Orvosi mikrobiológia I.: Kórokozók és emberi mikrobióma

By Allen Kuslovic, Andreas Vanilssen and Rogers Nilstrem

Számos olyan útvonal létezik, amelyeken keresztül a kórokozók behatolhatnak a gazdaszervezetbe. A fő útvonalak különböző epizódikus időkereteket mutatnak, de a talaj rendelkezik a leghosszabb vagy legmagasabb periódusban rejlő lehetőségekkel a kórokozó elhordására. Emberi fertőző kórokozók által okozott betegségeket patogén betegségeknek nevezik. Az emberi mikrobióma az összes microbiota amelyek az emberi szöveteken vagy a biofolyadékokon vagy azokon belül, a megfelelő anatómiai helyekkel együtt, ahol tartózkodnak, ideértve a bőrt, az emlőmirigyeket, a méhlepényt, a magfolyadékot, a méhét, a petefészek tüszőket, a tüdőt, a nyálot, a szájnyálkahártyát, a kötőhártyát, az epevezetéket és emésztőrendszer. A könyv tartalma: Kórokozó, Prion, Vírus, Kórokozó baktériumok, Gomba, Kórokozó gomba, Emberi parazita, Protozoák, Parazita féreg, Emberi paraziták listája, klinikai mikrobiológia, Gazda-patogén kölcsönhatás, Fertőző betegség, Fertőző betegségek listája, Fertőzések betegségekkel kapcsolatos, emberi mikrobióma, emberi mikrobióm-projekt, az egészség biodiverzitásának hipotézise, microbiota kezdeti megszerzése, emberi viróma, emberi gyomor-bélrendszer microbiota, Bél-agy tengely, pszichobiotikus, kolonizációs rezisztencia, bőrflóra, hüvelyflóra, hüvelyflóra terhesség alatt, bakteriális vaginosis listája microbiota, placentális mikrobiom, anyatej mikrobiomája, orális ökológia, nyál mikrobiome, tüdő microbiota, humán microbiota, probiotikumok, probiotikumok gyermekeknél, pszichobiotikus, Bacillus clausii, posztbiotikus, proteobiotikumok, szinbiotikumok, Bacillus coagulans, bakteriális vaginosis, Bifidobacterium animalis, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum, Botryosphaeran, Clostridium butyricum, Escherichia coli Nissle 1917, Gal4 transzkripciós faktor, Ganeden, Lactinex, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus crispatus .
Authors: Allen Kuslovic, Andreas Vanilssen, Rogers Nilstrem

• Language: Magyar
• Publisher: Cambridge Stanford Books
• Release date: Sep 24, 2020
• ISBN: 9781005079284

Book preview

Orvosi mikrobiológia

Az orvosi mikrobiológia, a gyógyászatban alkalmazott mikrobiológia nagy részhalmaza az orvostudomány egyik ága, amely a fertőző betegségek megelőzésével, diagnosztizálásával és kezelésével foglalkozik. Ezenkívül ez a tudományterület a mikrobák különféle klinikai alkalmazásait vizsgálja az egészség javítása érdekében. Négy olyan mikroorganizmus létezik, amelyek fertőző betegségeket okoznak: baktériumok, gombák, paraziták és vírusok, valamint az egyik típusú prion nevű fertőző protein.

Orvosi mikrobiológus megvizsgálja a kórokozók tulajdonságait, átterjedési módjait, a fertőzés mechanizmusát és a növekedést. Ezen információk felhasználásával kezelést lehet kidolgozni. Az orvosi mikrobiológusok gyakran tanácsadókként szolgálnak az orvosok számára, biztosítva a kórokozók azonosítását és a kezelési lehetőségeket javasolva.Egyéb feladatok magukban foglalhatják a közösség potenciális egészségügyi kockázatainak azonosítását vagy a mikrobák potenciálisan virulens vagy rezisztens törzseinek fejlődésének nyomon követését, a közösség oktatását és a az egészségügyi gyakorlatok kialakítása. Segíthetnek a járványok és a járványok kitörésének megelőzésében vagy ellenőrzésében. Nem minden orvosi mikrobiológus vizsgálja a mikrobiális patológiát; néhány tanulmány a nem patogenikus fajokat annak meghatározására, hogy tulajdonságaik felhasználhatók-e antibiotikumok vagy más kezelési módszerek kifejlesztésére.

Az epidemiológia, az egészség és a betegségek mintázatainak, okainak és következményeinek tanulmányozása a lakosság körében, az orvosi mikrobiológia fontos része, annak ellenére, hogy a terület klinikai jellemzői alapvetően az egyének mikrobiális fertőzéseinek jelenlétére és növekedésére összpontosítanak, az emberi testre gyakorolt ​​hatásuk, és ezen fertőzések kezelésének módszerei. Ebben az összefüggésben az egész terület, mint alkalmazott tudomány, fogalmilag felosztható tudományos és klinikai alterületekre, a valóság ellenére a közegészségügyi mikrobiológia és a diagnosztikus orvosi mikrobiológia között folyékony folytonosság áll fenn, csakúgy, mint a technika állásának. a klinikai laboratóriumokban az akadémiai orvoslás és a kutató laboratóriumok folyamatos fejlesztéseitől függ.

Általában kezelt fertőző betegségek

Bakteriális

Streptococcus faringitisz

Chlamydia

Tífusz

Tuberkulózis

Vírusos

Rotavírus

Hepatitis C

Emberi papillomavirus ( HPV)

Parazita

Malária

Giardia lamblia

Toxoplasma gondii

Gombás

Candida

Histoplasmosis

A fertőző betegségek okai és átterjedése

A fertőzéseket baktériumok, es, gombák és paraziták okozhatják. A sérülést okozó kórokozó lehet exogén (külső forrásból szerzett; környezeti, állati vagy más emberek, pl. Influenza) vagy endogén (normál növényzetből, pl. Candidiasis).

Az a hely, ahol a mikrobák belépnek a testbe, a belépési portálnak nevezik. Ide tartoznak a légzőrendszer, a gyomor-bél traktus, az urogenitális traktus, a bőr és a nyálkahártyák. Egy adott mikrobának a belépési portálja elsősorban attól függ, hogy miként halad a természetes élőhelyéről a gazdaszervezetre.

Különféle módokon lehet a sérülést átadni az egyének között. Ezek tartalmazzák:

Közvetlen kapcsolat - fertőzött gazdaszervezet megérintése, ideértve a szexuális kapcsolatot is

Közvetett érintkezés - A szennyezett felület megérintése

Cseppkontaktus - köhögés vagy tüsszentés

Széklet – orális úton - szennyezett élelmiszer- vagy vízforrások lenyelése

Levegőben történő átvitel - kórokozót hordozó spórák

Vektoros átvitel - Olyan szervezet, amely nem okoz önmagában a betegséget, hanem a fertőzést úgy továbbítja, hogy a kórokozókat egyik gazdaszervezetről a másikra továbbítja

Fomit átvitel - élettelen tárgy vagy anyag, amely képes fertőző baktériumok vagy paraziták hordozására

Környezet - Kórházban szerzett fertőzés (Nosokomiális fertőzések)

Mint egy másik kórokozót is, ezeket az átviteli módszereket használjuk a testbe történő belépéshez, ám ezek különböznek abban, hogy ugyanúgy be kell lépniük a gazdaszervezet tényleges sejtjeibe. Miután hozzáférést kapott a gazdasejtekhez, a 'genetikai anyagot (RNS vagy DNS) be kell vezetni a sejtbe. Az egymás közötti replikáció nagyon változatos, és attól függ, hogy milyen gének működnek benne. Másrészt a legtöbb DNS nukleuszban gyűlik össze, a legtöbb RNS kizárólag citoplazmában fejlődik ki.

A fertőzés, a szaporodás és a perzisztencia mechanizmusai a gazdasejtben létfontosságúak a túléléshez. Mint például egyes betegségek, például a kanyaró, olyan stratégiát alkalmaznak, amely szerint a gazdaszervezetnek egy sorra terjednie kell. A vírusfertőzés ezen formáinál a betegséget gyakran a test saját immunválasza kezeli, és ennélfogva az új gazdaszervezetekbe kell diszpergálódni, mielőtt immunológiai rezisztencia vagy gazdaszervezet elpusztítja őket death. Mivel egyes fertőző ágensek, például a macska leukemia képesek ellenállni immunválaszoknak, és képesek hosszú távú tartózkodást elérni egy adott gazdaszervezetben, ugyanakkor megtartják azt a képességüket, hogy egymást követő gazdaszervezetekbe terjedjenek.

Diagnosztikai tesztek

A kóros betegség kórokozójának azonosítása ugyanolyan egyszerű, mint a klinikai megjelenés; például gyomor-bélrendszeri betegségek és bőrfertőzések. Annak oktatott becslése érdekében, hogy melyik mikrobák okozhatják a sérülést, figyelembe kell venni az epidemiológiai tényezőket; például a beteg valószínűsége, hogy a gyanús organizmusnak kitett, és egy mikrobiális törzs jelenléte és előfordulása egy közösségben.

A fertőző betegség diagnosztizálását szinte mindig a beteg kórtörténetének megismerésével és fizikai vizsgálat elvégzésével indítják. A részletesebb azonosítási technikák magukban foglalják a mikrobiális növényeket, a mikroszkópos vizsgálatot, a biokémiai teszteket és a genotipizálást. Egy másik kevésbé gyakori technikát (például röntgen, CAT szkennelés, PET szkennelés vagy NMR) alkalmaznak a fertőző ágensek növekedése során bekövetkező belső rendellenességek képeinek elkészítésére.

Mikrobiális növény

A mikrobiológiai növénytermesztés az elsődleges művelet a fertőző betegség izolálására laboratóriumi vizsgálatok céljából. A szövet- vagy folyadékmintákat megvizsgálják egy adott kórokozó jelenlétére, amelyet szelektív vagy differenciális közegben történő növekedés határoz meg.

A teszteléshez használt három fő adathordozó típusa:

Szilárd növény: A szilárd felületet tápanyagok, sók és agar keverékével hozzák létre. Az agarlemezen lévő egyetlen mikrobák ezután telepekké válhat (klónok, amelyekben a sejtek azonosak), amelyek több ezer sejtet tartalmaznak. Ezeket alapvetően baktériumok és gombák vágására használják.

Folyékony növény: A sejteket folyékony közegben tenyésztik. A mikrobiális növekedést az határozza meg, hogy mennyi idő alatt folyadékkal képződött kolloid szuszpenzió. Ezt a technikát használják a paraziták diagnosztizálására és a mycobacteria kimutatására .

Sejtnövény: Az emberi vagy állati sejtnövényeket megfertőzik az érdeklődő mikrobával. Ezeket a növényeket ezután megfigyelték annak meghatározására, hogy a mikrobák milyen hatással vannak a sejtekre. Ezt a technikát használják az azonosításhoz.

Mikroszkópia

A terméstechnikák gyakran mikroszkopikus vizsgálatot használnak a mikrobák azonosításának elősegítésére. Az olyan eszközök, mint például az összetett fénymikroszkópok felhasználhatók a szervezet kritikus szempontjainak felmérésére. Ez azonnal elvégezhető, miután a mintát kivették a betegtől, és biokémiai festési technikákkal együtt alkalmazzák, lehetővé téve a sejtek jellemzőinek feloldását. Az elektronmikroszkópokat és a fluoreszcens mikroszkópokat szintén használják a mikrobák megfigyelésének részletesebb kutatására.

Biokémiai tesztek

Gyors és viszonylag egyszerű biokémiai tesztek használhatók a fertőző ágensek megtalálására. A baktériumok azonosítása során az anyagcsere- vagy enzimatikus jellemzők használata gyakori azért, mert képesek fermentálni a szénhidrátokat a nemzetségükre és fajukra jellemző minták szerint. A savakat, alkoholokat és gázokat ezekben a tesztekben általában detektálják, amikor a baktériumokat szelektív folyékony vagy szilárd közegben termesztik, a fentiekben említettek szerint. E tesztek tömeges elvégzéséhez automatizált gépeket használnak. Ezek a gépek egyszerre több biokémiai tesztet végeznek, különböző lyukakkal ellátott kártyák felhasználásával, amelyek különféle dehidrált vegyületeket tartalmaznak. Az érdeklődésre számot tartó mikrobák egy adott folyamatban reagálnak minden egyes vegyi anyaggal, elősegítve annak azonosítását.

A szerológiai módszerek rendkívül érzékeny, specifikus és gyakran rendkívül gyors laboratóriumi tesztek, amelyeket különféle típusú mikroorganizmusok megtalálására használnak. A tesztek egy antitest azon képességén alapulnak, hogy kötődik különösen egy antigénhez. Az antigént (általában egy fertőző szer által előállított fehérjét vagy szénhidrátot) köti az antitest, lehetővé téve az ilyen típusú tesztek alkalmazását a baktériumoktól eltérő szervezeteknél. Ez a kötés ezután elindítja az események láncát, amely a teszttől függően könnyen és véglegesen megfigyelhető. További complex szerológiai technikák ismertek immunológiai vizsgálatokként. A fentiekben ismertetett hasonló alap felhasználásával az immuntesztek felfedhetik vagy megmérhetik akár a fertőző ágensek, akár a fertőzött gazdaszervezet által a fertőzésre adott válaszban előállított fehérjék antigéneit.

Polimeráz láncreakció

A polimeráz láncreakció( PCR) vizsgálatok a leggyakrabban alkalmazott molekuláris módszer a mikrobák feltárására és tanulmányozására. Egy másik módszerhez képest a szekvenálás és az ellenőrzés határozott, megbízható, pontos és gyors. Manapság a kvantitatív PCR az elsődleges módszer, mivel ez a művelet gyorsabb adatokat szolgáltat a standard PCR vizsgálathoz képest. Mint például, hagyományos PCR technikák alkalmazását igénylik gel electrophoresis, hogy szemléltesse amplifikált DNA molekulák, miután a reakció befejeződött. A kvantitatív PCR ezt nem követeli meg, mivel a detektálás meghatározott rendje fluoreszcenciát és szondákat használ a DNA feltárására DNA molekulák amplifikációjuk alatt. Ezen felül a kvantitatív PCR szintén kiküszöböli a szennyeződés kockázatát, amely a szokásos PCR eljárások során felmerülhet (az PCR termék átvitele a következő PCR-ekbe). A mikrobák feltárására és tanulmányozására a PCR alkalmazás további előnye, hogy az újonnan felfedezett fertőző mikrobák vagy törzsek DNA szekvenciái összehasonlíthatók az adatbázisokban már felsoroltakkal, ami viszont hozzájárul annak megértéséhez, hogy melyik szervezet okozza a fertőzést és ennek következtében milyen kezelési módszereket lehetne használni. Ez a technika a jelenlegi szabvány vírusfertőzések, például AIDS és hepatitis kimutatására .

Kezelések

A fertőzés diagnosztizálása és azonosítása után az orvosnak és a konzultáló orvosi mikrobiológusnak meg kell vizsgálnia a megfelelő kezelési lehetőségeket. Néhány fertőzést a test saját immunrendszere alapján lehet kezelni, de a súlyosabb fertőzéseket antimikrobiális gyógyszerekkel kezelik. A bakteriális fertőzéseket antibakteriális szerekkel (gyakran antibiotikumoknak) kezelik, ezzel szemben a gombás és vírusos fertőzéseket gombaellenes és vírusellenes szerekkel kezelik. A parazitaellenes gyógyszerek széles körét használják parazita betegségek kezelésére.

Az orvosi mikrobiológusok gyakran adnak kezelési javaslatokat a beteg orvosának a mikrobatörzs és annak antibiotikum-ellenállása, a fertőzés helye, az antimikrobiális szerek potenciális toxicitása és a beteg esetleges kábítószer-allergiája alapján.

A gyógyszereken túlmenően, amelyek egy bizonyos fajta organizmusra specifikusak (baktériumok, gombák stb.), Bizonyos gyógyszerek egy adott nemzetségre vagy szervezetfajra specifikusak, és más szervezetekre nem hatnak. Ennek a sajátosságnak az alapján az orvosi mikrobiológusoknak ajánlások megfogalmazásakor figyelembe kell venniük bizonyos antimikrobiális szerek hatékonyságát. Ezenkívül egy organizmus törzsei rezisztensek lehetnek bizonyos gyógyszerekkel vagy gyógyszercsoportokkal szemben, még akkor is, ha általában a faj ellen hatásosak. Ezek a törzsek, úgynevezett rezisztens törzsek, komoly közegészségügyi aggályokat jelentenek, amelyek egyre növekvő jelentőséggel bírnak az orvostudomány számára, mivel az antibiotikumokkal szembeni rezisztencia terjedése romlik. Az antimikrobiális rezisztencia egyre problematikusabb kérdés, amely évente millió halálhoz vezet.

Míg a gyógyszerrezisztencia általában magában foglalja a mikrobákat, amelyek kémiailag inaktiválják az antimikrobiális gyógyszert, vagy egy sejtet, amely mechanikusan megállítja a gyógyszer felvételét, a gyógyszerrezisztencia más formája is előfordulhat a biofilmek képződésével. Egyes baktériumok képesek biofilmek kialakítására azáltal, hogy tapadnak a beültetett eszközök felületeihez, például katéterekhez és protézisekhez, és extracelluláris mátrixot hoznak létre egy másik sejthez, amelyhez tapadhatnak. Ez stabil környezetet biztosít számukra, ahonnan a baktériumok diszpergálódhatnak és megfertőzhetik a gazdaszervezet más részeit. Ezenkívül az extracelluláris mátrix és a baktériumsejtek sűrű külső rétege megvédi a belső baktériumsejteket az antimikrobiális gyógyszerektől.

Az orvosi mikrobiológia nemcsak a betegségek diagnosztizálására és kezelésére vonatkozik, hanem a jótékony mikrobák tanulmányozására is. A mikrobákról kimutatták, hogy hasznosak a fertőző betegségek leküzdésében és az egészség előmozdításában. A kezeléseket mikrobákból lehet kifejleszteni, amint azt Alexander Fleming penicillin-felfedezése bizonyítja, emellett a bakteriális nemzetségből származó új antibiotikumok kifejlesztésével Streptomyces, többek között. A mikroorganizmusok nemcsak az antibiotikumok forrásai, de némelyikük probiotics -ként is működhet, ha egészségügyi előnyökkel járnak a gazda számára, például jobb gastrointestinalis egészséget biztosítva vagy gátolva a kórokozókat.

Kórokozó

A biológiában a legrégebbi és a legszélesebb értelemben vett kórokozó bármi, ami ail okozhat. A kórokozót fertőző kórokozónak vagy egyszerűen csíranak is nevezhetjük.

A kórokozó kifejezés az 1880-as években került alkalmazásra. Általában a kifejezést fertőző mikroorganizmusok vagy ágensek, például egy baktérium, protozoán, viroid vagy gomba leírására használják. A kisméretű állatok, például bizonyos típusú férgek és rovarlárvák szintén okozhatnak betegséget. Mindazonáltal ezeket az állatokat általában közönséges név szerint parazitáknak nevezik, mint kórokozókat. A mikroszkopikus organizmusok, köztük a mikroszkopikus patogén organizmusok tudományos vizsgálatát mikrobiológiának nevezik, másrészt a kórokozókat esetlegesen magában foglaló tanulmányozását patológiának nevezik. Eközben a parazitológia a paraziták és az őket gazdag szervezetek tudományos kutatása.

Számos olyan útvonal létezik, amelyeken keresztül a kórokozók behatolhatnak a gazdaszervezetbe. A fő útvonalak eltérő epizodikus időkeretekkel rendelkeznek, de a talaj a leghosszabb vagy leginkább kitartó potenciállal rendelkezik a kórokozó elhordására. Emberi fertőző kórokozók által okozott betegségeket patogén betegségeknek nevezik, még akkor is, ha nem minden betegséget okoznak kórokozók. Egyes betegségeket, például a Huntington-kór, a kóros gének öröklése okozza.

Pathogenitási

A patogenitás a kórokozók potenciális betegséget okozó képessége. A patogenitás a virulenciához kapcsolódik jelentésben, de egyes hatóságok úgy találták, hogy ez egy kvalitatív kifejezés, ezzel szemben az utóbbi mennyiségi. E szabvány szerint egy organizmus adott körülmények között kórokozó vagy nem patogenikus, de nem patogénabb, mint más. Az ilyen összehasonlításokat a relatív virulencia szempontjából ismertetik. A patogenitás szintén nem egyenlő a fertőzés átvihetőségével, amely számszerűsíti a fertőzés kockázatát.

A kórokozó leírható a toxinok előállításának, a szövetekbe jutásnak, a kolonizációnak, a tápanyagok eltérítésének és a gazdaszervezet immunszuppressziós képességének szempontjából.

Kontextusfüggő patogenitás

Gyakori, hogy egy egész baktériumfajról kórokozónak beszélnek, ha azt azonosítják a betegség okaként (vö. Koch posztulációi). Ennek ellenére a modern nézet szerint a kórokozó hatás a mikrobiális ökoszisztémától egészétől függ. Egy baktérium részt vehet az immunrendszeri károsodásban szenvedő gazdaszervezetek opportunista fertőzéseiben, virulencia faktorokat szerezhet meg plazmid fertőzés útján, átvihetik a gazdaszervezet eltérő helyére, vagy reagálhatnak a jelen lévő más baktériumok túlnyomó tömegében bekövetkező változásokra. Mint például az egerek mezenterikus nyirokmirigyének Yersinia -vel történő fertőzése megtisztíthatja a fenti helyek Lactobacillus -vel való folyamatos fertőzésének folyamatát, valószínűleg az immunológiai hegesedés mechanizmusa révén.

Kapcsolódó fogalmak

Fertőzőképesség

A virulencia (a kórokozó hajlama csökkenteni a gazdaszervezet alkalmasságát) akkor alakul ki, amikor a kórokozó terjedhet egy beteg gazdaszervezetből, annak ellenére, hogy a gazda elgyengül. Vízszintes átvitel történik ugyanazon faj gazdasejtjei között, míg a vertikális átvitel felé, amely hajlamos a szimbiózis felé fejlődni (a populációban a magas morbiditási és mortalitási időszak után) azáltal, hogy a kórokozó evolúciós sikerét összekapcsolja a gazdaszervezet evolúciós sikerével. Az evolúciós biológia szerint sok patogén kifejleszti az optimális virulenciát, amelynél a megnövekedett replikációs sebességgel elért fitneszt kompenzálja a csökkent átvitel közötti kompromisszumok, ám ezeknek a kapcsolatoknak a pontos mechanizmusai továbbra is ellentmondásosak.

Terjedés

A kórokozók átvitele számos különféle útvonalon történik, ideértve a levegőben, közvetlen vagy közvetett érintkezést, a szexuális kapcsolatot, vér, anyatej vagy más testfolyadék útján, valamint a széklet-orális úton.

A kórokozók típusai

A prionok

A prionok félrehajtott fehérjék, amelyek áthajtogatott állapotukat átvihetik egy másik, elsősorban hajtogatott, azonos típusú proteinbe. Nem tartalmaznak DNA vagy RNA, és nem replikálódhatnak más módon, mint a már létező normál fehérjék hibás hajtogatással történő átalakításához. Ezek a rendellenesen hajtogatott fehérjék határozottan megtalálhatók bizonyos betegségekben, például a surlókórban, a szarvasmarhák szivacsos agyvelőbántalmában (őrült tehén betegsége) és a Creutzfeldt – Jakob ailben.

Vírusok

A vírusok kicsi, általában RNA 20-300 nanométer hosszú részecskék, amelyek RNA vagy DNA tartalmaznak gazdasejtet a replikációhoz. A vírusos kórokozók által okozott betegségek egyike a himlő, influenza, mumpsz, kanyaró, bárányhimlő, ebola, HIV és a rubeola.

A kórokozók szigorúan a következő családokból származnak: Adenoviridae, Picornaviridae, Herpesviridae, Hepadnaviridae, Flaviviridae, Retroviridae, Orthomyxoviridae, Paramyxoviridae, Papovaviridae, Polyomavirus, Rhabdoviridae és Togaviridae. HIV a család figyelemre méltó tagja Retroviridae, amely 2018-ban világszerte 37,9 millió embert érintett.

Bacteria

A baktériumok túlnyomó többsége, amelyek hossza 0,15 és 700 μM között lehet, ártalmatlanok vagy jótékony hatással vannak az emberekre. Ennek ellenére a viszonylag kis listája fertőző betegségeket okozhat. Többféle módon is okozhat fájdalmat. Vagy közvetlenül befolyásolhatják gazdasejtjeiket, termelhetnek endotoxinokat, amelyek károsítják gazdasejtjeit, vagy elég erős immunválaszt okozhatnak, hogy a gazdasejtek károsodnak.

Az egyik baktériumbetegség, amely a leginkább sújtja, a tuberkulózis, amelyet a baktérium Mycobacterium tuberkulózis okozott, amely 2013-ban 1,5 millió embert ölt meg, általában a Szaharától délre eső Afrikában. Hozzájárulás egy másik globálisan jelentős betegséghez, például a tüdőgyulladáshoz, amelyet baktériumok okozhatnak például Streptococcus és Pseudomonas, valamint az élelmezésben előforduló betegségekhez, amelyeket például a Shigella, Campylobacter és Salmonella baktériumok okozhatnak. Hasonlóképpen okozhatnak fertőzéseket, például tetanusz, tífusz, diftéria, szifilisz és lepra.

Gombák

A gombák eukarióta szervezetek, amelyek kórokozókként szolgálhatnak. Körülbelül 300 ismert gomba van, amelyek patogének az emberekre, ideértve a Candida albicans -t, amely a rigó leggyakoribb oka, és a Cryptococcus neoformant, amelyek a meningitis súlyos formáját okozhatják. A tipikus gombás spóraméret kisebb, mint 4,7 μm, de néhány spóra nagyobb is lehet.

Az algák

Az algák egysejtű növények, amelyek a patogén fajták ellenére nyilvánvalóan nem patogének. Protothecosis A a kutyákban, macskákban, szarvasmarhákban és emberekben előforduló betegség, amelyet egy prototéka néven ismert zöld algafaj okoz, amelyben nincs klorofill.

Egyéb paraziták

Néhány eukarióta organizmus, köztük számos protozoa és helmint.

Kórokozó házigazdák

Bacteria

Noha a baktériumok maguk is kórokozók lehetnek, ugyanúgy fertőzhetők kórokozók által, fágként is ismert méhekkel, amelyek a baktériumokat megfertőzik, gyakran a fertőzött baktériumok death -éhez vezetve. Gyakori a T7 és a Lamda fág. Vannak olyan baktériumok, amelyek mindenféle baktériumot megfertőznek, beleértve a gram-negatív és a gram-pozitív baktériumokat is. Még azok is, amelyek megfertőznek egy másik fajt, beleértve az embereket is, megfertőzhetők fággal.

Növények

A növények számosféle kórokozót befogadhatnak, ideértve az ingeket, baktériumokat, gombákat, fonálférgeket és még egy másik növényt is. A figyelemre méltó növények között szerepel a Papaya gyűrűs csomópont, amely millió dolláros kárt okozott Hawaii és Délkelet-Ázsia gazdálkodóinak, valamint a Dohány mozaik, amely miatt Martinus Beijerinck tudós Beijerinck 188 -ban a vírus fogalmát vetette be. A bakteriális növényi kórokozók szintén súlyos probléma, amely számos növényfajban levélfoltokat, foltokat és rothadást okoz. A növények két legfontosabb baktériumkórokozója a P. Syringae és az R. Solanacearum, amelyek levelek megbarnulását, valamint a burgonya, a paradicsom és a banán másik problémáját okozzák.

A gombák a növények egyik fő patogén típusa. Különféle problémákat okozhatnak, például rövidebb növénymagasság, növekedés vagy gödrök a fatörzsekön, gyökér- vagy vetőmag rothadás és levélfoltok. A közönséges és súlyos növényi gombák közé tartozik a rizsfúvós gombás gombák, a holland gömbök, a gesztenyevirág és a cseresznye, szilva és őszibarack fekete csomójának és barna rothadásának betegségei. Becslések szerint önmagában a növényi hozam 65% -kal csökken.

Összességében a növények sokféle kórokozóval rendelkeznek, és becslések szerint a növényi kórokozók által okozott betegségnek csak 3% -a kezelhető.

állatok

Az állatok gyakran sokféle azonos vagy hasonló kórokozóval megfertőződnek, beleértve az embereket is, beleértve az es, baktériumokat és gombákat. Másrészt a vadon élő állatok gyakran megbetegedéseket szenvednek, annál nagyobb a veszély az állatokra. Becslések szerint a vidéki környezetben az állatállomány legalább 90% -át kórokozók okozzák. A szarvasmarha szivacsos agyvelőbántalma, amelyet általában Mad cow ail néven ismert, azon kevés betegség egyike, amely az állatokat érinti. Egy másik állatbetegség magában foglalja a különböző immundeficiencia-rendellenességeket, amelyeket az emberi immundeficiencia( HIV) okoz, beleértve a BIV és FIV .

Az emberek

Az emberek sokféle kórokozóval fertőzhetők meg, ideértve az esket, baktériumokat és gombákat. Az embereket fertőző baktériumok tüneteket, például tüsszögést, köhögést, lázot, hányást okozhatnak, és akár death is okozhatnak. Ezen tünetek némelyikét önmagában, másrészt a fertőzött személy immunrendszerrel kialakult rendje okozza.

Kezelés

Prion

Számos kísérlet ellenére eddig nem sikerült kimutatni, hogy a terápia megállítaná a betegségek progresszióját.

Vírus

Néhány vírusos kórokozó esetében számos megelőzési és kezelési lehetőség létezik. A vakcinák az egyik leggyakoribb és hatékony megelőző intézkedés a különféle vírusos kórokozók ellen. A vakcinák elősegítik a gazdaszervezet immunrendszerének kialakulását, így amikor a potenciális gazdaszervezet vadonba kerül, az immunizált rend gyorsan képes megvédeni a fertőzést. A vakcinák léteznek olyan fákkal, mint a kanyaró, a mumpsz és a rubeola, valamint az influenza. Egyeseknek, például a HIV, a dengue- és a chikungunya-nak, nem állnak rendelkezésre oltások.

A vírusos fertőzések kezelése gyakran magában foglalja a fertőzés tüneteinek kezelését, mint bármely olyan gyógyszer biztosítását, amely magát a vírus patogént befolyásolja. A vírusos fertőzés tüneteinek kezelése időt ad a gazdaszervezet immunrendszerének kialakulására a vírus patogén elleni antitestek kifejlesztésére, amelyek ezután megtisztítják a fertőzést. Bizonyos esetekben a betegség kezelése szükséges. Ennek egyik példája a HIV, ahol antiretrovirális terápiára, hasonlóan ART vagy HAART néven is ismert, hogy szükség van az immunsejt-veszteség és a AIDS -vá történő fejlődés megakadályozására .

Bacteria

Hasonlóan a vírusos kórokozókhoz, bizonyos baktériumkórokozók általi fertőzés vakcinák útján is megelőzhető. A bakteriális patogének elleni vakcinák magukban foglalják a anthrax oltást és a pneumokokkusz oltást. Számos másik baktériumkórokozó megelőző intézkedésként hiányzik az oltás, de ezeknek a baktériumoknak a fertőzése gyakran kezelhető vagy megelőzhető antibiotikumokkal. Az általános antibiotikumok közé tartozik az amoxicillin, a ciprofloxacin és a doxycyclin. Mindegyik antibiotikumnak eltérő baktériumai vannak, amelyek hatékonyak, és eltérő mechanizmusokkal rendelkezik, hogy megölik ezt a baktériumot. Mint például a doxiciklin gátolja az új fehérjék szintézisét mind gram-negatív, mind gram-pozitív baktériumokban, ami az érintett baktériumok death -hoz vezet .

Mivel részben az antibiotikumok túlzott felírása olyan körülmények között, amikor nincs rá szükség, egyes baktériumkórokozók kifejlesztettek antibiotikumokkal szembeni rezisztenciát, és nehezen kezelhetők a klasszikus antibiotikumokkal. A genetikailag nem egyenlő törzs, az úgynevezett MRSA törzs az egyik példa egy baktériumkórokozóra, amelyet szokásos antibiotikumokkal nehéz kezelni. Az Ail Control Center( CDC 2013-ban kiadott jelentése szerint az Egyesült Államokban évente legalább 2 millió ember kap antibiotikum-rezisztens baktériumfertőzést, és legalább 23 000 ember hal meg ezekből a fertőzésekből.

Gombák

A gombás kórokozók általi fertőzést gombaellenes gyógyszerekkel kezelik. A gombás fertőzések, például a sportoló lába, a nyak viszketése és az ótférg a bőr fertőzései, és olyan helyi gombaellenes gyógyszerekkel kezelhetők, mint például a Clotrimazole. Egy másik gyakori gombás fertőzés lehet az élesztő törzs által okozott fertőzés Candida albicans. A Candida száj- vagy torokfertőzéseket okozhat, ezeket általában szirmoknak nevezik, vagy hüvelyi fertőzéseket is okozhat. Ezeket a belső fertőzéseket vagy gombaellenes krémekkel, vagy orális gyógyszerekkel lehet kezelni. A belső fertőzések általános gombaellenes gyógyszerei közé tartozik az Echinocandin gyógyszercsalád és a Fluconazole .

Az algák

Az algákat általában nem tekintik kórokozóknak, de a Prototheca nemzetségről ismert, hogy az embereknél fájdalmat okoz. Az ilyen típusú fertőzés kezelését jelenleg vizsgálják, és a klinikai kezelésnek nincs konzisztenciája.

Szexuális interakciók

Számos kórokozó képes a szexuális interakcióra. Között a szexuális interakció ugyanazon faj sejtjei között történik a természetes genetikai átalakulás hatására. A transzformáció magában foglalja a DNA átadását egy donor sejtből egy recipiens sejtbe, és a DNA donor integrálódását a recipiens genomba rekombináció útján. Természetes transzformációra képes baktériumkórokozók például: Helicobacter pylori, Haemophilus influenzae, Legionella pneumophila, Neisseria gonorrhoeae és Streptococcus pneumoniae .

Az eukarióta kórokozók gyakran képesek a szexuális interakcióra meiozis és szingamia bevonásával. A meiosis a homologous kromoszómák intim párosítását és azok közötti rekombinációt foglalja magában. A nemi képességű eukarióta kórokozókra példa a protozoánok parazitái Plasmodium falciparum, Toxoplasma gondii, Trypanosoma brucei, Giardia intestinalis és a Aspergillus fumigatus, Candida albicans és Cryptococcus neoformák gombái..

A vírusok szintén szexuális interakción menhetnek keresztül, amikor két vagy több vírusgenom ugyanabba a gazdasejtbe lép. Ez a művelet magában foglalja a homologous genomok párosítását és rekombinációját közöttük egy olyan multiplikációs újraaktivációnak nevezett művelettel. Példák erre a műveletre a herpes simplex, az emberi immunhiány és a vakcinia.

A baktériumokban, a mikrobiális eukariótákban zajló szexuális folyamatokban a homologous genomok közötti rekombinációt vonják maguk után, amely úgy tűnik, hogy megkönnyíti a patogének genomja által okozott homologous genomkárosodások helyreigazítását a megfelelő gazdaszervezet védelme által.

Prion

A prionok hibásan hajtogatott fehérjék, azzal a képességgel, hogy hibásan hajtogatott alakjukat továbbadják ugyanazon fehérje normál variánsaiba. Számos halálos és átvihető neurodegeneratív betegséget jellemeznek emberekben és sok más állatban. Nem ismeretes, mi okozza a normál fehérje téves elrendeződését, de feltételezhető, hogy a rendellenes háromdimenziós szerkezet fertőző tulajdonságokat kölcsönöz, és a közelben levő fehérjemolekulákat ugyanabba az alakba állítja. A szó a fehérjefertőző részecske származik. A fehérjék feltételezett szerepe fertőző ágensként fennáll, míg az összes többi ismert fertőző ágens, például az ésszel, baktériummal, gombával és parazitával szemben, amelyek mindegyike tartalmaz nukleinsavakat (DNS, RNA vagy mindkettő).

A fehérje( PrP) PrP prionvariánsai, amelyek fajlagos szolgálata bizonytalan, feltételezhetően a transzmissziós szivacsos agyvelőbántalmak (TSE), ideértve a CWD juhrákot, a szarvasok krónikus pazarlási problémáját( CWD), a szarvasmarhák szivacsos agyvelőbántalmának( BSE) szarvasmarhákban (közismert nevén "őrült tehén betegség) és Creutzfeldt – Jakob ail( CJD) emberben. Az emlősökben ismert összes betegség befolyásolja az agy vagy más idegi szövet szerkezetét; mindegyik progresszív, nincs ismert hatékony kezelése és mindig halálos. 2015-ig az összes ismert emlősbetegséget a fehérje( PrP) okozta ; ennek ellenére 2015-ben többszörös kialakult rend atrófia( MSA) transzmissziósnak bizonyult, és feltételezésük szerint az alfa-szinuklein egy formája okozta.

A prionok amiloidoknak nevezett fehérjék rendellenes aggregátumait képezik, amelyek felhalmozódnak a fertőzött szövetekben, és szöveti károsodásokkal és sejtekkel társulnak death. Az amiloidok szintén felelősek számos további neurodegeneratív betegségért, például az Alzheimer-kór és a Parkinson-kór. Az aggregátumok stabilak, és ez a szerkezeti stabilitás azt jelenti, hogy ellenállnak a kémiai és fizikai tényezők általi denaturációnak: szokásos fertőtlenítéssel vagy főzéssel nem pusztíthatók el. Ez megnehezíti ezen részecskék ártalmatlanítását és elszigetelését.

A betegség egyfajta proteopátia, vagy strukturálisan rendellenes fehérjék. Az emberekben úgy gondolják, hogy a Creutzfeldt – Jakob ail( CJD), annak variánsa( vCJD), Gerstmann – Sträussler – Scheinker szindróma( GSS), végzetes családi álmatlanság( FFI) és kuru. Ugyanígy vannak bizonyítékok arra is, hogy az Alzheimer-kór, a Parkinson-féle betegség és az amyotrophiás laterális szklerózis( ALS) fellépésében szerepet játszhatnak, és ezeket hasonló betegségeknek nevezik. Számos élesztőfehérjét azonosítottak hasogén tulajdonságokkal. A replikációt epimutáció és természetes szelekciónak kell alávetni, akárcsak a replikáció más formáinak, és szerkezetük fajok között kissé eltér.

Prion fehérje

Szerkezet

A fehérjékből( PrP) állnak, amelyek az egész testben megtalálhatók, egészséges emberekben és állatokban is. Ennek ellenére a fertőző anyagban található PrP szerkezete eltérő, és ellenálló a proteázokkal szemben, amelyek a testben működő enzimek, amelyek főleg a fehérjéket bontják le. A fehérje normál formáját PrP C-nek hívják, másrészt a fertőző formát PrP Sc-nek hívják - a C celluláris PrP -re utal, másrészt az Sc scrapie -ra utal, prototípusos ail, előfordulása juhokban. Másrészt a PrP Cszerkezetileg jól definiált, a PrP Sclényegében polidiszperz, és viszonylag gyenge. PrP in vitro indukálható fold -be más, többé-kevésbé jól definiált izoformákká, és ezek kapcsolata az in vivo patogén formákkal / formákkal még mindig nem egyértelmű.

PrP C

PrP A C egy normális protein, amelyet a sejtek membránjai tartalmaznak. 209 aminosavat tartalmaz (emberekben), egy diszulfidkötést, 35–36 kDa molekulatömegű és szigorúan alfa-spirális szerkezetű. Számos topológiai forma létezik; az egyik sejtfelület glikolipiddel rögzítve és két transzmembrán formában van kialakítva. A normál fehérje nem ülepíthető; azaz azt nem lehet elválasztani centrifugálási technikákkal. Szolgáltatása complex kérdés, amelyet továbbra is vizsgálnak. A PrP Cnagy affinitással köti a réz (II) ionokat. Ennek a megállapításnak a jelentősége nem egyértelmű, de feltételezhetően a PrP szerkezetére vagy szolgáltatására vonatkozik. A PrP Ckönnyen emészthető proteinase K, és in vitro felszabadulhat a sejt felületéről a foszfoinozitid phospholipase C (PI-PLC) enzimmel, amely hasítja a glikofoszfatidil-inozitol( GPI) glikolipid horgonyt. Úgy tűnik, hogy a PrP fontos szerepet játszik a sejt-sejt-adhézióban és az intracelluláris jelátvitelben in vivo, és ezért részt vehet az agy sejt-sejt-kommunikációjában.

PrP res

Proteáz-rezisztens PrP Sc-szerű protein (PrP res) az címletű adott bármelyik izoformáját PrP c, amely szerkezetileg megváltoztatott és alakították át nem helyesen hajtogatott proteinase K-rezisztens formában in vitro. Modellezésére átalakítása PrP Ca PrP Scin vitro, Saborio et al. gyorsan átalakulnak PrP Cát PrP resegy eljárás, amelyben a ciklusos amplifikációja a protein misfoldingot. A PrP res kifejezést arra használják, hogy felfedezzék a PrP Sc-t, amelyet izoláltak a fertőző szövetből és a fertőző szivacsos agyvelőbántalom kórokozójához társítják. Mint például a PrP-től eltérőenSc, PrP resnem feltétlenül fertőző.

PrP Sc

A PrP fertőző izoformja, PrP Scnéven ismert, vagy egyszerűen az, képes átalakítani a normál PrP C fehérjéket fertőző izoformává azok konformációjának vagy alakjának megváltoztatásával; ez viszont megváltoztatja a fehérjék összekapcsolódásának folyamatát. A PrP Scmindig aggodalmat okoz. Annak ellenére, hogy a PrP Scpontos 3D-s szerkezete nem ismert, nagyobb a β-lemez szerkezetének aránya, inkább a normál α-hélix szerkezet. Ezen rendellenes izoformák aggregálódása erősen strukturált amyloid szálakat képez, amelyek felhalmozódnak plakkok kialakulásához. Az egyes rostok vége sablonként működik, amelyhez a szabad fehérjemolekulák kapcsolódhatnak, lehetővé téve a rostok növekedését. A legtöbb esetben csak PrP A fertőző PrP Sc-vel azonos aminosav-szekvenciájú molekulákat beépítjük a növekvő rostba. Mindazonáltal a ritka fajok közötti átvitel szintén lehetséges.

Normál szolgáltatás PrP

A fehérje élettani szolgálata továbbra sem ismeretes. Másrészt az in vitro kísérletekből származó adatok sok eltérő szerepet sugallnak, a PrP knockout egerekkel végzett vizsgálatok csak korlátozott információt szolgáltattak azon az alapon, hogy ezek az állatok csak csekély rendellenességeket mutatnak. Az egerekben végzett kutatások során azt találták, hogy a perifériás idegekben a PrP fehérjék hasítása a Schwann sejtekben a myelin javulás aktiválását okozza, és hogy a PrP fehérjék hiánya ezekben a sejtekben demielinizációt okozott.

PrP és szabályozott sejthalál

A MAVS, a RIP1 és a RIP3 a test más részeiben található fehérjékhez hasonló fehérjék. Hasonlóképpen polimerizálódnak fonalas amyloid szálakká, amelyek vírusos fertőzés esetén szabályozott sejtet death kezdeményeznek, hogy megakadályozzák a virionok elterjedését egy másik, körülvevő sejtbe.

PrP és a hosszú távú memória

A 2005-ös bizonyítékok áttekintése azt sugallta, hogy a PrP normál szolgáltatással PrP bírhat a hosszú távú memória fenntartásában. Ezenkívül egy 2004-es tanulmány megállapította, hogy az egerekben, amelyekben nem rendelkeznek gének normál celluláris PrP fehérjére, megváltozott hippokampusz hosszú távú PrP potencifikációja mutatkozik. Egy nemrégiben elvégzett tanulmány, amely magyarázatot ad arra, hogy miért derült fény arra, hogy a CPEB neuronális fehérje genetikai szekvenciája hasonló az élesztő fehérjékhez. A CPEB-szerű képződése elengedhetetlen a hosszú távú memória kialakulásával kapcsolatos hosszú távú szinaptikus változások fenntartásához.

PrP és őssejtek megújulása

A Whitehead Biomedical Research Institute 2006. évi cikke rámutat, hogy az őssejteken történő expresszió módjára vagy módjára PrP van szükség ahhoz, hogy a szervezet önmagában megújuljon a csontvelő. A tanulmány kimutatta, hogy az összes hosszú távú vérképző őssejt expresszálja a PrP -ot sejtmembránján, és hogy a PrP-null őssejteket tartalmazó vérképző szövetek fokozott érzékenységet mutatnak a sejtek kimerülésére.

PrP és veleszületett immunitás

Van néhány bizonyíték arra, hogy a PrP szerepet játszhat a veleszületett immunitásban, mivel a PRNP, a PrP gén expressziós módja vagy módja számos vírusfertőzésben fel van szabályozva, és PrP antivirális tulajdonságokkal rendelkezik sokasokkal szemben, beleértve a HIV .

Prion replikáció

Az első hipotézis, amely megkísérelte megmagyarázni, hogyan replikálódnak csak fehérjékben, a heterodimer modell volt. Ez a modell feltételezte, hogy egyetlen PrP Scmolekula kötődik egyetlen PrP Cmolekulához, és katalizálja annak átalakulását PrP Sc-ként. A két PrP Scmolekula ezután szétesik és tovább folytathatja a további PrP Cátalakítását. Mindazonáltal a replikációs modellnek meg kell magyaráznia mind a terjedési módot, mind azt, hogy miért olyan ritka a spontán megjelenésük. Manfred Eigen kimutatta, hogy a heterodimer modell megköveteli, hogy a PrP Screndkívül hatékony katalizátor legyen, és körülbelül 10 ¹⁵-szeresére növeli a konverziós reakció sebességét. Ez a probléma nem merül fel, ha a PrP Sccsak összesített formában létezik, például amyloid, ahol az együttműködés akadályt jelenthet a spontán átalakuláshoz. Sőt, a jelentős erőfeszítések ellenére a fertőző monomer PrP Scmég soha nem volt izolálva.

Egy alternatív modell feltételezi, hogy a PrP Sccsak fibrillkéntlétezik, és a fibrill végei megkötik a PrP C-t,és átalakítják PrP Sc-ként. Ha ez mind megtörténne, akkor az egységek mennyisége lineárisan növekszik, és egyre hosszabb rostot képez. De a PrP Scés a fertőző részecskék mennyiségének exponenciális növekedését megfigyelték ail során. Ez azzal magyarázható, hogy figyelembe vesszük a rost törését. Matematikai megoldást találtak a fibrill növekedés és a fibrill törés kombinációjából származó exponenciális növekedési sebességre. Az exponenciális növekedési sebesség népszerûen a PrP Cnégyzetgyökétől függkoncentrációt. Az inkubációs periódust az exponenciális növekedési sebesség határozza meg, és a transzgenikus egerek betegségeire vonatkozó in vivo adatok megegyeznek ezzel az előrejelzéssel. Ugyanez a négyzetgyök-függőség hasonlóan in vitro a különféle amyloid fehérjékkel végzett kísérletekben is .

A replikációs mechanizmus kihatással van a gyógyszerek tervezésére. Mivel a betegségek inkubációs periódusa ilyen hosszú, a hatékony gyógyszernek nem kell az összes mellékhatást eltávolítania, hanem csak le kell lassítania az exponenciális növekedés ütemét. A modellek azt jósolják, hogy a lehető legkisebb adagot tartalmazó gyógyszer alkalmazásával a leghatékonyabb módszer ennek elérésére egy olyan gyógyszer felfedezése, amely kötődik a rostvégekhez és megakadályozza őket a növekedésben.

Betegségek

Betegségek

Érintett állat (ok)

gyengélkedik

Juh, kecske (érintett állat (ok))

gyengélkedik

Scrapie

Szarvasmarha (érintett állat (ok)

gyengélkedik

Kergemarha-kór

Teve (érintett állat (ok)

gyengélkedik

Teve szivacsos agyvelőbántalom( CSE)

Mink (érintett állat (ok))

gyengélkedik

Fertőző nyércukor encephalopathia( TME)

Fehérfarkú szarvas, jávorszarvas, öszvérszarvas, jávorszarvas (érintett állat (ok))

gyengélkedik

Krónikus pazarlásos probléma( CWD)

Macska (érintett állat (ok))

gyengélkedik

Macska szivacsos agyvelőbántalma( FSE)

Nyala, Oryx, Nagy-Kudu (érintett állat (ok))

gyengélkedik

Egzotikus patás encephalopathia (EUE)

Strucc (érintett állat (ok))

gyengélkedik

Spongiform encephalopathia (Nem bizonyított, hogy átvihető.)

Emberi (érintett állat (ok))

gyengélkedik

Creutzfeldt – Jakob ail( CJD)

Iatrogén Creutzfeldt – Jakob ail (iCJD)

Creutzfeldt – Jakob ail változat( vCJD)

Creutzfeldt – Jakob ail család (fCJD)

Sporadikus Creutzfeldt – Jakob ail (sCJD)

Gerstmann – Sträussler – Scheinker szindróma( GSS)

Végzetes családi álmatlanság( FFI)

Kuru

Családi szivacsos agyvelőbántalom

Változatosan proteáz-érzékeny kórkép (VPSPr)

A prionok neurodegeneratív fájdalmat okoznak azáltal, hogy extracellulárisan aggregálódnak a központi idegrendszer kialakulási rendjében, és olyan plakkokká alakulnak, amelyek amyloid néven ismertek, és amelyek megzavarják a normál szövet szerkezetét. Ezt a zavart a szövetben lyukak jellemzik, amelyek szivacsos felépítéssel járnak, mert a vákuum képződik a neuronokban. Egy másik szövettani változás közé tartozik az asztrogliózis és a gyulladásos reakció hiánya. Másrészről a betegségek inkubációs periódusa viszonylag hosszú (5 és 20 év), amint a tünetek megjelennek, a sérülés gyorsan fejlődik, ami agykárosodáshoz és death. A neurodegeneratív tünetek lehetnek görcsök, demencia, ataxia (egyensúly- és koordinációs diszfunkció), valamint a viselkedés vagy a személyiség változásai.

Az összes ismert betegség kezelhetetlen és végzetes. Mindazonáltal az egerekben kifejlesztett oltás betekintést nyújthat az emberek fertőzéseinek ellenálló oltáshoz. Ezenkívül 2006-ban a tudósok bejelentették, hogy géntechnológiával módosított szarvasmarhákkal rendelkeznek, amelyek nem tartalmaznak a termeléshez szükséges gént - következésképpen elméletileg immunizálják őket a BSE ellen, azon kutatásokra támaszkodva, amelyek szerint az egerek, amelyekben főleg előforduló fehérje hiányzik, ellenállnak a scrapiefehérjék fertőzéseinek. 2013-ban egy tanulmány kimutatta, hogy az Egyesült Királyságban 2 000 ember közül egyben tartózkodhat a fertőző fehérjét, amely az okokat okozza vCJD .

Sok különbözõ emlősfajt befolyásolhatnak a betegségek, mivel a fehérje( PrP) minden emlősben nagyon hasonló. Az eltérő fajok közötti PrP kismértékű különbségek miatt szokatlan, hogy az ail átterjed az egyik fajról a másikra. A Creutzfeldt – Jakob ail emberi variancia változatát azonban úgy gondolják, hogy az általában a szarvasmarhákat fertőzi, ami szarvasmarhák szivacsos agyvelőbántalmát okozza, és a fertőzött húson terjednek.

2015-ig az összes ismert emlősbetegséget a fehérje PrP által PrP okozottnak tekintették; 2015-ben a többszörös rendű atrófiát transzmissziósnak találták, és feltételezhetően az alfa-szinuklein nevű protein új, félrehajtott formája okozta. A fehérje endogén, megfelelően hajtogatott formáját PrP C-vel jelöljük (Common vagy Cellular esetén), ezzel szemben a betegséghez kötött, hibásan hajtogatott formát PrP Sc(Scrapie esetében) jelöljük, miután az egyik betegség először összekapcsolódott és neurodegenerálódott. A pontos szerkezete nem ismert, még akkor is, ha a PrP Ckombinálásával állíthatók elő, poliadenilsav és lipidek egy fehérje-összetévesztéses ciklikus amplifikációs (PMCA) reakcióban. Ez a művelet azt is bizonyítja, hogy a replikáció nem függő nukleinsavak.

Terjedés

Elismerték, hogy a betegségek három különbözõ módon fordulhatnak elõ: megszerzett, családi vagy szórványos. Gyakran feltételezik, hogy a beteg forma közvetlenül kölcsönhatásba lép a normál formával, hogy szerkezetét átrendezze. Az egyik elképzelés, a Protein X hipotézis, hogy egy még ismeretlen celluláris protein (Protein X) lehetővé teszi a PrP Cátalakítását PrP Sc-ként, azáltal, hogy a kettő mindegyikének molekuláját összekapcsolják complex -vé.

Az állatokban a fertőzés elsődleges oka a lenyelés. Úgy gondolják, hogy ezek lerakódhatnak a környezetbe az elhullott állatok maradványain, vizeleten, nyálon és más testfolyadékokon keresztül. Ezután elhúzódhatnak a talajban azáltal, hogy az agyaghoz és más ásványi anyagokhoz kötődnek.

A kaliforniai egyetemi kutatócsoport bizonyítékokat szolgáltatott arra az elméletre, hogy a fertőzés trágyából származhat. Mivel a trágya a víztartályokat körülvevő számos területen megtalálható, és számos növényterületen is használják, felveti a széles körű terjedés lehetőségét. 2011 januárjában arról számoltak be, hogy a kutatók laboratóriumi egereknél a surlókór fertőzésével összefüggésben az aeroszol részecskékön átterjedtek a levegőn átterjedő aeroszol részecskékre. Az észlelést alátámasztó előzetes bizonyítékok átadhatók a vizeletből származó, menopauzális gonadotropin alkalmazásával, amelyet meddőség kezelésére adtak be, 2011-ben tettek közzé.

Prionok növényekben

2015-ben a texasi egyetemi egészségtudományi központ kutatói felfedezték, hogy a növények vektor-fors lehetnek. Amikor a kutatók olyan hörcsög fűvel táplálkoztak, amely a földön nőtt, ahol egy szarvast elpusztítottak krónikus pazarlásos tünettel( CWD), akkor a hörcsögök megbetegedtek a CWD -vel, ami azt sugallja, hogy a növényekhez kötődhetnek, amelyek aztán felveszik a levélbe és a szár szerkezete, ahol a növényevők ehetik meg őket, következésképpen befejezve a ciklust. Következésképpen lehetséges, hogy fokozatosan felhalmozódó számú anyag fordul elő a környezetben.

Sterilizáció

A nukleinsavat tartalmazó fertőző részecskék attól függnek, hogy irányítsák folyamatos replikációjukat. Ennek ellenére fertőzőek a fehérje normál változataira gyakorolt ​​hatásuk miatt. A sterilezés tehát megköveteli a protein denaturálását olyan állapotba, amelyben a molekula már nem képes indukálni a normál fehérjék rendellenes hajtogatását. Általában véve ellenállóképesek a proteázok, a hő, az ionizáló sugárzás és a formaldehid kezelések ellenére, fertőzőképességük ellenére csökkenthetők az ilyen kezelésekkel. A hatékony fertőtlenítés a protein hidrolízisén vagy a fehérje tercier szerkezetének redukcióján vagy megsemmisítésén alapul. Ilyenek például a nátrium-hipoklorit, a nátrium-hidroxid és az erősen savas mosószerek, például LpH. 134 ° C (273 ° F) hőmérsékleten 18 percen keresztül nyomás alatt álló gőz-autoklávban kiderült, hogy némileg hatékonyan deaktiválja az ail ágenst. Az ózon sterilizálását jelenleg a denaturáció és deaktiválás lehetséges műveleteként vizsgálják. A teljesen denaturáltnak a fertőző státusává történő retusálás még mindig nem történt meg; ennek ellenére a részlegesen denaturált állatok bizonyos mesterséges körülmények között fertőző státusú lehet.

Az Egészségügyi Világszervezet a következő három eljárás bármelyikét javasolja az összes hőálló műtéti eszköz sterilizálására annak biztosítása érdekében, hogy azok ne legyenek fertőzött:

Merítse 1 N nátrium-hidroxidba, és tegye gravitációs elmozdulású autoklávba 121 ° C-on 30 percre; tiszta; öblítse le vízben; majd végezzen rutin sterilizálási folyamatokat.

Merítse 1 N nátrium-hipoklorittal (20 000 ppm rendelkezésre álló klór) 1 órán keresztül; vigye a műszereket a vízbe; melegítjük gravitációs elmozdulású autoklávban 121 ° C-on 1 órán át; tiszta; majd végezzen rutin sterilizálási folyamatokat.

Merítse 1 N nátrium-hidroxidba vagy nátrium-hipokloritba (20 000 ppm rendelkezésre álló klór) 1 órán keresztül; vegye le és öblítse le vízben, utána tegye egy nyitott edénybe, és melegítse gravitációs elmozdulás (121 ° C) vagy porózus terhelésű (134 ° C) autoklávban 1 órán keresztül; tiszta; majd végezzen rutin sterilizálási folyamatokat.

Bomlásállóság a természetben

A túlzott bizonyítékok azt mutatják, hogy az ellenáll a lebomlásnak és évekig fennmarad a környezetben, és a proteázok nem lebontják őket. Kísérleti bizonyítékok azt mutatják, hogy a kötődések idővel romlanak, másrészt a talajszint stabil vagy növekvő szinten marad, ami arra utal, hogy valószínűleg felhalmozódik a környezetben.

Gombák

Hasonló fehérjéket mutatnak bizonyos gombákban is, amelyek segítenek az emlősök megértésében. Úgy tűnik, hogy a gombák nem okoznak fájdalmat a gazdasejtükben. Az élesztőben a konfigurációhoz újból feloldódó fehérjét chaperone fehérjék, például Hsp104 segítik. Az összes ismert anyag amyloid fold képződését indukálja, amelyben a fehérje szorosan csomagolt béta-lemezekből álló aggregátumré polimerizálódik. Az amiloid aggregátumok fibrillák, amelyek a végükön növekednek, és replikálódnak, ha a törés miatt a két növekvő vég négy növekvő vége lesz. A betegségek inkubációs periódusát a replikációhoz kapcsolódó exponenciális növekedési sebesség határozza meg, amely egyensúly a lineáris növekedés és az aggregátumok törése között.

Reed Wickner az 1990-es évek elején felfedezte az élesztőben Saccharomyces cerevisiae gombás fehérjeképességű változásokat mutató gombafehérjéket. Az emlősökkel való mechanikus hasonlóságuk miatt élesztőnek nevezték őket. Ezt követően a a gombaban is megtalálható a Podospora anserina. A tézisek a PrP mellett viselkednek, de általában nem toxikusak gazdaik számára. Susan Lindquist a Whitehead Institute csoportja azt állította, hogy a gombák némelyikét semmilyen semmilyen nehézségi állapot nem köti össze, ám hasznos szerepet játszhat; mindazonáltal a NIH kutatói NIH hasonlóképpen érveket szolgáltattak arra utalva, hogy a gombákat beteg állapotnak lehet tekinteni. Bizonyítékok vannak arra, hogy a gombafehérjék olyan speciális funkciókat fejlesztettek ki, amelyek előnyösek a mikroorganizmus számára, és ezáltal javítják képességüket a különféle környezetekhez való alkalmazkodáshoz.

A gombákkal kapcsolatos kutatások erőteljesen támogatták a csak a fehérjék fogalmát, mivel a sejtekből extrahált tisztított fehérjékről kimutatták, hogy a fehérje normál formáját in vitro félrehajtott formává alakítják, és a cselekvés során megőrzik a megfelelő információkat. az állam törzseinek elkülönítése. Hasonlóképpen felvilágosítást adott a doménekről, amelyek olyan fehérje régiói, amelyek elősegítik a. A gombák hozzájárultak az átalakulás mechanizmusainak javaslatához, amelyek mindenkire vonatkozhatnak, annak ellenére, hogy a gombák a szaporításhoz szükséges kofaktor hiányában eltérőnek tűnnek a fertőző emlősöktől. A jellegzetes domének fajonként változhatnak - pl. Az emlősökben a jellegzetes gombás domének nem találhatók.

Gomba gombák

Fehérje

Természetes gazda

Normál funkció

Prion állapot

Prion-fenotípus

Azonosított év

Természetes gazdaszervezet - Ure2p (fehérje)

Saccharomyces cerevisiae

Normál funkció - Ure2p (fehérje)

Nitrogén katabolit represszor

Prionállapot - Ure2p (fehérje)

(URE3)

Prion-fenotípus - Ure2p (fehérje)

Növekedés rossz nitrogénforrásokon

Azonosított év - Ure2p (fehérje)

1994

Természetes gazdaszervezet - Sup35p (fehérje)

S. Cerevisiae

Normál működés - Sup35p (fehérje)

A fordítás befejezési tényezője

Prion állam - Sup35p (Protein)

(PSI +)

Prion-fenotípus - Sup35p (fehérje)

Megnövelt szintű nonszensz elnyomás

Azonosított év - Sup35p (fehérje)

1994

Természetes gazdaszervezet - HET-S (fehérje)

Podospora anserina

Normál funkció - HET-S (fehérje)

Szabályozza a heterokaryon összeférhetetlenségét

Prionállapot - HET-S (fehérje)

(Het-ek)

Prion-fenotípus - HET-S (fehérje)

Heterokaryon képződése az inkompatibilis törzsek között

Azonosított év - HET-S (fehérje)

Semmi

Természetes gazdaszervezet - Rnq1p (fehérje)

S. Cerevisiae

Normál működés - Rnq1p (fehérje)

Fehérje templát faktor

Prion állam - Rnq1p (Protein)

(RNQ +), (PIN +)

Prion-fenotípus - Rnq1p (fehérje)

Elősegíti mások összesítését

Azonosított év - Rnq1p (fehérje)

Semmi

Természetes gazdaszervezet - Swi1 (fehérje)

S. Cerevisiae

Normál funkció - Swi1 (fehérje)

Kromatin átalakítás

Prion állam - Swi1 (Protein)

(SWI +)

Prion-fenotípus - Swi1 (fehérje)

Gyenge növekedés néhány szénforráson

Azonosított év - Swi1 (fehérje)

2008

Természetes gazdaszervezet - Cyc8 (fehérje)

S. Cerevisiae

Normál funkció - Cyc8 (fehérje)

Átírásos elnyomás

Prion állam - Cyc8 (Protein)

(OCT +)

Prion-fenotípus - Cyc8 (fehérje)

Több gén transzkripciós derepressziója

Azonosított év - Cyc8 (fehérje)

2009

Természetes gazdaszervezet - Mot3 (fehérje)

S. Cerevisiae

Normál működés - Mot3 (fehérje)

Nukleáris másolási tényező

Prion állam - Mot3 (Protein)

(MOT3 +)

Prion-fenotípus - Mot3 (fehérje)

Anaerob gének transzkripciós derepressziója

Azonosított év - Mot3 (fehérje)

2009

Természetes gazdaszervezet - Sfp1 (fehérje)

S. Cerevisiae

Normál funkció - Sfp1 (fehérje)

Feltételezett másolási tényező

Prion állam - Sfp1 (Protein)

(ISP +)

Prion-fenotípus - Sfp1 (fehérje)

Antisuppression

Azonosított év - Sfp1 (fehérje)

2010

Kezelések

Nincs hatékony betegségkezelési módszer. Az emberekkel végzett klinikai vizsgálatok nem hoztak sikert, és a betegségek ritkasága akadályozta őket. Annak ellenére, hogy néhány lehetséges kezelés a laboratóriumban ígéretesnek bizonyult, egyik sem volt hatékony, mihelyt a betegség megjelent.

Egy másik betegségben

Prionszerű doméneket találtak számos más emlős proteinben. Ezeknek a proteineknek egy része szerepet játszik az életkorral összefüggő neurodegeneratív rendellenességekben, például amyotrophicus lateralis sclerosis( ALS) a motoros neuron sérülésében, a frontotemporalis lobar degenerációban ubiquitin-pozitív zárványokkal (FTLD-U), Alzheimer ail, Parkinson ail, és Huntington fájdalma. Hasonlóan szerepet játszanak a szisztémás amiloidózis bizonyos formáiban, beleértve az AA amiloidózist, amely emberben és állatokban alakul ki gyulladásos és fertőző betegségekben, például tuberkulózisban, Crohn-féle agilitásban, reumás ízületi gyulladásban és HIV AIDS .. Az AA amiloidózis, akárcsak ail, átvihető. Ez hozta létre a prionparadigmát, ahol egyébként ártalmatlan fehérjék kismértékben félrehajtott, nukleáris fehérjék révén kórokozóvá alakulhatnak át.

Az egy hasonló terület meghatározása a gombák tanulmányozásából származik. Az élesztőben az ogenikus fehérjéknek olyan hordozható doménjük van, amely szükséges és elegendő az önmegállításhoz és a fehérje aggregációhoz. Ezt a doménnek egy riporterfehérjéhez történő hozzákapcsolásával bizonyítottuk, amely azután aggregálódik, mint egy ismert. Ezen túlmenően, a domén eltávolítása a gombafehérjéből, gátolja a genogenezist. A viselkedésnek ez a moduláris nézete azt a hipotézist eredményezte, hogy hasonló domének vannak jelen az állati fehérjékben, továbbá PrP. Ezeknek a gombás doméneknek számos jellemző szekvencia-jellemzőjük van. Általában dúsítják az aszparagin, a glutamin, a tirozin és a glicin maradványokat, és az aszparagin elfogultsága kifejezetten elősegíti ezek aggregációs tulajdonságait. A történelem során az ogenezist a szekvenciától függetlennek és csak a relatív maradékanyag-tartalomtól függötték. Ennek ellenére hamisnak bizonyult, mivel a prolinok és a töltött maradékok távolsága kritikusnak bizonyult a amyloid képződés során.

A bioinformációs szűrők azt jósolták, hogy több mint 250 humán fehérje tartalmaz hasonló doméneket (PrLD). Ezeket a doméneket feltételezzük, hogy azonos transzmissziós, amiloidogén tulajdonságokkal rendelkeznek PrP és az ismert gombafehérjék esetében. Mint az élesztőben is, úgy tűnik, hogy a génmódban vagy a kifejeződés módjában vagy a RNA -kötődésben részt vevő fehérjék kifejezetten gazdagodnak a PrLD-kben, mint egy másik fehérjeosztály. Kifejezetten az ismert 210 fehérjéből 29, amelyek RNA felismerése motif, szintén feltételezhető motif doménvel rendelkezik. Eközben ezen RNS-kötő fehérjék közül többet függetlenül azonosítottak kórokozónak a ALS, FTLD-U, Alzheimer-kór és Huntington-féle betegségek esetén.

Szerep a neurodegeneratív betegségben

Feltételezzük, hogy a hasonló doménekkel rendelkező fehérjék és patogének patogenitása az önmeggátló képességükből és az ebből fakadó amyloid rostok növekedéséből fakad. A degeneratív betegségben szenvedő betegekben a amyloid rostok jelenléte jól dokumentált. Ezeket a amyloid szálakat patogén fehérjék eredményeinek tekintik, amelyek amyloid önterjednek és rendkívül stabil, nem funkcionális aggregátumokat képeznek. Másrészt ez nem feltétlenül jelenti a amyloid és a degeneratív betegségek közötti ok-okozati összefüggést, az egyes amyloid formák toxicitását és a amyloid túltermelését a degeneratív rendellenességek családi eseteiben alátámasztja azt az elgondolást, hogy amyloid a képződés egyértelműen mérgező.

Konkrétan, a TDP-43, egy RNS-kötő fehérje aggregációját találták a ALS / MND betegekben, és ezeket a fehérjéket kódoló gének mutációit a ALS / MND családi esetekben azonosították. Ezek a mutációk elősegítik a fehérjék félrehajlását egy hasonló konformációvá. A TDP-43 félrehajtott formája citoplazmatikus zárványokat képez a betegségben szenvedő idegsejtekben, és kimerültnek találja a magban. Továbbá a ALS / MND és FTLD-U, TDP-43 patológia az Alzheimer-kór, a Parkinson-kór és a Huntington-kór számos esete. A TDP-43 félrehajtogatását népszerûen a hasonló szerû irányítja. Ez a domén magában foglalja a téves összehajtogatást, másrészt a TDP-43 kóros mutációi növelték ezt az elhajlás hajlandóságát, megmagyarázva ezen mutációk jelenlétét a ALS / MND családi esetekben. Mint az élesztőben is, a TDP-43 hasonló doménjéről kimutatták, hogy mind szükséges, mind elegendő a fehérje félrehajlásához és aggregációjához.

Hasonlóképpen, a heterogén nukleáris riboproteinek hnRNPA2B1 és hnRNPA1 hasonló doménjeiben patogén mutációkat is azonosítottak izom-, agyi-, csont- és motoros idegsejtek degenerációjának családi eseteiben. Ezen fehérjék vad típusú formája hajlamos arra, hogy önmagukba amyloid gyűjtsenek fibrillákba, másrészt a patogén mutációk súlyosbítják ezt a viselkedést, és felesleges felhalmozódáshoz vezetnek.

Etiológia és kiejtés

A szó, amelyet 1982-ben állított elő Stanley B. Prusiner, egy fehérjéből és fertőzésből származó portmanteau, elkerülhetetlenül, és röviden a fehérjefertőző részecske kifejezésre vonatkozik, tekintettel arra, hogy képes önterjedésre és konformációjának átadására egy másik fehérjére. Fő kiejtése / ˈpriːɒn / (figyelj), a / ˈpraɪɒn / ellenére is, mivel a madár homográfiai megnevezését ejtik, szintén hallható. A kifejezést bevezető 1982-es tanulmányában Prusiner megemlítette, hogy azt előre kimondani.

Vírus

A vírus szubmikroszkópos fertőző kórokozó, amely csak a szervezet élő sejtjeiben replikálódik. Mindenféle életformát megfertőzhet, az állatoktól és a növényektől kezdve a mikroorganizmusokig, beleértve a baktériumokat és az archaea-t is. Dmitri Ivanovszkij 1892-es cikke, amely nem bakteriális patogént ismertet. a dohánynövényeket megfertőzve, és a dohányzás mozaikját, amelyet Martinus Beijerinck fedez fel 1898-ban, több mint 6 000 fajt írtak le részletesen, a környezetben található millióféle típusú millió növény megtalálható a Föld szinte minden ökoszisztémájában. és a legtöbb biológiai entitás. A tanulmány virológiának nevezik, amely a mikrobiológia egyik sajátossága.

Fertőzéskor a gazdasejtet arra kényszerítik, hogy gyorsan előállítson az eredeti eredeti azonos példányának ezreit. Ha nem egy fertőzött sejt belsejében vagy egy sejt megfertőzésekor, akkor önálló részecskék vagy virionok formájában léteznek, amelyek a következőkből állnak: i. A genetikai anyag, azaz a DNA vagy RNA hosszú molekulái, amelyek kódolják a fehérjék felépítése, amelyek által működik; ii. fehérjebevonat, a kapszid, amely körülveszi és védi a genetikai anyagot; és bizonyos esetekben (iii) a lipidek külső borítéka. Ezen részecskék alakja az egyszerű spirális és ikozaéderes formáktól a több complex szerkezetig terjed. A legtöbb faj virionja túl kicsi ahhoz, hogy optikai mikroszkóppal megnézhető legyen, mivel a legtöbb baktérium százszorosa.

Az élet eredete az evolúciós történelemben nem egyértelmű: egyesek plazmidokból - DNA darabokból fejlődhetnek ki, amelyek mozoghatnak a sejtek között -, mások a baktériumokból fejlődhetnek ki. Az evolúcióban az es fontos horizontális génátadás eszköz, amely növeli a genetikai sokféleséget a szexuális szaporodáshoz hasonló folyamatban. Egyes biológusok életformanak tekintik őket azon az alapon, hogy genetikai anyagot hordoznak, szaporodnak és fejlődnek. a természetes szelekción keresztül, annak ellenére, hogy nincsenek olyan kulcsfontosságú tulajdonságuk (mint például a sejtszerkezet), amelyeket egyértelműen szükségesnek tartanak az élet felsorolásához. Annak okán, hogy rendelkeznek valamilyen, de nem mindegyik ilyen tulajdonsággal, ezeket az élet szélén élő szervezeteknek és replikátoroknak nevezik.

A vírusok sokféle módon terjednek. Az egyik átviteli út a vektorokként ismert betegségeket hordozó szervezeteken keresztül történik: ilyenek például az es fertőzések gyakran növényről növényre terjednek olyan rovarok által, amelyek növényi sapából táplálkoznak, például levéltetvek; Az állatokban az andekat vérszívó rovarok hordozzák. Az influenza köhögéssel és tüsszentéssel terjed. A norvírus és a rotavírus, amelyek a vírusos gasztroenteritisz gyakori okai, a széklet-orális úton terjednek, érintkezés útján kerülnek át és bejutnak a testbe az élelmiszerbe vagy vízbe. HIV A egyike annak, amelyet szexuális érintkezés és fertőzött vérnek való kitettség útján terjesztnek. A gazdasejtek azon változatosságát, amelyet egy kórokozó megfertőzhet, gazdatartományának nevezzük. Ez lehet szűk, azaz az a képes néhány faj megfertőzésére, vagy széles, vagyis képes sokat megfertőzni.

Az állatok vírusfertőzései immunválaszt provokálnak, amely általában kiküszöböli a fertőzést. Az immunválaszokat oltások is előállíthatják, amelyek mesterségesen megszerzett immunitást biztosítanak a specifikus vírusfertőzés ellen. Néhányuk, beleértve a AIDS, HPV fertőzést és vírusos hepatitist, elkerüli ezeket az immunválaszokat és krónikus fertőzéseket eredményez. Számos antivirális gyógyszert fejlesztettek ki.

Etimológia

A szó baktériumok többes az Új Latin baktérium, amely a latinizálása a görög βακτήριον (bakterion) kicsinyítő βακτηρία (bakteria), azaz a személyzet, a cukornád, azon az alapon, hogy az elsők között lenni A felfedezett rúd alakúak.

Származás és korai fejlődés

A modern baktériumok ősei egysejtű mikroorganizmusok voltak, amelyek 4 milliárd évvel ezelőtt voltak az első életformák, amelyek megjelentek a Földön. A 3 milliárd évvel a legtöbb organizmus mikroszkopikus volt, és a baktériumok és az archaea voltak az uralkodó életformák. A bakteriális kövületek ellenére léteznek például stromatolites, megkülönböztető morfológiájuk hiánya megakadályozza őket abban, hogy megvizsgálják a baktériumok fejlődésének történetét, vagy pedig az adott baktériumfaj származásának időpontját. Ennek ellenére a génszekvenciák felhasználhatók a bakteriális filogenezis rekonstruálására, és ezek a vizsgálatok azt mutatják, hogy a baktériumok először eltértek az archeális / eukarióta vonaltól. A baktériumok és archaea legújabb közös őse valószínűleg hipertermofil volt, amely 2,5 milliárd – 3,2 milliárd évvel ezelőtt élt. A legkorábbi földi élet kb. 3,22 milliárd évvel ezelőtt baktériumok lehetett.

Bacteria szintén részt vettek a második nagy evolúciós eltérésben, az archaea és az eukariótákban. Az eukarióták itt az ókori baktériumok endosimbiotikus asszociációkba való belépéséből adódtak az eukarióta sejtek őseivel, amelyek valószínűleg rokonok voltak a Archaea -hez. Ennek során az alfaproteobaktérium-szimbólumok elárasztódtak a proto-eukarióta sejtekből, hogy akár mitokondriumokat vagy hidrogénoszómokat képezzenek, amelyek még megtalálhatók az összes ismert Eukarya -ben (néha erősen redukált formában, pl. Az ősi amitochondriális protozoákban). Később néhány eukarióta, amely már tartalmazott mitokondriumokat, szintén elárasztotta a cianobaktériumokhoz hasonló szervezeteket, és kloroplasztok képződéséhez vezetett a növényekben. Ezt elsődleges endosimbiózisnak nevezik.

Morfológia

Bacteria a formák és méretek széles változatosságát mutatják, ezeket morfológiáknak nevezzük. A baktériumsejtek az eukarióta sejtek egytizedére vonatkoznak, és általában 0,5–5,0 mikrométer hosszúak. Ennek ellenére néhány faj látható szabad szemmel - például a Thiomargarita namibiensis fél milliméter hosszú és Epulopiscium fishelsoni eléri a 0,7 mm-t. A legkisebb baktériumok között vannak a Mycoplasma nemzetség tagjai, amelyek mindössze 0,3 mikrométert mérnek, annyira kicsik, mint a largestek. Egyes baktériumok lehetnek még kisebbek is, de ezeket az ultramikrobaktériumokat nem vizsgálták jól.

A legtöbb baktériumfaj gömb alakú, cocci néven (szinguláris coccus, görög kókkos-ból, gabona, mag), vagy rúd alakú, bacillusnak nevezik (énekelni. Bacillus, latin baculus-ból, botból). Egyes baktériumok, úgynevezett vibrio, kissé ívelt rudak vagy vessző alakúak; mások lehetnek spirál alakúak, úgynevezett spirilla, vagy szorosan tekercseltek, úgynevezett spirochaetes. Kis számú további szokatlan formát írtak le, például csillag alakú baktériumokat. A formák széles változatosságát a baktériumsejt fal és a citoszkeleton határozza meg, és azért fontos, mert befolyásolhatja a baktériumok tápanyagok felvételét, felülethez való kötődését, folyadékokon keresztül úszást és a ragadozók elől menekülését.

Számos baktériumfaj egyszerűen egyetlen Neisseria sejtként létezik, mások jellegzetes mintázatokkal társulnak: mások Neisseria diploidokat (párokat) alkotnak, Streptococcus láncokat alkotnak és a Staphylococcus csoport együtt szőlőfürt klaszterekben. Bacteria hasonlóképpen csoportot alkotnak nagyobb többsejtű struktúrák, például a hosszúkás szálak az Actinobacteria, az aggregátumok a Myxobacteria, és a complex hifáinak Streptomyces. Ezeket a többsejtű struktúrákat gyakran csak bizonyos körülmények között lehet megfigyelni. Mint például, amikor az aminosavak éhesek, a myxobaktériumok a kvórumérzékelő néven ismert módon felfedik a környező sejteket, egymás felé vándorolnak, és aggregálódnak, hogy akár 500 mikrométernél hosszabb és körülbelül 100 000 baktériumsejtet tartalmazó gyümölcstesteket képezzenek. Ezekben a gyümölcstestekben a baktériumok különálló feladatokat látnak el; így például egy tíz sejt vándorol a termõtest tetejére, és differenciálódik egy speciális nyugvó állapotba, úgynevezett myxospore-ra, amely jobban ellenáll a szárításnak és más káros környezeti feltételeknek.

Bacteria gyakran kapcsolódnak a felületekhez és sűrű aggregációkat képeznek, amelyeket biofilmeknek neveznek, és nagyobb képződményeket, amelyek mikrobiális szőnyegek néven ismertek. Ezek a biofilmek és szőnyegek néhány mikrométer vastagságtól akár fél méterig is terjedhetnek, és több baktériumfajtát, protistát és archaea-t tartalmazhatnak. Bacteria A biofilmekben élő complex egy complex a sejtek és az extracelluláris komponensek elrendezése, szekunder struktúrák, például mikrokolóniák kialakítása, amelyeken keresztül csatornahálózatok vannak a tápanyagok jobb diffúziójának lehetővé tétele érdekében. Természetes környezetben, például a talajban vagy a növények felületén a baktériumok nagy része a biofilmek felületéhez kötődik. A biofilmek szintén fontosak a gyógyászatban, mivel ezek a struktúrák gyakran jelen vannak krónikus bakteriális fertőzések során vagy a beültetett orvostechnikai eszközök fertőzéseiben, és a biofilmekben védett baktériumokat sokkal nehezebb megölni, mint az egyes izolált baktériumokat.

Sejtszerkezet

Intracelluláris struktúrák

A baktériumsejtet egy sejtmembrán veszi körül, amely alapvetően foszfolipidekből készül. Ez a membrán körülzárja a sejt tartalmát, és akadályként szolgál a tápanyagok, fehérjék és a citoplazma más alapvető alkotóelemeinek tartására a sejtben. Az eukarióta sejtektől eltérően a baktériumok gyakran hiányoznak a membránhoz kötött struktúrákból citoplazmájukban, például egy magból, mitokondriumokból, kloroplasztokból és az eukarióta sejtekben jelen lévő másik szerves anyagból. Ennek ellenére egyes baktériumokban a citoplazmában fehérjéhez kötött organellák vannak, amelyek elválasztják a baktériumok metabolizmusának aspektusait, például a karboxiszómát. Ezen túlmenően a baktériumok többkomponensű citoszkeletonnal rendelkeznek a fehérjék és nukleinsavak lokalizációjának a sejtben történő szabályozására és a sejtosztódás működésének kezelésére.

Számos fontos biokémiai reakció, például az energiatermelés, annak az oka, hogy a membránkoncentrációs gradiensek gradiensei képesek, és az akkumulátorhoz hasonló potenciálkülönbséget hoznak létre. A baktériumokban a belső membránok általános hiánya azt jelenti, hogy ezek a reakciók, például az elektronszállítás, a sejtmembránon keresztül zajlanak a citoplazma és a sejt vagy a periféria külső része között. Ennek ellenére sok fotoszintézisű baktériumban a plazmamembrán erősen hajtogatott, és a sejt nagy részét fénygyűjtő membránrétegekkel tölti meg. Ezek a fénygyűjtő komplexek akár lipidekkel zárt struktúrákat is képezhetnek, amelyeket kloroszómáknak neveznek zöld kén baktériumokban.

Bacteria A nem rendelkezik membránhoz kötött atommaggal és genetikai anyaguk általában DNA egykörös bakteriális kromoszóma, amely a citoplazmában található egy szabálytalan alakú testben, az úgynevezett nukleoidnak. A nukleoid a kromoszómát és annak kapcsolódó fehérjét és RNA -ot tartalmazza. Mint minden más organizmus, a baktériumok riboszómákat tartalmaznak a fehérjék előállításához, de a baktérium riboszóma szerkezete különbözik az eukarióták és a Archaea szerkezetétől.

Egyes baktériumok termelnek intracelluláris tápanyag-tároló granulátumot, például glikogént, polifoszfátot, ként vagy polihidroxialkanoátokat. Bacteria Például a fotoszintetikus cianobaktériumok belső gázvákuumokat állítanak elő, amelyeket felhajtóképességük szabályozására használnak, lehetővé téve, hogy eltérő fényintenzitású és tápanyagszintekkel felfelé vagy lefelé vízrétegekbe mozogjanak.

Extracelluláris struktúrák

A sejtmembrán külső része körül a sejtfal van. A baktériumsejtek peptidoglikánból (mureinnek is neveznek) készülnek, amelyet D-aminosavakat tartalmazó peptidek által térhálósított poliszacharid láncokból készítenek. A baktériumsejtek nem különböznek a növények és a gombák sejtfalától, amelyek cellulózból és kitinből készültek. A baktériumok sejtfala szintén nem egyenlő a Archaea falával, amelyek peptidoglikánt nem tartalmaznak. A sejtfal elengedhetetlen számos baktérium túléléséhez, és a penicillin antibiotikum (amelyet Penicillium néven ismert gomba termel) képes a baktériumokat megölni, ha gátolja a peptidoglikán szintézisének egy lépését.

Összességében két különbözõ típusú sejtfal van a baktériumokban, amelyek osztályozzák a baktériumokat grampozitív és gramnegatív baktériumokká. A nevek a sejtek Gram-festékre adott reakciójából származnak, amely egy régóta fennálló teszt a baktériumfajok osztályozására.

A gram-pozitív baktériumok vastag sejtfallal rendelkeznek, amely sok réteg peptidoglikánt és teicósavat tartalmaz. Míg a gramnegatív baktériumoknak viszonylag vékony sejtfal van, amely néhány réteg peptidoglikánból áll, egy második lipidmembránnal körülvéve lipopolysaccharides és lipoproteinek. A legtöbb baktérium grammnegatív sejtfallal rendelkezik, és csak a Firmicutes és Actinobacteria (korábban alacsony G + C és magas G + C grampozitív baktériumok néven ismertek) alternatív grampozitív elrendezéssel rendelkezik. Ezek a szerkezeti különbségek eltéréseket hozhatnak az antibiotikum-érzékenységben; például a vankomicin csak grampozitív baktériumokat képes elpusztítani, és hatástalan a gram-negatív kórokozókkal szemben, például Haemophilus influenzae vagy Pseudomonas aeruginosa. Néhány baktériumnak olyan sejtfal-szerkezete van, amely klasszikusan sem grampozitív, sem gramnegatív. Ide tartoznak a klinikailag fontos baktériumok, például Mycobacteria, amelyek vastag peptidoglikán sejtfallal rendelkeznek,