Ein Pathogen zeigt Tropismus für einen bestimmten Wirt, wenn es mit den Wirtszellen in einer Weise interagieren kann, die pathogenes Wachstum und Infektion unterstützt. Verschiedene Faktoren beeinflussen die Fähigkeit eines Erregers, eine bestimmte Zelle zu infizieren, darunter: die Struktur der Oberflächenrezeptoren der Zelle; die Verfügbarkeit von Transkriptionsfaktoren, die pathogene DNA oder RNA identifizieren können; die Fähigkeit der Zellen und des Gewebes, die virale oder bakterielle Replikation zu unterstützen; und das Vorhandensein physikalischer oder chemischer Barrieren innerhalb der Zellen und im umgebenden Gewebe.
ZelloberflächenrezeptorenEdit
Pathogene dringen häufig in Wirtszellen oder -gewebe ein oder haften daran, bevor sie eine Infektion verursachen. Damit diese Verbindung zustande kommt, muss der Erreger die Oberfläche der Zelle erkennen und sich an sie binden. Viren zum Beispiel müssen oft an spezifische Zelloberflächenrezeptoren binden, um in eine Zelle einzudringen. Viele virale Membranen enthalten Oberflächenproteine des Virions, die für bestimmte Oberflächenrezeptoren der Wirtszelle spezifisch sind. Wenn eine Wirtszelle den komplementären Oberflächenrezeptor für das Virus exprimiert, kann das Virus an die Zelle binden und in sie eindringen. Wenn eine Zelle diese Rezeptoren nicht exprimiert, kann das Virus sie normalerweise nicht infizieren. Wenn das Virus also nicht an die Zelle binden kann, zeigt es keinen Tropismus für diesen Wirt.
Bakterien infizieren Wirte anders als Viren. Im Gegensatz zu Viren können sich Bakterien von selbst vermehren und teilen, ohne in eine Wirtszelle einzudringen. Um zu wachsen und sich zu teilen, benötigen Bakterien jedoch bestimmte Nährstoffe aus ihrer Umgebung. Diese Nährstoffe können oft vom Wirtsgewebe bereitgestellt werden, weshalb einige Bakterien zum Überleben einen Wirt benötigen. Sobald ein Bakterium die Rezeptoren der Wirtszelle oder eine nährstoffreiche Umgebung erkennt, besiedelt es die Zelloberfläche. Bakterien verfügen über verschiedene Mechanismen zur Besiedlung von Wirtsgeweben. Die Biofilmproduktion ermöglicht es den Bakterien beispielsweise, an der Oberfläche des Wirtsgewebes zu haften, und bietet eine schützende Umgebung, die ideal für das Bakterienwachstum ist. Einige Bakterien, wie z. B. Spirochäten, sind in der Lage, sich in der Wirtszelle oder im Gewebe zu vermehren. Dadurch kann sich das Bakterium in einer nährstoffreichen Umgebung einnisten, die es vor Immunreaktionen und anderen Stressfaktoren schützt.
Transkriptionsfaktoren, Nährstoffe und pathogene ReplikationBearbeiten
Damit sich Viren in einer Wirtszelle vermehren und Bakterien die für ihr Wachstum und ihre Teilung erforderlichen Stoffwechselprozesse durchführen können, müssen sie zunächst die notwendigen Nährstoffe und Transkriptionsfaktoren aus ihrer Umgebung aufnehmen. Selbst wenn ein Virus in der Lage ist, an eine Wirtszelle zu binden und sein genetisches Material durch die Zellmembran zu übertragen, kann es sein, dass die Zelle nicht die notwendigen Polymerasen und Enzyme enthält, die für die virale Replikation und die Fortsetzung der Pathogenese erforderlich sind.
Viele Krankheitserreger enthalten auch wichtige Virulenzfaktoren in ihren Genomen. Insbesondere sind pathogene Bakterien in der Lage, Virulenzgene, die sich in ihren Plasmiden befinden, in verschiedene Virulenzfaktoren zu übersetzen, um das Bakterium bei der Pathogenese zu unterstützen. Es gibt viele verschiedene Arten von Virulenzfaktoren in Pathogenen, darunter: Adhärenzfaktoren, Invasionsfaktoren, Kapseln, Siderophore, Endotoxine und Exotoxine. Alle diese Virulenzfaktoren tragen entweder direkt zur Besiedlung des Wirts oder zur Schädigung der Wirtszellen und des Gewebes bei.
Abwehrmechanismen der WirtszellenBearbeiten
Wirtsorganismen sind mit einer Vielzahl verschiedener Abwehrmechanismen ausgestattet, die den Wirt vor pathogenen Infektionen schützen. Insbesondere der Mensch verfügt über mehrere Verteidigungslinien, die die Pathogenese von Anfang bis Ende beeinflussen. Damit ein Virus oder ein Bakterium einen Tropismus für einen bestimmten Wirt entwickeln kann, muss es zunächst die Verteidigungslinie des Wirtsorganismus durchbrechen können. Die erste Verteidigungslinie, das angeborene Immunsystem, soll das Eindringen und die Etablierung des Krankheitserregers verhindern. Das angeborene Immunsystem ist nur weitgehend spezifisch für Krankheitserreger und umfasst: anatomische Barrieren, Entzündung, Phagozytose und unspezifische Hemmstoffe.
Eine anatomische Barriere ist jede physikalische oder chemische Barriere, die das Eindringen von Mikroorganismen in den Körper verhindert. Dazu gehören die Haut, der Schweiß, die Schleimschicht, der Speichel, die Tränen, die endotheliale Auskleidung und die natürliche menschliche Mikrobiota. Die Epidermis der Haut stellt eine physische Barriere gegen Krankheitserreger dar, die jedoch leicht durch Insektenstiche, Tierbisse, Kratzer oder andere kleine Hautverletzungen beeinträchtigt werden kann. Schweiß, Speichel und Tränen sind allesamt chemische Barrieren, die Enzyme wie Lysozyme enthalten, die Bakterien und Viren abtöten können. Die Schleimschicht, die den Nasen-Rachen-Raum auskleidet, dient als physische Barriere, die fremde Krankheitserreger einschließt und sie durch Rotz und Schleim wieder aus dem Körper befördert. Die Mikrobiota eines Menschen, d. h. die anderen im und auf dem Körper lebenden Mikroorganismen, konkurrieren mit pathogenen Organismen und spielen eine wichtige Rolle bei der Bekämpfung von Krankheitserregern. Eine halbdurchlässige Membran, die so genannte Blut-Hirn-Schranke, ist eine Auskleidung aus Endothelzellen, die das Blut von den Geweben und Organen trennt. Ohne diese Auskleidung könnten Viren und Bakterien leicht lebenswichtige menschliche Organe wie das Gehirn, die Lunge und die Plazenta infizieren.
Entzündung ist eine der ersten Immunreaktionen auf pathogene Infektionen, die viele Wirtsorganismen besitzen. Bei der Entzündung kommt es zu einer erhöhten Temperatur in der Umgebung des Infektionsherdes, zu einer Anhäufung von CO2 und organischen Säuren und zu einer Abnahme der Sauerstoffspannung im infizierten Gewebe als Reaktion auf die durch den Erreger verursachte Zellschädigung. In einem entzündeten Gebiet kommt es auch zur Blutgerinnung, die eine physische Barriere gegen pathogene Infektionen bildet. Diese Veränderungen schaffen letztlich ungünstige Lebensbedingungen für den Erreger (d. h. pH-Veränderungen, Abnahme von ATP und Veränderungen im Zellstoffwechsel) und verhindern die weitere Vermehrung und das Wachstum.
Wenn ein Bakterium oder ein Virus das angeborene Immunsystem des Körpers überwunden hat, übernimmt das erworbene Immunsystem des Wirtsorganismus die Kontrolle. Diese Immunreaktion ist sehr spezifisch für Krankheitserreger und verleiht dem Wirt eine lang anhaltende Immunität gegen künftige Infektionen durch diesen spezifischen Erreger. Wenn Lymphozyten Antigene auf der Oberfläche eines Krankheitserregers erkennen, scheiden sie Antikörper aus, die an den Erreger binden und Makrophagen und natürliche Killerzellen alarmieren. Diese Zellen richten sich gegen den Erreger selbst und töten ihn ab oder machen ihn inaktiv. Durch diesen Prozess werden außerdem B-Gedächtniszellen und T-Gedächtniszellen gebildet, die eine lang anhaltende Immunität ermöglichen.
Wenn ein Erreger in der Lage ist, verschiedene Abwehrmechanismen des Wirts zu überwinden, eine Wirtszelle für die Infektion zu erkennen und sich erfolgreich in einem Wirtsgewebe zu vermehren, dann ist es wahrscheinlich, dass der Erreger einen Tropismus für diesen spezifischen Wirt besitzt.