Un patogeno mostra tropismo per un ospite specifico se può interagire con le cellule dell’ospite in un modo che supporta la crescita e l’infezione patogena. Diversi fattori influenzano la capacità di un patogeno di infettare una particolare cellula, tra cui: la struttura dei recettori di superficie della cellula; la disponibilità di fattori di trascrizione che possono identificare il DNA o RNA patogeno; la capacità delle cellule e dei tessuti di sostenere la replicazione virale o batterica; e la presenza di barriere fisiche o chimiche all’interno delle cellule e in tutto il tessuto circostante.
Recettori di superficie delle celluleModifica
I patogeni spesso entrano o aderiscono alle cellule o ai tessuti ospiti prima di causare l’infezione. Perché questa connessione avvenga, l’agente patogeno deve riconoscere la superficie della cellula e poi legarsi ad essa. I virus, per esempio, devono spesso legarsi a specifici recettori della superficie cellulare per entrare in una cellula. Molte membrane virali contengono proteine di superficie del virione che sono specifiche per particolari recettori di superficie delle cellule ospiti. Se una cellula ospite esprime il recettore di superficie complementare per il virus, allora il virus può attaccarsi ed entrare nella cellula. Se una cellula non esprime questi recettori, allora il virus non può infettarla normalmente. Pertanto, se il virus non può legarsi alla cellula, non mostra tropismo per quell’ospite.
I batteri infettano gli ospiti in modo diverso dai virus. A differenza dei virus, i batteri possono replicarsi e dividersi da soli senza entrare in una cellula ospite. Tuttavia, per crescere e dividersi, i batteri richiedono alcuni nutrienti dal loro ambiente. Questi nutrienti possono spesso essere forniti dai tessuti dell’ospite, ed è per questo che alcuni batteri hanno bisogno di un ospite per sopravvivere. Una volta che un batterio riconosce i recettori della cellula ospite o l’ambiente ricco di nutrienti, colonizza la superficie della cellula. I batteri hanno vari meccanismi per colonizzare i tessuti dell’ospite. Per esempio, la produzione di biofilm permette ai batteri di aderire alla superficie del tessuto ospite, e fornisce un ambiente protettivo ideale per la crescita batterica. Alcuni batteri, come le spirochete, sono in grado di far proliferare la cellula ospite o i tessuti. Questo permette poi al batterio di circondarsi in un ambiente ricco di nutrienti che lo protegge dalle risposte immunitarie e da altri fattori di stress.
Fattori di trascrizione, nutrienti e replicazione patogenaModifica
Perché i virus si replichino all’interno di una cellula ospite e perché i batteri svolgano i processi metabolici necessari per crescere e dividersi, essi devono prima prendere i nutrienti necessari e i fattori di trascrizione dall’ambiente circostante. Anche se un virus è in grado di legarsi a una cellula ospite e di trasferire il suo materiale genetico attraverso la membrana cellulare, la cellula potrebbe non contenere le polimerasi e gli enzimi necessari affinché la replicazione virale avvenga e la patogenesi continui.
Molti patogeni contengono anche importanti fattori di virulenza nei loro genomi. In particolare, i batteri patogeni sono in grado di tradurre i geni di virulenza situati nei loro plasmidi in diversi fattori di virulenza per aiutare il batterio nella patogenesi. Esistono molti tipi diversi di fattori di virulenza nei patogeni, tra cui: fattori di aderenza, fattori di invasione, capsule, siderofori, endotossine ed esotossine. Tutti questi fattori di virulenza aiutano direttamente la colonizzazione dell’ospite o il danneggiamento delle cellule e dei tessuti dell’ospite.
Meccanismi di difesa delle cellule dell’ospiteModifica
Gli organismi ospiti sono dotati di una varietà di diversi meccanismi di difesa utilizzati per proteggere l’ospite dalle infezioni patogene. Gli esseri umani in particolare possiedono molteplici linee di difesa che influenzano la patogenesi dall’inizio alla fine. Affinché un virus o un batterio mostri il tropismo per un ospite specifico, deve prima avere i mezzi per sfondare la linea di difesa dell’organismo ospite. La prima linea di difesa, nota come sistema immunitario innato, ha lo scopo di prevenire l’ingresso e l’insediamento patogeno iniziale. Il sistema immunitario innato è solo ampiamente specifico per gli agenti patogeni e comprende: barriere anatomiche, infiammazione, fagocitosi e inibitori aspecifici.
Una barriera anatomica è qualsiasi barriera fisica o chimica che aiuta a prevenire l’ingresso di microrganismi nel corpo. Questo include la pelle, il sudore, lo strato di muco, la saliva, le lacrime, il rivestimento endoteliale e il microbiota umano naturale. L’epidermide della pelle fornisce una barriera fisica contro gli agenti patogeni, ma può essere facilmente compromessa da punture di insetti, morsi di animali, graffi o altri traumi minori della pelle. Sudore, saliva e lacrime sono tutte barriere chimiche che contengono enzimi, come i lisozimi, che possono uccidere batteri e virus. Lo strato di muco riveste il rinofaringe e serve da barriera fisica che racchiude gli agenti patogeni estranei e li trasporta fuori dal corpo attraverso il moccio e il catarro. Il microbiota umano, gli altri microrganismi che vivono all’interno e sul corpo, competono con gli organismi patogeni e giocano un ruolo importante nel controllo dei patogeni. Infine, una membrana semipermeabile nota come barriera emato-encefalica è un rivestimento di cellule endoteliali che separa il sangue dai tessuti e dagli organi. Senza questo rivestimento, virus e batteri potrebbero facilmente infettare organi umani vitali come il cervello, i polmoni e la placenta.
L’infiammazione è una delle prime risposte immunitarie alle infezioni patogene che molti organismi ospiti possiedono. L’infiammazione comporta una temperatura elevata che circonda il sito di infezione, l’accumulo di CO2 e di acidi organici, e una diminuzione della tensione di ossigeno del tessuto infetto in risposta al danno cellulare indotto dal patogeno. La coagulazione del sangue (coagulazione) si verifica anche in una zona infiammata, fornendo una barriera fisica contro l’infezione patogena. Questi cambiamenti alla fine creano condizioni di vita sfavorevoli per l’agente patogeno (cioè cambiamenti di pH, diminuzione dell’ATP e cambiamenti nel metabolismo cellulare) e impediscono un’ulteriore replicazione e crescita.
Una volta che un batterio o un virus supera il sistema immunitario innato del corpo, subentra il sistema immunitario acquisito dell’organismo ospite. Questa risposta immunitaria è altamente specifica per gli agenti patogeni e fornisce all’ospite un’immunità di lunga durata contro le future infezioni di quell’agente patogeno specifico. Quando i linfociti riconoscono gli antigeni sulla superficie di un patogeno, secernono anticorpi che si legano al patogeno e avvisano i macrofagi e le cellule natural killer. Queste cellule prendono di mira il patogeno stesso, uccidendolo o rendendolo inattivo. Questo processo produce inoltre cellule B di memoria e cellule T di memoria che permettono un’immunità di lunga durata.
In conclusione, se un patogeno è in grado di superare le varie difese dell’ospite, di riconoscere una cellula ospite per l’infezione e di replicarsi con successo all’interno di un tessuto ospite, allora è probabile che il patogeno possieda il tropismo per quell’ospite specifico.