Patogen wykazuje tropizm dla określonego gospodarza, jeśli może oddziaływać z komórkami gospodarza w sposób, który wspiera patogenny wzrost i infekcję. Różne czynniki wpływają na zdolność patogenu do infekowania określonej komórki, w tym: struktura receptorów powierzchniowych komórki; dostępność czynników transkrypcyjnych, które mogą identyfikować patogenne DNA lub RNA; zdolność komórek i tkanek do wspierania replikacji wirusowej lub bakteryjnej; oraz obecność barier fizycznych lub chemicznych w obrębie komórek i w całej otaczającej tkance.
Receptory powierzchniowe komórkiEdit
Patogeny często wchodzą lub przylegają do komórek lub tkanek gospodarza przed wywołaniem infekcji. Aby to połączenie mogło nastąpić, patogen musi rozpoznać powierzchnię komórki, a następnie związać się z nią. Wirusy, na przykład, muszą często wiązać się ze specyficznymi receptorami powierzchni komórkowej, aby wejść do komórki. Wiele błon wirusowych zawiera białka powierzchniowe wirionów, które są specyficzne dla poszczególnych receptorów powierzchniowych komórek gospodarza. Jeśli komórka gospodarza wykazuje ekspresję komplementarnego receptora powierzchniowego dla wirusa, to wirus może się do niej przyczepić i wniknąć. Jeśli komórka nie wykazuje ekspresji tych receptorów, wirus nie może jej normalnie zainfekować. Dlatego, jeśli wirus nie może związać się z komórką, nie wykazuje tropizmu dla tego gospodarza.
Bakterie zakażają gospodarzy inaczej niż wirusy. W przeciwieństwie do wirusów, bakterie mogą replikować się i dzielić samodzielnie, bez wchodzenia do komórki gospodarza. Jednak, aby rosnąć i dzielić się, bakterie wymagają pewnych składników odżywczych ze swojego środowiska. Te składniki odżywcze często mogą być dostarczane przez tkanki gospodarza, dlatego też niektóre bakterie potrzebują gospodarza do przeżycia. Kiedy bakteria rozpozna receptory komórki gospodarza lub bogate w składniki odżywcze otoczenie, kolonizuje powierzchnię komórki. Bakterie posiadają różne mechanizmy kolonizacji tkanek gospodarza. Na przykład, wytwarzanie biofilmu pozwala bakteriom przylegać do powierzchni tkanki gospodarza i zapewnia środowisko ochronne idealne dla wzrostu bakterii. Niektóre bakterie, takie jak spirochety, są zdolne do proliferacji w komórce lub tkankach gospodarza. To pozwala bakterii otoczyć się w bogatym w składniki odżywcze środowisku, które chroni ją przed reakcjami immunologicznymi i innymi czynnikami stresogennymi.
Czynniki transkrypcyjne, składniki odżywcze i replikacja patogenówEdit
Aby wirusy mogły replikować się w komórce gospodarza, a bakterie przeprowadzać procesy metaboliczne potrzebne do wzrostu i podziału, muszą najpierw pobrać z otoczenia niezbędne składniki odżywcze i czynniki transkrypcyjne. Nawet jeśli wirus jest w stanie związać się z komórką gospodarza i przenieść swój materiał genetyczny przez błonę komórkową, komórka może nie zawierać niezbędnych polimeraz i enzymów potrzebnych do replikacji wirusowej i kontynuowania patogenezy.
Wiele patogenów zawiera również ważne czynniki wirulencji w swoich genomach. W szczególności, bakterie chorobotwórcze są zdolne do translacji genów wirulencji zlokalizowanych w ich plazmidach na różne czynniki wirulencji, aby pomóc bakterii w patogenezie. Wiele różnych typów czynników wirulencji istnieje w patogenach, włączając w to: czynniki przylegania, czynniki inwazji, kapsuły, siderofory, endotoksyny i egzotoksyny. Wszystkie te czynniki wirulencji albo pomagają bezpośrednio w kolonizacji gospodarza, albo w uszkodzeniu komórek i tkanek gospodarza.
Mechanizmy obronne komórek gospodarzaEdit
Organizmy gospodarza są wyposażone w wiele różnych mechanizmów obronnych używanych do ochrony gospodarza przed infekcją patogenną. Ludzie w szczególności posiadają wiele linii obrony, które wpływają na patogenezę od początku do końca. Aby wirus lub bakteria mogły wykazać tropizm dla konkretnego gospodarza, muszą najpierw mieć środki do przełamania linii obrony organizmu gospodarza. Pierwsza linia obrony, zwana wrodzonym układem immunologicznym, ma za zadanie zapobiec początkowemu wniknięciu patogenu i jego zadomowieniu się. Wrodzony układ odpornościowy jest tylko szeroko specyficzny dla patogenów i obejmuje: bariery anatomiczne, zapalenie, fagocytozę i niespecyficzne inhibitory.
Bariera anatomiczna to każda bariera fizyczna lub chemiczna, która pomaga zapobiegać wnikaniu mikroorganizmów do organizmu. Obejmuje ona skórę, pot, warstwę śluzu, ślinę, łzy, wyściółkę śródbłonka i naturalną ludzką mikrobiotę. Naskórek skóry stanowi fizyczną barierę przed patogenami, ale może zostać łatwo naruszony przez ukąszenia owadów, zwierząt, zadrapania lub inne drobne urazy skóry. Pot, ślina i łzy to bariery chemiczne, które zawierają enzymy, takie jak lizozymy, mogące zabijać bakterie i wirusy. Warstwa śluzu wyściela nosogardło i służy jako bariera fizyczna, która osłania obce patogeny i odprowadza je z powrotem z organizmu poprzez smarki i flegmę. Mikrobiota człowieka, czyli inne mikroorganizmy żyjące wewnątrz i na powierzchni ciała, konkurują z organizmami patogennymi i odgrywają dużą rolę w zwalczaniu patogenów. Wreszcie, półprzepuszczalna membrana znana jako bariera krew-mózg jest wyściółką komórek śródbłonka oddzielającą krew od tkanek i narządów. Bez tej wyściółki wirusy i bakterie mogłyby łatwo zainfekować ważne ludzkie organy, takie jak mózg, płuca i łożysko.
Zapalenie jest jedną z pierwszych odpowiedzi immunologicznych na infekcję patogenną, którą posiada wiele organizmów gospodarza. Zapalenie obejmuje podwyższoną temperaturę otaczającą miejsce infekcji, nagromadzenie CO2 i kwasów organicznych oraz spadek napięcia tlenowego zainfekowanej tkanki w odpowiedzi na uszkodzenie komórek wywołane przez patogen. W miejscu objętym stanem zapalnym dochodzi również do koagulacji krwi (krzepnięcia), co stanowi fizyczną barierę przed infekcją patogenną. Zmiany te ostatecznie tworzą niekorzystne warunki życia dla patogenu (tj. zmiany pH, spadek ATP i zmiany w metabolizmie komórkowym) i zapobiegają dalszej replikacji i wzrostowi.
Gdy bakteria lub wirus pokona wrodzony układ odpornościowy organizmu, przejmuje go nabyty układ odpornościowy organizmu gospodarza. Ta odpowiedź immunologiczna jest wysoce specyficzna dla patogenów i zapewnia gospodarzowi długotrwałą odporność przeciwko przyszłym infekcjom wywołanym przez ten konkretny patogen. Kiedy limfocyty rozpoznają antygeny na powierzchni patogenu, wydzielają przeciwciała, które wiążą się z patogenem i alarmują makrofagi i komórki zabójców naturalnych. Komórki te celują w sam patogen, zabijając go lub czyniąc nieaktywnym. W wyniku tego procesu powstają komórki pamięci B i komórki pamięci T, które umożliwiają powstanie długotrwałej odporności.
Podsumowując, jeśli patogen jest w stanie pokonać różne mechanizmy obronne gospodarza, rozpoznaje komórkę gospodarza do infekcji i z powodzeniem replikuje się w tkance gospodarza, to prawdopodobnie posiada tropizm dla tego konkretnego gospodarza.