ja hepatiitin, havaitsemiseksi .

Hoidot

Kun infektio on diagnosoitu ja tunnistettu, lääkärin ja konsultoivien lääketieteellisten mikrobiologien on arvioitava sopivat hoitovaihtoehdot. Joitakin infektioita voidaan hoitaa kehon omalla immuunijärjestelmällä, mutta vakavampia infektioita hoidetaan mikrobilääkkeillä. Bakteeri-infektioita hoidetaan antibakteerisilla aineilla (joita usein kutsutaan antibiooteiksi). Sieni- ja virusinfektiot sitä vastoin hoidetaan sieni- ja viruslääkkeillä. Loislääkkeiden hoitamiseksi käytetään laajaa luokkaa lääkkeitä, joita kutsutaan antiparasiiteiksi.

Lääketieteelliset mikrobiologit antavat usein hoitosuosituksia potilaan lääkärille mikrobikannan ja sen antibioottiresistanssien, tartuntapaikan, antimikrobisten lääkkeiden mahdollisen toksisuuden ja potilaan mahdollisten lääkeallergioiden perusteella.

Sen lisäksi, että lääkkeet ovat spesifisiä tietyntyyppiselle organismille (bakteerit, sienet, jne.), Jotkut lääkkeet ovat spesifisiä tietylle eliölajille tai -lajeille, eivätkä ne toimi muiden organismien kanssa. Tämän erityisyyden perusteella lääketieteellisten mikrobiologien on suositusten antamisessa otettava huomioon tiettyjen mikrobilääkkeiden tehokkuus. Lisäksi organismin kannat voivat olla resistenttejä tietylle lääkkeelle tai lääkeryhmälle, jopa kun se on yleisesti tehokas lajeja vastaan. Nämä kannat, joita kutsutaan resistentteiksi kannoiksi, aiheuttavat vakavan kansanterveydellisen huolen, jonka merkitys lääketieteelliselle teollisuudelle kasvaa, kun antibioottiresistenssin leviäminen pahenee. Mikrobilääkeresistenssi on yhä ongelmallisempi aihe, joka johtaa miljooniin kuolemiin vuosittain.

Vaikka lääkeresistenssiin sisältyy yleensä mikrobia, joka inaktivoi kemiallisesti antimikrobista lääkettä tai solua, joka pysäyttää mekaanisesti lääkkeen oton, biologisen kalvon muodostumisesta voi johtua lääkeresistenssin muu muoto. Jotkut bakteerit pystyvät muodostamaan biofilmejä tarttumalla implantoitujen laitteiden, esimerkiksi katetrien ja proteesien, pintoihin ja luomalla solunulkoisen matriisin toisten solujen kiinnittymistä varten. Tämä tarjoaa heille vakaan ympäristön, josta bakteerit voivat dispergoitua ja tartuttaa muita isännän osia. Lisäksi solunulkoinen matriisi ja tiheä bakteerisolujen ulkokerros voivat suojata sisäisiä bakteerisoluja mikrobilääkkeiltä.

Lääketieteellinen mikrobiologia ei liity vain sairauden diagnosointiin ja hoitamiseen, vaan siihen sisältyy myös hyödyllisten mikrobien tutkiminen. Mikrobien on osoitettu olevan hyödyllisiä tarttuvien sairauksien torjunnassa ja terveyden edistämisessä. Hoitoja voidaan kehittää mikrobista, kuten osoittaa Alexander Flemingin penisilliinitutkimus lisäksi uusien antibioottien kehittämisenä bakteerisukuista Streptomyces monien muiden joukossa. Mikro-organismit eivät ole vain antibioottien lähde, mutta jotkut voivat myös toimia probiotics : na tarjotakseen terveydellisiä etuja isännälle, esimerkiksi tarjoamalla paremman ruuansulatuskanavan terveyden tai estääkseen patogeenejä.

Taudinaiheuttaja

Biologiassa taudinaiheuttaja vanhimmassa ja laajimmassa merkityksessä on mitä tahansa, mikä voi aiheuttaa vaivaa. Patogeeniin voidaan myös viitata tartunnanaiheuttajana tai yksinkertaisesti ituna.

Termi patogeeni otettiin käyttöön 1880-luvulla. Yleisesti termiä käytetään kuvaamaan tarttuvaa mikro-organismia tai ainetta, esimerkiksi a, bakteeri, alkueläin, viroidi tai sieni. Pienet eläimet, esimerkiksi tietyt madot ja hyönteisten toukat, voivat myös aiheuttaa sairauden. Siitä huolimatta näitä eläimiä kutsutaan yleisesti ottaen parasiiteiksi taudinaiheuttajien sijaan. Mikroskooppisten organismien, mukaan lukien mikroskooppiset patogeeniset organismit, tieteellistä tutkimusta kutsutaan mikrobiologiseksi, ja toisaalta sellaisen sairauden tutkimista, johon nämä patogeenit voivat kuulua, kutsutaan patologiaksi. Sitä vastoin parasitologia on loisten ja niitä isävien organismien tieteellinen tutkimus.

Taudinaiheuttajia voi tunkeutua isäntään useita reittejä. Pääreiteillä on erilaiset episodiset aikataulut, mutta maaperällä on pisin tai kestävin potentiaali tarttua patogeeniin. Tarttuvien tekijöiden aiheuttamat ihmisten sairaudet tunnetaan patogeenisinä sairauksina, vaikka kaikki sairaudet eivät olekaan patogeenien aiheuttamia. Jotkut sairaudet, kuten Huntingtonin sairaus, johtuvat epänormaalien geenien perinnöstä.

Patogeenisuus

Patogeenisyys on taudinaiheuttajien potentiaalinen sairauksia aiheuttava kyky. Patogeenisyys liittyy merkityksessä virulenssiin, mutta jotkut viranomaiset ovat tulleet paljastamaan se kvalitatiivisena terminä, toisin kuin jälkimmäinen on kvantitatiivinen. Tämän standardin mukaan organismin voidaan sanoa olevan patogeeninen tai ei-patogeeninen tietyssä yhteydessä, mutta ei patogeenisempi kuin muut. Tällaiset vertailut kuvataan sijasta suhteellisena virulenssina. Patogeenisyys on myös eriarvoinen sen tarttuvuudesta, joka määrittää tartunnan vaaran.

Patogeeni voidaan kuvata sen kyvyllä tuottaa toksiineja, päästä kudokseen, siirtää kolonisaatioon, kaapata ravinteita ja sen kyvystä immunosuppressoida isäntä.

Kontekstiriippuvainen patogeenisuus

On yleistä, että puhutaan kokonaisesta bakteereista patogeenisinä, kun se tunnistetaan vaikeuden syyksi (vrt. Kochin postulaatit). Siitä huolimatta nykyaikainen näkemys on, että patogeenisyys riippuu mikrobi-ekosysteemistä kokonaisuutena. Bakteeri voi osallistua immunistisen heikentyneen isännän opportunistisiin infektioihin, hankkia virulenssitekijöitä plasmidi-infektion avulla, tulla siirretyksi isäntäalueen eri kohtaan tai vastata muutoksiin pääasiassa muiden läsnä olevien bakteerien lukumäärässä. Kuten hiirten mesenteristen imusolmukkeiden infektio Yersinia : lla, voi puhdistaa prosessin näiden kohtien tartunnan jatkamiseksi Lactobacillus : lla, mahdollisesti immunologisen arpeutumisen mekanismin avulla.

Aiheeseen liittyvät käsitteet

Virulenssi

Virulenssi (taudinaiheuttajan taipumus heikentää isännän kuntoa) kehittyy, kun taudinaiheuttaja voi levitä sairaasta isännästä huolimatta isäntä heikentyneestä. Horisontaalinen leviäminen tapahtuu saman lajin isäntien välillä, kun taas vertikaaliseen siirtymiseen, jolla on taipumus kehittyä kohti symbioosia (populaation korkean sairastuvuuden ja kuolleisuuden ajanjakson jälkeen) yhdistämällä patogeenin evoluutio-menestys isäntäorganismin evoluutio-menestykseen. Evoluutiobiologia ehdottaa, että monet taudinaiheuttajat kehittävät optimaalisen virulenssin, jolla lisääntyneiden replikaatiomäärien saavuttama kunto tasapainotetaan kompromisseilla vähentyneessä leviämisessä, mutta näiden suhteiden taustalla olevat tarkat mekanismit ovat edelleen kiistanalaiset.

Tarttuminen

Patogeenien leviäminen tapahtuu monien erilaisten reittien kautta, mukaan lukien ilmassa tapahtuva, suora tai epäsuora kosketus, seksuaalinen kontakti, veren, rintamaidon tai muun kehon nesteen kautta, ja uloste-suun kautta.

Taudinaiheuttajien tyypit

Prions

Prionit ovat väärin laskostettuja proteiineja, jotka voivat siirtää väärin laskostuneen tilansa toiseen pääasiassa laskostettuihin samantyyppisiin proteiineihin. Ne eivät sisällä mitään DNA tai RNA, eivätkä ne voi replikoitua muuta kuin muuntaa jo olemassa olevat normaalit proteiinit väärin taitettuun tilaan. Näitä epänormaalisti taitettuja proteiineja löytyy ehdottomasti joistakin taudeista, kuten scrapie, naudan spongiforminen enkefalopatia (hullulehmätauti) ja Creutzfeldt – Jakob ail.

Virukset

Virukset ovat pieniä partikkeleita, joiden pituus on yleensä 20-300 nanometriä ja jotka sisältävät RNA tai DNA .eset vaativat isäntäsolun replikoitumisen. Joihinkin viruspatogeenien aiheuttamiin sairauksiin kuuluvat isorokko, influenssa, sikotauti, tuhkarokko, vesirokko, ebola, HIV ja vihurirokko.

Tautitautit ovat tiukasti perheistä: Adenoviridae, Picornaviridae, Herpesviridae, Hepadnaviridae, Flaviviridae, Retroviridae, Orthomyxoviridae, Paramyxoviridae, Papovaviridae, Polyomavirus, Rhabdoviridae ja Togaviridae. HIV on merkittävä perheenjäsen Retroviridae, joka koski 37,9 miljoonaa ihmistä ympäri maailmaa vuonna 2018.

Bacteria

Suurin osa bakteereista, joiden pituus voi olla välillä 0,15 - 700 μM, ovat vaarattomia tai hyödyllisiä ihmisille. Siitä huolimatta suhteellisen pieni luettelo voi aiheuttaa tartuntatauteja. On useita tapoja, joilla ne voivat aiheuttaa vaivaa. Ne voivat joko vaikuttaa suoraan isäntänsä soluihin, tuottaa endotoksiineja, jotka vahingoittavat isäntänsä soluja, tai aiheuttaa riittävän voimakkaan immuunivasteen, että isäntäsolut vaurioituvat.

Yksi bakteeritauteista, joilla on eniten vaivaa, on tuberkuloosi, jonka aiheutti bakteerituberkuloosi Mycobacterium, joka tappoi 1,5 miljoonaa ihmistä vuonna 2013, yleensä Saharan eteläpuolisessa Afrikassa. Osallistu muihin maailmanlaajuisesti merkittäviin sairauksiin, esimerkiksi keuhkokuumeeseen, jonka voivat aiheuttaa esimerkiksi bakteerit Streptococcus ja Pseudomonas, ja ruoasta johtuviin sairauksiin, jotka voivat johtua esimerkiksi bakteereista Shigella, Campylobacter ja Salmonella. Samoin aiheuttavat infektiot, esimerkiksi jäykkäkouristus, lavantauti, kuume, kurkkumätä, syfilis ja lepra.

Sienet

Sienet ovat eukaryoottisia organismeja, jotka voivat toimia patogeeneinä. Noin 300 tunnettua sieniä, jotka ovat patogeenisiä ihmisille, mukaan lukien Candida albicans, joka on yleisin sammas, ja Cryptococcus neoformans, jotka voivat aiheuttaa vakavan muodon aivokalvontulehduksen. Tyypillinen sieni-itiän koko on <4,7 μm, mutta jotkut itiöt voivat olla suurempia.

Levät

Levät ovat yksisoluisia kasveja, joita ei selvästi ole patogeenejä patogeenisistä lajikkeista huolimatta. Protothecosis on koirille, kissoille, nautaeläimille ja ihmisille todettu sairaus, jonka aiheuttaa prototekkana tunnettu vihreä levä, josta puuttuu klorofylli.

Muut loiset

Jotkut eukaryoottiset organismit, mukaan lukien joukko alkueläimiä ja helmintteja, ovat.

Patogeeni-isännät

Bacteria

Vaikka bakteerit voivat itse olla patogeenejä, ne voidaan samoin tartuttaa patogeeneillä, tunnetaan myös nimellä faagi, jotka tartuttavat bakteereja, mikä johtaa usein tartunnan saaneiden bakteerien death. Yleisiä ovat T7 ja Lamda-faagi. On tapauksia, jotka tartuttavat kaikenlaisia ​​bakteereja, mukaan lukien sekä gram-negatiiviset että gram-positiiviset. Jopa se, että se tartuttaa toisen lajin, mukaan lukien ihmiset, voidaan saastuttaa faagilla.

Kasvit

Kasvit voivat isännöidä monenlaisia ​​patogeenityyppejä, mukaan lukien kääpiöt, bakteerit, sienet, nematodit ja jopa muut kasvit. Merkittäviä kasveja ovat Papaya-rengaspiste, joka on aiheuttanut miljoonien dollarien vaurioita Havaijin ja Kaakkois-Aasian viljelijöille, ja tupakka-mosaiikki, joka sai tutkija Martinuksen Beijerinck rahat termille virus vuonna 1898. Bakteerikasvien patogeenit ovat myös vakava ongelma, joka aiheuttaa lehtilaippoja, leviämiä ja mätää monissa kasvilajeissa. Kaksi tärkeintä kasvien bakteeripatogeenia ovat P. Syringae ja R. Solanacearum, jotka aiheuttavat lehtien ruskeutumista ja toisen ongelman perunoissa, tomaateissa ja banaaneissa.

Sienet ovat kasvien tärkein patogeenityyppi. Ne voivat aiheuttaa monenlaisia ​​ongelmia, esimerkiksi kasvien lyhyemmän korkeuden, kasvien kasvua tai kuoppia, juurien tai siementen mätän ja lehtipisteitä. Yleisiä ja vakavia kasvisieniä ovat riisin räjähdys sieni, hollantilainen jalava, kastanjatauti ja kirsikoiden, luumujen ja persikoiden musta solmu ja ruskean mätätaudin sairaudet. On arvioitu, että pelkästään sato vähenee jopa 65%: lla.

Kaiken kaikkiaan kasveilla on laaja joukko patogeenejä, ja on arvioitu, että vain 3% kasvien patogeenien aiheuttamasta vaivasta on hallittavissa.

Eläimet

Eläimet tarttuvat usein monilla samoilla tai samanlaisilla patogeeneillä kuin ihminen, mukaan lukien esteet, bakteerit ja sienet. Toisaalta villieläimet saavat usein sairauksia, sitä suurempi vaara on karjaeläimille. On arvioitu, että maaseudulla 90% tai enemmän karjakuolemista johtuu taudinaiheuttajista. Naudan spongiforminen enkefalopatia, tyypillisesti nimellä Mad cow ail, on yksi harvoista eläimiin vaikuttavista sairauksista. Muihin eläintauteihin sisältyy erilaisia ​​immuunikatohäiriöitä, jotka johtuvat ihmisen immuunikatoisuudesta( HIV), mukaan lukien BIV ja FIV .

Ihmisiin

Ihmiset voivat saada tartunnan monen tyyppisillä patogeeneillä, mukaan lukien es, bakteerit ja sienet. Ihmiset tartuttavat bakteerit voivat aiheuttaa oireita, kuten aivastelua, yskää, kuumetta, oksentelua ja jopa johtaa death. Jotkut näistä oireista johtuvat itse, toisaalta toiset johtuvat tartunnan saaneen henkilön immuunijärjestelmästä.

Hoito

Prioni

Monista yrityksistä huolimatta toistaiseksi terapian ei ole osoitettu estävän sairauksien etenemistä.

Virus

Joillekin viruspatogeeneille on olemassa erilaisia ​​ehkäisy- ja hoitomenetelmiä. Rokotteet ovat yksi yleinen ja tehokas ennaltaehkäisevä toimenpide monien viruspatogeenien torjumiseksi. Rokotteet antavat isäntälle immuunijärjestelmän vakiintuneen järjestyksen, niin että kun potentiaalinen isäntä kohtaa luonnossa, immuunien vakiintunut järjestys voi puolustaa nopeasti infektiolta. Rokotteita on esiintyvinä esimerkiksi tuhkarokko, sikotauti ja vihurirokot sekä influenssa. Joillakin ihmisillä, esimerkiksi HIV, dengue- ja chikungunya- rokoteilla, ei ole rokotteita.

Virusinfektioiden hoitoon sisältyy usein infektion oireiden hoitaminen sijasta kuin minkään lääkkeen tarjoaminen, joka vaikuttaa itse viruspatogeeniin. Virusinfektion oireiden hoitaminen antaa isäntälle immuunijärjestelmällä vakiintuneen ajan kehittää vasta-aineita viruspatogeeniä vastaan, mikä puhdistaa sitten infektion. Joissakin tapauksissa hoito on välttämätöntä. Yksi esimerkki tästä on HIV, jossa antiretrovirushoitoa, joka tunnetaan myös nimellä ART tai HAART, tarvitaan immuunisolujen menetyksen ja etenemisen AIDS estämiseksi .

Bacteria

Tiettyjen bakteeripatogeenien aiheuttama tartunta voidaan estää rokotteilla, kuten viruspatogeeneillä. Rokotteita bakteeripatogeenejä vastaan ​​ovat anthrax -rokote ja pneumokokkirokotus. Monista muista bakteeripatogeeneistä puuttuu rokote ennaltaehkäisevänä keinona, mutta näiden bakteerien aiheuttamat infektiot voidaan usein hoitaa tai estää antibiooteilla. Tavallisia antibiootteja ovat amoksisilliini, siprofloksasiini ja doksisykliini. Jokaisessa antibiootissa on erilaisia ​​bakteereja, jotka ovat tehokkaita, ja sillä on erilaisia ​​mekanismeja tappaa kyseisiä bakteereja. Kuten doksisykliini estää uusien proteiinien synteesiä sekä gram-negatiivisissa että gram-positiivisissa bakteereissa, mikä johtaa sairastuneiden bakteerien death : iin.

Osittain johtuen antibioottien liian määräämisestä tilanteissa, joissa niitä ei tarvita, joillekin bakteeripatogeeneille on kehittynyt antibioottiresistenssi, ja niistä on vaikea hoitaa klassisia antibiootteja. Geneettisesti epätasainen kanta, nimeltään MRSA, on yksi esimerkki bakteeripatogeenistä, jota on vaikea hoitaa tavallisilla antibiooteilla. Vammaisten torjuntakeskuksen( CDC) vuonna 2013 julkaisema raportti arvioi, että Yhdysvalloissa joka vuosi vähintään 2 miljoonaa ihmistä saa antibioottiresistentin bakteeri-infektion ja vähintään 23 000 ihmistä kuolee näihin infektioihin.

Sienet

Sienipatogeenien aiheuttamaa infektiota hoidetaan sienilääkkeillä. Sieni-infektiot, esimerkiksi urheilijan jalka, nivelkipio ja silsa ovat ihon tulehduksia, ja niitä voidaan hoitaa ajankohtaisilla sienilääkkeillä, kuten Clotrimazole. Toinen yleinen sieni-infektio sisältää hiivakannan aiheuttamat infektiot Candida albicans. Candida voi aiheuttaa suun tai kurkun tulehduksia, joita tyypillisesti kutsutaan sammasiksi, tai se voi aiheuttaa emättimen tulehduksia. Nämä sisäiset infektiot voidaan hoitaa joko sieni-voiteilla tai suun kautta annettavilla lääkkeillä. Tavallisiin sienilääkkeisiin sisäisiin infektioihin kuuluvat ekinokandiiniperhe lääkkeistä ja Fluconazole .

Levät

Leviä ei tyypillisesti ajatella taudinaiheuttajina, mutta Prototheca-suvun tiedetään aiheuttavan vaivaa ihmisille. Tämän tyyppisen infektion hoitoa tutkitaan parhaillaan, eikä kliinisessä hoidossa ole johdonmukaisuutta.

Seksuaalinen vuorovaikutus

Monet taudinaiheuttajat kykenevät seksuaaliseen vuorovaikutukseen. Seksuaalinen vuorovaikutus tapahtuu muun muassa saman lajin solujen välillä luonnollisen geneettisen muutoksen vaikutuksesta. Transformaatio sisältää DNA siirron luovuttajasolusta vastaanottajassolulle ja luovuttajan DNA integroinnin vastaanottajagenomiin rekombinaation avulla. Esimerkkejä bakteeripatogeeneistä, jotka kykenevät luonnollisiin transformaatioihin, ovat Helicobacter pylori, Haemophilus influenzae, Legionella pneumophila, Neisseria gonorrhoeae ja Streptococcus pneumoniae .

Eukaryoottiset taudinaiheuttajat kykenevät usein seksuaaliseen vuorovaikutukseen meioosin ja syngaamian aiheuttamalla toiminnalla. Meioosiin sisältyy homologous -kromosomien läheinen pariliitos ja rekombinaatio niiden välillä. Esimerkkejä sukupuoleen kykenevistä eukaryoottisista taudinaiheuttajista ovat alkueläinloiset Plasmodium falciparum, Toxoplasma gondii, Trypanosoma brucei, Giardia intestinalis ja sienet Aspergillus fumigatus, Candida albicans ja Cryptococcus uusmuodot.

Virukset voivat myös käydä läpi seksuaalisen vuorovaikutuksen, kun kaksi tai useampi virusgenomi saapuu samaan isäntäsoluun. Tämä toiminta sisältää homologous -genomien parinmuodostuksen ja rekombinaation niiden välillä toiminnalla, johon viitataan moninkertaisuuden uudelleenaktivoitumisena. Esimerkkejä sellaisista, joille tämä toimenpide tehdään, ovat herpes simplex, ihmisen immuunipuutos ja vaccinia.

Bakteerien, mikrobien, eukaryoottien, sukupuoliprosessit sisältävät kaikki rekombinaation homologous genomien välillä, mikä näyttää helpottavan niiden homologous geenivaurioiden korjaamista, jotka aiheutuvat patogeenien perimään niiden vastaavien kohdeisäntäiden puolustuksella.

Prioni

Prionit ovat väärin laskostettuja proteiineja, joilla on kyky siirtää väärän laskostuneen muodonsa saman proteiinin normaaleihin variantteihin. Ne kuvaavat useita kuolemaan johtavia ja tarttuvia neurodegeneratiivisia sairauksia ihmisissä ja monissa muissa eläimissä. Ei tiedetä, mikä aiheuttaa normaalin proteiinin vääristymisen, mutta epätavallisen kolmiulotteisen rakenteen epäillään aiheuttavan tarttuvia ominaisuuksia, romahtaen lähellä olevat proteiinimolekyylit samaan muotoon. Sana johtuu proteiinipitoisesta tarttuvasta hiukkasesta. Proteiinin oletettu rooli tartunta-aineena on, kun taas kaikille muille tunnetuille tartunta-aineille, kuten esseille, bakteereille, sienille ja loisille, jotka kaikki sisältävät nukleiinihappoja (DNA, RNA tai molemmat).

Proteiinin( PrP) PrP prionimuunnoksista, joiden spesifinen palvelu on epävarmaa, oletetaan olevan tarttuvien spongiformisten enkefalopatioiden (TSE), mukaan lukien lampaiden scrapie, hirvien kroonisen tuhlauksen aiheuttama sairaus( CWD), naudan spongiformisen enkefalopatian( BSE) BSE nautoilla (tunnetaan yleisesti nimellä "hullun lehmän tauti) ja Creutzfeldt – Jakob ail( CJD) ihmisillä. Kaikki nisäkkäiden tunnetut sairaudet vaikuttavat aivojen tai muun hermokudoksen rakenteeseen; kaikki ovat progressiivisia, heillä ei ole tunnettua tehokasta hoitoa ja ovat aina tappavia. Vuoteen 2015 asti kaikkien tunnettujen nisäkässairauksien katsottiin johtuvan proteiinista( PrP); Siitä huolimatta vuonna 2015 todettiin monimuotoisen järjestyksen surkastuminen( MSA) todettiin siirrettäviksi, ja sen hypoteesin aiheutti olevan alfa-synukleiinimuoto.

Prionit muodostavat amyloideiksi kutsuttujen proteiinien epänormaalit aggregaatit, jotka kerääntyvät tartunnan saaneeseen kudokseen ja liittyvät kudosvaurioihin ja soluihin death. Amyloidit ovat samoin vastuussa useista muista neurodegeneratiivisista sairauksista, kuten Alzheimerin ja Parkinsonin sairauksista. Kiviaineet ovat stabiileja, ja tämä rakenteellinen stabiilisuus tarkoittaa, että ne ovat kestäviä kemiallisten ja fysikaalisten aineiden denaturoitumiselle: niitä ei voida tuhota tavallisella desinfioinnilla tai keittämisellä. Tämä vaikeuttaa näiden hiukkasten hävittämistä ja eristämistä.

Häiriö on eräänlainen proteopatian tyyppi tai rakenteellisesti epänormaalien proteiinien sairaus. Ihmisillä s uskotaan olevan Creutzfeldt – Jakob ail( CJD), sen variantin( vCJD), Gerstmann – Sträussler – Scheinker -oireyhtymän( GSS), kuolemaan johtavan sukulaisen unettomuuden( FFI) ja kuru. On myös todisteita siitä, että ehdotuksilla voi olla merkitystä Alzheimerin sairauden, Parkinsonin sairauden ja amyotrofisen lateraaliskleroosin( ALS) vaikutuksissa, ja näitä on kutsuttu teräväpitoisiksi sairauksiksi. Useille hiivaproteiineille on tunnistettu samoin kuin joilla on geogeenisiä ominaisuuksia. Replikoituminen tapahtuu epimutaation ja luonnollisen valinnan tavoin, kuten muidenkin replikaatiomuotojen tapauksessa, ja niiden rakenne vaihtelee lajeittain hiukan.

Prioniproteiini

Rakenne

Proteiinia, joka on valmistettu( PrP), löytyy kehosta, jopa terveillä ihmisillä ja eläimillä. Tästä huolimatta tarttuvassa materiaalissa löydetyllä PrP on erilainen rakenne ja se on resistentti proteaaseille, kehon entsyymeille, jotka voivat pääasiassa hajottaa proteiineja. Proteiinin normaalimuotoa kutsutaan PrP C: ksi, toisaalta tarttuvaa muotoa kutsutaan PrP Sc- C viittaa 'soluelliseen' PrP, toisaalta Sc viittaa 'scrapiaan', prototyyppiseen ailiin, esiintyy lampaissa. Toisaalta PrP Con rakenteellisesti hyvin määritelty, PrP Scon olennaisesti polydispersinen ja määritelty suhteellisen heikolla tasolla. PrP voidaan indusoida fold muihin enemmän tai vähemmän määriteltyihin isomuotoihin in vitro, ja niiden suhde muotoihin / muotoihin, jotka ovat patogeenisiä in vivo, ei ole vielä selvä.

PrP C

PrP C on normaali proteiini, jota löytyy solujen kalvoilta. Sillä on 209 aminohappoa (ihmisillä), yksi disulfidisidos, molekyylimassa 35-36 kDa ja tiukasti alfa-kierteinen rakenne. Useita topologisia muotoja on olemassa; yhden solun pinta muodostaa ankkuroituneen glykolipidin ja kahden läpäisevän muodon kautta. Normaali proteiini ei ole sedimentoituva; tarkoittaa, että sitä ei voida erottaa sentrifugointitekniikoilla. Sen palvelu on complex aihe, jota tutkitaan edelleen. PrP Csitoo kupari (II) ioneja suurella affiniteetilla. Tämän havainnon merkitys ei ole selvä, mutta sen oletetaan liittyvän PrP -rakenteeseen tai palveluun. PrP C proteinase hajottaa helposti proteinase K ja voidaan vapauttaa solun pinnasta in vitro fosfoinositidi-entsyymillä phospholipase C (PI-PLC), joka lohkaisee glykofosfatidyylinosositolin( GPI) glykolipidiankkurin. PrP : lla on ilmoitettu olevan tärkeä rooli solu-solu-tarttumisessa ja solunsisäisessä signaloinnissa in vivo, ja sen vuoksi se voi olla mukana solu-soluviestinnässä aivoissa.

PrP res

Proteaasi-resistenttejä PrP Sckaltaisen proteiinin valmistamiseksi (PrP res) on nimitys luovuteta isoformi PrP c, joka on rakenteellisesti muutettu ja muunnetaan laskostuvat väärin proteinase K-resistentti muoto in vitro. Mallista konversio PrP CPrP Scin vitro, Saborio et al. Nopeasti muunnetaan PrP Cosaksi PrP res, jonka menettelyn, johon syklinen monistus proteiinin väärinlaskostumisen. Termiä PrP res on käytetty paljastamaan PrP Sc, joka on eristetty tarttuvasta kudoksesta ja liitetty tarttuvaan spongiformiseen enkefalopatiaan. Kuten, toisin kuin PrPSc, PrP resei välttämättä ole tarttuvaa.

PrP Sc

PrP : n tarttuva isoformi, joka tunnetaan nimellä PrP Sc, tai yksinkertaisesti, pystyy muuttamaan normaalit PrP C -proteiinit tarttuvaksi isoformiksi muuttamalla niiden konformaatiota tai muotoa; tämä puolestaan ​​muuttaa prosessia, jonka proteiinit liittyvät toisiinsa. PrP Scaiheuttaa aina vaivaa. PrP Sc:n täsmällisestä 3D-rakenteesta huolimatta ei tiedetä, sillä on suurempi p-levyrakenteen osuus normaalista a-helix-rakenteesta. Näiden epänormaalien isoformien aggregaatiot muodostavat erittäin jäsennellyt amyloid kuidut, jotka kerääntyvät muodostaen plakkeja. Kunkin kuidun pää toimii templaattina, johon vapaat proteiinimolekyylit voivat kiinnittyä, jolloin kuitu voi kasvaa. Suurimmassa osassa vain PrP molekyylit, joilla on identtinen aminohapposekvenssi tarttuvan PrP Sc: n kanssa,sisällytetään kasvavaan kuituun. Siitä huolimatta harvinainen lajien välinen leviäminen on myös mahdollista.

Normaali palvelu PrP

Proteiinin fysiologinen palvelu on edelleen huonosti ymmärretty. Toisaalta in vitro -kokeiden tulokset viittaavat moniin erilaisiin rooleihin, PrP knockout -hiirillä tehdyt tutkimukset ovat antaneet vain rajallista tietoa sillä perusteella, että näillä eläimillä on vain vähäisiä poikkeavuuksia. Hiirillä tehdyssä tutkimuksessa havaittiin, että PrP -proteiinien pilkkoutuminen perifeerisissä hermoissa aiheuttaa myelin -reaktion aktivoitumisen Schwann-soluissa ja että PrP -proteiinien puute aiheutti demyelinaation näissä soluissa.

PrP ja säännelty solukuolema

MAVS, RIP1 ja RIP3 ovat samanlaisia ​​proteiineja, joita löytyy kehon muista osista. Ne myös polymeroituvat amyloid rihmassiksi kuiduiksi, jotka käynnistävät säännellyn solun death virustartunnan tapauksessa estääkseen virionien leviämisen toisiin, ympäröiviin soluihin.

PrP ja pitkäaikainen muisti

Vuoden 2005 todisteiden tarkastelu ehdotti, että PrP : lla voi olla normaali palvelu pitkäaikaisen muistin ylläpitämisessä. Lisäksi vuonna 2004 tehdyssä tutkimuksessa havaittiin, että hiirillä, joilla ei ollut geenejä normaalista solu PrP -proteiinista, ilmeni muuttunut hippokampuksen pitkäaikainen potentiaatio. Äskettäinen tutkimus, joka saattaa selittää miksi näin todetaan, että neuronaalisella proteiinilla CPEB on samanlainen geneettinen sekvenssi kuin hiivaproteiineilla. CPEB: n kaltainen muodostuminen on välttämätöntä pitkän aikavälin synaptisten muutosten ylläpitämiseksi, jotka liittyvät pitkäaikaisen muistin muodostumiseen.

PrP ja kantasolujen uusiminen

Whiteheadin biolääketieteellisen tutkimuksen instituutin vuoden 2006 artikkelissa todetaan, että kantasolujen PrP ilmentymistapa tai -tapa on välttämätön organismin luuytimen itsensä uudistamiselle. Tutkimus osoitti, että kaikki pitkäaikaiset hematopoieettiset kantasolut ekspressoivat PrP solumembraanillaan ja että hematopoieettisissa kudoksissa, joissa on PrP-nolla kantasoluja, esiintyy lisääntynyttä herkkyyttä solujen ehtymiselle.

PrP ja luontainen immuniteetti

On jonkin verran näyttöä siitä, että PrP voi olla merkitystä synnynnäiselle immuniteetille, koska PRNP: n, PrP -geenin, ilmentymistapa tai -tapa ylittyy monissa virusinfektioissa ja PrP : lla on virustenvastaisia ​​ominaisuuksia monia vastaan, mukaan lukien HIV .

Prionin replikaatio

Ensimmäinen hypoteesi, joka yritti selittää kuinka replikoituvat vain proteiineilla, oli heterodimeerimalli. Tämä malli oletti, että yksi PrP Sc-molekyyli sitoutuu yhteen PrP C-molekyyliin ja katalysoi sen muuntamista PrP Sc: ksi. Sitten kaksi PrP Sc-molekyyliä erottuvat ja voivat jatkaa muuntaakseen lisää PrP C: tä. Siitä huolimatta replikaatiomallin on selitettävä sekä tapa, jolla levitetään, että miksi niiden spontaani ilme on niin harvinainen. Manfred Eigen osoitti, että heterodimeerimalli vaatii PrP Sc: n olevan poikkeuksellisen tehokas katalyytti lisäämällä konversioreaktion nopeutta kertoimella noin 10 ¹⁵. Tätä ongelmaa ei esiinny, jos PrP Scesiintyy vain aggregoiduissa muodoissa, esimerkiksi amyloid, joissa yhteistyö voi toimia esteenä spontaanille konversiolle. Lisäksi, huolimatta huomattavista ponnisteluista, tarttuvaa monomeeristä PrP Sc: täei ole koskaan eristetty.

Vaihtoehtoisessa mallissa oletetaan, että PrP Scesiintyy vain fibrilleinä ja että fibrillin päät sitoutuvat PrP C: henja muuntavat sen PrP Sc: ksi. Jos nämä kaikki olisivat, niin niiden määrä kasvaisi lineaarisesti muodostaen yhä pidempiä fibrillejä. Mutta sekä PrP Sc: n että tarttuvien hiukkasten määrän eksponentiaalista kasvua havaitaan vaivan aikana. Tämä selitetään ottamalla huomioon fibrillin rikkoutuminen. Fibrillin kasvun ja fibrillin rikkoutumisen yhdistelmästä johtuvan eksponentiaalisen kasvunopeuden matemaattinen ratkaisu on löydetty. Eksponentiaalinen kasvunopeus riippuu suositusti PrP C: nneliöjuurestapitoisuus. Inkubointijakso määritetään eksponentiaalisella kasvunopeudella, ja siirtogeenisten hiirten sairauksien in vivo -tiedot vastaavat tätä ennustetta. Sama neliöjuuren riippuvuus nähdään samoin in vitro kokeissa useiden erilaisten amyloid -proteiinien kanssa.

Replikoitumismekanismilla on vaikutuksia lääkkeiden suunnitteluun. Koska sairauksien inkubaatioaika on niin pitkä, tehokkaan lääkkeen ei tarvitse poistaa kaikkia, vaan sen on yksinkertaisesti hidastaa eksponentiaalisen kasvun nopeutta. Mallit ennustavat, että tehokkain menetelmä tämän saavuttamiseksi, kun käytetään lääkettä, jolla on pienin mahdollinen annos, on paljastaa lääke, joka sitoutuu fibrillipäihin ja estää niitä kasvamasta.

Sairaudet

Sairauksien aiheuttamat

Vaikuttavat eläimet

vaivata

Lampaat, vuohi (vaikutusalaan kuuluvat eläimet)

vaivata

scrapie

Nauta (vaikutusalaan kuuluvat eläimet)

vaivata

Hullun lehmän tauti

Kameli (vaikutusalaan kuuluvat eläimet)

vaivata

Kamelin spongiforminen enkefalopatia( CSE)

Minki (vaikutusalaan kuuluvat eläimet)

vaivata

Tarttuva minkin enkefalopatia( TME)

Valkopyöräpeura, hirvi, muulipeura, hirvi (vaikutusalaan kuuluvat eläimet)

vaivata

Krooninen tuhlauksen aiheuttama ongelma( CWD)

Kissa (vaikutusalaan kuuluvat eläimet)

vaivata

Kissan spongiforminen enkefalopatia( FSE)

Nyala, Oryx, Suur-Kudu (vaikutuksen saaneet eläimet)

vaivata

Eksoottinen sorkka- ja enkefalopatia (EUE)

Strutsi (vaikutuksen saaneet eläimet)

vaivata

Spongiforminen enkefalopatia (Ei ole osoitettu tarttuvan.)

Ihminen (vaikutusalaan kuuluvat eläimet)

vaivata

Creutzfeldt – Jakob ail( CJD)

Iatrogeeninen Creutzfeldt – Jakob ail (iCJD)

Variantti Creutzfeldt – Jakob ail( vCJD)

Perheellinen Creutzfeldt – Jakob ail (fCJD)

Sporadinen Creutzfeldt – Jakob ail (sCJD)

Gerstmann – Sträussler – Scheinker -oireyhtymä( GSS)

Kohtalokas unettomuus( FFI)

kuru

Perheellinen spongiforminen enkefalopatia

Vaihtoehtoisesti proteaasiherkkäopatia (VPSPr)

Prionit aiheuttavat neurodegeneratiivista vaivaa aggregoitumalla solunulkoisesti keskushermoston vakiintuneessa järjestyksessä muodostamaan plakkeja, jotka tunnetaan nimellä amyloid ja jotka häiritsevät normaalia kudosrakennetta. Tälle häiriölle on tunnusomaista reikät kudoksessa, josta on seurauksena poreinen arkkitehtuuri siitä syystä, että tyhjiön muodostuminen neuroneihin. Toiseen histologiseen muutokseen sisältyy astroglioosi ja tulehduksellisen reaktion puuttuminen. Toisaalta tautien inkubaatioaika on suhteellisen pitkä (5 - 20 vuotta), kun oireet ilmestyvät, ongelma etenee nopeasti, mikä johtaa aivovaurioon ja death. Neurodegeneratiivisiin oireisiin voivat kuulua kouristukset, dementia, ataksia (tasapainon ja koordinaation häiriöt) ja käyttäytymisen tai persoonallisuuden muutokset.

Kaikki tunnetut sairaudet ovat hoitamattomia ja tappavia. Siitä huolimatta hiirillä kehitetty rokote voi tarjota käsityksen rokotteen tarjoamisesta ihmisten infektioiden vastustamiseksi. Lisäksi vuonna 2006 tutkijat ilmoittivat, että heillä oli geeniteknisesti muokattuja nautoja, joilla ei ollut tuotantoon tarvittavaa geeniä - mikä teoreettisesti teki niistä immuuneja BSE : n suhteen, perustuen tutkimukseen, jonka mukaan hiiret, joissa puuttuu pääasiassa esiintyviä proteiineja, ovat vastustuskykyisiä scrapie-proteiinin aiheuttamille infektioille. Vuonna 2013 tutkimus paljasti, että Yhdistyneessä kuningaskunnassa vCJD jokaisella 2 000: sta ihmisestä saattaa olla tarttuva proteiini, joka aiheuttaa vCJD .

Taudit voivat vaikuttaa moniin erilaisiin nisäkäslajeihin, koska proteiini( PrP) on hyvin samanlainen kaikissa nisäkkäissä. Siksi, että pienten erojen välillä PrP erilaisissa lajeissa on epätavallista, että sairaus siirtyy lajeista toisiin. Ihmisen sairauden variantin Creutzfeldt – Jakob ail uskotaan kuitenkin johtuvan taudista, joka yleensä tartuttaa nautaa aiheuttaen naudan spongiformisen enkefalopatian ja leviää tartunnan saaneen lihan kautta.

Vuoteen 2015 asti kaikkien tunnettujen nisäkässairauksien katsottiin olevan proteiinin PrP aiheuttamia; vuonna 2015 todettiin, että monen vakiintuneen järjestyksen surkastuminen oli tarttuvaa, ja sen oletettiin johtuvan uuden, väärin lasketun proteiinin nimeltä alfa-synukleiini. Proteiinin endogeeninen, oikein laskostunut muoto on merkitty PrP C: llä(tavalliselle tai sellulaariselle), päinvastoin sairauteen sidotulle, väärin laskostuneelle muodolle on merkitty PrP Sc (Scrapie), sen jälkeen kun yksi sairauksista on ensin kytketty tosiin ja neurodegeneraatio. Yhdisteiden tarkkaa rakennetta ei tunneta, vaikka ne voidaan muodostaa yhdistämällä PrP C, polyadenyylihappo ja lipidit proteiinin väärin sekoittavassa syklisessä monistusreaktiossa (PMCA). Tämä operaatio on lisäksi todiste siitä, että replikaatio ei ole riippuvaisia ​​nukleiinihappoja.

Tarttuminen

On tunnustettu, että sairauksia voi esiintyä kolmella eri tavalla: hankitulla, perinnöllisellä tai satunnaisella. Usein oletetaan, että sairastunut muoto on suorassa vuorovaikutuksessa normaalin muodon kanssa saadakseen sen muuttamaan rakennettaan. Yksi idea, Protein X -hypoteesi, on, että vielä tunnistamaton soluproteiini (proteiini X) mahdollistaa PrP C:n muunnoksen PrP Sc: ksi tuomalla molempien molempien molekyylit yhteen complex : ksi.

Infektio pääasiassa tapahtuu eläimissä nielemisen kautta. Ajatellaan, että asiat voivat päästä ympäristöön kuolleiden eläinten jäänteiden ja virtsan, syljen ja muiden kehon nesteiden kautta. Sitten ne voivat viipyä maaperässä sitoutumalla saveen ja muihin mineraaleihin.

Kalifornian yliopiston tutkimusryhmä on toimittanut todisteita teoriasta, jonka mukaan tartuntaa voi esiintyä lannasta. Ja koska lataa on läsnä monilla vesisäiliöitä ympäröivillä alueilla, ja lisäksi sitä käytetään monilla satopelloilla, se lisää laajalle leviämisen mahdollisuutta. Tammikuussa 2011 ilmoitettiin, että tutkijat olivat havainneet leviävän leviämisen kautta aerosolipartikkeleissa eläinkokeissa laboratoriohiirien scrapie-tartunnan yhteydessä. Alustava näyttö, joka tukee ajatusta, että voidaan välittää käyttämällä virtsasta peräisin olevaa ihmisen vaihdevuosien gonadotropiinia, jota annetaan hedelmättömyyden hoitoon, julkaistiin vuonna 2011.

Prionit kasveissa

Vuonna 2015 Houstonin Texasin yliopiston terveystieteiden keskuksen tutkijat havaitsivat, että kasvit voivat olla vektoriformeja. Kun tutkijat ruokkivat hamstereiden ruohoa, joka kasvoi maan päälle, mihin haudattiin hirvi, jolla kuoli kroonisella tuhlauksella( CWD), hamsterit sairastuivat CWD : n kanssa, mikä viittaa siihen, että se voi sitoutua kasveihin, jotka vievät ne sitten lehtiin ja varren rakenne, jossa kasvissyöjät voivat syödä niitä loppuun saakka jakson loppuessa. Näin ollen on mahdollista, että ympäristössä on vähitellen kertyvä määrä ihmisiä.

Sterilointi

Tarttuvat hiukkaset, joissa on nukleiinihappoa, ovat riippuvaisia ​​siitä, ohjaavatko niiden jatkuvaa replikaatiota, ovat kuitenkin tarttuvia vaikutuksestaan ​​proteiinin normaaliversioihin. Sterilointi vaatii siis proteiinin denaturoinnin tilaan, jossa molekyyli ei enää kykene indusoimaan normaalien proteiinien epänormaalia laskostumista. Yleensä s-aineet ovat melko kestäviä proteaaseille, kuumuudelle, ionisoivalle säteilylle ja formaldehydihoitoille huolimatta niiden tarttuvuudesta voidaan vähentää sellaisilla hoidoilla. Tehokas dekontaminaatio riippuu proteiinien hydrolyysistä tai proteiinin tertiäärisen rakenteen vähentymisestä tai tuhoamisesta. Esimerkkejä ovat natriumhypokloriitti, natriumhydroksidi ja voimakkaasti happamat pesuaineet, esimerkiksi LpH. 134 ° C (273 ° F) 18 minuutin ajan paineistetussa höyryautoklaavissa on havaittu olevan jonkin verran tehokas deaktivoimaan sairauden aiheuttavaa ainetta. Otsonin sterilointia tutkitaan parhaillaan mahdollisena denaturointi- ja deaktivointitoimenpiteenä. Täysin denaturoituneen tarttuvaksi tilaksi ei ole vielä saatu aikaan; tästä huolimatta osittain denaturoidut voidaan renaturoida infektiiviseen tilaan tietyissä keinotekoisissa olosuhteissa.

Maailman terveysjärjestö suosittelee mitä tahansa seuraavista kolmesta menetelmästä kaikkien lämmönkestävien kirurgisten välineiden sterilointiin sen varmistamiseksi, etteivät ne ole saastuneet:

Upota 1 N natriumhydroksidiin ja aseta painovoima-autoklaaviin 121 ° C: seen 30 minuutiksi; puhdistaa; huuhtele vedellä; ja suorita sitten rutiiniset sterilointiprosessit.

Upota 1 N natriumhypokloriittiin (20 000 osaa miljoonaa klooria) 1 tunniksi; siirrä instrumentit veteen; kuumennetaan painovoimansiirto-autoklaavissa 121 ° C: ssa yhden tunnin ajan; puhdistaa; ja suorita sitten rutiiniset sterilointiprosessit.

Upota 1 N natriumhydroksidiin tai natriumhypokloriittiin (20 000 osaa miljoonaa klooria) yhdeksi tunniksi; poistetaan ja huuhdellaan vedellä, siirretään sitten avoimeen astiaan ja kuumennetaan painovoimansiirrossa (121 ° C) tai huokoisessa (134 ° C) autoklaavissa 1 tunnin ajan; puhdistaa; ja suorita sitten rutiiniset sterilointiprosessit.

Hajoamiskestävyys luonnossa

Ylivoimainen näyttö osoittaa, että se vastustaa hajoamista ja jatkuu ympäristössä vuosia, eikä proteaasit hajoa niitä. Kokeellinen näyttö osoittaa, että sitoutumattomat hajoavat ajan myötä, toisaalta maaperän rajat pysyvät vakaina tai kasvavilla tasoilla, mikä viittaa siihen, että todennäköisesti kerääntyy ympäristöön.

Sienet

Proteiineja, jotka osoittavat tyyppistä käyttäytymistä, löytyy samoin joistakin sienistä, joista on ollut apua nisäkkäiden ymmärtämisessä. Sienet eivät näytä aiheuttavan vaivaa heidän isännäissään. Hiivassa proteiinien uudelleenmuodostukseen konfiguraatioon kuuluvat chaperoniproteiinit, esimerkiksi Hsp104. Kaikki tunnetut indusoivat amyloid fold : n muodostumisen, jossa proteiini polymeroituu aggregaatiksi, joka koostuu tiiviisti pakattuista beetalevyistä. Amyloidiset aggregaatit ovat fibrilejä, kasvaa niiden päissä ja replikoituvat, kun murtuminen aiheuttaa kahdesta kasvavasta päästä neljä kasvavaa päätä. Sairauksien inkubaatioaika määritetään replikaatioon liittyvällä eksponentiaalisella kasvunopeudella, joka on tasapaino lineaarisen kasvun ja aggregaattien rikkoutumisen välillä.

Reed Wickner löysi 1990-luvun alkupuolella hiivasta Saccharomyces cerevisiae sieni-proteiinit, joilla oli templaattista muodonmuutosmuutosta. Mekaanisen samankaltaisuuden vuoksi nisäkkäisiin heitä kutsuttiin hiivoiksi. Tämän jälkeen a on löydetty samoin sienestä Podospora anserina. Opinnäytetyöt käyttäytyvät PrP lisäksi, mutta ovat yleensä myrkyttömiä isäntälleen. Susan Lindquistin ryhmä Whitehead-instituutissa on väittänyt, että osa sienistä ei liity mihinkään vaivaiseen tilaan, mutta niillä voi olla hyödyllinen rooli; silti tutkijat NIH ovat myös toimittaneet argumentteja, joiden perusteella sieniä voitaisiin pitää sairaina. On näyttöä siitä, että sieniproteiinit ovat kehittäneet erityisiä mikro-organismille hyödyllisiä toimintoja, jotka parantavat niiden kykyä sopeutua monimuotoiseen ympäristöönsä.

Sienetutkimus on antanut vahvan tuen vain proteiinivalmisteelle, koska soluista uutetun puhdistetun proteiinin tila on osoitettu muuttavan proteiinin normaalin muodon väärin muotoiltuun muotoon in vitro ja säilyttäen toiminnassa vastaavat tiedot. erilaisiksi valtion kannoiksi. Se on saanut myös valoa domeeneihin, jotka ovat proteiinin alueita, jotka edistävät muuntamista a: ksi. Sienet ovat auttaneet ehdottamaan muutosmekanismeja, joita voidaan soveltaa kaikkiin, vaikka sienet näyttäisivät olevan epätasaisia ​​tarttuvien nisäkkäiden suhteen, koska niiden lisääntymiseen tarvittavaa kofaktoria ei ole. Tyypilliset domeenit voivat vaihdella lajeittain - esim. Nisäkkäille ei löydy tyypillisiä sienidomeeneja.

Sienien prionit

proteiini

Luonnollinen isäntä

Normaali toiminta

Prionin tila

Prionifenotyyppi

Tunnistettu vuosi

Luonnollinen isäntä - Ure2p (proteiini)

Saccharomyces cerevisiae

Normaali toiminta - Ure2p (proteiini)

Typpikataboliittinen repressori

Prionin tila - Ure2p (proteiini)

(URE3)

Prionifenotyyppi - Ure2p (proteiini)

Kasvu huonoissa typpilähteissä

Tunnistettu vuosi - Ure2p (proteiini)

1994

Luonnollinen isäntä - Sup35p (proteiini)

S. Cerevisiae

Normaali toiminta - Sup35p (proteiini)

Käännöksen lopetuskerroin

Prionin tila - Sup35p (proteiini)

(PSI +)

Prioni fenotyyppi - Sup35p (Protein)

Lisääntynyt hölynpölyn torjunta

Tunnistettu vuosi - Sup35p (proteiini)

1994

Luonnollinen isäntä - HET-S (proteiini)

Podospora anserina

Normaali toiminta - HET-S (proteiini)

Säätelee heterokaryon yhteensopimattomuus

Prionin tila - HET-S (proteiini)

(Het-s)

Prionifenotyyppi - HET-S (proteiini)

Heterokaryonin muodostuminen yhteensopimattomien kantojen välillä

Tunnistettu vuosi - HET-S (proteiini)

Ei mitään

Luonnollinen isäntä - Rnq1p (proteiini)

S. Cerevisiae

Normaali toiminta - Rnq1p (proteiini)

Proteiinimalli tekijä

Prionin tila - Rnq1p (proteiini)

(RNQ +), (PIN +)

Prioni fenotyyppi - Rnq1p (Protein)

Edistää muiden yhdistämistä

Tunnistettu vuosi - Rnq1p (proteiini)

Ei mitään

Luonnollinen isäntä - Swi1 (proteiini)

S. Cerevisiae

Normaali toiminta - Swi1 (proteiini)

Kromatiinin uusinta

Prionin tila - Swi1 (proteiini)

(SWI +)

Prioni fenotyyppi - SWI1 (Protein)

Joidenkin hiililähteiden heikko kasvu

Tunnistettu vuosi - Swi1 (proteiini)

2008

Luonnollinen isäntä - Cyc8 (proteiini)

S. Cerevisiae

Normaali toiminta - Cyc8 (proteiini)

Transkriptionaalinen repressori

Prionin tila - Cyc8 (proteiini)

(MMA +)

Prioni fenotyyppi - Cyc8 (Protein)

Useiden geenien transkriptionaalinen masennus

Tunnistettu vuosi - Cyc8 (proteiini)

2009

Luonnollinen isäntä - Mot3 (proteiini)

S. Cerevisiae

Normaali toiminta - Mot3 (proteiini)

Ydinkopiointitekijä

Prioni tila - Mot3 (Protein)

(MOT3 +)

Prioni fenotyyppi - Mot3 (Protein)

Anaerobisten geenien transkriptionaalinen masennus

Tunnistettu vuosi - Mot3 (proteiini)

2009

Luonnollinen isäntä - Sfp1 (proteiini)

S. Cerevisiae

Normaali toiminta - Sfp1 (proteiini)

Oletettu kopiointitekijä

Prionin tila - Sfp1 (proteiini)

(ISP +)

Prioni fenotyyppi - Sfp1 (Protein)

Antisuppression

Tunnistettu vuosi - Sfp1 (proteiini)

2010

Hoidot

Sairauksille ei ole tehokasta hoitoa. Ihmisillä tehdyt kliiniset tutkimukset eivät ole menestyneet, ja sairauksien harvinaisuus on vaikeuttanut niitä. Huolimatta joistakin mahdollisista hoitomuodoista, jotka ovat osoittaneet lupaavia laboratoriossa, mikään ei ole ollut tehokasta, kun sairaus on asettunut sisään.

Toisessa sairaudessa

Prionimaisia ​​domeeneja on löydetty monista muista nisäkäsproteiineista. Jotkut näistä proteiineista ovat olleet osallisina ikään liittyvien neurodegeneratiivisten häiriöiden, esimerkiksi amyotrofisen lateraaliskleroosin( ALS), motorisen neuronin sairauden, frontotemporaalisen lobar-rappeutumisen ubikitiinipositiivisilla sulkemisilla (FTLD-U), Alzheimerin sairauden, Parkinsonin sairauden,, ja Huntingtonin vaiva. Ne osallistuvat myös joihinkin systeemisen amyloidoosin muotoihin, mukaan lukien AA-amyloidoosi, joka kehittyy ihmisillä ja eläimillä, joilla on tulehduksellisia ja tarttuvia tauteja, kuten esimerkiksi tuberkuloosi, Crohnin sairaus, nivelreuma ja HIV AIDS .. AA-amyloidoosi, kuten ail, voi olla tarttuva. Tämä on johtanut prioniparadigmaan, jossa muuten vaarattomat proteiinit voidaan muuttaa patogeeniseksi muodoksi pienellä määrällä väärin laskettuja, nukleoivia proteiineja.

Samankaltaisen alueen määritelmä syntyy sienien tutkimuksesta. Hiivassa, ogeenisilla proteiineilla, on kannettava domeeni, joka on sekä välttämätöntä että riittävä itsestään tempuloitumiseen ja proteiinien aggregaatioon. Tämä on osoitettu osoittamalla kiinnittämällä domeeni reportteriproteiiniin, joka sitten aggregoituu kuin tunnettu. Lisäksi domeenin poistaminen sieniproteiinista inhiboi geneesiä. Tämä modulaarinen näkemys käyttäytymisestä on johtanut hypoteesiin, että samanlaisia ​​domeeneja on läsnä eläinproteiineissa, lisäksi PrP. Näillä sienialueilla on useita tyypillisiä sekvenssipiirteitä. Niitä rikastetaan yleisesti asparagiini-, glutamiini-, tyrosiini- ja glysiinitähteissä asparagiinin ennakkoluuloilla, jotka erityisesti edistävät niiden aggregatiivista ominaisuutta. Historiallisesti ogeneesin on katsottu olevan riippumaton sekvenssistä ja riippuvainen vain suhteellisesta jäännöspitoisuudesta. Siitä huolimatta tämän on osoitettu olevan väärä, kun proliinien ja varautuneiden tähteiden etäisyydet ovat osoittautuneet kriittisiksi amyloid -muodostuksessa.

Bioinformaattisissa näytöissä on ennustettu, että yli 250 ihmisen proteiinia sisältävät kaltaisia ​​domeeneja (PrLD). Näillä domeeneilla oletetaan olevan samat siirrettävät, amyloidogeeniset ominaisuudet kuin PrP : lla ja tunnetuilla sieniproteiineilla. Kuten hiivassa, proteiinit, jotka osallistuvat geenimoodiin tai ekspressiotapaan ja RNA sitoutumiseen, näyttävät olevan erityisesti rikastettuja PrLD: issä verrattuna toisiin proteiiniluokkiin. Erityisesti 29 tunnetuista 210 proteiinista, joilla on RNA tunnistus motif, on myös oletettu domeeni. Samaan aikaan useita näistä RNA: ta sitovista proteiineista on tunnistettu itsenäisesti patogeenisiksi tapauksissa, joissa esiintyy ALS, FTLD-U, Alzheimerin sairaus ja Huntingtonin sairaus.

Rooli hermostogeneratiivisessa taudissa

Näiden ja proteiinien, joilla on samankaltaisia ​​domeeneja, patogeenisyyden oletetaan johtuvan niiden itsestään tempuloivasta kyvystä ja siitä johtuvasta amyloid -fibrillien kasvusta. Läsnäolo amyloid fibrillejä sairastavilla potilailla rappeuttavia sairauksia on hyvin dokumentoitu. Nämä amyloid -fibrillit nähdään patogeenisten proteiinien tuloksena, jotka levittäytyvät itseään ja muodostavat erittäin vakaita, ei-toiminnallisia aggregaatteja. Toisaalta tämä ei välttämättä tarkoita syy-suhde amyloid ja rappeuttavia sairauksia, myrkyllisyyttä tiettyjen amyloid muotoja ja ylituotannon amyloid suvuittaisessa tapauksissa rappeutumissairauksien kannattaa ajatusta, että amyloid muodostuminen on selvästi myrkyllistä.

Erityisesti TDP-43: n, RNA: ta sitovan proteiinin, aggregaatiota on löydetty ALS / MND-potilaista, ja näitä proteiineja koodaavien geenien mutaatiot on tunnistettu perehtyneissä tapauksissa ALS / MND. Nämä mutaatiot edistävät proteiinien vääristymistä a-kaltaiseksi konformaatioksi. TDP-43: n väärin laskostettu muoto muodostaa sytoplasmisen sulkeumia vaivoissa kärsivissä neuroneissa, ja sen havaitaan tyhjentyneen ytimessä. Lisäksi kohtaan ALS / MND ja FTLD-U, TDP-43 -patologia on näkökohta monissa Alzheimerin sairauden, Parkinsonin ja Huntingtonin sairauden tapauksissa. TDP-43: n väärän taittumisen ohjaa kansanomaisesti sen kaltainen domeeni. Tämä alue on luonnostaan ​​alttiina väärin taittumiseen. Toisaalta TDP-43: n patologisten mutaatioiden on havaittu lisäävän tätä taipumus vääristyä, mikä selittää näiden mutaatioiden esiintymisen ALS / MND : n perinnöllisissä tapauksissa. Kuten hiivassa, TDP-43: n samankaltaisen domeenin on osoitettu olevan sekä välttämätön että riittävä proteiinien vääristyneeseen ja aggregoitumiseen.

Samoin patogeeniset mutaatiot on tunnistettu heterogeenisten ydinriboproteiinien hnRNPA2B1 ja hnRNPA1 samanlaisissa domeeneissa lihasten, aivojen, luiden ja motoristen hermosolujen degeneraation perinnöllisissä tapauksissa. Kaikkien näiden proteiinien villityyppinen muoto osoittaa taipumusta koota itsensä amyloid -fibrilleihin, toisaalta patogeeniset mutaatiot pahentavat tätä käyttäytymistä ja johtavat ylimääräiseen kertymiseen.

Etymologia ja ääntäminen

Sana, jonka vuonna 1982 keksi Stanley B. Prusiner, on proteiinista ja tartunnasta johdettu portmanteau, väistämättä, ja se on lyhenne proteiinipitoisesta tarttuvasta hiukkasesta viitaten sen kykyyn levittää itseään ja siirtää muuntumistaan ​​muihin proteiineihin. Sen tärkein ääntäminen on / ˈpriːɒn / (kuuntele) huolimatta / ˈpraɪɒn /: sta, kuten linnun homografinen nimi lausutaan. Termiä käsittelevässä vuoden 1982 julkaisussaan Prusiner täsmensi, että se lausutaan ennakkoon.

Virus

Virus on submikroskooppinen tartunta-aine, joka replikoituu vain organismin elävissä soluissa.es voi tartuttaa kaiken tyyppisiä elämän muotoja eläimistä ja kasveista mikro-organismeihin, mukaan lukien bakteerit ja arhaea.Koska Dmitri Ivanovskyn 1892-artikkelissa kuvataan ei-bakteerinen patogeeni tupakkakasvien tartuttaminen ja tupakka-mosaiikin löytö Martinus Beijerinck vuonna 1898, yli 6 000 lajia on kuvattu yksityiskohtaisesti, miljoonista ympäristötyyppisistä ainestyypeistä.es esiintyy melkein jokaisessa maan ekosysteemissä. ja ovat useimpia biologisen kokonaisuuden tyyppejä. Tutkimus tunnetaan virologiana, mikrobiologian osa-alueena.

Tartunnan sattuessa isäntäsolu pakotetaan tuottamaan nopeasti tuhansia samanlaisia ​​kopioita alkuperäisestä. Kun ne eivät ole tartunnan saaneen solun sisällä tai tartuttaessa soluja, ne esiintyvät itsenäisinä hiukkasina tai virioneina, jotka koostuvat: (i) geneettisestä materiaalista, ts. DNA tai RNA DNA pitkistä molekyyleistä, jotka koodaavat proteiinien rakenne, jolla ne toimivat; (ii) proteiinikerros, kapsiidi, joka ympäröi ja suojaa geneettistä materiaalia; ja joissain tapauksissa (iii) lipidien ulkopuolinen kirjekuori. Näiden hiukkasten muodot vaihtelevat yksinkertaisista kierteisistä ja ikosaedroisista muodoista enemmän complex -rakenteisiin. Useimmissa lajeissa virionit ovat liian pieniä, jotta niitä ei voida nähdä optisella mikroskoopilla, koska ne ovat sadasosaa suurimman osan bakteereista.

Niiden alkuperät elämän evoluutiohistoriassa ovat epäselviä: jotkut ovat voineet kehittyä plasmideista - DNA : n kappaleista, jotka voivat liikkua solujen välillä -, kun taas toiset ovat voineet kehittyä bakteereista. E evoluutiossa es ovat tärkeä keino horisontaaliseen geeninsiirtoon, joka lisää geneettistä monimuotoisuutta seksuaalisen lisääntymisen tapaisessa prosessissa. Jotkut biologit pitävät niitä elämänmuotona sillä perusteella, että heillä on geneettinen aineisto, lisääntyvät ja kehittyvät luonnollisen valinnan kautta, vaikka niistä puuttuu keskeisiä ominaisuuksia (kuten solurakenne), joita pidetään selvästi välttämättöminä elämän luetteloimiseksi. Sillä perusteella, että niillä on joitain, mutta ei kaikkia, tällaisia ​​ominaisuuksia, niitä on kuvattu elämän reunalla oleviksi organismeiksi ja replikaattoreiksi.

Virukset leviävät monin tavoin. Yksi tartuntareitti kulkee tautia kantavien organismien kautta, joita kutsutaan vektoreiksi: kuten es-bakteerit kulkeutuvat usein kasvista toiseen hyönteisten avulla, jotka ravitsevat kasvien mehusta, esimerkiksi kirvoja; Verta imevät hyönteiset voivat kuljettaa eläimiä andeja. Influenssa leviää yskimällä ja aivastelemalla. Norovirus ja rotavirus, yleiset viruksen gastroenteriitin syyt, leviävät ulosteen ja suun kautta, kulkeutuvat kosketukseen ja päästävät kehoon ruokaan tai veteen. HIV on yksi katkelmista, jotka välittyvät seksuaalisen kontaktin kautta ja altistamalla tartunnan saaneelle verelle. Erilaisia ​​isäntäsoluja, jotka voivat tartuttaa, kutsutaan sen isäntäalueeksi. Tämä voi olla kapea, mikä tarkoittaa, että a kykenee tartuttamaan muutamaa lajia, tai laaja, mikä tarkoittaa, että se kykenee tartuttamaan monia.

Eläinten virusinfektiot provosoivat immuunivasteen, joka yleensä eliminoi tartunnan. Immuunivasteita voidaan tuottaa samoin rokotteilla, jotka antavat keinotekoisesti hankitun immuniteetin spesifiselle virusinfektiolle. Jotkut, mukaan lukien ne, jotka aiheuttavat AIDS, HPV tartunnan ja virushepatiitin, kiertävät näitä immuunivasteita ja johtavat kroonisiin infektioihin. Useita viruslääkkeitä on kehitetty.

Etymologia

Sana bakteerit on uuden latinalaisen bakteerin monikko, joka on kreikkalaisen latinisaation βακτήριον (bakterioni), βακτηρία (bakteerit), joka tarkoittaa henkilökunta, ruoko, pienennys sillä perusteella, että ensimmäiset löydetyt olivat sauvan muotoisia.

Alkuperä ja varhainen kehitys

Nykyaikaisten bakteerien esi-isät olivat yksisoluiset mikro-organismit, jotka olivat ensimmäiset elämänmuodot, jotka ilmestyivät maapallolle, suhteessa 4 miljardiin vuoteen. 3 miljardiin vuoteen verrattuna suurin osa organismeista oli mikroskooppisia, ja bakteerit ja arhaea olivat hallitsevia elämänmuotoja. Huolimatta bakteerifossiileista, esimerkiksi stromatolites, niiden erottuvan morfologian puuttuminen estää heitä käyttämästä tutkimaan bakteerien evoluutiohistoriaa tai tietyn bakteerilajin alkuperäajankohtaa. Siitä huolimatta geenisekvenssejä voidaan käyttää rekonstruoimaan bakteerien fylogenyja, ja nämä tutkimukset osoittavat, että bakteerit eroavat ensin arkeallisesta / eukaryoottisesta suvusta. Viimeisin bakteerien ja archaea-esi-isä oli luultavasti hypertermofiili, jonka elinaika oli 2,5–3,2 miljardia vuotta sitten. Varhaisin elämä maalla voi olla bakteereja noin 3,22 miljardia vuotta sitten.

Bacteria osallistuivat samoin toiseen suureen evoluutioerotteluun, arkaaan ja eukaryootteihin. Tässä eukaryootit johtuivat muinaisten bakteerien siirtymisestä endosymbioottisiin assosiaatioihin eukaryoottisolujen esi-isien kanssa, jotka itse olivat mahdollisesti sukulaisia Archaea. Tähän sisälsi alfaproteobakteeristen symbionttien sitoutuminen proto-eukaryoottisoluihin muodostaen joko mitokondrioita tai vetyosomeja, joita on vielä löydetty kaikista tunnetuista Eukarya (joskus erittäin pelkistetyssä muodossa, esim. Muinaisissa "amitokondriaalisissa alkueläimissä). Myöhemmin jotkut eukaryootit, jotka jo sisälsivät mitokondrioita, samoin sulkivat sinileväbakteerien kaltaisia ​​organismeja, johtaen klooroplastien muodostumiseen kasveissa. Tätä kutsutaan ensisijaiseksi endosymbioosiksi.

Morfologia

Bacteria esittävät monenlaisia ​​muotoja ja kokoja, joita kutsutaan morfologioiksi. Bakteerisolut ovat suhteessa kymmenesosaan eukaryoottisolujen kokoa ja ovat yleensä 0,5–5,0 mikrometriä pitkiä. Siitä huolimatta, että muutama laji on näkyvissä alaston silmällä - esimerkiksi Thiomargarita namibiensis on jopa puoli millimetriä pitkä ja Epulopiscium fishelsoni saavuttaa 0,7 mm. Pienimmistä bakteereista kuuluu suvun Mycoplasma jäseniä, joiden mitat ovat vain 0,3 mikrometriä, niin pienet kuin largestetit. Jotkut bakteerit voivat olla vielä pienempiä, mutta näitä ultramikrobakteereita ei ole tutkittu hyvin.

Useimmat bakteerilajit ovat joko pallomaisia, nimeltään cocci (yksittäinen coccus, kreikan kókkosta, jyvä, siemen) tai sauvamaisia, nimeltään bacilli (laulaa. Bacillus, latinalaisesta baculuksesta, tikku). Jotkut bakteerit, nimeltään vibrio, ovat muodoltaan lievästi kaarevia sauvoja tai pilkun muotoisia; muut voivat olla spiraalin muotoisia, nimeltään spirilla, tai tiukasti käämittyjä, nimeltään spirochaetes. Pieni joukko muita epätavallisia muotoja on kuvattu, esimerkiksi tähdenmuotoiset bakteerit. Tämän laajan muotomuodon määrää bakteerisoluseinä ja sytoskeleton, ja se on tärkeä sillä perusteella, että se voi vaikuttaa bakteerien kykyyn hankkia ravintoaineita, kiinnittyä pintoihin, uida nesteiden läpi ja paeta saalistajia.

Monet bakteerilajit esiintyvät yksinkertaisesti yksisoluina, toiset yhdistyvät tunnusomaisissa kuvioissa: Neisseria muodostavat diploidit (parit), Streptococcus muodostavat ketjut ja stafylokokkiryhmän yhdessä rypäleiden joukossa. Bacteria voi myös ryhmittyä muodostamaan suurempia monisoluisia rakenteita, esimerkiksi Actinobacteria : n pitkänomaisia ​​filamenteja, myxobakteerien aggregaatteja ja complex : n Streptomyces hyksejä. Streptomyces. Nämä monisoluiset rakenteet näkyvät usein vain tietyissä olosuhteissa. Esimerkiksi, kun aminohapot nälkivät, myksobakteerit paljastavat ympäröivät solut toiminnassa, jota kutsutaan koorumin tunnistukseksi, siirtyvät toisiaan kohti ja aggregoituvat muodostamaan hedelmäkappaleita, joiden pituus on 500 mikrometriä ja jotka sisältävät noin 100 000 bakteerisolua. Näissä hedelmäkappaleissa bakteerit suorittavat erilliset tehtävät; kuten jokainen kymmenestä solusta, muuttuu hedelmäkappaleen yläosaan ja erottuu erikoistuneeksi lepotilaan, nimeltään myxospore, joka on kestävämpi kuivumiselle ja muille haitallisille ympäristöolosuhteille.

Bacteria kiinnittyvät usein pintoihin ja muodostavat tiheitä yhdistelmiä, joita kutsutaan biokalvoiksi, ja suurempia muodostelmia, joita kutsutaan mikrobimatoiksi. Nämä biofilmit ja matot voivat vaihdella muutamasta mikrometristä paksuuteen - jopa puoli metriä syvyyteen, ja ne voivat sisältää useita bakteereja, protisteja ja archaeaa. Bacteria Biofilmeissä elävät complex esittävät complex solujen ja solunulkoisten komponenttien järjestely, muodostaen sekundaarisia rakenteita, esimerkiksi mikrokolonioita, joiden läpi on kanavaverkkoja ravinteiden paremman diffuusion mahdollistamiseksi. Luonnollisissa ympäristöissä, esimerkiksi maaperässä tai kasvien pinnoissa, suurin osa bakteereista sitoutuu biokalvojen pintoihin. Biofilmit ovat samoin tärkeitä lääketieteessä, koska nämä rakenteet esiintyvät usein kroonisten bakteeri-infektioiden aikana tai implantoitujen lääkinnällisten laitteiden infektioissa, ja biokalvojen sisällä suojattuja bakteereja on paljon vaikeampi tappaa kuin yksittäisiä eristettyjä bakteereja.

Solurakenne

Solunsisäiset rakenteet

Bakteerisolua ympäröi solukalvo, joka on valmistettu pääasiassa fosfolipideistä. Tämä kalvo sulkee solun sisällön ja toimii esteenä ravinteiden, proteiinien ja muiden sytoplasman tärkeiden komponenttien pitämiseksi solussa. Toisin kuin eukaryoottisoluissa, bakteereista puuttuu sytoplasmassaan yleensä suuria membraaniin sitoutuneita rakenteita, esimerkiksi ytimessä, mitokondrioissa, klooriplasteissa ja muissa eukaryoottisoluissa läsnä olevissa organelleissa. Siitä huolimatta joillakin bakteereilla on proteiineihin sitoutuneita organelleja sytoplasmassa, jotka lokeroivat bakteerien metabolian näkökohdat, esimerkiksi karboksysomi. Lisäksi bakteereilla on monikomponenttinen sytoskeletoni proteiinien ja nukleiinihappojen lokalisoinnin kontrolloimiseksi solussa ja solunjakautumisen toiminnan hallitsemiseksi.

Monia tärkeitä biokemiallisia reaktioita, esimerkiksi energiantuotanto, tapahtuu siitä syystä, että pitoisuusgradientit kalvojen läpi muodostavat potentiaalieron, joka on analoginen akun kanssa. Bakteerien yleinen sisäisten membraanien puute tarkoittaa, että nämä reaktiot, esimerkiksi elektronien kuljetus, tapahtuvat solukalvon läpi sytoplasman ja solun tai periplasman ulkopinnan välillä. Siitä huolimatta, monissa fotosynteettisissä bakteereissa plasmamembraani on erittäin taitettu ja täyttää suurimman osan solusta valoa keräävän kalvon kerroksilla. Nämä valoa keräävät kompleksit voivat jopa muodostaa lipideihin suljettuja rakenteita, joita kutsutaan klorosomeiksi vihreissä rikkibakteereissa.

Bacteria : lla ei ole membraaniin sitoutunutta ydintä, ja niiden geneettinen materiaali on yleensä DNA : n yksi ympyränmuotoinen bakteerikromosomi, joka sijaitsee sytoplasmassa epäsäännöllisen muotoisessa kappaleessa, jota kutsutaan nukleoidiksi. Nukleoidi sisältää kromosomin siihen liittyvillä proteiineilla ja RNA. Kuten kaikki muutkin organismit, bakteerit sisältävät ribosomeja proteiinien tuottamiseksi, mutta bakteerien ribosomien rakenne eroaa eukaryooteista ja Archaea .

Jotkut bakteerit tuottavat solunsisäisiä ravinteiden varastointirakeita, esimerkiksi glykogeeni, polyfosfaatti, rikki tai polyhydroksialkanoaatit. Bacteria, esimerkiksi fotosynteettiset sinilevät, tuottavat sisäisiä kaasuvakuoleja, joita ne käyttävät säätelemään kelluvuutensa, sallien niiden siirtyä ylös tai alas vesikerroksiin, joiden valovoimat ja ravinnearvot ovat erilaiset.

Solunulkoiset rakenteet

Solukalvon ulkopuolella on soluseinä. Bakteerisoluseinät on valmistettu peptidoglykaanista (kutsutaan myös mureiniksi), joka on valmistettu polysakkaridiketjuista, jotka on silloitettu D-aminohappoja sisältävien peptidien kanssa. Bakteerisoluseinät ovat erillään kasvien ja sienten, jotka on valmistettu selluloosasta ja kitiinistä, soluseinämistä. Bakteerien soluseinä on myös epätasainen Archaea : n, joka ei sisällä peptidoglykaania, kanssa. Soluseinä on välttämätön monien bakteerien selviytymiselle, ja penisilliini-antibiootti (jota tuottaa Penicillium-niminen sieni) kykenee tappamaan bakteerit estämällä vaiheen peptidoglykaanin synteesissä.

Kaikissa bakteereissa on kahta erilaista soluseinän tyyppiä, jotka luokittelevat bakteerit gram-positiivisiksi ja gram-negatiivisiksi bakteereiksi. Nimet ovat peräisin solujen reaktiosta Gram-värjäykseen, joka on pitkä kokemus bakteerilajien luokittelusta.

Gram-positiivisilla bakteereilla on paksu soluseinä, joka sisältää monia kerroksia peptidoglykaania ja teichoic happoja. Gramnegatiivisilla bakteereilla on suhteellisen ohut soluseinä, joka koostuu muutamasta peptidoglykaanikerroksesta, joita ympäröi toinen lipidikalvo, joka sisältää lipopolysaccharides ja lipoproteiineja. Suurimmalla osalla bakteereista on gram-negatiivinen soluseinä, ja vain Firmicutes ja Actinobacteria (aikaisemmin tunnetuin matala G + C ja korkea G + C gram-positiiviset bakteerit) ovat vaihtoehtoisia grampositiivisia. Nämä rakenteelliset erot voivat tuottaa eroja antibioottiherkkyydessä; kuten vankomysiini voi tappaa vain gram-positiivisia bakteereja ja on tehoton gram-negatiivisia patogeenejä vastaan, esimerkiksi Haemophilus influenzae tai Pseudomonas aeruginosa. Joillakin bakteereilla on soluseinämärakenteita, jotka eivät ole klassisesti gram-positiivisia tai gram-negatiivisia. Tähän sisältyy kliinisesti tärkeitä bakteereja, esimerkiksi Mycobacteria, joilla on paksu peptidoglykaanisoluseinä, kuten grampositiivinen bakteeri, mutta samoin lipidien toinen ulkokerros.

Monissa bakteereissa S-kerros jäykästi järjestettyjä proteiinimolekyylejä peittää solun ulkopinnan. Tämä kerros tarjoaa kemiallisen ja fysikaalisen suojan solun pinnalle ja voi toimia makromolekyylien diffuusioesteenä. S-kerroksilla on erilaisia, mutta normaalisti huonosti ymmärrettäviä toimintoja, mutta niiden tiedetään toimivan virulenssitekijöinä Campylobacter : ssa ja sisältävät Bacillus pintaentsyymejä stearothermophilus : ssa.

Flagella ovat jäykkiä proteiinirakenteita, jotka liittyvät halkaisijaan 20 nanometriä ja pituuteen 20 mikrometriä ja joita käytetään liikkuvuuteen. Flagella ohjataan energialla, joka vapautuu siirtämällä ioneja sähkökemiallisen gradientin kautta solukalvon läpi.

Fimbriae (jota joskus kutsutaan "kiinnittymispiloiksi) ovat hienoja proteiinifilamentteja, joiden halkaisija on yleensä 2–10 nanometriä ja joiden pituus voi olla useita mikrometrejä. Ne jakautuvat solun pintaan ja muistuttavat hienoja karvoja, kun niitä nähdään elektronimikroskoopin alla. Fimbriae uskotaan osallistuvan attachment kiinteisiin pintoihin tai muihin soluihin, ja ne ovat välttämättömiä joidenkin bakteeripatogeenien virulenssille. Pili (laulaa. Pilus) ovat solujen lisäykset, hiukan suurempia kuin fimbriat, jotka voivat siirtää geneettistä materiaalia bakteerisolujen välillä toiminnassa, jonka nimi on conjugation, jossa niitä kutsutaan conjugation piliksi tai sukupuoleksi (katso bakteerigenetiikka alla). Ne voivat myös tuottaa liikettä, kun niitä kutsutaan tyypin IV piliksi.

Monet bakteerit tuottavat glykosokalyksia solujen ympäröimiseksi, ja sen rakenteellinen monimutkaisuus vaihtelee: ainakin epäsoluisien polymeeristen aineiden epäorgaanisesta limakerroksesta erittäin rakenteelliseen kapseliin. Nämä rakenteet voivat suojata soluja eukaryoottisolujen imeytymiseltä, esimerkiksi makrofageilta (osa ihmisen immuunijärjestelmää). Ne voivat myös toimia antigeeneinä ja osallistua solujen tunnistamiseen, lisäksi avuksi attachment pinnoille ja biofilmien muodostumiselle.

Näiden solunulkoisten rakenteiden kokoonpano on riippuvainen bakteerien erityssysteemeistä. Nämä siirtävät proteiineja sytoplasmasta periplasmaan tai solun ympäristön ympäristöön. Monia eritysjärjestelmiä tunnetaan ja nämä rakenteet ovat usein välttämättömiä taudinaiheuttajien virulenssille, joten niitä tutkitaan intensiivisesti.

Endospores

Tietyt grampositiivisten bakteerien suvut, esimerkiksi Bacillus, Clostridium, Sporohalobacter, Anaerobacter ja Heliobacterium, voivat muodostaa erittäin kestäviä, lepotilassa olevia rakenteita, joita kutsutaan endospooriksi. Endospores kehittyvät solun sytoplasmassa; selvästi yksi endospoori kehittyy jokaisessa solussa. Jokainen endospoori sisältää DNA : n ytimen ja ribosomit, joita ympäröi aivokuori, ja suojattu monikerroksisella jäykällä päällysteellä, joka koostuu peptidoglykaanista ja monista proteiineista.

Endospores eivät osoita havaittavissa olevaa aineenvaihduntaa ja voivat selviytyä äärimmäisistä fysikaalisista ja kemiallisista rasituksista, esimerkiksi korkeista UV-valon, gammasäteilyn, pesuaineiden, desinfiointiaineiden, lämmön, jäätymisen, paineen ja kuivauksen korkeista tasoista. Tässä lepotilassa nämä organismit voivat pysyä elinkelpoisina miljoonien vuosien ajan, ja endospoorien ansiosta bakteerit voivat jopa selviytyä altistumisesta alipaineelle ja säteilylle, mahdollisesti bakteerit voisivat levitä maailmankaikkeuteen avaruuspölyn, meteoroidien, asteroidien, komeetojen, planetoidien avulla tai suunnatun panspermia kautta. Endospoorien muodostavat bakteerit voivat myös aiheuttaa vaivaa: kuten anthrax voi supistua hengittämällä Bacillus anthracis endosporaa ja kontaminoimalla syvät haavat Clostridium tetani endospoorit aiheuttavat jäykkäkouristusta.

Aineenvaihdunta

Bacteria osoittaa erittäin laajan valikoiman metabolisia tyyppejä. Metabolisten piirteiden jakautumista bakteeriryhmässä on perinteisesti käytetty niiden taksonomian määrittelemiseen, mutta nämä piirteet eivät usein vastaa nykyaikaisia ​​geneettisiä luokituksia. Bakteerien aineenvaihdunta luokitellaan ravintoryhmiin kolmen pääkriteerin perusteella: energialähde, käytetyt elektroninluovuttajat ja kasvuun