Medizinische Mikrobiologie I: Krankheitserreger und menschliches Mikrobiom

Von Andreas Vanilssen, Rogers Nilstrem und Allen Kuslovic

Es gibt verschiedene Wege, über die Krankheitserreger in einen Wirt eindringen können. Die Hauptwege haben unterschiedliche episodische Zeitrahmen, aber der Boden hat das längste oder beständigste Potenzial, einen Krankheitserreger aufzunehmen. Krankheiten beim Menschen, die durch Infektionserreger verursacht werden, werden als pathogene Krankheiten bezeichnet. Das menschliche Mikrobiom ist das Aggregat aller microbiota die sich auf oder in menschlichen Geweben und Biofluiden befinden, zusammen mit den entsprechenden anatomischen Stellen, an denen sie sich befinden, einschließlich Haut, Brustdrüsen, Plazenta, Samenflüssigkeit, Gebärmutter, Eierstockfollikeln, Lunge, Speichel, Mundschleimhaut, Bindehaut, Gallenwege und Magen-Darmtrakt. Inhalt dieses Buches: Krankheitserreger, Prion, Virus, pathogene Bakterien, Pilze, pathogener Pilz, menschlicher Parasit, Protozoen, parasitärer Wurm, Liste der Parasiten des Menschen, klinische Mikrobiologie, Wechselwirkung zwischen Wirt und Krankheitserreger, Infektionskrankheit, Liste der Infektionskrankheiten, Infektionen assoziiert mit Krankheiten, Humanes Mikrobiom, Humanes Mikrobiom-Projekt, Biodiversitätshypothese der Gesundheit, Ersterwerb von microbiota, Humanes Virom, Humaner Magen-Darm microbiota, Darm-Gehirn-Achse, Psychobiotikum, Kolonisationsresistenz, Hautflora, Vaginalflora, Vaginalflora in der Schwangerschaft, Liste der bakteriellen Vaginose microbiota, Plazentamikrobiom, Muttermilchmikrobiom, Mundökologie, Speichelmikrobiom, Lunge microbiota, Liste von Mensch microbiota, Probiotika, Probiotika bei Kindern, Psychobiotika, Bacillus clausii, Postbiotika, Proteobiotika, Synbiotika, Bacillus coagulans, bakterielle Vaginose, Bifidobacterium animalis, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum, Botryosphaeran, Clostridium butyricum, Escherichia coli Nissle 1917, Gal4-Transkriptionsfaktor, Ganeden, Lactinex, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus crispatus .
Authors: Andreas Vanilssen, Rogers Nilstrem, Allen Kuslovic

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Cambridge Stanford Books
• Erscheinungsdatum: 20. Sept. 2020
• ISBN: 9781005392567

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Medizinische Mikrobiologie

Die medizinische Mikrobiologie, die große Untergruppe der Mikrobiologie, die in der Medizin angewendet wird, ist ein Zweig der medizinischen Wissenschaft, der sich mit der Prävention, Diagnose und Behandlung von Infektionskrankheiten befasst. Darüber hinaus untersucht dieses Wissenschaftsgebiet verschiedene klinische Anwendungen von Mikroben zur Verbesserung der Gesundheit. Es gibt vier Arten von Mikroorganismen, die Infektionskrankheiten verursachen: Bakterien, Pilze, Parasiten und Viren sowie eine Art von Infektionsprotein namens Prion.

Ein medizinischer Mikrobiologe untersucht die Eigenschaften von Krankheitserregern, ihre Übertragungswege, Infektions- und Wachstumsmechanismen. Mit diesen Informationen kann eine Behandlung entwickelt werden. Medizinische Mikrobiologen dienen häufig als Berater für Ärzte, um Krankheitserreger zu identifizieren und Behandlungsoptionen vorzuschlagen. Weitere Aufgaben können die Identifizierung potenzieller Gesundheitsrisiken für die Gemeinschaft oder die Überwachung der Entwicklung potenziell virulenter oder resistenter Mikrobenstämme, die Aufklärung der Gemeinschaft und die Unterstützung sein das Design von Gesundheitspraktiken. Sie können ebenfalls dazu beitragen, Epidemien und Ausbrüche von Krankheiten zu verhindern oder zu kontrollieren. Nicht alle medizinischen Mikrobiologen untersuchen die mikrobielle Pathologie. Einige untersuchen häufig vorkommende, nicht pathogene Arten, um festzustellen, ob ihre Eigenschaften zur Entwicklung von Antibiotika oder anderen Behandlungsmethoden verwendet werden können.

Die Epidemiologie, die Untersuchung der Muster, Ursachen und Auswirkungen von Gesundheits- und Krankheitszuständen in Populationen, ist ein wichtiger Bestandteil der medizinischen Mikrobiologie, obwohl sich das klinische Merkmal des Fachgebiets im Wesentlichen auf das Vorhandensein und Wachstum von mikrobiellen Infektionen bei Individuen konzentriert. ihre Auswirkungen auf den menschlichen Körper und die Methoden zur Behandlung dieser Infektionen. In diesem Zusammenhang kann das gesamte Gebiet als angewandte Wissenschaft konzeptionell in akademische und klinische Subspezialitäten unterteilt werden, obwohl in Wirklichkeit ein fließendes Kontinuum zwischen Mikrobiologie der öffentlichen Gesundheit und diagnostischer medizinischer Mikrobiologie besteht, genau wie der Stand der Technik in klinischen Labors hängt von kontinuierlichen Verbesserungen in der akademischen Medizin und in Forschungslabors ab.

Häufig behandelte Infektionskrankheiten

Bakterien

Streptokokken-Pharyngitis

Chlamydia

Typhus-Fieber

Tuberkulose

Viral

Rotavirus

Hepatitis C

Mensch papillomavirus ( HPV)

Parasitär

Malaria

Giardia lamblia

Toxoplasma gondii

Pilz

Candida

Histoplasmose

Ursachen und Übertragung von Infektionskrankheiten

Infektionen können durch Bakterien, Es, Pilze und Parasiten verursacht werden. Der Erreger, der die Krankheit verursacht, kann exogen (von einer externen Quelle erworben; Umwelt, Tier oder andere Personen, z. B. Influenza) oder endogen (von normaler Flora, z. B. Candidiasis) sein.

Die Stelle, an der eine Mikrobe in den Körper eindringt, wird als Eintrittsportal bezeichnet. Dazu gehören die Atemwege, der Magen-Darm-Trakt, der Urogenitaltrakt, die Haut und die Schleimhäute. Das Eintrittsportal für eine bestimmte Mikrobe hängt hauptsächlich davon ab, wie sie von ihrem natürlichen Lebensraum zum Wirt gelangt.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie alles zwischen Individuen übertragen werden kann. Diese beinhalten:

Direkter Kontakt - Berühren eines infizierten Wirts, einschließlich sexuellen Kontakts

Indirekter Kontakt - Berühren einer kontaminierten Oberfläche

Tröpfchenkontakt - Husten oder Niesen

Fäkal-oraler Weg - Aufnahme kontaminierter Lebensmittel oder Wasserquellen

Übertragung in der Luft - Erreger tragende Sporen

Vektorübertragung - Ein Organismus, der selbst keine Krankheit verursacht, sondern eine Infektion überträgt, indem er Krankheitserreger von einem Wirt zum anderen überträgt

Fomite-Übertragung - Ein lebloses Objekt oder eine unbelebte Substanz, die infektiöse Keime oder Parasiten tragen kann

Umwelt - Im Krankenhaus erworbene Infektion (nosokomiale Infektionen)

Wie andere Krankheitserreger verwenden sie diese Übertragungsmethoden, um in den Körper einzudringen. Sie unterscheiden sich jedoch darin, dass sie ebenfalls in die tatsächlichen Zellen des Wirts gelangen müssen. Sobald der Zugang zu den Zellen des Wirts erhalten hat, muss das genetische Material (RNA oder DNA) in die Zelle eingeführt werden. Die Replikation zwischen den beiden ist sehr unterschiedlich und hängt von der Art der an ihnen beteiligten Gene ab. Die meisten DNAs sammeln sich im Kern an, andererseits entwickeln sich die meisten RNAs ausschließlich im Zytoplasma.

Die Mechanismen für die Infektion, Proliferation und Persistenz von a in Zellen des Wirts sind entscheidend für sein Überleben. Einige Krankheiten, zum Beispiel Masern, verfolgen eine Strategie, bei der sie sich auf eine Reihe von Wirten ausbreiten müssen. Bei diesen Formen der Virusinfektion wird die Krankheit häufig durch die körpereigene Immunantwort behandelt, und daher muss sie sich auf neue Wirte verteilen, bevor sie durch immunologische Resistenz oder Wirt zerstört wird death. Während einige Infektionserreger, beispielsweise die Feline leukemia, Immunantworten standhalten und einen langfristigen Aufenthalt innerhalb eines einzelnen Wirts erreichen können, behalten sie gleichzeitig die Fähigkeit bei, sich auf aufeinanderfolgende Wirte auszubreiten.

Diagnosetest

Die Identifizierung eines Infektionserregers für eine geringfügige Krankheit kann so einfach sein wie die klinische Darstellung. zum Beispiel Magen-Darm-Beschwerden und Hautinfektionen. Um eine fundierte Einschätzung darüber zu erhalten, welche Mikrobe die Krankheit verursachen könnte, müssen epidemiologische Faktoren berücksichtigt werden. Zum Beispiel die Wahrscheinlichkeit einer Exposition des Patienten gegenüber dem vermuteten Organismus und das Vorhandensein und die Prävalenz eines mikrobiellen Stammes in einer Gemeinschaft.

Die Diagnose von Infektionskrankheiten wird fast immer durch Konsultation der Krankengeschichte des Patienten und Durchführung einer körperlichen Untersuchung eingeleitet. Detailliertere Identifizierungstechniken umfassen mikrobielle Kulturpflanzen, Mikroskopie, biochemische Tests und Genotypisierung. Andere weniger verbreitete Techniken (wie Röntgenstrahlen, CAT -Scans, PET -Scans oder NMR) werden verwendet, um Bilder von internen Anomalien zu erzeugen, die aus dem Wachstum eines infektiösen Erregers resultieren.

Mikrobielle Ernte

Mikrobiologische Kulturpflanzen sind die Hauptoperation zur Isolierung von Infektionskrankheiten für Studien im Labor. Gewebe- oder Flüssigkeitsproben werden auf das Vorhandensein eines spezifischen Pathogens getestet, der durch Wachstum in einem selektiven oder differentiellen Medium bestimmt wird.

Die 3 Hauptmedientypen, die zum Testen verwendet werden, sind:

Feste Ernte: Eine feste Oberfläche wird mit einer Mischung aus Nährstoffen, Salzen und Agar erzeugt. Eine einzelne Mikrobe auf einer Agarplatte kann dann zu Kolonien (Klonen, in denen die Zellen identisch sind) wachsen, die Tausende von Zellen enthalten. Diese werden grundsätzlich zur Ernte von Bakterien und Pilzen eingesetzt.

Flüssige Ernte: Zellen werden in einem flüssigen Medium gezüchtet. Das mikrobielle Wachstum wird durch die Zeit bestimmt, die die Flüssigkeit benötigt, um eine kolloidale Suspension zu bilden. Diese Technik wird zur Diagnose von Parasiten und zum Nachweis von mycobacteria verwendet.

Zellkulturen: Menschliche oder tierische Zellkulturen sind mit der interessierenden Mikrobe infiziert. Diese Pflanzen werden dann beobachtet, um die Wirkung der Mikrobe auf die Zellen zu bestimmen. Diese Technik wird zur Identifizierung verwendet.

Mikroskopie

Bei Pflanzentechniken wird häufig eine mikroskopische Untersuchung durchgeführt, um die Identifizierung der Mikrobe zu erleichtern. Instrumente, beispielsweise Verbundlichtmikroskope, können verwendet werden, um kritische Aspekte des Organismus zu bewerten. Dies kann unmittelbar nach der Entnahme der Probe aus dem Patienten durchgeführt werden und wird in Verbindung mit biochemischen Färbetechniken verwendet, um die Auflösung von Zellmerkmalen zu ermöglichen. Elektronenmikroskope und Fluoreszenzmikroskope werden ebenfalls verwendet, um Mikroben für Forschungszwecke genauer zu beobachten.

Biochemische Tests

Schnelle und relativ einfache biochemische Tests können verwendet werden, um Infektionserreger zu finden. Zur Identifizierung von Bakterien ist die Verwendung von metabolischen oder enzymatischen Merkmalen üblich, da sie Kohlenhydrate in Mustern fermentieren können, die für ihre Gattung und Art charakteristisch sind. Bei diesen Tests werden üblicherweise Säuren, Alkohole und Gase nachgewiesen, wenn Bakterien in selektiven flüssigen oder festen Medien gezüchtet werden, wie oben erwähnt. Um diese Tests massenhaft durchzuführen, werden automatisierte Maschinen verwendet. Diese Maschinen führen mehrere biochemische Tests gleichzeitig durch, wobei Karten mit mehreren Vertiefungen verwendet werden, die unterschiedliche dehydrierte Chemikalien enthalten. Die interessierende Mikrobe reagiert mit jeder Chemikalie in einem bestimmten Prozess und hilft bei ihrer Identifizierung.

Serologische Methoden sind hochempfindliche, spezifische und oft extrem schnelle Labortests, mit denen unterschiedliche Arten von Mikroorganismen gefunden werden. Die Tests basieren auf der Fähigkeit eines Antikörpers, insbesondere an ein Antigen zu binden. Das Antigen (normalerweise ein Protein oder Kohlenhydrat, das von einem infektiösen Erreger hergestellt wird) wird durch den Antikörper gebunden, so dass diese Art von Test für andere Organismen als Bakterien verwendet werden kann. Diese Bindung löst dann eine Kette von Ereignissen aus, die je nach Test leicht und definitiv beobachtet werden können. Weitere complex serologische Techniken sind als Immunoassays bekannt. Unter Verwendung einer ähnlichen Basis wie oben beschrieben können Immunoassays Antigene entweder von Infektionserregern oder von Proteinen, die von einem infizierten Wirt als Reaktion auf die Infektion erzeugt werden, aufdecken oder messen.

Polymerase Kettenreaktion

Polymerasekettenreaktionstests( PCR) sind die am häufigsten verwendete molekulare Technik, um Mikroben aufzudecken und zu untersuchen. Im Vergleich zu anderen Methoden ist die Sequenzierung und Überprüfung endgültig, zuverlässig, genau und schnell. Heutzutage wird quantitativ PCR als primäre Technik verwendet, da diese Operation im Vergleich zu einem Standardtest PCR schnellere Daten liefert. Traditionelle PCR -Techniken erfordern beispielsweise die Verwendung von gel electrophoresis, um amplifizierte DNA -Moleküle nach Beendigung der Reaktion sichtbar zu machen. Quantitative PCR erfordert dies nicht, da die festgelegte Reihenfolge der Detektion Fluoreszenz und Sonden verwendet, um die DNA aufzudecken. DNA Moleküle, während sie amplifiziert werden. Darüber hinaus beseitigt quantitatives PCR ebenfalls das Kontaminationsrisiko, das während Standardverfahren PCR auftreten kann(Übertragung des PCR -Produkts in nachfolgende PCRs). Ein weiterer Vorteil der Verwendung von PCR zur Aufdeckung und Untersuchung von Mikroben besteht darin, dass die DNA -Sequenzen neu entdeckter infektiöser Mikroben oder Stämme mit denen verglichen werden können, die bereits in Datenbanken aufgeführt sind, was wiederum dazu beiträgt, das Verständnis dafür zu verbessern, welcher Organismus die Infektiösen verursacht ail und folglich welche möglichen Behandlungsmethoden angewendet werden könnten. Diese Technik ist der derzeitige Standard zum Nachweis von Virusinfektionen, beispielsweise AIDS und Hepatitis.

Behandlungen

Sobald eine Infektion diagnostiziert und identifiziert wurde, müssen geeignete Behandlungsoptionen vom Arzt und von konsultierenden medizinischen Mikrobiologen bewertet werden. Einige Infektionen können durch die körpereigene Immunverordnung behandelt werden, schwerwiegendere Infektionen werden jedoch mit antimikrobiellen Medikamenten behandelt. Bakterieninfektionen werden mit Antibiotika (oft als Antibiotika bezeichnet) behandelt, Pilzinfektionen und Virusinfektionen werden dagegen mit Antimykotika bzw. Virostatika behandelt. Eine breite Klasse von Arzneimitteln, die als Antiparasitika bekannt sind, werden zur Behandlung von parasitären Krankheiten eingesetzt.

Medizinische Mikrobiologen geben dem Arzt des Patienten häufig Behandlungsempfehlungen, die auf dem Mikrobenstamm und seinen Antibiotikaresistenzen, dem Infektionsort, der potenziellen Toxizität antimikrobieller Arzneimittel und etwaigen Arzneimittelallergien des Patienten beruhen.

Zusätzlich zu Arzneimitteln, die für eine bestimmte Art von Organismus (Bakterien, Pilze usw.) spezifisch sind, sind einige Arzneimittel für eine bestimmte Gattung oder Spezies von Organismen spezifisch und wirken nicht auf andere Organismen. Aufgrund dieser Besonderheit müssen medizinische Mikrobiologen bei der Abgabe von Empfehlungen die Wirksamkeit bestimmter antimikrobieller Arzneimittel berücksichtigen. Außerdem können Stämme eines Organismus gegen ein bestimmtes Arzneimittel oder eine bestimmte Arzneimittelklasse resistent sein, selbst wenn es üblicherweise gegen die Spezies wirksam ist. Diese Stämme, die als resistente Stämme bezeichnet werden, stellen ein ernstes Problem für die öffentliche Gesundheit dar, das für die medizinische Industrie von wachsender Bedeutung ist, da sich die Ausbreitung der Antibiotikaresistenz verschlechtert. Antimikrobielle Resistenz ist ein zunehmend problematisches Problem, das jedes Jahr zu Millionen von Todesfällen führt.

Während Arzneimittelresistenz üblicherweise Mikroben umfasst, die ein antimikrobielles Arzneimittel oder eine Zelle chemisch inaktivieren und die Aufnahme eines Arzneimittels mechanisch stoppen, kann eine andere Form der Arzneimittelresistenz aus der Bildung von Biofilmen entstehen. Einige Bakterien können Biofilme bilden, indem sie an Oberflächen implantierter Geräte wie Katheter und Prothesen haften und eine extrazelluläre Matrix erzeugen, an der andere Zellen haften können. Dies bietet ihnen eine stabile Umgebung, in der sich die Bakterien zerstreuen und andere Teile des Wirts infizieren können. Außerdem können die extrazelluläre Matrix und die dichte äußere Schicht von Bakterienzellen die inneren Bakterienzellen vor antimikrobiellen Wirkstoffen schützen.

Die medizinische Mikrobiologie bezieht sich nicht nur auf die Diagnose und Behandlung von Krankheiten, sondern auch auf die Untersuchung nützlicher Mikroben. Es hat sich gezeigt, dass Mikroben bei der Bekämpfung von Infektionskrankheiten und der Förderung der Gesundheit hilfreich sind. Behandlungen können aus Mikroben entwickelt werden, wie Alexander Flemings Entdeckung von Penicillin zusätzlich als Entwicklung neuer Antibiotika aus der Bakteriengattung Streptomyces unter vielen anderen zeigt. Mikroorganismen sind nicht nur eine Quelle für Antibiotika, sondern einige können auch als probiotics wirken, um dem Wirt gesundheitliche Vorteile zu bieten, beispielsweise eine bessere Magen-Darm-Gesundheit oder die Hemmung von Krankheitserregern.

Erreger

In der Biologie ist ein Krankheitserreger im ältesten und weitesten Sinne alles, was alles produzieren kann. Ein Krankheitserreger kann ebenfalls als Infektionserreger oder einfach als Keim bezeichnet werden.

Der Begriff Krankheitserreger wurde in den 1880er Jahren verwendet. Üblicherweise wird der Begriff verwendet, um einen infektiösen Mikroorganismus oder Erreger zu beschreiben, beispielsweise ein Bakterium, ein Protozoon, ein Viroid oder einen Pilz. Kleine Tiere, zum Beispiel bestimmte Arten von Würmern und Insektenlarven, können ebenfalls Krankheiten produzieren. Nichtsdestotrotz werden diese Tiere im allgemeinen Sprachgebrauch häufig als Parasiten anstelle von Krankheitserregern bezeichnet. Die wissenschaftliche Untersuchung mikroskopischer Organismen, einschließlich mikroskopisch pathogener Organismen, wird als Mikrobiologie bezeichnet, während die Untersuchung aller Krankheiten, die diese Krankheitserreger umfassen können, als Pathologie bezeichnet wird. Parasitologie ist die wissenschaftliche Untersuchung von Parasiten und den Organismen, die sie beherbergen.

Es gibt mehrere Wege, über die Krankheitserreger in einen Wirt eindringen können. Die Hauptwege haben unterschiedliche episodische Zeitrahmen, aber der Boden hat das längste oder beständigste Potenzial, einen Krankheitserreger aufzunehmen. Krankheiten beim Menschen, die durch Infektionserreger verursacht werden, werden als pathogene Krankheiten bezeichnet, obwohl nicht alle Krankheiten durch Pathogene verursacht werden. Einige Krankheiten, zum Beispiel Huntington, werden durch die Vererbung abnormaler Gene verursacht.

Pathogenität

Pathogenität ist die potenzielle krankheitsverursachende Fähigkeit von Krankheitserregern. Pathogenität hängt mit Virulenz in der Bedeutung zusammen, aber einige Behörden haben sie als qualitativen Begriff aufgedeckt, im Gegensatz dazu ist letzterer quantitativ. Nach diesem Standard kann ein Organismus in einem bestimmten Kontext als pathogen oder nicht pathogen bezeichnet werden, jedoch nicht als pathogener als andere. Solche Vergleiche werden anstelle der relativen Virulenz beschrieben. Die Pathogenität ist ebenfalls ungleich der Übertragbarkeit der, die das Infektionsrisiko quantifiziert.

Ein Pathogen kann in Bezug auf seine Fähigkeit beschrieben werden, Toxine zu produzieren, in Gewebe einzudringen, zu kolonisieren, Nährstoffe zu entführen und seine Fähigkeit, den Wirt zu immunsupprimieren.

Kontextabhängige Pathogenität

Es ist üblich, von einer ganzen Bakterienart als pathogen zu sprechen, wenn sie als Ursache einer Krankheit identifiziert wird (vgl. Kochs Postulate). Die moderne Ansicht ist jedoch, dass die Pathogenität vom gesamten mikrobiellen Ökosystem abhängt. Ein Bakterium kann an opportunistischen Infektionen in immungeschwächten Wirten teilnehmen, Virulenzfaktoren durch Plasmidinfektion erwerben, an eine unterschiedliche Stelle innerhalb des Wirts übertragen werden oder auf Änderungen in der überwiegend Anzahl anderer vorhandener Bakterien reagieren. Eine Infektion der Mesenteriallymphdrüsen von Mäusen mit Yersinia kann beispielsweise den Prozess zur Fortsetzung der Infektion dieser Stellen durch Lactobacillus, möglicherweise durch einen Mechanismus der immunologischen Narbenbildung, klären .

Verwandte konzepte

Virulenz

Virulenz (die Tendenz eines Pathogens, die Fitness eines Wirts zu verringern) entsteht, wenn sich ein Pathogen von einem erkrankten Wirt ausbreiten kann, obwohl der Wirt geschwächt wird. Die horizontale Übertragung erfolgt zwischen Wirten derselben Art, während die vertikale Übertragung (nach einer Zeit hoher Morbidität und Mortalität in der Bevölkerung) zu einer Symbiose führt, indem der evolutionäre Erfolg des Erregers mit dem evolutionären Erfolg des Wirtsorganismus verknüpft wird. Die Evolutionsbiologie schlägt vor, dass viele Krankheitserreger eine optimale Virulenz entwickeln, bei der die durch erhöhte Replikationsraten gewonnene Fitness durch Kompromisse bei der verringerten Übertragung ausgeglichen wird, aber die genauen Mechanismen, die diesen Beziehungen zugrunde liegen, bleiben umstritten.

Übertragung

Die Übertragung von Krankheitserregern erfolgt auf vielen unterschiedlichen Wegen, einschließlich in der Luft, direktem oder indirektem Kontakt, sexuellem Kontakt, über Blut, Muttermilch oder andere Körperflüssigkeiten und über den fäkal-oralen Weg.

Arten von Krankheitserregern

Prionen

Prionen sind fehlgefaltete Proteine, die ihren fehlgefalteten Zustand auf andere hauptsächlich gefaltete Proteine ​​des gleichen Typs übertragen können. Sie enthalten keine DNA oder RNA und können keine andere replizieren, als bereits vorhandene normale Proteine ​​in den fehlgefalteten Zustand umzuwandeln. Diese abnormal gefalteten Proteine ​​sind definitiv bei einigen Krankheiten zu finden, beispielsweise bei Scrapie, spongiformer Rinderenzephalopathie (Rinderwahnsinn) und Creutzfeldt-Jakob-Krankheit.

Viren

Viren sind kleine Partikel mit einer Länge zwischen 20 und 300 Nanometern, die RNA oder DNA enthalten. Zur Replikation ist eine Wirtszelle erforderlich. Einige der Krankheiten, die durch virale Krankheitserreger verursacht werden, sind Pocken, Influenza, Mumps, Masern, Windpocken, Ebola HIV und Röteln.

Pathogenices stammen ausschließlich aus den Familien: Adenoviridae, Picornaviridae, Herpesviridae, Hepadnaviridae, Flaviviridae, Retroviridae, Orthomyxoviridae, Paramyxoviridae, Papovaviridae, Polyomavirus, Rhabdoviridae und Togaviridae. HIV ist ein bemerkenswertes Familienmitglied Retroviridae, von dem 2018 weltweit 37,9 Millionen Menschen betroffen waren.

Bacteria

Die überwiegende Mehrheit der Bakterien, deren Länge zwischen 0,15 und 700 μM liegen kann, ist für den Menschen harmlos oder vorteilhaft. Dennoch kann eine relativ kleine Liste von Infektionskrankheiten verursachen. Haben Sie mehrere Möglichkeiten, wie sie alle verursachen können. Sie können entweder die Zellen ihres Wirts direkt beeinflussen, Endotoxine produzieren, die die Zellen ihres Wirts schädigen, oder eine ausreichend starke Immunantwort verursachen, dass die Wirtszellen beschädigt werden.

Eine der bakteriellsten Krankheiten mit der höchsten Krankheitslast ist die Tuberkulose, die durch das Bakterium Mycobacterium verursacht wird, das 2013 1,5 Millionen Menschen tötete, normalerweise in Afrika südlich der Sahara. Tragen Sie zu weiteren global bedeutenden Krankheiten bei, beispielsweise Lungenentzündung, die beispielsweise durch Bakterien Streptococcus und Pseudomonas verursacht werden kann, und zu lebensmittelbedingten Krankheiten, die beispielsweise durch Bakterien verursacht werden können Shigella, Campylobacter und Salmonella. Ebenso verursachen Infektionen wie Tetanus, Typhus, Diphtherie, Syphilis und Lepra.

Pilze

Pilze sind eukaryotische Organismen, die als Krankheitserreger dienen können. Es sind ungefähr 300 Pilze bekannt, die für den Menschen pathogen sind, darunter Candida albicans, die häufigste Ursache für Soor, und Cryptococcus Neoformans, die eine schwere Form der Meningitis verursachen können. Die typische Pilzsporengröße beträgt <4,7 μm Länge, einige Sporen können jedoch größer sein.

Algen

Algen sind einzellige Pflanzen, die trotz pathogener Sorten eindeutig nicht pathogen sind. Protothecosis ist eine Krankheit, die bei Hunden, Katzen, Rindern und Menschen auftritt und durch eine Art Grünalge verursacht wird, die als Prototheca bekannt ist und der Chlorophyll fehlt.

Andere Parasiten

Einige eukaryotische Organismen, einschließlich einer Reihe von Protozoen und Helminthen, sind.

Krankheitserreger

Bacteria

Obwohl Bakterien selbst Krankheitserreger sein können, können sie ebenfalls durch Krankheitserreger infiziert werden. Diese sind ebenfalls als Phagen bekannt und infizieren Bakterien, die häufig zur death der infizierten Bakterien führen. Häufig sind T7- und Lamda-Phagen. Es gibt Bereiche, die jede Art von Bakterien infizieren, einschließlich gramnegativer und grampositiver. Selbst wenn eine andere Spezies, einschließlich Menschen, infiziert wird, kann dies mit einem Phagen infiziert werden.

Pflanzen

Pflanzen können eine Vielzahl von Krankheitserregern beherbergen, darunter Bakterien, Pilze, Nematoden und sogar andere Pflanzen. Bemerkenswerte Pflanzen sind der Papaya-Ringspot, der Landwirten in Hawaii und Südostasien Millionen von Dollar Schaden zugefügt hat, und das Tabakmosaik, das den Wissenschaftler Martinus Beijerinck 1898 veranlasste, den Begriff Virus zu prägen. Bakterielle Pflanzenpathogene sind ebenfalls schwerwiegend Problem, das bei vielen Pflanzenarten Blattflecken, Knollenfäule und Fäulnis verursacht. Die beiden wichtigsten bakteriellen Krankheitserreger für Pflanzen sind P. Syringae und R. Solanacearum, die eine Blattbräunung und weitere Probleme bei Kartoffeln, Tomaten und Bananen verursachen.

Pilze sind andere wichtige Krankheitserreger für Pflanzen. Sie können eine Vielzahl von Problemen verursachen, z. B. kürzere Pflanzenhöhe, Wachstum oder Gruben an Baumstämmen, Wurzel- oder Samenfäule und Blattflecken. Häufige und schwerwiegende Pflanzenpilze sind der Reispilz, die Ulmenkrankheit, die Kastanienfäule sowie die Schwarzknoten- und Braunfäule-Krankheiten von Kirschen, Pflaumen und Pfirsichen. Es wird geschätzt, dass allein der Ernteertrag um bis zu 65% sinkt.

Insgesamt haben Pflanzen eine Vielzahl von Krankheitserregern und es wurde geschätzt, dass nur 3% der durch Pflanzenpathogene verursachten Krankheiten behandelt werden können.

Tiere

Tiere infizieren sich häufig mit vielen der gleichen oder ähnlichen Krankheitserreger wie Menschen, einschließlich Es, Bakterien und Pilzen. Andererseits erkranken wilde Tiere häufig an Krankheiten, die größere Gefahr besteht für Nutztiere. Es wird geschätzt, dass in ländlichen Gebieten 90% oder mehr der Todesfälle bei Nutztieren auf Krankheitserreger zurückzuführen sind. Die spongiforme Enzephalopathie bei Rindern, die typischerweise als Rinderwahnsinn bekannt ist, ist eine der wenigen Krankheiten, die Tiere betreffen. Eine andere Tierkrankheit umfasst eine Vielzahl von Immunschwächestörungen, die durch mit der menschlichen Immunschwäche( HIV) zusammenhängende BIV Ursachen verursacht werden, einschließlich BIV und FIV .

Menschen

Menschen können mit vielen Arten von Krankheitserregern infiziert sein, einschließlich Es, Bakterien und Pilzen. Bakterien, die Menschen infizieren, können Symptome wie Niesen, Husten, Fieber, Erbrechen verursachen und sogar zu death führen. Einige dieser Symptome werden durch sich selbst verursacht, andere durch die immunbestimmte Ordnung der infizierten Person.

Behandlung

Prion

Trotz vieler Versuche wurde bisher keine Therapie gezeigt, die das Fortschreiten von Krankheiten aufhält.

Virus

Für einige virale Krankheitserreger gibt es eine Vielzahl von Präventions- und Behandlungsmöglichkeiten. Impfstoffe sind eine übliche und wirksame vorbeugende Maßnahme gegen eine Vielzahl von viralen Krankheitserregern. Impfstoffe bereiten die immun-etablierte Ordnung des Wirts vor, so dass sich die immun-etablierte Ordnung schnell gegen Infektionen verteidigen kann, wenn der potenzielle Wirt auf die in freier Wildbahn trifft. Impfstoffe existieren beispielsweise für Masern, Mumps und Röteln sowie für die Influenza. Einige, zum Beispiel HIV, Dengue-Fieber und Chikungunya, haben keine Impfstoffe zur Verfügung.

Die Behandlung von Virusinfektionen umfasst häufig die Behandlung der Symptome der Infektion anstelle der Bereitstellung von Medikamenten, die den viralen Erreger selbst betreffen. Die Behandlung der Symptome einer Virusinfektion gibt dem Immunsystem des Wirts Zeit, Antikörper gegen den Viruspathogen zu entwickeln, die dann die Infektion beseitigen. In einigen Fällen ist eine Behandlung gegen die notwendig. Ein Beispiel hierfür ist HIV, wo eine antiretrovirale Therapie, ebenfalls bekannt als ART oder HAART, erforderlich ist, um den Verlust von Immunzellen und das Fortschreiten in AIDS zu verhindern.

Bacteria

Ähnlich wie bei viralen Krankheitserregern kann eine Infektion durch bestimmte bakterielle Krankheitserreger durch Impfstoffe verhindert werden. Impfstoffe gegen bakterielle Krankheitserreger umfassen den anthrax -Impfstoff und den Pneumokokken-Impfstoff. Vielen anderen bakteriellen Krankheitserregern fehlen vorbeugende Impfstoffe, aber eine Infektion durch diese Bakterien kann häufig mit Antibiotika behandelt oder verhindert werden. Übliche Antibiotika sind Amoxicillin, Ciprofloxacin und Doxycyclin. Jedes Antibiotikum hat unterschiedliche Bakterien, gegen die es wirksam ist, und unterschiedliche Mechanismen, um diese Bakterien abzutöten. So hemmt Doxycyclin die Synthese neuer Proteine ​​sowohl in gramnegativen als auch in grampositiven Bakterien, was zur death der betroffenen Bakterien führt.

Zum Teil aufgrund der Überverschreibung von Antibiotika unter Umständen, in denen sie nicht benötigt werden, haben einige bakterielle Krankheitserreger eine Antibiotikaresistenz entwickelt und sind mit klassischen Antibiotika nur schwer zu behandeln. Ein genetisch ungleicher Stamm namens MRSA ist ein Beispiel für einen bakteriellen Erreger, der mit üblichen Antibiotika schwer zu behandeln ist. In einem 2013 vom Center for ail Control( CDC) veröffentlichten Bericht wurde geschätzt, dass in den USA jedes Jahr mindestens 2 Millionen Menschen an einer antibiotikaresistenten bakteriellen Infektion erkranken und mindestens 23.000 Menschen an diesen Infektionen sterben.

Pilze

Die Infektion durch Pilzpathogene wird mit Antimykotika behandelt. Pilzinfektionen, beispielsweise Fußpilz, Jock Juckreiz und Ringwurm, sind Infektionen der Haut und können mit topischen Antimykotika wie Clotrimazol behandelt werden. Eine weitere häufige Pilzinfektion sind Infektionen durch den Hefestamm Candida albicans. Candida kann Infektionen des Mundes oder des Rachens verursachen, die typischerweise als Soor bezeichnet werden, oder es kann vaginale Infektionen verursachen. Diese inneren Infektionen können entweder mit Antimykotikum-Cremes oder mit oralen Medikamenten behandelt werden. Übliche Antimykotika für innere Infektionen sind die Echinocandin-Familie und Fluconazole .

Algen

Algen werden normalerweise nicht als Krankheitserreger angesehen, aber es ist bekannt, dass die Gattung Prototheca beim Menschen Krankheiten verursacht. Die Behandlung dieser Art von Infektion wird derzeit untersucht, und die klinische Behandlung ist nicht einheitlich.

Sexuelle Interaktionen

Viele Krankheitserreger sind zur sexuellen Interaktion fähig. Unter anderem tritt sexuelle Interaktion zwischen Zellen derselben Spezies durch die Wirkung der natürlichen genetischen Transformation auf. Die Transformation beinhaltet den Transfer von DNA von einer Spenderzelle zu einer Empfängerzelle und die Integration des Spenders DNA in das Empfängergenom durch Rekombination. Beispiele für bakterielle Pathogene, die zur natürlichen Transformation fähig sind, sind Helicobacter pylori, Haemophilus influenzae, Legionella pneumophila, Neisseria gonorrhoeae und Streptococcus pneumoniae .

Eukaryontische Krankheitserreger sind häufig zu sexueller Interaktion durch eine Aktion mit Meiose und Syngamie fähig. Meiose beinhaltet die innige Paarung von homologous -Chromosomen und die Rekombination zwischen ihnen. Beispiele für geschlechtsfähige eukaryotische Pathogene sind die Protozoenparasiten Plasmodium falciparum, Toxoplasma gondii, Trypanosoma brucei, Giardia intestinalis und die Pilze Aspergillus fumigatus, Candida albicans und Cryptococcus neoformans.

Viren können ebenfalls eine sexuelle Interaktion eingehen, wenn zwei oder mehr virale Genome in dieselbe Wirtszelle gelangen. Diese Aktion beinhaltet die Paarung von homologous -Genomen und die Rekombination zwischen ihnen durch eine Aktion, die als Multiplizitätsreaktivierung bezeichnet wird. Beispiele für diejenigen, die diese Wirkung erfahren, sind Herpes simplex, Immunschwäche beim Menschen und Vaccinia.

Die sexuellen Prozesse in Bakterien, mikrobiellen Eukaryoten und Anden beinhalten alle eine Rekombination zwischen homologous -Genomen, die die Reparatur von homologous Genomschäden zu erleichtern scheint, die dem Genom der Krankheitserreger durch die Abwehrkräfte ihrer jeweiligen Zielwirte zugefügt werden.

Prion

Prionen sind fehlgefaltete Proteine ​​mit der Fähigkeit, ihre fehlgefaltete Form auf normale Varianten desselben Proteins zu übertragen. Sie charakterisieren mehrere tödliche und übertragbare neurodegenerative Erkrankungen beim Menschen und vielen anderen Tieren. Es ist nicht bekannt, was zu einer Fehlfaltung des normalen Proteins führt, aber es wird vermutet, dass die abnormale dreidimensionale Struktur infektiöse Eigenschaften verleiht und benachbarte Proteinmoleküle in dieselbe Form kollabiert. Das Wort leitet sich von proteinhaltigen infektiösen Partikeln ab. Die hypothetische Rolle eines Proteins als Infektionserreger steht für alle anderen bekannten Infektionserreger wie Ases, Bakterien, Pilze und Parasiten, die alle Nukleinsäuren (DNA, RNA oder beides) enthalten.

Prionvarianten des Proteins( PrP), deren spezifischer Service ungewiss ist, werden als Ursache für übertragbare spongiforme Enzephalopathien (TSE) angenommen, einschließlich Scrapie bei Schafen, chronisch verschwenderische Krankheit( CWD) bei Hirschen, spongiforme Rinderenzephalopathie( BSE) bei Rindern (allgemein als Rinderwahnsinn bekannt) und Creutzfeldt-Jakob ail( CJD) beim Menschen. Alle bekannten Krankheiten bei Säugetieren beeinflussen die Struktur des Gehirns oder eines anderen Nervengewebes; Alle sind progressiv, haben keine bekannte wirksame Behandlung und sind immer tödlich. Bis 2015 wurden alle bekannten Säugetierkrankheiten als durch das Protein verursacht angesehen( PrP); dennoch im Jahr 2015 mehrfach etablierte Ordnungsatrophie( MSA) erwies sich als übertragbar und wurde vermutlich durch eine Form von Alpha-Synuclein verursacht.

Prionen bilden abnormale Aggregate von Proteinen, sogenannte Amyloide, die sich im infizierten Gewebe ansammeln und mit Gewebeschäden und Zellen assoziiert sind death. Amyloide sind ebenfalls für mehrere andere neurodegenerative Erkrankungen verantwortlich, beispielsweise Alzheimer und Parkinson. Aggregate sind stabil, und diese strukturelle Stabilität bedeutet, dass sie gegen Denaturierung durch chemische und physikalische Mittel beständig sind: Sie können nicht durch gewöhnliche Desinfektion oder Kochen zerstört werden. Dies erschwert die Entsorgung und Eindämmung dieser Partikel.

Ein Leiden ist eine Art von Proteopathie oder ein Leiden von strukturell abnormalen Proteinen. Es wird angenommen, dass s beim Menschen die Ursache für Creutzfeldt-Jakob ail( CJD), seine Variante( vCJD), das Gerstmann-Sträussler-Scheinker-Syndrom( GSS), tödliche familiäre Schlaflosigkeit( FFI) und ist kuru. Es gibt ebenfalls Hinweise darauf, dass eine Rolle bei der Wirkung von Alzheimer, Parkinson und Amyotropher Lateralsklerose( ALS) spielen könnte, und diese wurden als ähnliche Krankheiten bezeichnet. Mehrere Hefeproteine ​​wurden ebenfalls als mitogenen Eigenschaften identifiziert. Die Replikation unterliegt ebenso wie bei anderen Replikationsformen einer Epimutation und natürlichen Selektion, und ihre Struktur variiert geringfügig zwischen den Arten.

Prionprotein

Struktur

Das Protein, aus dem es besteht( PrP), kommt im ganzen Körper vor, auch bei gesunden Menschen und Tieren. Nichtsdestotrotz hat PrP in infektiösem Material eine unterschiedliche Struktur und ist resistent gegen Proteasen, die Enzyme im Körper, die hauptsächlich Proteine ​​abbauen können. Die normale Form des Proteins heißt PrP C, andererseits heißt die infektiöse Form PrP Sc- das C bezieht sich auf zellulär PrP, andererseits bezieht sich das Sc auf Scrapie, das prototypische Ail, bei Schafen auftreten. Andererseits ist PrP Cstrukturell gut definiert, PrP Scist im Wesentlichen polydispers und auf einem relativ schlechten Niveau definiert. PrP können in vitro zu fold in andere mehr oder weniger gut definierte Isoformen induziert werden, und ihre Beziehung zu den in vivo pathogenen Formen ist noch nicht klar.

PrP C.

PrP C ist ein normales Protein, das sich auf den Membranen von Zellen befindet. Es hat 209 Aminosäuren (beim Menschen), eine Disulfidbindung, eine Molekülmasse von 35–36 kDa und eine streng alpha-helikale Struktur. Es gibt mehrere topologische Formen; eine Zelloberflächenform, die über Glykolipid verankert ist, und zwei Transmembranformen. Das normale Protein ist nicht sedimentierbar; was bedeutet, dass es nicht durch Zentrifugationstechniken getrennt werden kann. Sein Service ist ein complex -Problem, das weiterhin untersucht wird. PrP C bindet Kupfer (II) -Ionen mit hoher Affinität. Die Bedeutung dieses Befundes ist nicht klar, es wird jedoch angenommen, dass er sich auf die PrP -Struktur oder PrP -Dienstleistung bezieht. PrP Cwird leicht durch proteinase verdaut. proteinase K und kann in vitro durch das Enzym Phosphoinositid phospholipase C (PI-PLC), das den Glycophosphatidylinositol( GPI) - Glycolipidanker spaltet, von der Zelloberfläche freigesetzt werden. Es wurde berichtet, dass PrP eine wichtige Rolle bei der Zell-Zell-Adhäsion und der intrazellulären Signalübertragung in vivo spielt und daher möglicherweise an der Zell-Zell-Kommunikation im Gehirn beteiligt ist.

PrP res

Protease-resistentes PrP Sc-ähnliches Protein (PrP res) ist die Bezeichnung für jede Isoform von PrP c,die strukturell verändert und in vitro in eine fehlgefaltete proteinase K-resistente Form umgewandelt wird. Um die Umwandlung von PrP Cin PrP Scin vitro zu modellieren, wandelte Saborio et al. PrP Cschnell in ein PrP res um,indem eine zyklische Amplifikation der Proteinfehlfaltung durchgeführt wurde. Der Begriff PrP res wurde verwendet, um zwischen PrP Scaufzudecken, das aus infektiösem Gewebe isoliert und mit dem übertragbaren spongiformen Enzephalopathiemittel assoziiert ist. Wie im Gegensatz zu PrPSc, PrP res mussnicht unbedingt infektiös sein.

PrP Sc

Die infektiöse Isoform von PrP, bekannt als PrP Scoder einfach die, kann normale PrP C-Proteine ​​durch Ändern ihrer Konformation oder Form in die infektiöse Isoform umwandeln. Dies wiederum verändert den Prozess, den die Proteine ​​miteinander verbinden. PrP Scverursacht immer alles. Obwohl die genaue 3D-Struktur von PrP Sc nicht bekannt ist, weist es einen höheren Anteil an β-Faltblattstruktur auf als die normale α-Helixstruktur. Aggregationen dieser abnormalen Isoformen bilden hochstrukturierte amyloid -Fasern, die sich unter Bildung von Plaques ansammeln. Das Ende jeder Faser fungiert als Matrize, an die sich freie Proteinmoleküle anlagern können, wodurch die Faser wachsen kann. In den meisten Fällen nur PrP Moleküle mit einer identischen Aminosäuresequenz wie das infektiöse PrP Scwerden in die wachsende Faser eingebaut. Dennoch ist auch eine seltene artübergreifende Übertragung möglich.

Normaler Service PrP

Der physiologische Dienst des Proteins bleibt wenig verstanden. Andererseits deuten Daten aus In-vitro-Experimenten auf viele unterschiedliche Rollen hin. Studien an PrP knockout -Mäusen haben nur begrenzte Informationen geliefert, da diese Tiere nur geringfügige Anomalien aufweisen. In Untersuchungen an Mäusen wurde festgestellt, dass die Spaltung von PrP -Proteinen in peripheren Nerven die Aktivierung der myelin -Reparatur in Schwann-Zellen bewirkt und dass das Fehlen von PrP -Proteinen eine Demyelinisierung in diesen Zellen verursacht.

PrP und regulierter Zelltod

MAVS, RIP1 und RIP3 sind ähnliche Proteine, die in anderen Körperteilen vorkommen. Sie polymerisieren ebenfalls zu filamentösen amyloid Fasern, die im Falle einer Virusinfektion regulierte Zellen death initiieren, um die Ausbreitung von Virionen auf andere, umgebende Zellen zu verhindern.

PrP und Langzeitgedächtnis

Eine Überprüfung der Evidenz im Jahr 2005 ergab, dass PrP einen normalen Dienst bei der Aufrechterhaltung des Langzeitgedächtnisses haben könnte. Darüber hinaus ergab eine Studie aus dem Jahr 2004, dass Mäuse, denen Gene für normales zelluläres PrP -Protein fehlen, eine veränderte Langzeitpotenzierung des Hippocampus aufweisen. Eine kürzlich durchgeführte Studie, die erklären könnte, warum dies festgestellt wurde, dass das neuronale Protein CPEB eine ähnliche genetische Sequenz wie Hefeproteine ​​aufweist. Die ähnliche Bildung von CPEB ist wesentlich für die Aufrechterhaltung langfristiger synaptischer Veränderungen, die mit der Bildung des Langzeitgedächtnisses verbunden sind.

PrP und Stammzellerneuerung

Ein Artikel des Whitehead Institute for Biomedical Research aus dem Jahr 2006 zeigt, dass PrP die Art oder Weise der Expression auf Stammzellen für die Selbsterneuerung des Knochenmarks durch einen Organismus erforderlich ist. Die Studie zeigte, dass alle hämatopoetischen Langzeitstammzellen PrP auf ihrer Zellmembran exprimieren und dass hämatopoetische Gewebe mit PrP-Null-Stammzellen eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Zelldepletion aufweisen.

PrP und angeborene Immunität

Es gibt einige Hinweise darauf, dass PrP eine Rolle bei der angeborenen Immunität spielen könnte, da die Art oder Weise der Expression von PRNP, dem PrP -Gen, bei vielen Virusinfektionen hochreguliert ist und PrP antivirale Eigenschaften gegen viele hat, einschließlich HIV .

Prion-Replikation

Die erste Hypothese, die zu erklären versuchte, wie sich Replikate nur auf Proteinbasis replizieren, war das Heterodimermodell. Dieses Modell nahm an, dass ein einzelnes PrP Sc-Molekül an ein einzelnes PrP C-Molekül bindet und dessen Umwandlung in PrP Sckatalysiert. Die beiden PrP Sc-Moleküle lösen sich dann auf und können mehr PrP Cumwandeln. Ein Replikationsmodell muss jedoch erklären, wie sich beide ausbreiten und warum ihr spontanes Auftreten so selten ist. Manfred Eigen zeigte, dass das Heterodimermodell erfordert, dass PrP Scein außerordentlich wirksamer Katalysator ist, was die Geschwindigkeit der Umwandlungsreaktion um einen Faktor von etwa 10 ¹⁵erhöht. Dieses Problem tritt nicht auf, wenn PrP Scexistiert beispielsweise nur in aggregierten Formen amyloid, wo Kooperativität als Hindernis für die spontane Umwandlung wirken kann. Darüber hinaus wurde infektiöses monomeres PrP Sctrotz erheblicher Anstrengungen nie isoliert.

Ein alternatives Modell geht davon aus, dass PrP Scnur als Fibrillen existiert und dass die Fibrillenenden PrP Cbinden und in PrP Scumwandeln. Wenn dies alles wäre, würde die Menge von s linear ansteigen und immer längere Fibrillen bilden. Es wird jedoch ein exponentielles Wachstum sowohl von PrP Scals auch der Menge an infektiösen Partikeln während des gesamten Zeitraums beobachtet. Dies kann unter Berücksichtigung des Fibrillenbruchs erklärt werden. Es wurde eine mathematische Lösung für die exponentielle Wachstumsrate gefunden, die sich aus der Kombination von Fibrillenwachstum und Fibrillenbruch ergibt. Die exponentielle Wachstumsrate hängt im Volksmund von der Quadratwurzel des PrP C abKonzentration. Die Inkubationszeit wird durch die exponentielle Wachstumsrate bestimmt, und In-vivo-Daten zu Krankheiten bei transgenen Mäusen stimmen mit dieser Vorhersage überein. Die gleiche Quadratwurzelabhängigkeit wird ebenfalls in vitro in Experimenten mit einer Vielzahl unterschiedlicher amyloid -Proteine ​​beobachtet.

Der Replikationsmechanismus hat Auswirkungen auf das Design von Arzneimitteln. Da die Inkubationszeit von Krankheiten so lang ist, muss ein wirksames Medikament nicht alle eliminieren, sondern lediglich die Geschwindigkeit des exponentiellen Wachstums verlangsamen. Modelle sagen voraus, dass der effektivste Prozess, um dies zu erreichen, unter Verwendung eines Arzneimittels mit der niedrigstmöglichen Dosis darin besteht, ein Arzneimittel aufzudecken, das an Fibrillenenden bindet und deren Wachstum darüber hinaus blockiert.

Krankheiten

Krankheiten verursacht durch

Betroffene Tiere

ail

Schafe, Ziegen (betroffene Tiere)

ail

Scrapie

Rinder (betroffene Tiere)

ail

Rinderwahnsinn

Kamel (betroffene Tiere)

ail

Kamelspongiforme Enzephalopathie( CSE)

Nerz (betroffene Tiere)

ail

Übertragbare Nerzenzephalopathie( TME)

Weißwedelhirsch, Elch, Maultierhirsch, Elch (Betroffene Tiere)

ail

Chronische Verschwendung( CWD)

Katze (betroffene Tiere)

ail

Spongiforme Enzephalopathie bei FSE Katzen( FSE)

Nyala, Oryx, Greater Kudu (betroffene Tiere)

ail

Exotische Huftierenzephalopathie (EUE)

Strauß (betroffene Tiere)

ail

Spongiforme Enzephalopathie (Es wurde nicht nachgewiesen, dass sie übertragbar ist.)

Mensch (betroffenes Tier)

ail

Creutzfeldt-Jakob ail( CJD)

Iatrogene Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (iCJD)

Variante Creutzfeldt - Jakob ail( vCJD)

Familiäre Creutzfeldt-Jakob ail (fCJD)

Sporadische Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (sCJD)

Gerstmann-Sträussler-Scheinker-Syndrom( GSS)

Tödliche familiäre Schlaflosigkeit( FFI)

Kuru

Familiäre spongiforme Enzephalopathie

Variabel Protease-sensitive Pathopathie (VPSPr)

Prionen verursachen neurodegenerative Erkrankungen, indem sie sich extrazellulär innerhalb der etablierten Zentralnervenordnung aggregieren, um Plaques zu bilden, die als amyloid bekannt sind und die normale Gewebestruktur stören. Diese Störung ist gekennzeichnet durch Löcher im Gewebe mit resultierender schwammiger Architektur aus dem Grund, dass sich die Vakuole in den Neuronen bildet. Weitere histologische Veränderungen sind Astrogliose und das Fehlen einer Entzündungsreaktion. Andererseits ist die Inkubationszeit für Krankheiten relativ lang (5 bis 20 Jahre). Sobald Symptome auftreten, schreitet die Krankheit schnell voran, was zu Hirnschäden und death führt. Neurodegenerative Symptome können Krämpfe, Demenz, Ataxie (Gleichgewichts- und Koordinationsstörungen) sowie Verhaltens- oder Persönlichkeitsveränderungen sein.

Alle bekannten Krankheiten sind unbehandelbar und tödlich. Ein in Mäusen entwickelter Impfstoff kann jedoch einen Einblick in die Bereitstellung eines Impfstoffs gegen Infektionen beim Menschen geben. Außerdem gaben Wissenschaftler 2006 bekannt, dass sie gentechnisch veränderte Rinder hatten, denen ein für die Produktion notwendiges Gen fehlt - was sie theoretisch immun gegen BSE macht. BSE Dies baut auf Untersuchungen auf, die darauf hinweisen, dass Mäuse, denen hauptsächlich vorkommendes Protein fehlt, gegen eine Infektion durch Scrapie-Protein resistent sind. Im Jahr 2013 ergab eine Studie, dass 1 von 2 000 Menschen im Vereinigten Königreich möglicherweise das infektiöse Protein enthalten, das vCJD verursacht.

Viele unterschiedliche Säugetierarten können von Krankheiten betroffen sein, da das Protein( PrP) bei allen Säugetieren sehr ähnlich ist. Aus dem Grund, dass kleine Unterschiede in PrP zwischen verschiedenen Arten auftreten, ist es ungewöhnlich, dass alle Krankheiten von einer Art zur anderen übertragen werden. Es wird jedoch angenommen, dass die menschliche Ail-Variante Creutzfeldt-Jakob ail durch eine Infektion verursacht wird, die häufig Rinder infiziert, eine spongiforme Rinderenzephalopathie verursacht und durch infiziertes Fleisch übertragen wird.

Bis 2015 wurden alle bekannten Säugetierkrankheiten als durch das Protein verursacht angesehen PrP ; Im Jahr 2015 wurde festgestellt, dass eine mehrfach etablierte Ordnungsatrophie übertragbar ist, und es wurde angenommen, dass sie durch eine neue, fehlgefaltete Form eines Proteins namens Alpha-Synuclein verursacht wird. Die endogene, richtig gefaltete Form des Proteins wird als PrP C(für Common oder Cellular) bezeichnet, im Gegensatz dazu wird die krankheitsgebundene, falsch gefaltete Form als PrP Sc (für Scrapie) bezeichnet, nachdem eine der Krankheiten zuerst mit und Neurodegeneration verbunden war. Die genaue Struktur der ist nicht bekannt, obwohl sie durch Kombination von PrP C gebildet werden können, Polyadenylsäure und Lipide in einer PMCA-Reaktion (Protein Misfolding Cyclic Amplification). Diese Operation ist außerdem ein Beweis dafür, dass die Replikation keine abhängigen Nukleinsäuren ist.

Übertragung

Es wurde erkannt, dass Krankheiten auf drei verschiedene Arten auftreten können: erworben, familiär oder sporadisch. Es wird oft angenommen, dass die erkrankte Form direkt mit der normalen Form interagiert, um ihre Struktur neu zu ordnen. Eine Idee, die Protein X -Hypothese, ist, dass ein noch nicht identifiziertes zelluläres Protein (Protein X) die Umwandlung von PrP Cin PrP Sc ermöglicht,indem ein Molekül von jedem der beiden zu einem complex zusammengebracht wird.

Die primäre Operation der Infektion bei Tieren erfolgt durch Verschlucken. Es wird angenommen, dass diese durch die Überreste toter Tiere sowie über Urin, Speichel und andere Körperflüssigkeiten in der Umwelt abgelagert werden können. Sie können dann im Boden verweilen, indem sie sich an Ton und andere Mineralien binden.

Ein Forschungsteam der Universität von Kalifornien hat Beweise für die Theorie geliefert, dass Infektionen durch Gülle auftreten können. Und da in vielen Gebieten rund um Wasserreservoirs Gülle vorhanden ist, die zusätzlich auf vielen Getreidefeldern verwendet wird, besteht die Möglichkeit einer weitverbreiteten Übertragung. Im Januar 2011 wurde berichtet, dass Forscher in einem Tierversuch im Zusammenhang mit einer Scrapie-Infektion bei Labormäusen entdeckt hatten, dass sie sich durch Übertragung in der Luft auf Aerosolpartikel ausbreiten. Vorläufige Beweise für die Annahme, dass durch die Verwendung von aus dem Urin stammendem menschlichem Gonadotropin aus den Wechseljahren, das zur Behandlung von Unfruchtbarkeit verabreicht wird, übertragen werden können, wurden 2011 veröffentlicht.

Prionen in Pflanzen

Im Jahr 2015 fanden Forscher des Health Science Center der Universität von Texas in Houston heraus, dass Pflanzen ein Vektor sein können. Als Forscher Hamstergras fütterten, das auf dem Boden wuchs, auf dem ein Hirsch begraben wurde, der an chronischer Verschwendung starb( CWD), erkrankten die Hamster an CWD, was darauf hindeutet, dass sich diese an Pflanzen binden können, die sie dann in das Blatt aufnehmen und Stammstruktur, wo sie von Pflanzenfressern gefressen werden können, wodurch der Zyklus abgeschlossen wird. Es ist folglich möglich, dass sich in der Umgebung immer mehr Menschen ansammeln.

Sterilisation

Infektiöse Partikel, die Nukleinsäure besitzen, sind darauf angewiesen, ihre fortgesetzte Replikation zu steuern. Dennoch sind sie durch ihre Wirkung auf normale Versionen des Proteins infektiös. Sterilisationen erfordern daher die Denaturierung des Proteins in einen Zustand, in dem das Molekül nicht mehr in der Lage ist, die abnormale Faltung normaler Proteine ​​zu induzieren. Im Allgemeinen sind s ziemlich resistent gegen Proteasen, Hitze, ionisierende Strahlung und Formaldehydbehandlungen, obwohl ihre Infektiosität durch solche Behandlungen verringert werden kann. Eine wirksame Dekontamination beruht auf einer Proteinhydrolyse oder einer Reduktion oder Zerstörung der Protein-Tertiärstruktur. Beispiele hierfür sind beispielsweise Natriumhypochlorit, Natriumhydroxid und stark saure Detergenzien LpH. Es hat sich herausgestellt, dass eine 18-minütige Temperatur von 134 ° C (273 ° F) in einem Druckdampfautoklaven das Mittel von ail etwas wirksam deaktiviert. Die Ozonsterilisation wird derzeit als mögliche Operation zur Denaturierung und Deaktivierung untersucht. Eine Renaturierung eines vollständig denaturierten bis infektiösen Status wurde noch nicht erreicht; Trotzdem können teilweise denaturierte Substanzen unter bestimmten künstlichen Bedingungen in einen infektiösen Zustand überführt werden.

Die Weltgesundheitsorganisation empfiehlt eines der folgenden drei Verfahren zur Sterilisation aller hitzebeständigen chirurgischen Instrumente, um sicherzustellen, dass sie nicht mit diesen kontaminiert sind:

In 1 N Natriumhydroxid eintauchen und 30 Minuten bei 121 ° C in einen Autoklaven mit Schwerkraftverdrängung stellen; reinigen; in Wasser spülen; und dann routinemäßige Sterilisationsprozesse durchführen.

1 Stunde in 1 N Natriumhypochlorit (20.000 ppm verfügbares Chlor) eintauchen; Instrumente auf Wasser übertragen; 1 Stunde in einem Schwerkraft-Verdrängungsautoklaven auf 121 ° C erhitzen; reinigen; und dann routinemäßige Sterilisationsprozesse durchführen.

1 Stunde in 1 N Natriumhydroxid oder Natriumhypochlorit (20.000 ppm verfügbares Chlor) eintauchen; entfernen und in Wasser abspülen, dann in eine offene Pfanne geben und 1 Stunde in einem Autoklaven mit Schwerkraftverdrängung (121 ° C) oder in einem Autoklaven mit poröser Ladung (134 ° C) erhitzen; reinigen; und dann routinemäßige Sterilisationsprozesse durchführen.

Abbauresistenz in der Natur

Überwältigende Beweise zeigen, dass diese dem Abbau widerstehen und jahrelang in der Umwelt verbleiben, und Proteasen sie nicht abbauen. Experimentelle Beweise zeigen, dass sich ungebundene Grenzen im Laufe der Zeit verschlechtern, andererseits bleiben die Bodengrenzen auf einem stabilen oder zunehmenden Niveau, was darauf hindeutet, dass sich diese wahrscheinlich in der Umwelt ansammeln.

Pilze

Proteine, die ein Verhalten vom Typ zeigen, sind ebenfalls in einigen Pilzen zu finden, was zum Verständnis von Säugetieren hilfreich war. Pilze scheinen in ihren Wirten keine Krankheit zu verursachen. In Hefen wird die Rückfaltung des Proteins in die Konfiguration durch Chaperonproteine, beispielsweise Hsp104, unterstützt. Alle bekannten induzieren die Bildung eines amyloid fold, in dem das Protein zu einem Aggregat polymerisiert, das aus dicht gepackten Beta-Blättern besteht. Amyloidaggregate sind Fibrillen, die an ihren Enden wachsen und sich replizieren, wenn durch Bruch zwei wachsende Enden zu vier wachsenden Enden werden. Die Inkubationszeit von Krankheiten wird durch die mit der Replikation verbundene exponentielle Wachstumsrate bestimmt, die ein Gleichgewicht zwischen dem linearen Wachstum und dem Bruch von Aggregaten darstellt.

In der Hefe Saccharomyces cerevisiae wurden Anfang der 90er Jahre von Reed Wickner Saccharomyces cerevisiae Pilzproteine entdeckt, die eine Saccharomyces cerevisiae konformierte Konformationsänderung aufweisen. Aufgrund ihrer mechanistischen Ähnlichkeit mit Säugetieren wurden sie als Hefen bezeichnet. Anschließend wurde im Pilz ebenfalls a gefunden Podospora anserina. Diese verhalten sich zusätzlich zu PrP, sind jedoch für ihre Wirte im Allgemeinen ungiftig. Susan Lindquists Gruppe am Whitehead Institute hat argumentiert, dass einige der Pilze mit keinem Zustand in Verbindung gebracht werden, aber möglicherweise eine nützliche Rolle spielen. Dennoch haben Forscher am NIH haben ebenfalls Argumente geliefert, die darauf hindeuten, dass Pilze als kranker Zustand angesehen werden könnten. Es gibt Hinweise darauf, dass Pilzproteine ​​spezifische Funktionen entwickelt haben, die für den Mikroorganismus von Vorteil sind und deren Fähigkeit verbessern, sich an ihre verschiedenen Umgebungen anzupassen.

Die Erforschung von Pilzen hat das Nur-Protein-Konzept stark unterstützt, da gezeigt wurde, dass gereinigtes Protein, das aus Zellen mit einem Zustand extrahiert wurde, die normale Form des Proteins in vitro in eine fehlgefaltete Form umwandelt und bei der Wirkung die entsprechenden Informationen bewahrt Stämme des Staates zu disparieren. Es hat ebenfalls etwas Licht auf Domänen geworfen, die Regionen in einem Protein sind, die die Umwandlung in a fördern. Pilze haben dazu beigetragen, Umwandlungsmechanismen vorzuschlagen, die für alle gelten können, obwohl Pilze aufgrund des Mangels an Cofaktor, der für die Vermehrung erforderlich ist, ungleich infektiösen Säugetieren erscheinen. Die charakteristischen Domänen können zwischen den Arten variieren - z. B. werden charakteristische Pilzdomänen bei Säugetieren nicht gefunden.

Pilzprionen

Protein

Natürlicher Wirt

Normale Funktion

Prion Zustand

Prion-Phänotyp

Jahr identifiziert

Natürlicher Wirt - Ure2p (Protein)

Saccharomyces cerevisiae

Normale Funktion - Ure2p (Protein)

Stickstoffkataboliten-Repressor

Prionzustand - Ure2p (Protein)

(URE3)

Prion-Phänotyp - Ure2p (Protein)

Wachstum auf schlechten Stickstoffquellen

Identifiziertes Jahr - Ure2p (Protein)

1994

Natürlicher Wirt - Sup35p (Protein)

S. Cerevisiae

Normale Funktion - Sup35p (Protein)

Übersetzungsbeendigungsfaktor

Prion Zustand - Sup35p (Protein)

(PSI +)

Prion-Phänotyp - Sup35p (Protein)

Erhöhte Unterdrückung von Unsinn

Jahr identifiziert - Sup35p (Protein)

1994

Natürlicher Wirt - HET-S (Protein)

Podospora anserina

Normale Funktion - HET-S (Protein)

Reguliert die Inkompatibilität von heterokaryon

Prionzustand - HET-S (Protein)

(Het-s)

Prion-Phänotyp - HET-S (Protein)

Heterokaryonbildung zwischen inkompatiblen Stämmen

Identifiziertes Jahr - HET-S (Protein)

Nichts

Natürlicher Wirt - Rnq1p (Protein)

S. Cerevisiae

Normale Funktion - Rnq1p (Protein)

Protein-Template-Faktor

Prion Zustand - Rnq1p (Protein)

(RNQ +), (PIN +)

Prion-Phänotyp - Rnq1p (Protein)

Fördert die Aggregation anderer

Jahr identifiziert - Rnq1p (Protein)

Nichts

Natürlicher Wirt - Swi1 (Protein)

S. Cerevisiae

Normale Funktion - Swi1 (Protein)

Chromatin Umbau

Prion Zustand - SWI1 (Protein)

(SWI +)

Prion-Phänotyp - Swi1 (Protein)

Schlechtes Wachstum bei einigen Kohlenstoffquellen

Jahr identifiziert - Swi1 (Protein)

2008

Natürlicher Wirt - Cyc8 (Protein)

S. Cerevisiae

Normale Funktion - Cyc8 (Protein)

Transkriptionsrepressor

Prion Zustand - Cyc8 (Protein)

(OKT +)

Prion-Phänotyp - Cyc8 (Protein)

Transkriptionelle Derepression mehrerer Gene

Identifiziertes Jahr - Cyc8 (Protein)

2009

Natürlicher Wirt - Mot3 (Protein)

S. Cerevisiae

Normale Funktion - Mot3 (Protein)

Kernkopierfaktor

Prion Zustand - MOT3 (Protein)

(MOT3 +)

Prion-Phänotyp - Mot3 (Protein)

Transkriptionelle Derepression anaerober Gene

Jahr identifiziert - Mot3 (Protein)

2009

Natürlicher Wirt - Sfp1 (Protein)

S. Cerevisiae

Normale Funktion - Sfp1 (Protein)

Vermutlicher Kopierfaktor

Prion Zustand - SFP1 (Protein)

(ISP +)

Prion-Phänotyp - Sfp1 (Protein)

Antisuppression

Jahr identifiziert - Sfp1 (Protein)

2010

Behandlungen

Es gibt keine wirksamen Behandlungen für Krankheiten. Klinische Studien am Menschen waren nicht erfolgreich und wurden durch die Seltenheit von Krankheiten behindert. Trotz einiger potenzieller Behandlungen, die sich im Labor als vielversprechend erwiesen haben, war keine wirksam, sobald die Krankheit eingesetzt hat.

Bei anderen Krankheiten

Prion-ähnliche Domänen wurden in einer Vielzahl anderer Säugetierproteine ​​gefunden. Einige dieser Proteine ​​sind an der Ontogenese altersbedingter neurodegenerativer Erkrankungen beteiligt, beispielsweise Amyotrophe Lateralsklerose( ALS), ein Motoneuron, frontotemporale Lobar-Degeneration mit Ubiquitin-positiven Einschlüssen (FTLD-U), Alzheimer-Krankheit, Parkinson-Krankheit und Huntington ist krank. Sie sind ebenfalls an einigen Formen der systemischen Amyloidose beteiligt, einschließlich der AA-Amyloidose, die sich bei Menschen und Tieren mit entzündlichen und infektiösen Erkrankungen wie Tuberkulose, Morbus Crohn, rheumatoider Arthritis und HIV entwickelt AIDS .. Eine AA-Amyloidose kann wie alle anderen übertragbar sein. Dies hat zu dem Prion-Paradigma geführt, bei dem ansonsten harmlose Proteine ​​durch eine kleine Anzahl von fehlgefalteten, kernbildenden Proteinen in eine pathogene Form umgewandelt werden können.

Die Definition einer a-ähnlichen Domäne ergibt sich aus der Untersuchung von Pilzen. In Hefen haben ogene Proteine ​​eine tragbare Domäne, die sowohl für die Selbstvorlage als auch für die Proteinaggregation notwendig und ausreichend ist. Dies wurde gezeigt, indem die Domäne an ein Reporterprotein gebunden wurde, das dann wie ein bekanntes aggregiert. Zusätzlich hemmt das Entfernen der Domäne aus einem Pilzprotein die Genogenese. Diese modulare Sichtweise des Verhaltens hat zu der Hypothese geführt, dass ähnliche Domänen in tierischen Proteinen vorhanden sind, außerdem zu PrP. Diese Pilzdomänen weisen mehrere charakteristische Sequenzmerkmale auf. Sie sind üblicherweise an Asparagin-, Glutamin-, Tyrosin- und Glycinresten angereichert, wobei ein Asparagin-Bias der aggregativen Eigenschaft von s spezifisch förderlich ist. In der Vergangenheit wurde die Ogenese als sequenzunabhängig und nur vom relativen Restgehalt abhängig angesehen. Es wurde jedoch gezeigt, dass dies falsch ist, wobei gezeigt wurde, dass der Abstand von Prolinen und geladenen Resten für die amyloid -Bildung kritisch ist .

Bioinformatische Screenings haben vorausgesagt, dass über 250 humane Proteine ​​ähnliche Domänen (PrLD) enthalten. Es wird angenommen, dass diese Domänen die gleichen übertragbaren amyloidogenen Eigenschaften wie PrP und bekannte Pilzproteine ​​aufweisen. Wie bei Hefen scheinen Proteine, die am Genmodus oder der Art der Expression und der RNA -Bindung beteiligt sind, im Vergleich zu anderen Proteinklassen spezifisch an PrLDs angereichert zu sein. Insbesondere haben 29 der bekannten 210 Proteine ​​mit einer RNA -Erkennung motif ebenfalls eine mutmaßliche Domäne. Inzwischen wurden mehrere dieser RNA-bindenden Proteine ​​in Fällen von ALS, FTLD-U, Alzheimer und Huntington unabhängig voneinander als pathogen identifiziert .

Rolle bei neurodegenerativen Erkrankungen

Es wird angenommen, dass die Pathogenität von und Proteinen mit ähnlichen Domänen aus ihrer Fähigkeit zur Selbstvorlage und dem daraus resultierenden exponentiellen Wachstum von amyloid -Fibrillen resultiert. Das Vorhandensein von amyloid -Fibrillen bei Patienten mit degenerativen Erkrankungen ist gut dokumentiert. Diese amyloid -Fibrillen werden als Ergebnis pathogener Proteine ​​angesehen, die sich selbst vermehren und hochstabile, nicht funktionelle Aggregate bilden. Andererseits impliziert dies nicht notwendigerweise einen kausalen Zusammenhang zwischen amyloid und degenerativen Erkrankungen, die Toxizität bestimmter amyloid -Formen und die Überproduktion von amyloid in familiären Fällen degenerativer Störungen stützen die Idee, dass amyloid Bildung ist eindeutig toxisch.

Insbesondere wurde bei ALS / MND-Patienten eine Aggregation von TDP-43, einem RNA-bindenden Protein, gefunden, und in familiären Fällen von ALS / MND wurden Mutationen in den für diese Proteine ​​kodierenden Genen identifiziert. Diese Mutationen fördern die Fehlfaltung der Proteine ​​in eine ähnliche Konformation. Die fehlgefaltete Form von TDP-43 bildet zytoplasmatische Einschlüsse in betroffenen Neuronen und ist im Kern abgereichert. Weiterhin zu ALS / MND und FTLD-U, TDP-43-Pathologie ist ein Aspekt vieler Fälle von Alzheimer, Parkinson und Huntington. Die Fehlfaltung von TDP-43 wird im Volksmund durch seine ähnliche Domäne gesteuert. Diese Domäne ist von Natur aus anfällig für Fehlfaltungen. Andererseits wurde festgestellt, dass pathologische Mutationen in TDP-43 diese Neigung zur Fehlfaltung erhöhen, was das Vorhandensein dieser Mutationen in familiären Fällen von ALS / MND erklärt. Wie bei Hefen wurde gezeigt, dass die ähnliche Domäne von TDP-43 sowohl für die Fehlfaltung als auch für die Aggregation von Proteinen notwendig und ausreichend ist.

In ähnlicher Weise wurden pathogene Mutationen in ähnlichen Domänen der heterogenen nuklearen Riboproteine ​​hnRNPA2B1 und hnRNPA1 in familiären Fällen von Muskel-, Gehirn-, Knochen- und Motoneuron-Degeneration identifiziert. Die Wildtypform all dieser Proteine ​​zeigt eine Tendenz zur Selbstorganisation zu amyloid -Fibrillen, andererseits verstärken die pathogenen Mutationen dieses Verhalten und führen zu einer übermäßigen Akkumulation.

Etymologie und Aussprache

Das Wort, das 1982 von Stanley B. Prusiner geprägt wurde, ist unweigerlich ein Portmanteau, das aus Protein und Infektion stammt, und steht für proteinhaltige infektiöse Partikel, was die Fähigkeit betrifft, sich selbst zu vermehren und seine Konformation auf andere Proteine ​​zu übertragen. Seine Hauptaussprache ist / ˈpriːɒn / (hören), obwohl / ˈpraɪɒn /, da die homografische Bezeichnung des Vogels ausgesprochen wird, ebenfalls zu hören ist. In seiner Arbeit von 1982, in der der Begriff eingeführt wurde, gab Prusiner an, dass er ausgesprochen vorab sei.

Virus

Ein Virus ist ein submikroskopischer Infektionserreger, der sich nur in den lebenden Zellen eines Organismus repliziert. Er kann alle Arten von Lebensformen infizieren, von Tieren und Pflanzen bis hin zu Mikroorganismen, einschließlich Bakterien und Archaeen. Seit Dmitri Ivanovskys Artikel von 1892, der einen nicht bakteriellen Erreger beschreibt Bei der Infektion von Tabakpflanzen und der Entdeckung des Tabakmosaiks durch Martinus Beijerinck im Jahr 1898 wurden mehr als 6.000 Arten der Millionen Arten von Arten in der Umwelt detailliert beschrieben. Sie kommen in fast jedem Ökosystem der Erde vor und sind die zahlreichste Art von biologischer Einheit. Das Studium ist als Virologie bekannt, eine Subspezialität der Mikrobiologie.

Wenn eine Wirtszelle infiziert ist, muss sie schnell Tausende identischer Kopien des Originals produzieren. Wenn sie sich nicht in einer infizierten Zelle befinden oder eine Zelle infizieren, existieren sie in Form unabhängiger Partikel oder Virionen, bestehend aus: (i) dem genetischen Material, dh langen Molekülen von DNA oder RNA, die codieren die Struktur der Proteine, durch die das wirkt; (ii) eine Proteinhülle, das Kapsid, das das genetische Material umgibt und schützt; und in einigen Fällen (iii) eine äußere Hülle aus Lipiden. Die Formen dieser Partikel reichen von einfachen helikalen und ikosaedrischen Formen bis zu mehr complex -Strukturen. Die meisten Arten haben Virionen, die zu klein sind, um mit einem optischen Mikroskop gesehen zu werden, da sie ein Hundertstel der Größe der meisten Bakterien haben.

Die Ursprünge in der Evolutionsgeschichte des Lebens sind unklar: Einige haben sich möglicherweise aus Plasmiden entwickelt - Stücke von DNA, die sich zwischen Zellen bewegen können -, während andere sich möglicherweise aus Bakterien entwickelt haben. In der Evolution sind sie ein wichtiges Mittel für den horizontalen Gentransfer, der die genetische Vielfalt in einem Prozess erhöht, der der sexuellen Reproduktion entspricht. Einige Biologen betrachten sie als Lebensform, da sie genetisches Material tragen, sich reproduzieren und weiterentwickeln durch natürliche Selektion, obwohl ihnen Schlüsselmerkmale (wie die Zellstruktur) fehlen, die eindeutig als notwendig angesehen werden, um als Leben aufzuzählen. Mit der Begründung, dass sie einige, aber nicht alle derartigen Eigenschaften besitzen, wurden sie als Organismen am Rande des Lebens und als Replikatoren beschrieben.

Viren verbreiten sich auf viele Arten. Ein Übertragungsweg führt über krankheitserregende Organismen, die als Vektoren bekannt sind: So werden sie häufig von Insekten, die sich von Pflanzensaft ernähren, beispielsweise Blattläuse, von Pflanze zu Pflanze übertragen; Anden bei Tieren können von blutsaugenden Insekten getragen werden. Influenza wird durch Husten und Niesen verbreitet. Norovirus und Rotavirus, häufige Ursachen für virale Gastroenteritis, werden auf fäkal-oralem Weg übertragen, durch Kontakt übertragen und gelangen über Nahrung oder Wasser in den Körper. HIV ist eine von mehreren, die durch sexuellen Kontakt und durch Kontakt mit infiziertem Blut übertragen werden. Die Vielzahl von Wirtszellen, die eine Dose infizieren kann, wird als Wirtsbereich bezeichnet. Dies kann eng sein, was bedeutet, dass a in der Lage ist, wenige Arten zu infizieren, oder breit, was bedeutet, dass es in der Lage ist, viele Arten zu infizieren.

Virusinfektionen bei Tieren lösen eine Immunantwort aus, die üblicherweise die Infektion beseitigt. Immunantworten können ebenfalls durch Impfstoffe hervorgerufen werden, die der spezifischen Virusinfektion eine künstlich erworbene Immunität verleihen. Einige, einschließlich solcher, die eine AIDS -, HPV -Infektion und eine Virushepatitis verursachen, entziehen sich diesen Immunantworten und führen zu chronischen Infektionen. Es wurden mehrere antivirale Medikamente entwickelt.

Etymologie

Das Wort Bakterien ist der Plural des neuen lateinischen Bakteriums, bei dem es sich um die Lateinisierung des griechischen βακτήριον (Bakterium) handelt, die Verkleinerung von βακτηρία (Bakteria), was Stab, Zuckerrohr bedeutet, mit der Begründung, dass es die ersten sind entdeckt wurden stabförmig.

Ursprung und frühe Entwicklung

Die Vorfahren moderner Bakterien waren einzellige Mikroorganismen, die vor 4 Milliarden Jahren die ersten Lebensformen auf der Erde waren. In Bezug auf 3 Milliarden Jahre waren die meisten Organismen mikroskopisch klein, und Bakterien und Archaeen waren die dominierenden Lebensformen. Zum Beispiel existieren trotz bakterieller Fossilien stromatolites Das Fehlen einer ausgeprägten Morphologie verhindert, dass sie zur Untersuchung der Geschichte der Bakterienentwicklung oder zur Datierung des Ursprungszeitpunkts einer bestimmten Bakterienart verwendet werden können. Nichtsdestotrotz können Gensequenzen verwendet werden, um die bakterielle Phylogenie zu rekonstruieren, und diese Studien zeigen, dass Bakterien zuerst von der archaealen / eukaryotischen Linie abweichen. Der jüngste gemeinsame Vorfahr von Bakterien und Archaeen war wahrscheinlich ein Hyperthermophiler, der vor 2,5 bis 3,2 Milliarden Jahren lebte. Das früheste Leben an Land waren möglicherweise Bakterien vor etwa 3,22 Milliarden Jahren.

Bacteria waren ebenfalls an der zweiten großen evolutionären Divergenz beteiligt, der der Archaeen und Eukaryoten. Hier resultierten Eukaryoten aus dem Eintritt alter Bakterien in endosymbiotische Assoziationen mit den Vorfahren eukaryotischer Zellen, die möglicherweise selbst mit den Archaea verwandt waren. Dies beinhaltete die Aufnahme von alphaproteobakteriellen Symbionten durch proto-eukaryotische Zellen, um entweder Mitochondrien oder Hydrogenosomen zu bilden, die bisher in allen bekannten Eukarya gefunden wurden (manchmal in stark reduzierter Form, z. B. in alten amitochondrialen Protozoen). Später verschlang einige Eukaryoten, die bereits Mitochondrien enthielten, ebenfalls Cyanobakterien-ähnliche Organismen, was zur Bildung von Chloroplasten in und Pflanzen führte. Dies ist als primäre Endosymbiose bekannt.

Morphologie

Bacteria weisen eine große Vielfalt von Formen und Größen auf, die als Morphologien bezeichnet werden. Bakterienzellen beziehen sich auf ein Zehntel der Größe eukaryotischer Zellen und sind üblicherweise 0,5 bis 5,0 Mikrometer lang. Dennoch sind einige Arten mit bloßem Auge sichtbar - beispielsweise ist Thiomargarita namibiensis bis zu einem halben Millimeter lang und Epulopiscium fishelsoni erreicht 0,7 mm. Zu den kleinsten Bakterien gehören Mitglieder der Gattung Mycoplasma, die nur 0,3 Mikrometer messen und so klein sind wie die größten. Einige Bakterien mögen noch kleiner sein, aber diese Ultramikrobakterien sind nicht gut untersucht.

Die meisten Bakterienarten sind entweder sphärisch, genannt cocci (Singular Kokken, aus dem Griechischen Kokkos, Getreide, Samen) oder stäbchenförmige, genannt Bazillen (Sing. Bacillus, aus dem Lateinischen baculus, Stick). Einige Bakterien, vibrio genannt, sind wie leicht gebogene Stäbchen oder kommaförmig geformt; andere können spiralförmig sein, genannt spirilla, oder eng gewickelt, genannt spirochaetes. Eine kleine Anzahl anderer ungewöhnlicher Formen wurde beschrieben, beispielsweise sternförmige Bakterien. Diese Vielzahl von Formen wird durch die Zellwand und das Zytoskelett der Bakterien bestimmt und ist wichtig, da sie die Fähigkeit von Bakterien beeinflussen können, Nährstoffe aufzunehmen, sich an Oberflächen zu binden, durch Flüssigkeiten zu schwimmen und Raubtieren zu entkommen.

Viele Bakterienarten existieren einfach als einzelne Zellen, andere assoziieren in charakteristischen Mustern: Neisseria bilden Diploide (Paare), Streptococcus bilden Ketten und Staphylococcus gruppieren sich zu Trauben -Clustern. Bacteria kann sich ebenfalls zu größeren mehrzelligen Strukturen zusammenschließen, beispielsweise die länglichen Filamente von Actinobacteria, die Aggregate von Myxobakterien und die complex -Hyphen von Streptomyces .. Diese mehrzelligen Strukturen sind oft nur unter bestimmten Bedingungen zu sehen. Wenn Myxobakterien beispielsweise keinen Aminosäuren mehr haben, zeigen sie umgebende Zellen in einer als Quorum Sensing bezeichneten Aktion, wandern aufeinander zu und aggregieren zu Fruchtkörpern mit einer Länge von bis zu 500 Mikrometern, die ungefähr 100.000 Bakterienzellen enthalten. In diesen Fruchtkörpern erfüllen die Bakterien getrennte Aufgaben; B. in Bezug auf eine von zehn Zellen, wandern sie an die Spitze eines Fruchtkörpers und differenzieren sich in einen speziellen Ruhezustand, der als Myxospore bezeichnet wird und widerstandsfähiger gegen Trocknung und andere widrige Umweltbedingungen ist.

Bacteria haften häufig an Oberflächen und bilden dichte Aggregationen, sogenannte Biofilme, und größere Formationen, die als mikrobielle Matten bekannt sind. Diese Biofilme und Matten können von einigen Mikrometern Dicke bis zu einem halben Meter Tiefe reichen und mehrere Arten von Bakterien, Protisten und Archaeen enthalten. Bacteria in Biofilmen lebende Personen zeigen eine complex Anordnung von Zellen und extrazellulären Komponenten, die Sekundärstrukturen bilden, beispielsweise Mikrokolonien, durch die Netzwerke von Kanälen vorhanden sind, um eine bessere Diffusion von Nährstoffen zu ermöglichen. In natürlichen Umgebungen, beispielsweise im Boden oder auf Oberflächen von Pflanzen, sind die meisten Bakterien an Oberflächen in