Een pathogeen vertoont tropisme voor een specifieke gastheer als het met de gastheercellen kan interageren op een wijze die pathogene groei en infectie ondersteunt. Diverse factoren zijn van invloed op het vermogen van een ziekteverwekker om een bepaalde cel te infecteren, waaronder: de structuur van de oppervlakte-receptoren van de cel; de beschikbaarheid van transcriptiefactoren die pathogeen DNA of RNA kunnen identificeren; het vermogen van de cellen en het weefsel om virale of bacteriële replicatie te ondersteunen; en de aanwezigheid van fysieke of chemische barrières binnen de cellen en in het omringende weefsel.
Cell Surface ReceptorsEdit
Pathogenen dringen vaak binnen in of hechten zich aan gastheercellen of -weefsels alvorens een infectie te veroorzaken. Om deze verbinding tot stand te brengen, moet de ziekteverwekker het celoppervlak herkennen en zich er vervolgens aan binden. Virussen, bijvoorbeeld, moeten zich vaak binden aan specifieke receptoren op de celoppervlakte om een cel binnen te kunnen dringen. Veel virale membranen bevatten virionoppervlakte-eiwitten die specifiek zijn voor bepaalde receptoren op het celoppervlak van de gastheer. Als een gastheercel de complementaire oppervlaktereceptor voor het virus tot expressie brengt, kan het virus zich hechten en de cel binnendringen. Als een cel deze receptoren niet tot expressie brengt, kan het virus de cel normaal gesproken niet infecteren. Als het virus zich niet aan de cel kan binden, vertoont het dus geen tropisme voor die gastheer.
Bacteriën infecteren gastheren op een andere manier dan virussen dat doen. In tegenstelling tot virussen kunnen bacteriën zich op eigen kracht vermenigvuldigen en delen zonder een gastheercel binnen te dringen. Toch hebben bacteriën voor hun groei en deling bepaalde voedingsstoffen uit hun omgeving nodig. Deze voedingsstoffen kunnen vaak worden geleverd door gastheerweefsels, en dat is de reden waarom sommige bacteriën een gastheer nodig hebben om te overleven. Zodra een bacterie de receptoren van de gastheercel of de voedselrijke omgeving herkent, koloniseert hij het celoppervlak. Bacteriën hebben verschillende mechanismen om gastheerweefsels te koloniseren. Door biofilmvorming kunnen bacteriën zich bijvoorbeeld aan het weefseloppervlak van de gastheer hechten en een beschermende omgeving creëren die ideaal is voor bacteriële groei. Sommige bacteriën, zoals spirocheten, zijn in staat de gastheercel of het gastweefsel te prolifereren. Hierdoor kan de bacterie zich vervolgens omgeven in een voedselrijke omgeving die hem beschermt tegen immuunreacties en andere stressoren.
Transcriptiefactoren, voedingsstoffen en pathogene replicatieEdit
Voor de replicatie van virussen in een gastheercel en voor bacteriën om de stofwisselingsprocessen uit te voeren die nodig zijn om te groeien en zich te delen, moeten zij eerst de nodige voedingsstoffen en transcriptiefactoren uit hun omgeving opnemen. Zelfs als een virus in staat is zich aan een gastheercel te binden en zijn genetisch materiaal door het celmembraan over te brengen, kan het zijn dat de cel niet de noodzakelijke polymerasen en enzymen bevat die nodig zijn voor de virale replicatie en voor de voortzetting van de pathogenese.
Veel ziekteverwekkers bevatten ook belangrijke virulentiefactoren in hun genoom. In het bijzonder zijn pathogene bacteriën in staat om virulentiegenen die zich in hun plasmiden bevinden te vertalen in verschillende virulentiefactoren om de bacterie te helpen bij de pathogenese. Er bestaan veel verschillende soorten virulentiefactoren bij pathogenen, waaronder: adhesiefactoren, invasiefactoren, capsules, sideroforen, endotoxinen en exotoxinen. Al deze virulentiefactoren helpen ofwel direct bij de kolonisatie van de gastheer, ofwel bij de beschadiging van de gastheercel en het weefsel.
Verschermingsmechanismen van de gastheercelEdit
Gastheerorganismen zijn uitgerust met een verscheidenheid van verschillende verdedigingsmechanismen die worden gebruikt om de gastheer te beschermen tegen pathogene infectie. In het bijzonder de mens beschikt over meerdere verdedigingslinies die de pathogenese van begin tot eind beïnvloeden. Opdat een virus of bacterie tropisme voor een specifieke gastheer kan vertonen, moet het eerst de middelen hebben om door de verdedigingslinie van het gastheerorganisme heen te breken. De eerste verdedigingslinie, die bekend staat als het aangeboren immuunsysteem, is bedoeld om het binnendringen en de vestiging van pathogene organismen te voorkomen. Het aangeboren immuunsysteem is slechts in grote lijnen specifiek voor pathogenen en omvat: anatomische barrières, ontsteking, fagocytose, en niet-specifieke remmers.
Een anatomische barrière is elke fysieke of chemische barrière die helpt voorkomen dat micro-organismen het lichaam binnendringen. Dit omvat de huid, zweet, slijmlaag, speeksel, tranen, endotheelbekleding, en natuurlijke menselijke microbiota. De epidermis van de huid vormt een fysieke barrière tegen ziekteverwekkers, maar deze kan gemakkelijk worden aangetast door insectenbeten, dierenbeten, schrammen of andere kleine huidtrauma’s. Zweet, speeksel en tranen zijn allemaal chemische barrières die enzymen bevatten, zoals lysozymes, die bacteriën en virussen kunnen doden. De slijmlaag in de neusholte fungeert als een fysieke barrière die vreemde ziekteverwekkers omhult en ze via snot en slijm het lichaam weer uit transporteert. De microbiota van de mens, de andere micro-organismen die in en op het lichaam leven, concurreren met pathogene organismen en spelen een grote rol bij de bestrijding van pathogenen. Tenslotte is er een semi-permeabel membraan dat bekend staat als de bloed-hersen-barrière, een bekleding van endotheelcellen die het bloed scheidt van de weefsels en organen. Zonder deze bekleding zouden virussen en bacteriën gemakkelijk vitale menselijke organen zoals de hersenen, de longen en de placenta kunnen infecteren.
Inflammatie is een van de eerste immuunreacties op pathogene infectie die veel gastheerorganismen bezitten. Ontsteking gaat gepaard met een verhoogde temperatuur rond de plaats van infectie, accumulatie van CO2 en organische zuren, en een daling van de zuurstofspanning in het geïnfecteerde weefsel als reactie op door de ziekteverwekker veroorzaakte celschade. In een ontstoken gebied treedt ook bloedstolling (stolling) op, die een fysieke barrière vormt tegen pathogene infectie. Deze veranderingen creëren uiteindelijk ongunstige levensomstandigheden voor de ziekteverwekker (d.w.z. pH-veranderingen, afname van ATP, en veranderingen in het celmetabolisme) en verhinderen verdere replicatie en groei.
Zodra een bacterie of virus het aangeboren immuunsysteem van het lichaam heeft overwonnen, neemt het verworven immuunsysteem van het gastheerorganisme het over. Deze immuunrespons is zeer specifiek voor ziekteverwekkers en verschaft de gastheer langdurige immuniteit tegen toekomstige infectie door die specifieke ziekteverwekker. Wanneer lymfocyten antigenen op het oppervlak van een ziekteverwekker herkennen, scheiden zij antilichamen af die zich aan de ziekteverwekker binden en macrofagen en natuurlijke killercellen waarschuwen. Deze cellen richten zich op de ziekteverwekker zelf en doden deze of maken hem inactief. Dit proces produceert verder geheugen B cel en geheugen T cellen die langdurige immuniteit mogelijk maken.
Concluderend, als een ziekteverwekker in staat is verschillende verdedigingsmechanismen van de gastheer te overwinnen, een gastheercel te herkennen voor infectie, en zich met succes te vermenigvuldigen in een gastheerweefsel, dan is het waarschijnlijk dat de ziekteverwekker tropisme bezit voor die specifieke gastheer.