Medicinsk mikrobiologi I: Patogener och mänskligt mikrobiom

By Rogers Nilstrem, Allen Kuslovic and Andreas Vanilssen

Det finns flera vägar genom vilka patogener kan invadera en värd. De viktigaste vägarna har olika episodiska tidsramar, men jord har den längsta eller mest beständiga potentialen för att hysa en patogen. Sjukdomar hos människor som orsakas av smittsamma medel kallas patogena sjukdomar. Det mänskliga mikrobiomet är aggregatet av alla microbiota som är bosatta på eller i mänskliga vävnader och biofluider tillsammans med motsvarande anatomiska platser i vilka de bor, inklusive huden, bröstkörtlar, morkaka, spermvätska, livmoder, äggstocksfolliklar, lunga, saliv, munslemhinna, konjunktiva, gallvägar och mag-tarmkanalen. Innehållet i denna bok: Patogen, Prion, virus, patogena bakterier, svamp, patogen svamp, mänsklig parasit, protoso, parasitmask, lista över parasiter på människor, klinisk mikrobiologi, värd-patogen interaktion, infektionssjukdom, lista över infektionssjukdomar, infektioner associerad med sjukdomar, Humant mikrobiom, Human Microbiome Project, Biodiversitetshypotes om hälsa, Inledande förvärv av microbiota, Human virome, Human gastrointestinal microbiota, Tarmhjärnaxel, psykobiotisk, koloniseringsresistens, hudflora, vaginal flora, vaginal flora under graviditet, lista över bakteriell vaginos microbiota, placentalt mikrobiom, mikrobiom för mjölk, oral ekologi, salivmikrobiom, lunga microbiota, lista över human microbiota, Probiotiska, Probiotika hos barn, Psychobiotic, Bacillus clausii, Postbiotic, Proteobiotics, Synbiotics, Bacillus coagulans, Bakteriell vaginos, Bifidobacterium animalis, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum, Botryosphaeran, Clostridium butyricum, Escherichia coli Nissle 1917, Gal4 transkriptionsfaktor, Ganeden, Lactinex, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus crispatus .
Authors: Rogers Nilstrem, Allen Kuslovic, Andreas Vanilssen

• Language: Svenska
• Publisher: Cambridge Stanford Books
• Release date: Sep 20, 2020
• ISBN: 9781005923396

Book preview

Medicinsk mikrobiologi

Medicinsk mikrobiologi, den stora delmängden mikrobiologi som tillämpas på medicin, är en gren av medicinsk vetenskap som sysslar med förebyggande, diagnos och behandling av infektionssjukdomar. Vidare studerar detta vetenskapsområde olika kliniska tillämpningar av mikrober för att förbättra hälsan. Det finns fyra typer av mikroorganismer som orsakar infektionssjukdom: bakterier, svampar, parasiter och virus och en typ av infektiöst protein som kallas prion.

En medicinsk mikrobiolog studerar egenskaperna hos patogener, deras överföringssätt, infektionsmekanismer och tillväxt. Med hjälp av denna information kan en behandling utformas. Medicinska mikrobiologer fungerar ofta som konsulter för läkare, tillhandahåller identifiering av patogener och föreslår behandlingsalternativ. Andra uppgifter kan inkludera identifiering av potentiella hälsorisker för samhället eller övervaka utvecklingen av potentiellt virulenta eller resistenta stammar av mikrober, utbilda samhället och hjälpa till utformningen av hälsopraxis. De kan också hjälpa till att förebygga eller kontrollera epidemier och utbrott av sjukdom. Inte alla medicinska mikrobiologer studerar mikrobiell patologi; vissa studerar vanliga, icke-patogena arter för att bestämma om deras egenskaper kan användas för att utveckla antibiotika eller andra behandlingsmetoder.

Epidemiologi, studien av mönstren, orsakerna och effekterna av hälsa och sjukdomar i populationer, är en viktig del av den medicinska mikrobiologin, trots det kliniska inslaget i fältet som grundläggande fokuserar på förekomsten och tillväxten av mikrobiella infektioner hos individer, deras effekter på människokroppen och metoderna för att behandla dessa infektioner. I detta sammanhang kan hela fältet, som en tillämpad vetenskap, konceptuellt delas upp i akademiska och kliniska subspecialiteter, trots att det i verkligheten finns ett flytande kontinuum mellan folkhälsomikrobiologi och diagnostisk medicinsk mikrobiologi, precis som modern teknik i kliniska laboratorier beror på ständiga förbättringar i akademisk medicin och forskningslaboratorier.

Vanligtvis behandlade infektionssjukdomar

Bakteriell

Streptokock faryngit

Chlamydia

Tyfus feber

Tuberkulos

Viral

Rotavirus

Hepatit C

Human papillomavirus ( HPV)

Parasitisk

Malaria

Giardia lamblia

Toxoplasma gondii

Svamp

Candida

Histoplasmos

Orsaker och överföring av infektionssjukdomar

Infektioner kan orsakas av bakterier, es, svampar och parasiter. Den patogen som orsakar sjukdomen kan vara exogen (förvärvad från en yttre källa; miljö, djur eller annan människa, t.ex. influensa) eller endogen (från normal flora, t.ex. Candidiasis).

Webbplatsen vid vilken en mikrob kommer in i kroppen kallas inträdesportalen. Dessa inkluderar luftvägarna, mag-tarmkanalen, könsorganen, hud och slemhinnor. Portalen för inträde för en specifik mikrob beror främst på hur den reser från sin naturliga livsmiljö till värden.

Det finns olika sätt på vilka sjukdom kan överföras mellan individer. Dessa inkluderar:

Direkt kontakt - Rör vid en infekterad värd, inklusive sexuell kontakt

Indirekt kontakt - Vid beröring av en förorenad yta

Droppkontakt - hosta eller nysa

Fekal – oral väg - Förtäring av förorenade livsmedel eller vattenkällor

Luftburen transmission - Patogenbärande sporer

Vektoröverföring - En organisme som inte orsakar sjukdomen men överför infektion genom att förmedla patogener från en värd till en annan

Fomite transmission - Ett livlöst föremål eller ämne som kan bära smittsamma bakterier eller parasiter

Miljö - sjukhusförvärvad infektion (Nosocomial infektioner)

Liksom andra patogener använder de dessa överföringsmetoder för att komma in i kroppen, men skiljer sig åt att de också måste gå in i värdens faktiska celler. När den har fått tillgång till värdens celler måste det 'genetiska materialet (RNA eller DNA) införas i cellen. Replikationen mellan dessa är mycket varierande och beror på typen av gener som är inblandade i dem. De flesta DNA: er samlas i kärnan, å andra sidan utvecklas de flesta RNA enbart i cytoplasma.

Mekanismerna för infektion, spridning och uthållighet av en i värdcellerna är avgörande för dess överlevnad. Såsom vissa sjukdomar, till exempel mässlor, använder en strategi där den måste spridas till en serie värdar. I dessa former av viral infektion behandlas sjukdomen ofta av kroppens eget immunsvar, och därför krävs det för att spridas till nya värdar innan den förstörs av immunologisk resistens eller värd death. Medan vissa smittämnen, till exempel Feline leukemia, kan motstå immunsvar och kan uppnå långvarig uppehåll inom en individuell värd, samtidigt som de bibehåller förmågan att sprida sig till successiva värdar.

Diagnostiska tester

Identifiering av ett smittämne för en mindre sjukdom kan vara lika enkelt som klinisk presentation; till exempel gastrointestinal ail och hudinfektioner. För att göra en utbildad uppskattning av vilken mikrob som kan orsaka sjukdomen måste epidemiologiska faktorer beaktas. till exempel patientens sannolikhet för exponering för den misstänkta organismen och förekomsten och förekomsten av en mikrobiell stam i ett samhälle.

Diagnos av infektionssjukdom initieras nästan alltid genom att konsultera patientens sjukdomshistoria och genomföra en fysisk granskning. Mer detaljerade identifieringstekniker involverar mikrobiell gröda, mikroskopi, biokemiska tester och genotypning. Ytterligare mindre vanliga tekniker (som röntgenstrålar, CAT -skanningar, PET -skanningar eller NMR) används för att producera bilder av interna avvikelser till följd av tillväxten av ett smittämne.

Mikrobiell gröda

Mikrobiologisk gröda är den primära operationen som används för att isolera smittsam sjukdom för studier på laboratoriet. Vävnads- eller vätskeprover testas för närvaro av en specifik patogen, som bestäms av tillväxt i ett selektivt eller differentiellt medium.

De tre huvudtyperna medier som används för testning är:

Fast gröda: En fast yta skapas med en blandning av näringsämnen, salter och agar. En enda mikrobe på en agarplatta kan sedan växa till kolonier (kloner där celler är identiska med varandra) som innehåller tusentals celler. Dessa används i grunden för att odla bakterier och svampar.

Flytande gröda: Celler odlas i ett flytande medium. Mikrobiell tillväxt bestäms av den tid det tar för vätskan att bilda en kolloidal suspension. Denna teknik används för att diagnostisera parasiter och upptäcka mycobacteria .

Cellgrödor: Grödor från mänskliga eller animaliska celler är infekterade med den intressanta mikroben. Dessa grödor observeras sedan för att bestämma effekten mikroben har på cellerna. Denna teknik används för identifiering.

Mikroskopi

Grödningstekniker använder ofta en mikroskopisk granskning för att hjälpa till att identifiera mikroben. Instrument till exempel sammansatta ljusmikroskop kan användas för att bedöma kritiska aspekter av organismen. Detta kan utföras omedelbart efter det att provet togs från patienten och används i samband med biokemiska färgningstekniker, vilket möjliggör upplösning av cellulära funktioner. Elektronmikroskop och fluorescensmikroskop används på samma sätt för att observera mikrober mer detaljerat för forskning.

Biokemiska tester

Snabba och relativt enkla biokemiska tester kan användas för att hitta smittämnen. För bakteriell identifiering är användningen av metaboliska eller enzymatiska egenskaper vanliga av anledningen till att deras förmåga att jäs kolhydrater i mönster som är karakteristiska för deras släkt och art. Syror, alkoholer och gaser upptäcks vanligen i dessa test när bakterier odlas i selektivt flytande eller fast medium, såsom nämnts ovan. För att utföra dessa tester i massa används automatiserade maskiner. Dessa maskiner utför flera biokemiska tester samtidigt och använder kort med flera brunnar som innehåller olika dehydratiserade kemikalier. Mikroben av intresse kommer att reagera med varje kemikalie i en specifik process och hjälpa till att identifiera den.

Serologiska metoder är mycket känsliga, specifika och ofta extremt snabba laboratorietester som används för att hitta olika typer av mikroorganismer. Testen är baserade på förmågan hos en antikropp att binda särskilt till ett antigen. Antigenet (vanligtvis ett protein eller kolhydrat framställt av ett smittämne) är bundet av antikroppen, vilket gör att denna typ av test kan användas för andra organismer än bakterier. Denna bindning sätter sedan upp en kedja av händelser som enkelt och definitivt kan observeras, beroende på testet. Mer complex serologiska tekniker är kända som immunanalyser. Med användning av en liknande bas som beskrivits ovan, kan immunanalyser avslöja eller mäta antigen från antingen smittämnen eller proteinerna som genereras av en infekterad värd som svar på infektionen.

Polymeraskedjereaktion

PCR Analyser av polymeraskedjereaktion( PCR) är den mest typiska molekylära tekniken för att avslöja och studera mikrober. Jämfört med andra metoder är sekvensering och granskning definitiv, pålitlig, korrekt och snabb. Idag är kvantitativ PCR den primära tekniken som används, eftersom denna operation ger snabbare data jämfört med en standard PCR -analys. Såsom traditionella PCR -tekniker kräver användning av gel electrophoresis för att visualisera amplifierade DNA -molekyler efter det att reaktionen är avslutad. Kvantitativt PCR kräver inte detta, eftersom den upptäckta etablerade ordningen använder fluorescens och sonder för att avslöja DNA molekyler när de förstärks. Vidare avlägsnar kvantitativ PCR på samma sätt risken för kontaminering som kan uppstå under standard PCR -procedurer( PCR överföring av -produkt till efterföljande PCR). En annan fördel med att använda PCR för att avslöja och studera mikrober är att DNA -sekvenserna av nyupptäckta infektiösa mikrober eller stammar kan jämföras med de som redan finns listade i databaser, vilket i sin tur hjälper till att öka förståelsen för vilken organisme som orsakar den smittsamma ail och följaktligen vilka möjliga behandlingsmetoder som kan användas. Denna teknik är den nuvarande standarden för att upptäcka virusinfektioner till exempel AIDS och hepatit.

Behandlingar

När en infektion har diagnostiserats och identifierats måste lämpliga behandlingsalternativ utvärderas av läkaren och den konsulterande medicinska mikrobiologen. Vissa infektioner kan hanteras i kroppens egen immunförsvar ordning, men mer allvarliga infektioner behandlas med antimikrobiella läkemedel. Bakterieinfektioner behandlas med antibakteriella medel (ofta kallade antibiotika) i kontrast svampinfektioner och virala infektioner behandlas med antifungaler respektive antivirala. En bred klass av läkemedel som kallas antiparasitics används för att behandla parasitsjukdomar.

Medicinska mikrobiologer gör ofta behandlingsrekommendationer till patientens läkare baserat på stammen av mikrob och dess antibiotikaresistens, infektionsstället, den potentiella toxiciteten för antimikrobiella läkemedel och alla läkemedelsallergier som patienten har.

Förutom läkemedel som är specifika för en viss typ av organismer (bakterier, svampar etc.) är vissa läkemedel specifika för ett visst släkte eller organismer och fungerar inte på en annan organismer. På grund av att denna specificitet måste medicinska mikrobiologer beakta effektiviteten hos vissa antimikrobiella läkemedel när de lämnar rekommendationer. Dessutom kan stammar av en organisme vara resistenta mot ett visst läkemedel eller klass av läkemedel, även när det vanligtvis är effektivt mot arten. Dessa stammar, benämnda resistenta stammar, utgör ett allvarligt folkhälsoproblem av växande betydelse för den medicinska industrin när spridningen av antibiotikaresistens förvärras. Antimikrobiell resistens är en allt mer problematisk fråga som leder till miljoner dödsfall varje år.

Medan läkemedelsresistens vanligen involverar mikrober som kemiskt inaktiverar ett antimikrobiellt läkemedel eller en cell som mekaniskt stoppar upptagningen av ett läkemedel, kan annan form av läkemedelsresistens uppstå från bildandet av biofilmer. Vissa bakterier kan bilda biofilmer genom att hålla fast vid ytor på implanterade anordningar, till exempel katetrar och proteser och skapa en extracellulär matris för att en annan cell kan fästas. Detta ger dem en stabil miljö från vilken bakterierna kan spridas och infektera andra delar av värden. Dessutom kan den extracellulära matrisen och det täta yttre skiktet av bakterieceller skydda de inre bakteriecellerna från antimikrobiella läkemedel.

Medicinsk mikrobiologi avser inte bara diagnos och behandling av sjukdom, det inbegriper också studiet av fördelaktiga mikrober. Mikrober har visat sig vara till hjälp i att bekämpa smittsam sjukdom och främja hälsa. Behandlingar kan utvecklas från mikrober, vilket demonstreras av Alexander Flemings upptäckt av penicillin dessutom som utveckling av nya antibiotika från bakteriens släkt Streptomyces bland många andra. Mikroorganismer är inte bara en källa till antibiotika utan vissa kan också fungera som probiotics för att ge hälsovärden för värden, till exempel för att ge bättre gastrointestinal hälsa eller hämma patogener.

Pathogen

I biologin, en patogen i äldsta och bredaste bemärkelse, är allt som kan producera sjukdom. En patogen kan likaså kallas ett smittämne eller helt enkelt en grodd.

Termen patogen kom i bruk på 1880-talet. Vanligtvis används termen för att beskriva en infektiös mikroorganism eller medel, till exempel en, bakterie, protosoaan ,, viroid eller svamp. Små djur, till exempel vissa typer av maskar och insektslarver, kan på samma sätt producera ail. Icke desto mindre benämns dessa djur ofta, i vanligt parlance, parasiter i stället för patogener. Den vetenskapliga studien av mikroskopiska organismer, inklusive mikroskopiska patogena organismer, kallas mikrobiologi, å andra sidan kallas studien av ail som kan inkludera dessa patogener patologi. Parasitologi är under tiden den vetenskapliga studien av parasiter och organismer som är värd för dem.

Det finns flera vägar genom vilka patogener kan invadera en värd. De huvudsakliga vägarna har olika episodiska tidsramar, men jord har den längsta eller mest beständiga potentialen för att hysa en patogen. Sjukdomar hos människor som orsakas av infektionsmedel är kända som patogena sjukdomar, även om inte alla sjukdomar orsakas av patogener. Vissa sjukdomar, till exempel Huntingtons sjukdom, orsakas av arv av onormala gener.

Patogenicitet

Patogenicitet är den potentiella sjukdomsframkallande kapaciteten hos patogener. Patogenicitet är relaterat till virulens i betydelse, men vissa myndigheter har kommit att avslöja det som en kvalitativ term, däremot den senare är kvantitativ. Med denna standard kan en organisme sägas vara patogen eller icke-patogen i ett särskilt sammanhang, men inte mer patogent än annat. Sådana jämförelser beskrivs i stället i termer av relativ virulens. Patogenicitet är likaledes ojämlik från överförbarheten hos, vilket kvantifierar risken för infektion.

En patogen kan beskrivas i termer av dess förmåga att producera toxiner, komma in i vävnad, kolonisera, kapa näringsämnen och dess förmåga att immunsuppressera värden.

Kontextberoende patogenicitet

Det är vanligt att tala om en hel art av bakterier som patogen när den identifieras som orsaken till en sjukdom (jfr Kochs postulater). Den moderna uppfattningen är dock att patogenicitet beror på det mikrobiella ekosystemet som helhet. En bakterie kan delta i opportunistiska infektioner i immunkomprometterade värdar, erhålla virulensfaktorer genom plasmidinfektion, överföras till ett olikt ställe i värden eller svara på förändringar i det övervägande antalet andra bakterier som är närvarande. Såsom infektion av mesenteriska lymfkörtlar hos möss med Yersinia kan rensa processen för fortsatt infektion av dessa platser med Lactobacillus, möjligen genom en mekanism för immunologisk ärrbildning.

Relaterade begrepp

Virulens

Virulens (en patogens tendens att minska värdens kondition) utvecklas när en patogen kan spridas från en sjuk värd, trots att värden blir försvagad. Horisontell överföring sker mellan värdar av samma art, medan till vertikal överföring, som tenderar att utvecklas mot symbios (efter en period med hög morbiditet och dödlighet i befolkningen) genom att koppla patogenens evolutionära framgång till värdorganismens evolutionära framgång. Evolutionsbiologi föreslår att många patogener utvecklar en optimal virulens vid vilken konditionen som uppnås genom ökad replikationsgrad balanseras av avvägningar i minskad överföring, men de exakta mekanismerna bakom dessa förhållanden förblir kontroversiella.

Överföring

Överföring av patogener sker genom många olika vägar, inklusive luftburen, direkt eller indirekt kontakt, sexuell kontakt, genom blod, bröstmjölk eller annan kroppsvätska och genom den fekal-orala vägen.

Typer av patogener

Prioner

Prioner är felvikta proteiner som kan överföra sitt felfoldade tillstånd till ett annat huvudsakligen viktproteiner av samma typ. De innehåller inget DNA eller RNA och kan inte replikera ett annat än att konvertera redan existerande normala proteiner till felaktigt tillstånd. Dessa onormalt viktade proteiner finns definitivt i vissa sjukdomar, till exempel skrapie, bovin spongiform encefalopati (galna ko-sjukdomen) och Creutzfeldt – Jakob ail.

Virus

Virus är små partiklar, vanligtvis mellan 20 och 300 nanometer långa, som innehåller RNA eller DNA .e kräver en värdcell för att replikera. Några av de sjukdomar som orsakas av virala patogener inkluderar smittkoppor, influensa, kusma, mässling, vattkoppor, ebola, HIV och röda HIV hundar.

Patogenices kommer strikt från familjerna: Adenoviridae, Picornaviridae, Herpesviridae, Hepadnaviridae, Flaviviridae, Retroviridae, Orthomyxoviridae, Paramyxoviridae, Papovaviridae, Polyomavirus, Rhabdoviridae och Togaviridae. HIV är en anmärkningsvärd familjemedlem Retroviridae som drabbade 37,9 miljoner människor över hela världen 2018.

Bacteria

De allra flesta bakterier, som kan variera mellan 0,15 och 700 μM i längd, är ofarliga eller gynnsamma för människor. Icke desto mindre kan en relativt liten lista med orsaka infektionssjukdomar. Har flera sätt att de kan orsaka sjukdom. De kan antingen direkt påverka cellerna i deras värd, producera endotoxiner som skadar deras värdceller eller orsakar ett tillräckligt starkt immunsvar att värdcellerna skadas.

En av de bakteriella sjukdomarna med den högsta sjukdomsbördan är tuberkulos, orsakad av bakterien Mycobacterium tuberkulos, som dödade 1,5 miljoner människor 2013, normalt i Afrika söder om Sahara. Bidra till ytterligare globala betydelsefulla sjukdomar, till exempel lunginflammation, som kan orsakas av bakterier till exempel Streptococcus och Pseudomonas, och livsmedelsburna sjukdomar, som kan orsakas av bakterier till exempel Shigella, Campylobacter och Salmonella. På samma sätt orsakar infektioner till exempel tetanus, tyfusfeber, difteri, syfilis och spetälska.

Svampar

Svampar är eukaryota organismer som kan fungera som patogener. Det finns cirka 300 kända svampar som är patogena för människor inklusive Candida albicans, som är den vanligaste orsaken till trast, och Cryptococcus neoformans, vilket kan orsaka en allvarlig form av meningit. Den typiska svampsporstorleken är <4,7 um i längd, men vissa sporer kan vara större.

Alger

Alger är encelliga växter som uppenbarligen inte är patogena trots patogena sorter. Protothecosis är en sjukdom som finns hos hundar, katter, nötkreatur och människor orsakade av en typ av grönalger känd som prototheca som saknar klorofyll.

Andra parasiter

Vissa eukaryota organismer, inklusive ett antal protozoer och helminter, är.

Pathogen värdar

Bacteria

Även om bakterier kan vara patogener själva, kan de på samma sätt smittas av patogener. De är, även kända som fag, som infekterar bakterier som ofta leder till death av de bakterier som infekterats. Vanliga inkluderar T7 och Lamda-fagen. Det finns ar som infekterar alla slags bakterier inklusive både gram-negativa och gram-positiva. Till och med som infekterar en annan art, inklusive människor, kan smittas med en fag.

Växter

Växter kan vara värd för ett brett utbud av patogentyper, inklusive bakterier, svampar, nematoder och till och med en annan växter. Bland anmärkningsvärda planter ingår Papaya-ringpotten som har orsakat miljontals dollar skador på jordbrukare i Hawaii och Sydostasien, och tobaksmosaiken som fick forskaren Martinus Beijerinck att mynta uttrycket virus 1898. Bakterieväxtpatogener är också ett allvarligt problem orsakar bladfläckar, blights och rots i många växtarter. De två bästa bakteriepatogenerna för växter är P. Syringae och R. Solanacearum som orsakar bladbrunning och ett annat problem i potatis, tomater och bananer.

Svampar är en annan viktig patogen typ för växter. De kan orsaka en mängd olika problem, till exempel kortare växthöjd, tillväxter eller gropar på trädstammar, rot- eller utsädesrötning och bladfläckar. Vanliga och allvarliga växtsvampar inkluderar risblästsvampen, nederländsk alm-ail, kastanjeblås och den svarta knuten och bruna rådsjukdomar i körsbär, plommon och persikor. Det uppskattas att enbart orsakar upp till 65% minskning av grödan.

Sammantaget har växter ett brett utbud av patogener och det har uppskattats att endast 3% av den orsak som orsakas av växtpatogener kan hanteras.

Djur

Djur smittas ofta med många av samma eller liknande patogener som människor inkluderar, es, bakterier och svampar. Å andra sidan får vilda djur ofta sjukdomar, den större faran är för boskap. Det uppskattas att i landsbygden kan 90% eller mer av dödsfall från boskap tillskrivas patogener. Ail bovine spongiform encefalopati, vanligtvis känd som Mad cow ail, är en av få sjukdomar som drabbar djur. Andra djursjukdomar inkluderar en mängd immunbriststörningar som orsakas av relaterade till humant immunbrist( HIV) inklusive BIV och FIV .

Människor

Människor kan smittas med många typer av patogener, inklusive es, bakterier och svampar och bakterier som infekterar människor kan orsaka symtom till exempel nysningar, hosta, feber, kräkningar och till och med leda till death. Vissa av dessa symtom orsakas av sig själv, å andra sidan orsakas andra av den infekterade personens immunförankrade ordning.

Behandling

Prion

Trots många försök har hittills ingen terapi visat sig stoppa utvecklingen av sjukdomar.

Virus

För vissa virala patogener finns ett antal förebyggande och behandlingsalternativ. Vacciner är en vanlig och effektiv förebyggande åtgärd mot olika virala patogener. Vacciner främjar värdens immunupprättade ordning, så att när den potentiella värden möter i naturen, kan den immunupprättade ordningen snabbt försvara sig mot infektion. Vacciner finns bland annat mässling, kusma och röda hundar och influensan. Vissa till exempel HIV, dengue och chikungunya har inte vacciner tillgängliga.

Behandling av virusinfektioner innebär ofta att man behandlar symptomen på infektionen i stället för att tillhandahålla någon medicin som påverkar själva den virala patogenen. Att behandla symptomen på en viral infektion ger värdens immun etablerade ordertid för att utveckla antikroppar mot den virala patogenen som sedan kommer att rensa infektionen. I vissa fall är behandling mot det nödvändigt. Ett exempel på detta är HIV där antiretroviral terapi, även känd som ART eller HAART, behövs för att förhindra immuncellförlust och utvecklingen till AIDS .

Bacteria

Mycket som virala patogener kan infektion av vissa bakteriella patogener förebyggas via vacciner. Vacciner mot bakteriepatogener inkluderar anthrax -vaccinet och pneumokockvaccinet. Många andra bakteriella patogener saknar vacciner som ett förebyggande åtgärder, men infektion av dessa bakterier kan ofta behandlas eller förebyggas med antibiotika. Vanliga antibiotika inkluderar amoxicillin, ciprofloxacin och doxycyklin. Varje antibiotikum har olika bakterier som det är effektivt mot och har olika mekanismer för att döda bakterierna. Såsom doxycyclin hämmar syntesen av nya proteiner i både gramnegativa och grampositiva bakterier vilket leder till death hos de drabbade bakterierna.

Delvis på grund av förskrivning av antibiotika under omständigheter där de inte behövs, har vissa bakteriepatogener utvecklat antibiotikaresistens och blir svåra att behandla med klassiska antibiotika. En genetiskt ojämlik stam av kallad MRSA är ett exempel på en bakteriepatogen som är svår att behandla med vanliga antibiotika. En rapport som släpptes 2013 av Center for ail Control( CDC) uppskattade att minst 2 miljoner människor varje år i USA får en antibiotikaresistent bakteriell infektion, och att minst 23 000 personer dör av dessa infektioner.

Svampar

Infektion med svamppatogener behandlas med svampmedicin. Svampinfektioner till exempel idrottsman fot, jock klåda och ringorm är infektioner i huden och kan behandlas med aktuella anti-svamp mediciner som Clotrimazole. En annan vanlig vanlig svampinfektion inkluderar infektioner av jäststammen Candida albicans. Candida kan orsaka infektioner i munnen eller halsen, ofta kallad trost, eller det kan orsaka vaginala infektioner. Dessa inre infektioner kan antingen behandlas med svampdämpande krämer eller med oral medicinering. Vanliga läkemedel mot svamp mot interna infektioner inkluderar Echinocandin-läkemedelsfamiljen och Fluconazole .

Alger

Alger anses vanligtvis inte vara patogener, men släktet Prototheca är känt för att orsaka sjukdom hos människor. Behandling för denna typ av infektion undersöks för närvarande och det finns ingen konsistens i klinisk behandling.

Sexuella interaktioner

Många patogener kan sexuell interaktion. Bland sexuell interaktion inträffar celler mellan samma art genom naturlig genetisk transformation. Transformation innefattar överföringen av DNA från en givarcell till en mottagarcell och integrationen av givaren DNA i mottagargenomet genom rekombination. Exempel på bakteriella patogener med förmåga till naturlig transformation är Helicobacter pylori, Haemophilus influenzae, Legionella pneumophila, Neisseria gonorrhoeae och Streptococcus pneumoniae .

Eukaryota patogener kan ofta ha sexuell interaktion genom en handling som involverar meios och syngamy. Meios innebär en intim parning av homologous kromosomer och rekombination mellan dem. Exempel på eukaryota patogener som kan kön inkluderar protozoanparasiterna Plasmodium falciparum, Toxoplasma gondii, Trypanosoma brucei, Giardia intestinalis och svamparna Aspergillus fumigatus, Candida albicans och Cryptococcus neoformans.

Virus kan också genomgå sexuell interaktion när två eller flera virala genom kommer in i samma värdcell. Denna åtgärd involverar parning av homologous -genom och rekombination mellan dem genom en åtgärd som kallas multiplikationsreaktivering. Exempel på sådana som genomgår denna verkan är herpes simplex, human immunbrist och vaccinia.

De sexuella processerna i bakterier, mikrobiella eukaryoter och andra inbegriper rekombination mellan homologous -gener som tycks underlätta reparationen av genomskador på patogenernas genom genom försvaret från deras respektive målvärdar.

Prion

Prioner är felvikta proteiner med förmågan att överföra sin felvikta form till normala varianter av samma protein. De karaktäriserar flera dödliga och överförbara neurodegenerativa sjukdomar hos människor och många andra djur. Det är inte känt vad som får det normala proteinet att fällas in, men den onormala tredimensionella strukturen misstänks för att ge smittsamma egenskaper och kollapsar närliggande proteinmolekyler i samma form. Ordet härstammar från proteinhaltig smittsam partikel. Den hypotesiserade rollen för ett protein som ett smittämne är medan alla andra kända smittämnen såsom aser, bakterier, svampar och parasiter, som alla innehåller nukleinsyror (DNA, RNA eller båda).

Prionvarianter av proteinet( PrP), vars specifika tjänst är osäker, antas som orsaken till överförbara spongiforma encefalopatier (TSE), inklusive skrapie hos får, kronisk slösande ail( CWD) i rådjur, bovin spongiform encefalopati( BSE) hos nötkreatur (vanligtvis känd som "mad cow-sjukdom) och Creutzfeldt – Jakob ail( CJD) hos människor. Alla kända sjukdomar hos däggdjur påverkar strukturen i hjärnan eller annan nervvävnad; alla är progressiva, har ingen känd effektiv behandling och är alltid dödliga. Fram till 2015 ansågs alla kända däggdjursjukdomar orsakas av proteinet( PrP); ändå 2015 flera etablerade orderatrofi( MSA) visade sig vara överförbar och antogs orsakas av en form av alfa-synuclein.

Prioner bildar onormala aggregat av proteiner som kallas amyloider, som ackumuleras i infekterad vävnad och är associerade med vävnadsskada och cell death. Amyloider är också ansvariga för flera andra neurodegenerativa sjukdomar, till exempel Alzheimers ail och Parkinsons ail. Aggregat är stabilt, och denna strukturella stabilitet innebär att de är motståndskraftiga mot denaturering med kemiska och fysikaliska medel: de kan inte förstöras genom vanlig desinfektion eller kokning. Detta försvårar bortskaffande och inneslutning av dessa partiklar.

Ail är en typ av proteopati, eller sjukdom med strukturellt onormala proteiner. Hos människor tros s vara orsaken till Creutzfeldt-Jakob ail( CJD), dess variant( vCJD), Gerstmann – Sträussler – Scheinker syndrom( GSS), dödlig familjär sömnlöshet( FFI) och kuru. Det finns också bevis som tyder på att det kan spela en roll i verkan av Alzheimers ail, Parkinsons ail och amyotrofisk lateral skleros( ALS), och dessa har benämnts liknande sjukdomar. Flera jästproteiner har likaledes identifierats som att de harogeniska egenskaper. Replikering är föremål för epimutation och naturligt urval precis som för andra former av replikering, och deras struktur varierar något mellan arter.

Prion-protein

Strukturera

Proteinet som är tillverkat av( PrP) finns i hela kroppen, även hos friska människor och djur. Ändå PrP som finns i infektiöst material har en olik struktur och är resistent mot proteaser, enzymerna i kroppen som huvudsakligen kan bryta ner proteiner. Den normala formen av proteinet kallas PrP C, å andra sidan kallas den smittsamma formen PrP Sc- C hänvisar till 'cellulär' PrP, å andra sidan refererar Sc till 'scrapie', den prototypiska ail, förekommer hos får. Å andra sidan är PrP Cstrukturellt väl definierad, PrP Scär väsentligen polydispers och definieras på en relativt dålig nivå. PrP kan induceras till fold till en annan mer eller mindre väldefinierade isoformer in vitro, och deras förhållande till den eller de former som är patogena in vivo är fortfarande inte klar.

PrP C

PrP C är ett normalt protein som finns på cellens membran. Den har 209 aminosyror (hos människor), en disulfidbindning, en molekylmassa på 35–36 kDa och en strikt alfa-helisk struktur. Flera topologiska former finns; en cellyteform förankrad via glykolipid och två transmembranformer. Det normala proteinet är inte sedimenterbart; vilket betyder att det inte kan separeras med centrifugeringstekniker. Tjänsten är en complex fråga om som fortsätter att utredas. PrP Cbinder koppar (II) joner med hög affinitet. Betydelsen av detta konstaterande är inte klart, men det antas vara relaterat till PrP struktur eller tjänst. PrP Cdigereras lätt av proteinase K och kan frigöras från cellytan in vitro av enzymet fosfoinositid phospholipase C (PI-PLC), som spjälkar glycofosfatidylinositol( GPI) glykolipidankret. PrP har rapporterats spela viktiga roller i cellcelladhesion och intracellulär signalering in vivo, och kan därför vara involverade i cellcellskommunikation i hjärnan.

PrP res

Proteasresistent PrP Sc-liknande protein (PrP res) är den valör som ges till vilken isoform av PrP csom strukturellt förändras och omvandlas till en felfoldad proteinase K-resistent form in vitro. För att modellera omvandling av PrP Ctill PrP Scin vitro konverterade Saborio et al. snabbt PrP Ctill en PrP- resgenom ett förfarande som involverar cyklisk förstärkning av proteinfelfoldning. Uttrycket PrP res har använts för att avslöja mellan PrP Sc, som är isolerat från smittsam vävnad och associerat med det överförbara spongiforma encefalopati-medlet. Så som till skillnad från PrPSc, PrP- reskan inte nödvändigtvis vara smittsam.

PrP Sc

Den infektiösa isoformen av PrP, känd som PrP Sc, eller helt enkelt den, kan konvertera normala PrP C- proteiner till den infektiösa isoformen genom att ändra deras konformation eller form; detta förändrar i sin tur processen som proteinerna sammankopplar. PrP Scorsakar alltid sjukdom. Trots att den exakta 3D-strukturen för PrP Sc inte är känd, har den en högre andel p-arkstruktur snarare den normala a-spiralstrukturen. Aggregeringar av dessa onormala isoformer bildar mycket strukturerade amyloid -fibrer, som ackumuleras för att bilda plack. Slutet av varje fiber fungerar som en mall på vilken fria proteinmolekyler kan fästa, vilket gör att fibern kan växa. Under de flesta omständigheter är det bara PrP molekyler med en identisk aminosyrasekvens som den infektiösa PrP Scinförlivas i den växande fibern. Ändå är överföring av sällsynta korsarter också möjlig.

Normal tjänst PrP

Proteinets fysiologiska service förblir dåligt förstått. Å andra sidan data från in vitro-experiment tyder på många olika roller, studier på PrP knockout -möss har endast gett begränsad information på grund av att dessa djur endast uppvisar mindre abnormiteter. Vid forskning gjord på möss visade det sig att klyvningen av PrP -proteiner i perifera nerver orsakar aktiveringen av myelin -reparation i Schwann-celler och att bristen på PrP -proteiner orsakade demyelinering i dessa celler.

PrP och reglerad celldöd

MAVS, RIP1 och RIP3 är liknande proteiner som finns i andra delar av kroppen. De polymeriserar likaledes till filamentösa amyloid -fibrer som initierar reglerad cell death i fallet med en virusinfektion för att förhindra spridning av virioner till en annan omgivande celler.

PrP och långsiktigt minne

En granskning av bevis 2005 antydde att PrP kan ha en normal tjänst för underhåll av långvarigt minne. En studie från 2004 fann dessutom att möss som saknar gener för normalt cellulärt PrP -protein visar förändrade hippocampal långsiktiga potentiering. En ny studie som kan förklara varför detta konstateras att neuronalt protein CPEB har en liknande genetisk sekvens som jästproteiner. Den liknande formningen av CPEB är avgörande för att upprätthålla långsiktiga synaptiska förändringar förknippade med långsiktigt minne.

PrP och stamcellsförnyelse

En artikel från Whitehead Institute for Biomedical Research från 2006 indikerar att PrP -läge eller uttryckssätt på stamceller är nödvändigt för en organisms självförnyelse av benmärgen. Studien visade att alla långvariga hematopoietiska stamceller uttrycker PrP på deras cellmembran och att hematopoietiska vävnader med PrP-null-stamceller uppvisar ökad känslighet för cellutarmning.

PrP och medfödd immunitet

Det finns vissa bevis för att PrP kan spela en roll i medfödd immunitet, eftersom sättet eller sättet för uttryck av PRNP, PrP -genen, är uppreglerat i många virusinfektioner och PrP har antivirala egenskaper mot många, inklusive HIV .

Prion-replikering

Den första hypotesen som försökte förklara hur man replikerar på ett enda protein-sätt var heterodimermodellen. Denna modell antog att en enda PrP Sc-molekyl binder till en enda PrP C-molekyl och katalyserar dess omvandling till PrP Sc. De två PrP Scmolekyler komma sedan isär och kan gå vidare för att konvertera mer PrP C. Ändå måste en replikationsmodell förklara både hur man sprider sig och varför deras spontana utseende är så sällsynt. Manfred Eigen visade att heterodimermodellen kräver att PrP Scär en utomordentligt effektiv katalysator, vilket ökar konverteringsreaktionshastigheten med en faktor på cirka 10 ¹⁵. Det här problemet uppstår inte om PrP Scexisterar endast i aggregerade former till exempel amyloid, där kooperativitet kan fungera som ett hinder för spontan konvertering. Trots mycket ansträngning har infektiös monomer PrP Scaldrig isolerats.

En alternativ modell antar att PrP Scendast finns som fibriller, och att fibriländar binder PrP Coch omvandlar det till PrP Sc. Om detta var allt, skulle mängden mängder öka linjärt och bilda allt längre fibriller. Men exponentiell tillväxt av både PrP Sc och av mängden infektiösa partiklar observeras under sjukdomen. Detta kan förklaras med hänsyn till fibrilbrott. En matematisk lösning för den exponentiella tillväxthastigheten som härrör från kombinationen av fibriltillväxt och fibrilbrott har hittats. Den exponentiella tillväxttakten beror populärt på kvadratroten av PrP Ckoncentration. Inkubationsperioden bestäms av den exponentiella tillväxthastigheten, och data in vivo om sjukdomar i transgena möss matchar denna förutsägelse. Samma kvadratrotberoende ses likaså in vitro i experiment med en mängd olika amyloid -proteiner.

Mekanismen för replikering har konsekvenser för utformning av läkemedel. Eftersom sjukdomsinkubationsperioden är så lång, behöver ett effektivt läkemedel inte eliminera alls, utan behöver helt enkelt bromsa exponentiell tillväxt. Modeller förutspår att den mest effektiva processen för att uppnå detta, med ett läkemedel med lägsta möjliga dos, är att avslöja ett läkemedel som binder till fibriländar och hindrar dem från att växa ytterligare.

Sjukdomar

Sjukdomar orsakade av

Påverkade djur (er)

ail

Får, get (påverkade djur)

ail

scrapie

Nötkreatur (påverkade djur)

ail

Galna ko-sjukan

Kamel (Påverkade djur)

ail

Kamel spongiform encefalopati( CSE)

Mink (Påverkade djur)

ail

Överförbar mink encefalopati( TME)

Hjort med hjort, älg, mulehjort, älg (Påverkade djur)

ail

Kronisk spillavfall( CWD)

Katt (påverkade djur)

ail

Felaktig spongiform encefalopati( FSE)

Nyala, Oryx, Greater Kudu (Påverkade djur)

ail

Exotic ungulate encephalopathy (EUE)

Struts (Påverkade djur)

ail

Spongiform encefalopati (har inte visats vara överförbart.)

Människor (Påverkade djur)

ail

Creutzfeldt – Jakob ail( CJD)

Iatrogenic Creutzfeldt – Jakob ail (iCJD)

Variant Creutzfeldt – Jakob ail( vCJD)

Familial Creutzfeldt – Jakob ail (fCJD)

Sporadisk Creutzfeldt – Jakob ail (sCJD)

Gerstmann – Sträussler – Scheinker syndrom( GSS)

Dödlig familjär sömnlöshet( FFI)

Kuru

Familjespongiform encefalopati

Variabelt proteas-sensitivelyopathy (VPSPr)

Prioner orsakar neurodegenerativ sjukdom genom att aggregera extracellulärt inom den centrala nervsystemet för att bilda plack kända som amyloid, vilket stör den normala vävnadsstrukturen. Denna störning kännetecknas av hål i vävnaden med resulterande svampig arkitektur av anledningen att vakuolbildningen i nervcellerna. En annan histologisk förändring inkluderar astroglios och frånvaron av en inflammatorisk reaktion. Å andra sidan är inkubationsperioden för sjukdomar relativt lång (5 till 20 år), när symtom uppträder, kommer sjukdomen snabbt, vilket leder till hjärnskador och death. Neurodegenerativa symtom kan inkludera kramper, demens, ataxi (balans och koordinationsdysfunktion) och beteende- eller personlighetsförändringar.

Alla kända sjukdomar är obehandlingsbara och dödliga. Ett vaccin som utvecklats i möss kan dock ge insikt i att tillhandahålla ett vaccin för att motstå infektioner hos människor. Under 2006 tillkännagav forskare att de hade genetiskt konstruerade nötkreatur som saknade en nödvändig gen för produktion - vilket följaktligen teoretiskt gjorde dem immuna mot BSE och bygger på forskning som indikerar att möss som saknar huvudsakligen förekommande protein är resistenta mot infektion med skrapaprotein. Under 2013 avslöjade en studie att 1 av 2 000 människor i Storbritannien kan innehålla det infektiösa proteinet som orsakar vCJD .

Många olika däggdjursarter kan påverkas av sjukdomar, eftersom proteinet( PrP) är mycket likt hos alla däggdjur. På grund av att små skillnader i PrP mellan olika arter är det ovanligt att en sjukdom överförs från en art till en annan. Den mänskliga ailvarianten Creutzfeldt – Jakob ail anses ändå orsakas av en som vanligtvis infekterar nötkreatur, orsakar bovin spongiform encefalopati och överförs genom infekterat kött.

Fram till 2015 ansågs alla kända däggdjursjukdomar orsakas av proteinet, PrP ; 2015 visade sig att flera etablerade ordningsatrofier kunde överföras och antogs orsakas av en ny, felaktig form av ett protein som kallas alfa-synuclein. Den endogena, korrekt vikta formen av proteinet betecknas PrP C(för vanlig eller cellulär), i motsats till den sjukdomsbundna, felfoldade formen betecknas PrP Sc (för Scrapie), efter att en av sjukdomarna först kopplade tos och neurodegeneration. Den exakta strukturen hos den är inte känd, även om de kan bildas genom att kombinera PrP C, polyadenylsyra och lipider i en protein-missfoldande cyklisk amplifierings (PMCA) -reaktion. Denna operation är dessutom bevis på att replikering inte är beroende av nukleinsyror.

Överföring

Man har insett att sjukdomar kan uppstå på tre olika sätt: förvärvade, familjära eller sporadiska. Det antas ofta att den sjuka formen direkt interagerar med den normala formen för att den ska ordna om sin struktur. En idé, Protein X -hypotesen, är att ett ännu oidentifierat cellulärt protein (Protein X) möjliggör omvandling av PrP Ctill PrP Scgenom att föra en molekyl av var och en av de två till en complex .

Den primära operationen av infektion hos djur är genom intag. Det tros att det kan deponeras i miljön genom resterna av döda djur och via urin, saliv och en annan kroppsvätska. De kan sedan dröja sig i marken genom att binda till lera och andra mineraler.

En forskargrupp från University of California har lämnat bevis för teorin om att infektion kan uppstå från gödsel. Och eftersom gödsel finns i många områden som omger vattenreservoarer, dessutom som de används på många grödor, höjer det möjligheten till utbredd överföring. I januari 2011 rapporterades att forskare hade upptäckt spridning genom luftburet transmission på aerosolpartiklar, i ett djurförsökseksperiment i samband med skrapieinfektion hos laboratoriemöss. Preliminära bevis som stödjer uppfattningen att de kan överföras genom användning av urinhärdat humant menopausalt gonadotropin, administrerat för behandling av infertilitet, publicerades 2011.

Prioner i växter

Under 2015 fann forskare vid University of Texas Health Science Center i Houston att växter kan vara en vektors fors. När forskare matade hamstrar gräs som växte på marken där ett rådjur som dog med kronisk avfalls ail( CWD) begravdes, blev hamstrarna sjuka av CWD, vilket tyder på att det kan binda till växter, som sedan tar dem upp i bladet och stamstruktur, där de kan ätas av växtätare och följaktligen slutför cykeln. Det är följaktligen möjligt att det finns ett gradvis ackumulerat antal i miljön.

Sterilisering

Infektiösa partiklar som har nukleinsyra är beroende av den för att rikta sin fortsatta replikation. Ändå är smittsamma av deras effekt på normala versioner av proteinet. Sterilisering kräver följaktligen denatureringen av proteinet till ett tillstånd där molekylen inte längre kan inducera den onormala vikningen av normala proteiner. Vanligtvis är s ganska resistenta mot proteaser, värme, joniserande strålning och formaldehydbehandlingar, trots deras smittsamhet kan minskas genom sådana behandlingar. Effektiv dekontaminering förlitar sig på proteinhydrolys eller minskning eller förstöring av proteintertiär struktur. Exempel inkluderar natriumhypoklorit, natriumhydroxid och starkt sura tvättmedel, till exempel LpH. 134 ° C (273 ° F) under 18 minuter i en ång-autoklav under tryck har visat sig vara något effektiv när det gäller att deaktivera ailmedlet. Ozonsterilisering studeras för närvarande som en potentiell operation för denaturering och deaktivering. Renaturering av en helt denaturerad till smittsam status har ännu inte uppnåtts; ändå, delvis denaturerade kan bytas om till smittsam status under vissa konstgjorda förhållanden.

Världshälsoorganisationen rekommenderar någon av följande tre procedurer för sterilisering av alla värmebeständiga kirurgiska instrument för att säkerställa att de inte är förorenade med:

Sänk ned i 1N natriumhydroxid och placera i en autoklav för tyngdkraftsförskjutning vid 121 ° C under 30 minuter; rena; skölj i vatten; och utför sedan rutinmässiga steriliseringsprocesser.

Fördjupa i 1N natriumhypoklorit (20 000 delar per miljon tillgängligt klor) under 1 timme; överföra instrument till vatten; värma i en autoklav med tyngdkraftsförskjutning vid 121 ° C under 1 timme; rena; och utför sedan rutinmässiga steriliseringsprocesser.

Fördjupa i 1N natriumhydroxid eller natriumhypoklorit (20 000 delar per miljon tillgängligt klor) under 1 timme; avlägsna och skölj i vatten, överför sedan till en öppen panna och värm i en tyngdkraftsförskjutning (121 ° C) eller i en porös belastning (134 ° C) autoklav i 1 timme; rena; och utför sedan rutinmässiga steriliseringsprocesser.

Förnedringsmotstånd i naturen

Överväldigande bevis visar att det motstår nedbrytning och kvarstår i miljön i flera år, och proteaser försämrar dem inte. Experimentella bevis visar att obegränsningar försämras med tiden, å andra sidan förblir markgränserna stabila eller ökande nivåer, vilket antyder att det troligtvis samlas i miljön.

Svampar

Proteiner som visar beteende av typ återfinns på samma sätt i vissa svampar, vilket har varit användbart för att hjälpa till att förstå däggdjur. Svampar verkar inte orsaka sjukdom i sina värdar. I jäst stöds återveckling av proteiner till konfigurationen av chaperonproteiner, till exempel Hsp104. Alla kända inducerar bildningen av en amyloid fold, i vilken proteinpolymerisationen till ett aggregat som består av tätt packade beta-ark. Amyloidaggregat är fibriller som växer vid sina ändar och replikeras när brott gör att två växande ändar blir fyra växande ändar. Inkubationsperioden för sjukdomar bestäms av den exponentiella tillväxthastigheten förknippad med replikering, vilket är en balans mellan den linjära tillväxten och brottet av aggregat.

Svampproteiner som uppvisar templerad konformationell förändring upptäcktes i jäst Saccharomyces cerevisiae av Reed Wickner i början av 1990-talet. För sin mekanistiska likhet med däggdjur benämndes de jäst. Efter detta har a också påträffats i svampen Podospora anserina. Avhandlingar uppför sig förutom PrP, men är vanligtvis inte toxiska för sina värdar. Susan Lindquists grupp vid Whitehead Institute har hävdat att vissa av svamparna inte är förknippade med något sjukdomstillstånd, men kan ha en användbar roll; ändå forskare vid NIH har också gett argument som tyder på att svampar kan betraktas som ett sjukt tillstånd. Det finns bevis för att svampproteiner har utvecklat specifika funktioner som är fördelaktiga för mikroorganismen som förbättrar deras förmåga att anpassa sig till deras olika miljöer.

Forskning om svampar har gett starkt stöd till proteinet-konceptet, eftersom renat protein extraherat från celler med ett tillstånd har visat sig omvandla den normala formen av proteinet till en felfoldad form in vitro, och i handlingen bevara informationen motsvarande för att skada stammar från staten. Det har likaledes kastat lite ljus på domäner, som är regioner i ett protein som främjar omvandlingen till en. Svampar har hjälpt till att föreslå omvandlingsmekanismer som kan gälla för alls, även om svampar verkar ojämlika från smittsamma däggdjur i bristen på kofaktor som krävs för förökning. De karakteristiska domänerna kan variera mellan arter - t.ex. kännetecknas inte karakteristiska svampdomäner hos däggdjur.

Svampar prioner

Protein

Naturvärd

Normal funktion

Prion tillstånd

Prion fenotyp

År identifierat

Naturvärd - Ure2p (Protein)

Saccharomyces cerevisiae

Normal funktion - Ure2p (Protein)

Kväve-katabolit-repressor

Prion-tillstånd - Ure2p (Protein)

(URE3)

Prionfenotyp - Ure2p (Protein)

Tillväxt på dåliga kvävekällor

År identifierat - Ure2p (Protein)

1994

Naturvärd - Sup35p (Protein)

S. Cerevisiae

Normal funktion - Sup35p (Protein)

Faktum för avslutande av översättning

Prion-tillstånd - Sup35p (Protein)

(PSI +)

Prion fenotyp - Sup35p (Protein)

Ökade nivåer av nonsensundertryckning

År identifierat - Sup35p (protein)

1994

Naturvärd - HET-S (protein)

Podospora anserina

Normal funktion - HET-S (protein)

Reglerar heterokaryon inkompatibilitet

Prion-tillstånd - HET-S (protein)

(Het-s)

Prionfenotyp - HET-S (protein)

Heterokaryonbildning mellan oförenliga stammar

Året identifierat - HET-S (protein)

Ingenting

Naturvärd - Rnq1p (Protein)

S. Cerevisiae

Normal funktion - Rnq1p (Protein)

Proteinmallfaktor

Prion-tillstånd - Rnq1p (Protein)

(RnQ +), (PIN ^)

Prionfenotyp - Rnq1p (Protein)

Främjar aggregering av andra

År identifierat - Rnq1p (Protein)

Ingenting

Naturvärd - Swi1 (Protein)

S. Cerevisiae

Normal funktion - Swi1 (Protein)

Chromatin ombyggnad

Prion-tillstånd - Swi1 (Protein)

(SWI +)

Prionfenotyp - Swi1 (Protein)

Dålig tillväxt på vissa kolkällor

År identifierat - Swi1 (Protein)

2008

Naturvärd - Cyc8 (protein)

S. Cerevisiae

Normal funktion - Cyc8 (protein)

Transkriptionell repressor

Prion-tillstånd - Cyc8 (protein)

(OCT +)

Prionfenotyp - Cyc8 (protein)

Transkriptionell degpression av flera gener

År identifierat - Cyc8 (protein)

2009

Naturvärd - Mot3 (Protein)

S. Cerevisiae

Normal funktion - Mot3 (Protein)

Kärnkopieringsfaktor

Prion-tillstånd - Mot3 (Protein)

(MOT3 +)

Prion-fenotyp - Mot3 (Protein)

Transkriptionell degpression av anaeroba gener

År identifierat - Mot3 (Protein)

2009

Naturvärd - Sfp1 (Protein)

S. Cerevisiae

Normal funktion - Sfp1 (Protein)

Förmodande kopieringsfaktor

Prion-tillstånd - Sfp1 (Protein)

(ISP +)

Prion fenotyp - Sfp1 (Protein)

Antisuppression

År identifierat - Sfp1 (Protein)

2010

Behandlingar

Det finns inga effektiva behandlingar mot sjukdomar. Kliniska prövningar på människor har inte mött framgång och har hindrats av sjukdomars sällsynthet. Trots att några potentiella behandlingar har visat löfte i laboratoriet har ingen varit effektiv när sjukdomen har gått in.

I en annan sjukdom

Prionliknande domäner har hittats i en mängd andra proteiner från däggdjur. Vissa av dessa proteiner har varit inblandade i ontogeni av åldersrelaterade neurodegenerativa störningar, till exempel amyotrofisk lateral skleros ( ALS), en motorisk neuron ail, frontotemporal lobar degeneration med ubiquitin-positiva inneslutningar (FTLD-U), Alzheimers ail, Parkinsons ail och Huntingtons sjukdom. De är likaledes inblandade i vissa former av systemisk amyloidos inklusive AA-amyloidos som utvecklas hos människor och djur med inflammatoriska och infektionssjukdomar, till exempel tuberkulos, Crohns ail, reumatoid artrit och HIV AIDS. AA-amyloidos, som ail, kan vara överförbar. Detta har gett upphov till prion-paradigmet, där i annat fall ofarliga proteiner kan omvandlas till en patogen form av ett litet antal felvikta, kärnbildande proteiner.

Definitionen av en liknande domän kommer från studien av svampar. I jäst har ogeniska proteiner en bärbar domän som är både nödvändig och tillräcklig för självtemplerande och proteinaggregering. Detta har visat sig genom att fästa domänen till ett reporterprotein, som sedan aggregeras som ett känt. Dessutom avlägsnar domänen från ett svampproteininhibogenogenes. Denna modulära uppfattning om beteende har lett till hypotesen att liknande domäner finns i animaliska proteiner, dessutom till PrP. Dessa svampdomäner har flera karakteristiska sekvensegenskaper. De berikas vanligen i asparagin-, glutamin-, tyrosin- och glycinrester, varvid en asparaginförspänning är särskilt befrämjande för de aggregerade egenskaperna. Historiskt sett har ogenes ses som oberoende av sekvensen och endast beroende på relativ restinnehåll. Icke desto mindre har detta visat sig vara falskt, med avståndet mellan proliner och laddade rester har visat sig vara kritiska i amyloid -formation.

Bioinformatiska skärmar har förutspått att över 250 humana proteiner innehåller liknande domäner (PrLD). Dessa domäner antas ha samma överförbara, amyloidogena egenskaper som PrP och kända svampproteiner. Precis som i jäst verkar proteiner som är involverade i genläge eller uttryckssätt och RNA -bindning vara anrikade specifikt i PrLD: er, jämfört med andra proteinklasser. Speciellt har 29 av de kända 210 proteinerna med en RNA igenkänning motif också en förmodad domän. Samtidigt har flera av dessa RNA-bindande proteiner oberoende identifierats som patogena i fall av ALS, FTLD-U, Alzheimers ail och Huntingtons ail.

Roll vid neurodegenerativ sjukdom

Patogeniciteten hos och proteiner med liknande domäner antas bero på deras självtablerande förmåga och den resulterande exponentiella tillväxten av amyloid -fibriller. Förekomsten av amyloid -fibriller hos patienter med degenerativa sjukdomar har dokumenterats väl. Dessa amyloid -fibriller ses som ett resultat av patogena proteiner som självförökar sig och bildar mycket stabila, icke-funktionella aggregat. Å andra sidan innebär detta inte nödvändigtvis ett orsakssamband mellan amyloid och degenerativa sjukdomar, toxiciteten hos vissa amyloid former och överproduktionen av amyloid i familjära fall av degenerativa störningar stödjer idén att amyloid bildningen är tydligt giftig.

Specifikt har aggregering av TDP-43, ett RNA-bindande protein, hittats hos ALS / MND-patienter, och mutationer i generna som kodar för dessa proteiner har identifierats i familjära fall av ALS / MND. Dessa mutationer främjar fällningen av proteinerna till en liknande konformation. Den felvikta formen av TDP-43 bildar cytoplasmatiska inneslutningar i drabbade nervceller och återfinns uttömda i kärnan. Vidare till ALS / MND och FTLD-U, TDP-43 patologi är en aspekt av många fall av Alzheimers ail, Parkinsons ail och Huntingtons ail. Misfoldningen av TDP-43 styrs populärt av dess liknande domän. Denna domän är i sig benägna att fällas ihop, å andra sidan har patologiska mutationer i TDP-43 visat sig öka denna benägenhet att felfällas, vilket förklarar närvaron av dessa mutationer i familjära fall av ALS / MND. Liksom i jäst har den likartade domänen av TDP-43 visat sig vara både nödvändig och tillräcklig för proteinfällning och aggregering.

På liknande sätt har patogena mutationer identifierats i de liknande områdena av heterogena kärn riboproteiner hnRNPA2B1 och hnRNPA1 i familjära fall av muskel-, hjärn-, ben- och motorneurondegeneration. Vildtypsformen av alla dessa proteiner visar en tendens att självmontera sig i amyloid -fibriller, å andra sidan förvärrar patogena mutationer detta beteende och leder till överskott av ansamling.

Etymologi och uttal

Ordet, myntat 1982 av Stanley B. Prusiner, är en portmanteau härrörande från protein och infektion, oundvikligen, och är en förkortning för proteinceous infectious particle, med hänvisning till dess förmåga att självförökning och överföra dess konformation till andra proteiner. Dess huvudsakliga uttal är / ˈpriːɒn / (lyssna), trots / ˈpraɪɒn /, som den homografiska benämningen av fågeln uttalas, hörs också. I sitt papper från 1982 som introducerade termen specificerade Prusiner att det skulle vara uttalat pree-on.

Virus

Ett virus är ett submikroskopiskt smittämne som endast replikeras inuti de levande cellerna i en organisme. Kan infektera alla typer av livsformer, från djur och växter till mikroorganismer, inklusive bakterier och archaea. Sedan Dmitri Ivanovskys artikel 1892 som beskriver en icke-bakteriell patogen infektera tobaksväxter och upptäckten av tobaksmosaiken av Martinus Beijerinck 1898, har mer än 6 000 arter beskrivits i detalj, av de miljoner typer som finns i miljön.es finns i nästan alla ekosystem på jorden och är den vanligaste typen av biologisk enhet. Studien är känd som virologi, en subspecialitet inom mikrobiologi.

Vid infektion tvingas en värdcell snabbt att producera tusentals identiska kopior av originalet. När det inte finns i en infekterad cell eller i syfte att infektera en cell, finns det i form av oberoende partiklar eller virioner, bestående av: (i) det genetiska materialet, dvs långa molekyler av DNA eller RNA som kodar strukturen hos proteinerna genom vilka verkningarna; (ii) ett proteinbeläggning, kapsiden, som omger och skyddar det genetiska materialet; och i vissa fall (iii) ett yttre hölje av lipider. Formerna på dessa partiklar sträcker sig från enkla spiralformade och icosahedrala former till fler complex strukturer. De flesta arter har virioner för små för att ses med ett optiskt mikroskop eftersom de är en hundreledel av storleken på de flesta bakterier.

Ursprunget till livets evolutionära historia är oklart: vissa kan ha utvecklats från plasmider - bitar av DNA som kan röra sig mellan celler - medan andra kan ha utvecklats från bakterier. I evolutionen är es ett viktigt medel för horisontell genöverföring, vilket ökar den genetiska mångfalden i en process som är analog med sexuell reproduktion. De anses av vissa biologer vara en livsform på grund av att de bär genetiskt material, reproducerar och utvecklas genom naturligt urval, trots att de saknar viktiga egenskaper (till exempel cellstruktur) som tydligt anses nödvändiga för att räkna upp som liv. På grund av att de har vissa men inte alla sådana egenskaper har de beskrivits som organismer vid livets kant och som replikatorer.

Virus sprids på många sätt. En överföringsväg är genom sjukdomsbärande organismer kända som vektorer: till exempel överförs ofta från växt till växt av insekter som matar på växtsaft, till exempel bladlöss; andes i djur kan bäras av blodsugande insekter. Influensa sprids genom hosta och nysningar. Norovirus och rotavirus, vanliga orsaker till viral gastroenterit, överförs via fekal-oral väg, passeras genom kontakt och kommer in i kroppen i mat eller vatten. HIV är en av flera som överförs genom sexuell kontakt och genom exponering för infekterat blod. Mängden värdceller som en burk infekterar kallas dess värdintervall. Detta kan vara smalt, vilket betyder att a kan infektera få arter, eller brett, vilket betyder att det kan infektera många.

Virala infektioner hos djur provocerar ett immunsvar som vanligtvis eliminerar infektioner. Immunrespons kan också produceras med vacciner, som ger en konstgjord förvärvad immunitet mot den specifika virusinfektionen. En del, inklusive de som orsakar AIDS, HPV -infektion och viral hepatit, undviker dessa immunsvar och resulterar i kroniska infektioner. Flera antivirala läkemedel har utvecklats.

Etymologi

Ordet bakterier är flertalet av den nya latinska bakterien, som är latiniseringen av den grekiska βακτήριον (bakterion), som är förminskningen av βακτηρία (bakteria), som betyder personal, sockerrör på grund av att de första som är upptäcktes var stavformade.

Ursprung och tidig utveckling

Förfäderna till moderna bakterier var encelliga mikroorganismer som var de första formerna av liv som dök upp på jorden, för 4 miljarder år sedan. För att relatera till 3 miljarder år var de flesta organismer mikroskopiska, och bakterier och archaea var de dominerande livsformerna. Trots bakteriefossiler finns det till exempel stromatolites, deras brist på distinkt morfologi förhindrar dem från att användas för att undersöka historien om bakterieutveckling, eller för att datera tidpunkten för ursprunget för en viss bakterieart. Icke desto mindre kan gensekvenser användas för att rekonstruera bakteriell fylogeni, och dessa studier indikerar att bakterier divergerade först från den archaeal / eukaryotiska avstamningen. Den senaste gemensamma stamfaren till bakterier och archaea var antagligen en hypertermofil som levde för 2,5–3,2 miljarder år sedan. Det tidigaste livet på land kan ha varit bakterier för cirka 3,22 miljarder år sedan.

Bacteria var också involverad i den andra stora evolutionära divergensen, som för archaea och eukaryoter. Här resulterade eukaryoter från att antika bakterier infördes i endosymbiotiska föreningar med förfäderna till eukaryota celler, som själva möjligen var relaterade till Archaea. Detta involverade att proto-eukaryota celler uppsamlades av alfaproteobakteriella symbionter för att bilda antingen mitokondrier eller vätgasosomer, som ännu finns i alla kända Eukarya (ibland i mycket reducerad form, t.ex. i forntida amitokondriella protozoer). Senare uppslukade också några eukaryoter som redan innehöll mitokondrier cyanobakterier-liknande organismer, vilket ledde till bildandet av kloroplast i och växter. Detta kallas primär endosymbios.

Morfologi

Bacteria visar en stor mångfald av former och storlekar, kallad morfologier. Bakterieceller avser en tiondel av storleken på eukaryota celler och är vanligtvis 0,5–5,0 mikrometer långa. Icke desto mindre är några få arter synliga för det blotta ögat - till exempel är Thiomargarita namibiensis upp till en halv millimeter lång och Epulopiscium fishelsoni når 0,7 mm. Bland de minsta bakterierna är medlemmar i släkten Mycoplasma, som bara mäter 0,3 mikrometer, lika små som de största. Vissa bakterier kan vara ännu mindre, men dessa ultramikrobakterier är inte väl studerade.

De flesta bakteriella arter är antingen sfäriska, kallad cocci (singular coccus, från grekiska kókkos, säd, frö) eller stavformade, kallad bacilli (sing. Bacillus, från latin baculus, pinne). Vissa bakterier, kallad vibrio, är formade som något böjda stavar eller kommaformade; andra kan vara spiralformade, kallade spirilla, eller tätt spiralformade, kallade spirochaetes. Ett litet antal andra ovanliga former har beskrivits, till exempel stjärnformade bakterier. Denna stora variation av former bestäms av bakteriecellväggen och cytoskeletten och är viktig på grund av att den kan påverka bakteriernas förmåga att få näringsämnen, fästa på ytor, simma genom vätskor och undkomma rovdjur.

Många bakteriesorter existerar helt enkelt som enstaka celler, andra förknippas med karakteristiska mönster: Neisseria bildar diploider (par), Streptococcus bildar kedjor och Staphylococcus-grupp tillsammans i massa druvor kluster. Bacteria kan likaledes gruppera för att bilda större multicellulära strukturer, till exempel de långsträckta filamenten av Actinobacteria, aggregaten av Myxobacteria och complex hyferna av Streptomyces. Dessa flercelliga strukturer ses ofta bara under vissa förhållanden. Såsom Myxobacteria, när de svälter av aminosyror, avslöjar omgivande celler i en handling känd som kvorumavkänning, migrerar mot varandra och aggregerar för att bilda fruktkroppar upp till 500 mikrometer långa och innehåller cirka 100 000 bakterieceller. I dessa fruktkroppar utför bakterierna separata uppgifter; såsom, avseende en av tio celler migrerar till toppen av en fruktkropp och differentierar till ett specialiserat vilande tillstånd som kallas en myxospore, som är mer motståndskraftig mot torkning och andra ogynnsamma miljöförhållanden.

Bacteria fäster ofta på ytor och bildar täta aggregeringar som kallas biofilmer, och större formationer kända som mikrobiella mattor. Dessa biofilmer och mattor kan sträcka sig från några mikrometer i tjocklek till upp till en halv meter djup och kan innehålla flera arter av bakterier, protister och archaea. Bacteria som lever i biofilmer visar en complex arrangemang av celler och extracellulära komponenter, bildande sekundära strukturer, till exempel mikrokolonier, genom vilka det finns nätverk av kanaler för att möjliggöra bättre spridning av näringsämnen. I naturliga miljöer, till exempel mark eller ytor på växter, är majoriteten av bakterier bundna till ytor i biofilmer. Biofilmer är också viktiga inom medicinen, eftersom dessa strukturer ofta förekommer under kroniska bakterieinfektioner eller infektioner av implanterade medicinska apparater, och bakterier som är skyddade inom biofilmer är mycket svårare att döda än enskilda isolerade bakterier.

Cellstruktur

Intracellulära strukturer

Bakteriecellen omges av ett cellmembran, som i grund och botten består av fosfolipider. Detta membran omsluter innehållet i cellen och fungerar som en barriär för att hålla näringsämnen, proteiner och andra väsentliga komponenter i cytoplasma i cellen. Till skillnad från eukaryota celler saknar bakterier vanligtvis stora membranbundna strukturer i deras cytoplasma, till exempel en kärna, mitokondrier, kloroplaster och de andra organeller som finns i eukaryota celler. Icke desto mindre har vissa bakterier proteinbundna organeller i cytoplasma som delar upp aspekter av bakteriell metabolism, till exempel karboxisomen. Dessutom har bakterier ett cytoskelett med flera komponenter för att kontrollera lokaliseringen av proteiner och nukleinsyror i cellen och för att hantera verkan av celldelning.

Många viktiga biokemiska reaktioner, till exempel energiproduktion, inträffar på grund av att koncentrationsgradienter över membran skapar en potentialskillnad som