معلومة

2.4: مسببات الأمراض وعائلتها حقيقية النواة - علم الأحياء

2.4: مسببات الأمراض وعائلتها حقيقية النواة - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

- الكائنات أحادية أو متعددة الخلايا ذات الخلايا التي تحتوي على غشاء نواة وغيرها من العضيات المرتبطة بالغشاء مثل الميتوكوندريا.

(يوني= 1 خلية أو متعدد الخلايا= مصنوع من عدة خلايا ؛ انظر الشكل 2.18 ص 46 والصفحات 473-474 في Belken’s مادة الاحياء؛ ملاحظة: صورة "الملاريا الممرضة" في الصفحة 474 غير صحيحة)

مجال حقيقيات النوى: 4 ممالك (استنادًا إلى تصنيف مملكة ويتاكر 5 "القديم"):

أ. مملكة بروتيستا على سبيل المثال الكائنات الاوليه

على سبيل المثال المتصورة/ملاريا

ب. مملكة الفطريات على سبيل المثال الخمائر والقوالب

على سبيل المثال Coccidioides immitis/ حمى وادي سان جواكين

المبيضات البيض / الالتهابات الانتهازية ، "القلاع" ، عدوى الخميرة المهبلية

ج. مملكة النبات: نباتات

د. مملكة الحيوان:

- يشمل الطفيليات الداخلية والخارجية الكبيرة متعددة الخلايا

-يشمل الديدان الطفيلية/ طفيليات الديدان مثل الديدان الخيطية

-يشمل نواقل المفصليات على سبيل المثال البعوض والقراد والبراغيث

الشكل 2: الخلايا المركبة أ = خلية بدائية النواة (انظر الشكل 2.17 ص 41 بيولوجيا بيلك)

ب = خلية حقيقية النواة (انظر الشكل 2.18 والجدول 2.1 ص 42-46 في علم الأحياء)

الجدول 1: تصنيف مسببات الأمراض والعوائل

ميكروبات لا خلوية = ليست مصنوعة من خلايا

الكائنات الخلوية = مصنوعة من الخلايا

البريونات: بروتينات "غير مطوية" تسبب "TSE’s" ، اعتلال الدماغ الإسفنجي القابل للانتقال

الفيروسات: جينومات RNA أو DNA + غلاف بروتيني +/- مغلف

-تلزم الطفيليات داخل الخلايا

بدائيات النوى

- بكتيريا المجال

- يشمل مسببات الأمراض البكتيرية

-عتائق المجال

حقيقيات النواة

-مجال حقيقيات النوى

مملكة الطلائعيات

على سبيل المثال الكائنات الاوليه

مملكة الفطريات

على سبيل المثال الخمائر والقوالب

مملكة النبات

مملكة الحيوان

على سبيل المثال الطفيليات الخارجية والداخلية

الفقاريات بما في ذلك البشر

الجدول 2: أمثلة محددة لعوامل الأمراض المعدية / مسببات الأمراض

_______________________________________________________________________________

العوامل اللاخلوية الخلوية

فيروسات البريونات بدائيات النوى

البكتيريا المسببة للاعتلال الدماغي الإسفنجي:

"مرض جنون البقر" الإيبولا السل الفطري/ تيرابايت المتصورة/ملاريا

كورو هانتا المكورات العنقودية كريبتوسبوريديوم

مرض شلل الأطفال كروتزفيلد جاكوبس عصيات الجمرة الخبيثة/ الجمرة الخبيثة الجيارديا

مرض الهزال المزمن داء الكلب بكتريا قولونية المثقبيات/مرض النوم

التهاب الكبد السالمونيلا

جدري الكلاميديا/ الفطريات التي تنتقل عن طريق الاتصال الجنسي:

اللولبية الشاحبة/مرض الزهري الكانديدا/خميرة

الكروانيديا

الحيوانات

الديدان الطفيلية / "الديدان"

الطفيليات الخارجية / النواقل:

البعوض والقراد والبراغيث

الشكل 3: مجموعة من شجرة الشخصيات

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

الشكل 4 شجرة الحياة انظر الشكل 2.19 ص 47 بيلك مادة الاحياء

المضيفات الميكروبية

العوائل هي الكائنات الحية التي تتكاثر فيها مسببات الأمراض الميكروبية. يمكن أن تصيب الميكروبات جميع الكائنات الخلوية ، وبالتالي فإن جميع الكائنات الحية الخلوية قد تعمل كمضيفات ميكروبية.

  • العوائل البكتيرية وعلاج البكتيريا: الميكروبات كعوامل علاجية: يمكن أن تصاب البكتيريا (بدائيات النوى أحادية الخلية) وتقتل بواسطة فيروسات بكتيرية تسمى العاثية. العلاج بالبكتيريا هو استخدام الفيروسات البكتيرية لقتل البكتيريا المسببة للأمراض. تم اقتراح العلاج بالبكتيريا لأول مرة خلال الحرب العالمية الأولى وتمت متابعته بنشاط في الاتحاد السوفيتي السابق. خلال الحرب العالمية الثانية عندما تم إدخال البنسلين الأول من المضادات الحيوية ، لم يعد العلاج بالعاثيات مفضلاً. مع زيادة البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية ، هناك اهتمام متجدد بتطوير العاثية كوسيلة لعلاج البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية ومعالجة الأطعمة التي قد تكون ملوثة بالبكتيريا المسببة للأمراض (على سبيل المثال ، تستخدم العاثيات لقتل الليسترية المستوحدةفي الأطعمة الملوثة)
  • مضيفات حقيقية النواة: يمكن أن تصاب جميع الكائنات حقيقية النواة ("الطلائعيات" والفطريات والنباتات والحيوانات) بمسببات الأمراض الجرثومية.
  • النباتات كمضيفات لمسببات الأمراض الجرثومية ؛ التأثير على صحة الإنسان: تسبب الأمراض الجرثومية للنباتات خسائر فادحة في الغذاء في جميع أنحاء العالم. نقص الغذاء وسوء التغذية والمجاعة يقلل بشكل كبير من قدرة الحيوانات / البشر على مقاومة العدوى عن طريق العوامل الممرضة وبالتالي فإن أمراض النبات تزيد بشكل غير مباشر من الأمراض المعدية لدى البشر.

- لقد كان لأمراض النبات تاريخياً تأثيرات هائلة على تاريخ البشرية. مثالان هما "قالب الماء" إنفستانس فيتوفثورا والفطر كلافيسبس بوربوريا

- اللفحة المتأخرة فى البطاطس حدث بسبب إنفستان بيتوفثورا تسبب في فشل محصول البطاطا الأيرلندية مع المجاعة اللاحقة. نتيجة لذلك ، هاجر العديد من الأيرلنديين الفقراء إلى الولايات المتحدة وكندا وأستراليا. إنفستانس فيتوفثورا لا تزال تسبب أمراض البطاطس والمجاعة في أجزاء من العالم.

- الفطريات / العفن كلافيسبس بوربوريا هو أحد مسببات الأمراض النباتية التي تسبب "تسمم الشقران"في الحيوانات / البشر. كلافيسبس ينمو على الحبوب الرطبة وينتج سمًا مستقرًا للحرارة ، الإرغوتامين. يشبه التركيب الكيميائي للإرغوتامين LSD وهو مادة مهلوسة قوية. لوكلافيسبس- يتم تحويل الحبوب الملوثة إلى دقيق ومن ثم إلى الخبز ، يسبب الإرغوتامين الهلوسة ، وتضيق الأوعية (تضيق الأوعية الدموية ، ويقلل من تدفق الدم يسبب النخر ، وموت الأنسجة) ، وتقلص العضلات الملساء (يؤدي إلى الإجهاض). يُطلق على تسمم الإرغوت أيضًا اسم "حريق القديس أنتوني" لأن قلة تدفق الدم تسبب في إحساس مؤلم بالحرقان. اعتنى الرهبان من رتبة القديس أنطوني كثيرًا بضحايا التسمم بالإرغوت. يعتقد بعض المؤرخين أن محاكمات ساحرة سالم كانت نتاج تسمم الشقران. يحدث التسمم بالأرغوت أيضًا في حيوانات المزرعة التي تتغذى على "الحبوب المتعفنة"

الحيوانات كمضيفات ميكروبية

  • الحيوانات غير البشرية كمضيفات ميكروبية: للأمراض المعدية البيطرية (الأمراض المعدية للحيوانات غير البشرية) تأثير كبير على صحة الإنسان.

1. من المحتمل أن تكون معظم مسببات الأمراض الميكروبية البشرية قد تطورت من مسببات الأمراض البيطرية كما هو موصوف في وحدة "التاريخ القصير للأمراض المعدية".

2. الحيوانات غير البشرية الخزانات من مسببات الأمراض للإنسان. يعتقد العديد من علماء الأحياء الدقيقة الطبيين أن معظم الأمراض "الناشئة" الجديدة ستكون جديدة الأمراض الحيوانية المنشأ ، الأمراض التي ستنتقل إلى الإنسان من الخزانات الحيوانية غير البشرية

3. ساهمت الأمراض المعدية لحيوانات المزرعة بما في ذلك الطعام وحيوانات العمل (مثل الثيران المستخدمة في الحرث / الحصاد) في نقص الغذاء والمجاعة.

- في مناطق العالم التي لا تكون فيها الجرارات ميسورة التكلفة ، يعتمد المزارعون على الحيوانات في حرث المحاصيل وحصادها ونقلها إلى السوق وكمصدر للأسمدة النباتية على شكل روث. إذا مرضت حيواناتهم أو ماتت ، فلن يتمكنوا من زراعة ما يكفي من الغذاء.

- يحدث سوء التغذية في أجزاء كثيرة من العالم بسبب نقص البروتين (كواشيوركور) الذي يمكن أن توفره المنتجات الحيوانية (اللحوم ، الدواجن ، منتجات الألبان ، البيض).

- نقص الغذاء / البروتين يقلل من قدرة الإنسان على مقاومة الأمراض المعدية وبالتالي تزيد الأمراض البيطرية بشكل غير مباشر من الأمراض المعدية التي تصيب الإنسان.

  • مفصليات الأرجل كنواقل لمسببات الأمراض: المفصليات بما في ذلك الحشرات والعناكب يمكن أن تنقل مسببات الأمراض من مضيف مصاب إلى مضيف بشري جديد. تصبح نواقل المفصليات البيولوجية مصابة بالعامل الممرض الذي يتكاثر و / أو ينضج داخل مضيف المفصليات.
  • البشر كمضيفين ميكروبيين: البشر حقيقيات النوى مثلها مثل جميع الحيوانات. كما نوقش أدناه ، من المهم أن تكون قادرًا على تصنيف العامل الممرض الذي يصيب الإنسان بحيث يمكن اختيار الدواء المناسب المضاد للميكروبات. معظم الأدوية المضادة للميكروبات انتقائية للغاية لمجموعة معينة من مسببات الأمراض ، وبالتالي إذا تم تصنيف العامل الممرض بشكل غير صحيح ، فسيتم إعطاء الدواء غير الصحيح بدون فائدة. إن فهم أن البشر كائنات حقيقية النواة يساعدنا أيضًا على فهم السبب في أن الأدوية المستخدمة لتثبيط / قتل مسببات الأمراض حقيقية النواة غالبًا ما يكون لها آثار جانبية مزعجة / خطيرة أكثر من الأدوية المستخدمة لعلاج مسببات الأمراض البكتيرية (بدائية النواة).

24.4 الطفيليات الفطرية ومسببات الأمراض

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • وصف بعض الفطريات ومسببات الأمراض الفطرية للنباتات
  • وصف الأنواع المختلفة من الالتهابات الفطرية لدى البشر
  • اشرح سبب إعاقة العلاج المضاد للفطريات بسبب التشابه بين الخلايا الفطرية والحيوانية

يصف التطفل علاقة تكافلية يستفيد فيها أحد أعضاء الجمعية على حساب الآخر. كل من الطفيليات ومسببات الأمراض تلحق الضرر بالعائل ، إلا أن مسببات الأمراض تسبب المرض أو تلف أنسجة العائل أو فسيولوجيا العائل ، في حين أن الطفيليات لا تفعل ذلك عادة ، ولكنها يمكن أن تسبب أضرارًا جسيمة وموتًا بسبب التنافس على العناصر الغذائية أو الموارد الأخرى. يحدث التعايش عندما يستفيد أحد الأعضاء دون التأثير على الآخر.

الطفيليات ومسببات الأمراض النباتية

يعد إنتاج محاصيل كافية عالية الجودة أمرًا ضروريًا لوجود الإنسان. لسوء الحظ ، دمرت أمراض النبات العديد من المحاصيل على مدار التاريخ الزراعي البشري ، مما أدى في بعض الأحيان إلى انتشار المجاعة. العديد من مسببات الأمراض النباتية هي الفطريات التي تسبب تسوس الأنسجة والموت النهائي للعائل (الشكل 24.26). بالإضافة إلى تدمير الأنسجة النباتية بشكل مباشر ، فإن بعض مسببات الأمراض النباتية تفسد المحاصيل عن طريق إنتاج سموم قوية يمكن أن تلحق المزيد من الضرر وتقتل النبات المضيف. الفطريات مسؤولة أيضًا عن تلف الطعام وتعفن المحاصيل المخزنة. على سبيل المثال ، الفطريات كلافيسبس بوربوريا يسبب الشقران ، وهو مرض يصيب محاصيل الحبوب (خاصة الجاودار). على الرغم من أن الفطر يقلل من محصول الحبوب ، فإن تأثيرات سموم الشقران القلوية على الإنسان والحيوان لها أهمية أكبر. في الحيوانات ، يشار إلى المرض باسم التسمم الأرغوني. العلامات والأعراض الأكثر شيوعًا هي التشنجات والهلوسة والغرغرينا وفقدان اللبن في الماشية. العنصر النشط للإرغوت هو حمض ليسرجيك، وهو مقدمة لعقار LSD. تعتبر اللطاخات والصدأ والبياض الدقيقي أو الناعم أمثلة أخرى على مسببات الأمراض الفطرية الشائعة التي تؤثر على المحاصيل.

الأفلاتوكسينات هي مركبات سامة ومسببة للسرطان تطلقها فطريات الجنس فطر الرشاشيات. بشكل دوري ، تتلوث محاصيل الجوز والحبوب بالأفلاتوكسين ، مما يؤدي إلى سحب كميات كبيرة من المنتجات. هذا في بعض الأحيان يدمر المنتجين ويسبب نقص الغذاء في البلدان النامية.

الطفيليات ومسببات الأمراض الحيوانية والبشرية

يمكن أن تؤثر الفطريات على الحيوانات ، بما في ذلك البشر ، بعدة طرق. الفطار مرض فطري ينتج عن العدوى والأضرار المباشرة بسبب نمو الفطريات وتسللها. تهاجم الفطريات الحيوانات مباشرة عن طريق استعمار الأنسجة وتدميرها. التسمم الفطري هو تسمم البشر (والحيوانات الأخرى) بالأطعمة الملوثة بالسموم الفطرية (السموم الفطرية). يصف Mycetismus على وجه التحديد ابتلاع السموم مسبقة التشكيل في الفطر السام. بالإضافة إلى ذلك ، قد يصاب الأفراد الذين يظهرون فرط الحساسية للعفن والجراثيم بردود فعل تحسسية قوية وخطيرة. يصعب علاج الالتهابات الفطرية بشكل عام لأن الفطريات ، على عكس البكتيريا ، هي حقيقيات النوى. تستهدف المضادات الحيوية الخلايا بدائية النواة فقط ، في حين أن المركبات التي تقتل الفطريات تضر أيضًا المضيف الحيواني حقيقي النواة.

العديد من الالتهابات الفطرية سطحي أي أنها تحدث على جلد الحيوان. يطلق عليه الجلدية ("جلد") داء فطري، يمكن أن يكون لها آثار مدمرة. على سبيل المثال ، سبب انخفاض أعداد الضفادع في العالم في السنوات الأخيرة (جزئيًا) هو فطر chytrid Batrachochytrium dendrobatidis. يصيب هذا الفطر القاتل جلد الضفادع ويفترض أنه يتداخل مع التبادل الغازي الجلدي ، وهو أمر ضروري لبقاء البرمائيات. وبالمثل ، قتل أكثر من مليون خفاش في الولايات المتحدة بسبب متلازمة الأنف الأبيض ، والتي تظهر على شكل حلقة بيضاء حول فم الخفاش. وهو ناتج عن الفطريات المحبة للبرد المدمرات الكاذبة، الذي ينشر أبواغه القاتلة في الكهوف حيث تسبت الخفافيش. يبحث علماء الفطريات عن انتقال ، وآلية ، والتحكم في P. التدمير لوقف انتشاره.

نادرًا ما تنتشر الفطريات التي تسبب الفطار السطحي للبشرة والشعر والأظافر إلى الأنسجة الكامنة (الشكل 24.27). غالبًا ما يُطلق على هذه الفطريات خطأً تسمية "الفطريات الجلدية" ، من الكلمات اليونانية الأدمة معنى الجلد و فيت معنى النبات ، رغم أنها ليست نباتات. تسمى أيضًا الفطريات الجلدية "القوباء الحلقية" بسبب الحلقة الحمراء التي تسببها على الجلد. يفرزون الإنزيمات خارج الخلية التي تتحلل الكيراتين (بروتين موجود في الشعر والجلد والأظافر) ، يسبب حالات مثل قدم الرياضي وحكة اللعب. عادة ما يتم علاج هذه الحالات بالكريمات والمساحيق الموضعية التي لا تستلزم وصفة طبية ، ويمكن إزالتها بسهولة. قد يتطلب داء فطريات سطحي أكثر استمرارًا أدوية عن طريق الفم بوصفة طبية.

داء فطري جهازي ينتشر في الأعضاء الداخلية ، وغالبًا ما يدخل الجسم عن طريق الجهاز التنفسي. على سبيل المثال، داء الكروانيديا (تسمى غالبًا حمى الوادي) توجد بشكل شائع في جنوب غرب الولايات المتحدة ، ولكن في أقصى الشمال مثل واشنطن ، حيث يقيم الفطر في الغبار. بمجرد استنشاقها ، تتطور الجراثيم في الرئتين وتسبب أعراضًا مشابهة لأعراض السل. داء النوسجات سببه الفطريات ثنائية الشكل كبسولات الهستوبلازما. في مضيفه البشري ، الهستوبلازما تنمو على شكل خميرة مسببة التهابات رئوية ، وفي حالات نادرة تورم أغشية الدماغ والحبل الشوكي. يتطلب علاج هذه الأمراض الفطرية والعديد من الأمراض الفطرية الأخرى استخدام الأدوية المضادة للفطريات التي لها آثار جانبية خطيرة.

الفطريات الانتهازية هي عدوى فطرية إما شائعة في جميع البيئات ، أو جزء من الكائنات الحية الطبيعية. وهي تؤثر بشكل أساسي على الأفراد الذين يعانون من ضعف في جهاز المناعة. يعاني المرضى في المراحل المتأخرة من الإيدز من داء فطري انتهازي يمكن أن يهدد حياتهم. الخميرة الكانديدا sp. ، وهو عضو شائع في الكائنات الحية الطبيعية ، يمكن أن ينمو دون رادع ويصيب المهبل أو الفم (القلاع الفموي) إذا تغير الرقم الهيدروجيني للبيئة المحيطة ، أو دفاعات الشخص المناعية ، أو السكان الطبيعي للبكتيريا.

الفطريات يمكن أن تحدث عند تناول الفطر السام. يتسبب في عدد من الوفيات البشرية خلال موسم قطف الفطر. تشبه العديد من أجسام الفطريات المثمرة الصالحة للأكل الأقارب شديدة السمية ، ويتم تحذير صائدي الفطر الهواة بفحص محصولهم بعناية وتجنب تناول الفطر المشكوك في أصله. القول المأثور "هناك جامعي الفطر الجريئين وجامعي الفطر القدامى ، لكن لا يوجد جامعو عيش الغراب قديمون وجريئون" صحيح للأسف.

اتصال المنهج العلمي

مرض الدردار الهولندي

سؤال: هل الأشجار المقاومة لمرض الدردار الهولندي تفرز مركبات مضادة للفطريات؟

فرضية: ضع فرضية تتناول هذا السؤال.

خلفية: مرض الدردار الهولندي هو غزو فطري يصيب العديد من أنواع الدردار (أولموس) في أمريكا الشمالية. يصيب الفطر نظام الأوعية الدموية للشجرة ، مما يمنع تدفق المياه داخل النبات ويحاكي إجهاد الجفاف. تم تقديمه بالصدفة إلى الولايات المتحدة في أوائل الثلاثينيات من القرن الماضي ، وأهلك أشجار ظلال الدردار الأمريكية في جميع أنحاء القارة. سببها الفطريات Ophiostoma ulmi. تعمل خنفساء لحاء الدردار كناقل للمرض وتنقل المرض من شجرة إلى أخرى. العديد من الدردار الأوروبي والآسيوي أقل عرضة للإصابة بالمرض من الدردار الأمريكي.

اختبر الفرضية: الباحث الذي يختبر هذه الفرضية قد يقوم بما يلي. تلقيح عدة أطباق بتري تحتوي على وسيط يدعم نمو الفطريات بشظايا من Ophiostoma فطيرة. قطع (بكمة معدنية) عدة أقراص من الأنسجة الوعائية لأنواع حساسة من الدردار الأمريكي والدردار الأوروبي والآسيوي المقاوم. تشمل لوحات التحكم الملقحة بالفطريات الفطرية بدون أنسجة نباتية للتحقق من أن ظروف الوسط والحضانة لا تتداخل مع نمو الفطريات. كعنصر تحكم إيجابي ، أضف أقراصًا ورقية مشربة بمبيد فطري معروف إلى أطباق بتري الملقحة بالفطريات.

احتضان اللوحات لعدد محدد من الأيام للسماح بنمو الفطريات وانتشار الفطريات على سطح اللوحة. سجل قطر منطقة المقاصة ، إن وجدت ، حول عينات الأنسجة وقرص التحكم في مبيدات الفطريات.

سجل ملاحظاتك في الجدول التالي.

القرص منطقة التثبيط (مم)
ماء مقطرة
مبيد فطري
نسيج حساس من الدردار # 1
نسيج حساس من الدردار # 2
الأنسجة من مقاومة الدردار # 1
الأنسجة من مقاومة الدردار # 2

تحليل البيانات والإبلاغ عن النتائج. قارن تأثير الماء المقطر بمبيد الفطريات. هذه عناصر تحكم سلبية وإيجابية تتحقق من صحة الإعداد التجريبي. يجب أن يحاط مبيد الفطريات بمنطقة واضحة حيث تم تثبيط نمو الفطريات. هل هناك فرق بين الأنواع المختلفة من الدردار؟

استخلاص النتائج: هل كان هناك نشاط مضاد للفطريات كما هو متوقع من مبيد الفطريات؟ هل النتائج تدعم الفرضية؟ إذا لم يكن كذلك ، فكيف يمكن تفسير ذلك؟ هناك عدة تفسيرات محتملة.


2.4: مسببات الأمراض وعائلتها حقيقية النواة - علم الأحياء

سيكون من الصعب السيطرة على الأمراض المعدية الناشئة بسبب العدد الكبير من الكائنات الحية المسببة للأمراض الناشئة أو التي يمكن أن تظهر والتنوع الكبير في المناطق الجغرافية التي يمكن أن تظهر فيها. إن النظرة الحديثة لتطور ضراوة العوامل الممرضة - وتحديداً تركيزها على المفاضلة بين التكاليف والفوائد التي تعود على العامل الممرض من زيادة استغلال العائل - تسمح لبرامج المكافحة بالتعرف على أكثر مسببات الأمراض خطورة والتركيز عليها (تلك التي يمكن أن تنشأ مع ضراوة عالية في السكان).

ركزت دراسات الأمراض الناشئة بشكل رئيسي على مجموعة من مسببات الأمراض الناشئة المختلفة ، والأسباب الوبائية للظهور ، والتدخلات للسيطرة على الظهور. يعيق جدوى مكافحة المرض العدد الهائل المحتمل لمسببات الأمراض الناشئة والعائدة ، وتنوع المصادر الجغرافية ، وإمكانية الانتشار العالمي السريع من هذه المصادر ، والعديد من العوامل البيئية والاجتماعية التي تؤثر على الظهور (1-4). يمكن جعل السيطرة على المرض أكثر قابلية للإدارة إذا كان من الممكن تحديد أخطر مسببات الأمراض في أكثر جهود الدراسة والمراقبة والسيطرة كثافة. يختلف الخبراء الذين عالجوا هذه المشكلة من منظور علم الأوبئة ولكن ليس من منظور تطوري حول جدوى التنبؤ ومنع ظهور مسببات الأمراض الجديدة الأكثر ضررًا (5-8). من هذا المنظور ، أزعم أن الفهم المحسن لتطور الفوعة (يُعرَّف على نطاق واسع بأنه ضرر العدوى) يمكن أن يجعل هذا الهدف أكثر جدوى بطريقتين: 1) من خلال تسهيل التعرف على مسببات الأمراض التي تمثل أكبر تهديد في حال حدوث ذلك. أصبحت راسخة في المجتمعات البشرية (على سبيل المثال ، يرسينيا بيستيس خلال العصور الوسطى وفيروس نقص المناعة البشرية [فيروس نقص المناعة البشرية] خلال العقود الأخيرة) و 2) من خلال توفير طرق لمنع ظهور المتغيرات الخبيثة بشكل خاص من مسببات الأمراض التي تم تحديدها بالفعل في التجمعات البشرية (على سبيل المثال ، العامل الممرض الذي تسبب في جائحة إنفلونزا 1918 و سلالات خبيثة ومقاومة للمضادات الحيوية المكورات العنقودية الذهبية).

يركز الفهم الحديث لتطور الفوعة على المقايضة التي تخضع لها مسببات الأمراض: الفوائد التنافسية التي تتراكم عليها مسببات الأمراض من خلال زيادة استغلال العوائل والتكاليف التي تنجم عن أي آثار للمرض تقلل من الاتصال المعدي بين المضيفين المصابين والمعرضين للإصابة. افترضت وجهة النظر التقليدية أن الانتقاء الطبيعي يفضل التطور نحو التعايش الحميد بين العائل والطفيلي (9-12). ومع ذلك ، فإن وجهة النظر الحديثة تؤكد أن مثل هذا التعايش الحميد سيكون غير مستقر إذا كانت مسببات الأمراض التي تستغل العوائل بدرجة أكبر تحقق نجاحًا عامًا عبر دورات انتقال أكثر من تلك التي تحقق تعايشًا حميدًا (13-17).

الافتراض الأساسي لهذه الحجة التطورية هو أن زيادة ضراوة السموم ترتبط بزيادة انتشار الممرض (يتجلى في زيادة تكاثر الممرض داخل العوائل و / أو إفراز العامل الممرض من العوائل المصابة). لا يجب أن يكون هذا الارتباط قويًا عبر جمعيات المضيف / الممرض حتى تكون الحجج هي اختلافات صحيحة في الآليات المسببة للأمراض ، على سبيل المثال ، يمكن أن تجعل الارتباط غير قابل للكشف تقريبًا عند مقارنة أنواع مختلفة للغاية من مسببات الأمراض. بدلاً من ذلك ، تنص حجة المقايضة على أنه بالنسبة لمُمْرِض معين (بمناخه الخاصة وآلياته المسببة للأمراض) ، فإن الطفرات التي تزيد من مستوى استغلال العائل تميل إلى زيادة الضرر. من المتوقع الارتباط بين الفوعة والاستغلال وانتشار العوامل الممرضة بين طفرات "النوع البري" ، ولكن ليس بين الطفرات الخبيثة الجديدة الناتجة عن المختبر. نظرًا لوجود العديد من الطرق لزيادة الضراوة ، وغالبًا ما لا يتم اختيار المتغيرات الناتجة عن المختبر على أساس التفوق التنافسي في الجسم الحي ، فقد لا ترتبط ضراوة المتغيرات المتولدة في المختبر بالتفوق التكاثري. على النقيض من ذلك ، يجب أن يزيل الانتقاء الطبيعي أي متغيرات لا ترتبط زيادة الفوعة فيها بزيادة لياقة العامل الممرض.

قد تكون العلاقة بين الفوعة واستغلال العائل وانتشار العوامل الممرضة غير مباشرة أو مباشرة. إذا كانت الآلية المسببة للأمراض تنطوي على إنتاج السم ، فمن المتوقع وجود ارتباط إيجابي بين الإنتاج وانتشار الممرض. في ضمة الكوليرا، على سبيل المثال ، يرتبط إنتاج السموم المرتفعة بزيادة كثافة الضمات في مادة البراز ، على ما يبدو نتيجة لطرد السم من الكائنات الحية المنافسة من الأمعاء (17). في الكائنات الحية الأخرى ، يكون الارتباط بين الفوعة واستغلال العائل وانتشار الممرض أكثر مباشرة. غالبًا ما تسبب البلازموديا البشرية التي تتكاثر على نطاق واسع مرضًا أكثر حدة وتهدد الحياة (16). وبالمثل ، فإن السلالات الأكثر فتكًا من فيروس حمى الضنك المنقولة بالنواقل تتكاثر على نطاق واسع في زراعة الخلايا (18). معدلات نمو السالمونيلا تيفيموريوم تم تقليله عن طريق القضاء على أحد بلازميدات الفوعة وتثبيط إدخال تعبير البلازميد لمنطقة 8 كيلو بايت تشفر جينات spv واستعادة معدل النمو المتزايد (19). مقارنة شيغيلا تقترح الأنواع ارتباطًا مشابهًا بين الفوعة وتكاثر العوامل الممرضة (20).

تظهر مسببات الأمراض التي تنتقل عن طريق الاتصال الجنسي ارتباطات مماثلة. بالنسبة لأفضل مسببات الأمراض المدروسة ، فيروس نقص المناعة البشرية ، ترتبط فيروس نقص المناعة البشرية المتكاثر بسرعة أكبر بتدمير أكبر للخلايا في المختبر ، وتدمير أسرع لجهاز المناعة ، وبداية أسرع للإيدز (21-35). وبالمثل ، فإن الأنماط المصلية الأكثر نشوءًا لفيروسات الورم الحليمي البشري (HPV) تولد أعدادًا أكبر من النسل من خلال التدخل في آليات الخلية لتقييد انقسام الخلايا (36). بالنسبة لكلا الفيروسين ، ترتبط زيادة الأحمال الفيروسية بزيادة احتمالية انتقال العدوى إلى الأشخاص الذين يتم الاتصال بهم (37-39) ، ويكون فيروس HIV-1 ، الذي ينتشر بكثافة أعلى من فيروس HIV-2 ، أكثر قابلية للانتقال لكل جهة اتصال (40).

إن الارتباط بين الفوعة والتكاثر الفيروسي في مسببات الأمراض المنتشرة بشكل طبيعي في البشر يدعم بالتالي التركيز الحديث على المفاضلة بين فوائد اللياقة والتكاليف المتراكمة من قبل مسببات الأمراض كدالة للتغييرات في استغلال العائل.

انتقال مرتبط بضراوة عالية

الإرسال من المضيفين غير المتنقلين

مثل النظرة التقليدية للتطور المشترك للمضيف / الطفيلي ، تحدد وجهة النظر الحديثة مرض العائل كمسؤولية محتملة عن العامل الممرض. عندما تعتمد مسببات الأمراض على تنقل مضيفها الحالي للوصول إلى العوائل المعرضة للإصابة ، فإن المرض الناجم عن الاستغلال المكثف يقلل عادة من إمكانية الانتقال. يختلف المنظور الحديث للتطور المشترك للمضيف / الطفيلي عن المنظور التقليدي ، ومع ذلك ، في تركيزه على موازنة هذه النكسات مقابل فوائد الاستغلال: يمكن أن تساهم الفوعة العالية في الاستقرار التطوري إذا كانت التكاليف التي تتكبدها الطفيليات من الضرر الناجم عن الاستغلال صغيرة بشكل خاص. و / أو الفوائد التي يتم الحصول عليها من الاستغلال كبيرة بشكل خاص. وبالتالي ، إذا كان لتجميد العائل تأثير سلبي ضئيل على الانتقال ، فإن متغيرات العوامل الممرضة التي تستغل المضيف بشكل مكثف بحيث يتم تثبيته ستجني فوائد الاستغلال. بعبارة أكثر عمومية ، عندما تكون التكاليف المتكبدة من انتقال العدوى المرتبطة بالتثبيت صغيرة ، يجب أن تفوق تكاليف الاستغلال الفوائد عند مستوى أعلى من الاستغلال - وبالتالي الفوعة - مما قد يحدث إذا أدى عدم الحركة إلى إعاقة انتقال العدوى بشدة (16).

أدى التعرف على هذه النسخة من المقايضة العامة إلى عدة تنبؤات: نظرًا لأن الطفيليات المحمولة بالنواقل يمكن أن تنتقل بشكل فعال من العوائل المعطلة ، يجب أن تتطور إلى مستوى أعلى من الضراوة من الطفيليات المنقولة مباشرة (16). وبالمثل ، يمكن أن تشكل جوانب السلوك البشري والثقافة "نواقل ثقافية" تنقل مسببات الأمراض من العائل غير المتحرك إلى العوائل المعرضة للإصابة (41). على سبيل المثال ، يجب أن تتطور مسببات أمراض الإسهال التي تنتقل عن طريق المياه إلى مستويات عالية نسبيًا من الفوعة لأن الانتقال الفعال يمكن أن يحدث حتى عندما يتم تعبئة العوائل المصابة: الأشخاص الذين يحملون الملابس والفراش الملوثة ، والمياه المستخدمة لغسل ملاءات الأسرة ، وحركة المياه الملوثة في مياه الشرب معًا يتصرف مثل سرب من البعوض ، ينقل مسببات الأمراض من المضيف المعطل. يجب أيضًا أن تصبح مسببات الأمراض التي تنقلها المرافق شديدة الضراوة. غالبًا ما يحدث الانتقال الذي ينقله المرافقون في المستشفيات ، عندما ينقل الممرضون والأطباء مسببات الأمراض من مريض ثابت إلى آخر. تحدث عملية متبادلة عندما تعتمد الطفيليات على تنقل الأشخاص المعرضين للإصابة بدلاً من تنقل المضيفين المصابين للوصول إلى الأشخاص المعرضين للإصابة. وبالتالي ، يجب أن تتطور الطفيليات التي تكون معمرة في البيئة الخارجية نحو مستوى أعلى من الفوعة من مسببات الأمراض غير المعمرة لأن مسببات الأمراض الدائمة قد تظل قابلة للحياة في البيئة حتى تتلامس حركة الأفراد المعرضين مع مسببات الأمراض.

تم تقييم كل من هذه الفرضيات وفي كل حالة حدث الارتباط المتوقع: ترتبط الفوعة بشكل إيجابي بالنقل المنقولة بالنواقل ، والانتقال المنقولة بالماء ، والانتقال الذي يحمله المصاحب ، والمتانة في البيئة الخارجية (الجدول 1). لذلك ، فإن هذا الإطار التطوري يشرح تنوع الطفيليات البشرية بطريقة تتناقض بشكل صارخ مع النظرة التقليدية. بدلاً من اعتبارها علامة على سوء التكيف ، يُنظر إلى شدة الأمراض مثل الملاريا والسل والجدري والكوليرا وحمى التيفوئيد على أنها نتيجة للتكيف التطوري لأن الطفيليات المسببة لا تعتمد على تنقل العائل للانتقال. وبالتالي ، فإن المفاضلات بين فوائد وتكاليف الاستغلال تفضل تطور مستويات عالية نسبيًا من الاستغلال لمسببات الأمراض ، وبالتالي درجات عالية من الضرر الذي يلحق بالعائل.

الانتقال الجنسي

تتضمن المقايضات التطورية المرتبطة بضراوة الأمراض المنقولة جنسياً متطلبات الانتقال الجنسي المفروضة على مسببات الأمراض من خلال السلوك الجنسي للمضيف. قد تكون الفترات القصيرة للعدوى غير فعالة بالنسبة لمعظم مسببات الأمراض المنقولة جنسياً. إذا قام الناس بتغيير شركاء الجنس مرة واحدة في السنة ، على سبيل المثال ، فإن العامل الممرض الذي أصبح غير معدي بواسطة الدفاعات المناعية أو وفاة المضيف في غضون أسابيع قليلة سيكون لديه فرصة ضئيلة للانتقال. للبقاء على قيد الحياة ، يجب أن يكون العامل الممرض قابلاً للانتقال لفترة تمتد إلى وقت الشراكة الجنسية التالية. للازدهار ، يجب أن يكون العامل الممرض قابلاً للانتقال لفترات تمتد لأكثر من تغيير واحد في الشركاء الجنسيين ، لذلك قد تحتاج مسببات الأمراض المنقولة جنسياً في كثير من الأحيان إلى الخلايا والأنسجة المدارية التي تمنعها من القضاء عليها من قبل الجهاز المناعي لفترات طويلة نسبيًا.

قد تتأثر التأثيرات التطورية للتغيرات في السلوك الجنسي على الفوعة بشدة بالتأثيرات المدارية التي كانت موجودة قبل تغيير السلوك. يجب أن تفضل زيادة احتمالية انتقال العدوى عن طريق الاتصال الجنسي المتغيرات المسببة للأمراض التي تتكاثر على نطاق واسع في وقت أقرب بعد ظهور العدوى. إذا كانت المناطق المدارية الموجودة مسبقًا تستهدف أنواعًا من الخلايا غير الأساسية ، فسيكون لهذا الاختيار للتكاثر المبكر تأثير ضئيل نسبيًا على الفوعة. إذا قام الناس ، على سبيل المثال ، بتغيير شركائهم الجنسيين كل بضعة أيام ، يجب أن يطور العامل الممرض الذي ينتقل عن طريق الاتصال الجنسي مستويات ضراوة تشبه إلى حد كبير تلك الخاصة بمسببات أمراض الجهاز التنفسي ، والتي تعتمد على تنقل العائل للانتقال. ومن الأمثلة على هذه العوامل الممرضة التي تنتقل عن طريق الاتصال الجنسي ومسببات الأمراض أحادية الخلية مثل النيسرية البنية و المتدثرة الحثرية، التي تميل إلى إصابة الأنسجة المخاطية ، وبالتالي لها آثار سلبية طفيفة نسبيًا على بقاء العوائل البالغة. ومع ذلك ، إذا كانت المناطق المدارية تشتمل على خلايا حرجة ، فإن الضرر المرتبط بزيادة مستويات استغلال العائل يجب أن يكون أكثر خطورة على المضيف. يقدم فيروس نقص المناعة البشرية مثالاً على ذلك: يمتلك فيروس نقص المناعة البشرية حالة استوائية للخلايا التائية المساعدة ، والتي تعد منظمات مهمة للاستجابات المناعية. على الرغم من أنه يمكن تحمل مستوى عالٍ من التكاثر في هذه الخلايا على مدى فترات قصيرة ، إلا أنه يؤدي في النهاية (من خلال الآليات التي لا تزال قيد التوضيح) إلى هلاك هذه الفئة من الخلايا وانهيار الجهاز المناعي.

إذا كانت هذه الحجج حول القوى التطورية والأنسجة المدارية قابلة للتطبيق على فيروس نقص المناعة البشرية ، فيجب أن يكون فيروس نقص المناعة البشرية أكثر ضراوة في المناطق التي يكون فيها احتمال الانتقال الجنسي أكبر. وفقًا لهذا التوقع ، يميل HIV-2 إلى أن يكون أقل ضراوة من HIV-1 علاوة على ذلك ، تشير الدلائل إلى أنه خلال السنوات الأولى من الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية في إفريقيا ، كان فيروس HIV-2 يميل إلى أن ينتقل في مجموعات ذات احتمالية أقل للانتقال الجنسي ( 17 ، 20). ومع ذلك ، سيتم اختبار الصلاحية الإجمالية لهذا النهج في فوعة فيروس نقص المناعة البشرية بشكل أفضل مع ظهور أنواع مختلفة من فيروس نقص المناعة البشرية في مناطق جغرافية مختلفة. يمكن أن تساعد المعلومات حول إمكانية الانتقال الجنسي في التنبؤ بتطور فوعة فيروس نقص المناعة البشرية في مناطق جغرافية مختلفة. على أساس المقايضات التطورية المذكورة أعلاه ، على سبيل المثال ، من المتوقع أن يكون النوع E HIV-1 الذي ينتشر في تايلاند (حيث كانت إمكانية الانتقال الجنسي كبيرة) شديد الضراوة (17). على الرغم من أن هذا التنبؤ يحتاج إلى تقييم صارم ، إلا أن البيانات التي تم جمعها مؤخرًا تدعم التنبؤ: يبدو أن الانخفاض في تعداد خلايا CD4 + للأشخاص المصابين بفيروس نقص المناعة البشرية وتطور المرض لدى هؤلاء المرضى يكون سريعًا بشكل خاص في تايلاند (43-44).

ومع ذلك ، فإن أهم تطبيق لهذا النهج التطوري لفيروس نقص المناعة البشرية يتعلق بالتدخلات التي يمكن استخدامها للسيطرة على التطور المستقبلي لفيروس نقص المناعة البشرية. إذا كانت الفوعة المتأصلة لفيروس نقص المناعة البشرية تعتمد تطوريًا على احتمالية الانتقال الجنسي ، فإن التدخلات التي تقلل من هذا الاحتمال يجب أن يكون لها تأثير تطوري طويل المدى ، بالإضافة إلى التأثيرات الوبائية قصيرة المدى المعترف بها على نطاق واسع بالإضافة إلى الحد من انتشار عدوى فيروس نقص المناعة البشرية ، مثل يجب أن تقلل التدخلات من الضرر لكل إصابة. تشير متابعة الأشخاص المصابين بفيروس HIV-1 لأكثر من عقد من الزمن دون تدهور جهاز المناعة إلى أن خفة العدوى تُعزى أحيانًا إلى فيروسات خفيفة بطبيعتها (45-47). لذلك ، يبدو أن المادة الخام لهذا التغيير التطوري موجودة بالفعل في مجموعة جينات فيروس نقص المناعة البشرية.

في اليابان ، التي لديها احتمالية منخفضة نسبيًا للانتقال الجنسي (48) ، تم إدخال النوع E HIV-1 مؤخرًا من جنوب شرق آسيا. إذا كانت الإمكانية المنخفضة للانتقال الجنسي تفضل التطور نحو الاعتدال ، فيجب أن تصبح فيروسات النوع E اليابانية أكثر اعتدالًا خلال العقود القليلة القادمة.

تقييم التهديد الذي تشكله مسببات الأمراض

أهداف التقييم

إن تركيز جهود التحقيق والتدخل على أهم تهديدات المرض لا يكون منطقيًا إلا إذا أمكن تقييم التهديدات بشكل موثوق. يعتمد التهديد طويل المدى على الاستقرار التطوري لفوعة مسببات الأمراض العالية ، وأخطر مسببات الأمراض هي تلك التي تهدد استمرار الانتشار على نطاق واسع مع مظاهر ضارة بشدة. من أهم المهام في السيطرة على الأمراض الناشئة تحديد ومنع هذه العوامل الممرضة خلال المراحل المبكرة من ظهورها ، أو الأفضل من ذلك ، قبل ظهورها. إذا أمكن منع أخطر مسببات الأمراض - النظائر المستقبلية لأسباب الإيدز والملاريا والجدري والسل والكوليرا - فإن الجهود المبذولة لمكافحة الأمراض الناشئة ستكون ناجحة. If not, the effort may be looked on as a failure in spite of successes against pathogens that are less able to effectively penetrate human populations or relatively benign when they do establish themselves. The emergence, spread, and persistence of pathogens with the characteristics of rhinoviruses, for example, would not be looked on as a great failure. The establishment of such pathogens would hardly be noticed against the current backdrop of mild to moderately severe respiratory tract pathogens.

To identify pathogens that must be studied and controlled most intensively, each pathogen should be assessed for two characteristics that are associated with high virulence: 1) an ability to spread well from human to human (directly or indirectly through vectors) rather than infecting humans as dead-end hosts, and 2) transmission features that select for high levels of virulence.

The existing associations between virulence and transmission characteristics (Table 1) can be used to make such identifications. Table 2 offers a checklist that could be applied to each emerging pathogen to determine whether it makes the first cut in the process of identifying the most dangerous candidates. Subsequent analyses of the pathogens would then assess the nature of any barriers that limit the establishment of pathogens in human populations (e.g., the absence of suitable arthropod vectors for large proportions of the year).

Durability

Although durability in various external environments was quantified in detail by microbiologists during the first half of this century (49), modern studies have paid this attribute little attention. Evolutionary considerations, however, indicate that it should be one of the first variables quantified when a new pathogen is being studied. If a new, directly transmitted pathogen can remain viable in the external environment for many days to many weeks, it falls in the category of especially dangerous pathogens. If, for example, Ebola virus were viable upon natural desiccation for weeks instead of hours, its level of host exploitation and potential for transmission from exploited hosts would not be so mismatched, and it, like smallpox virus, would pose a much more serious threat. Durability in the external environment depends largely on environmental conditions (49), and thus assessments of viability should cover all feasible environmental conditions.

Vector-borne Transmission

The most serious threat involved in vector-borne transmission comes from pathogens that can be maintained by human/mosquito cycles but are absent from suitable areas because of historical accidents or past eradication campaigns. Dengue and malaria are members of this category they have the potential to spiral out of control immediately upon release into areas with suitable vectors. Nonevolutionary analyses of emerging infections recognize the threat posed by these pathogens because their damaging effects on human populations are known.

Vector-borne pathogens that have not used humans as the primary vertebrate host but may be capable of doing so represent less easily recognized threats. Evolutionary considerations heighten concern because such vector-borne pathogens are expected to become increasingly harmful as they become adapted to human/vector cycles of transmission (16).

Rift Valley fever virus provides an example. For most of this century, this virus was believed to infect humans only as dead-end hosts. Although it was vector-borne in ungulates, humans were seen as acquiring the infection either when involved in the slaughtering process or when bitten by mosquitoes that had acquired infection from other vertebrates. Recent outbreaks have spread to an extent consistent with substantial human/mosquito cycling, but the existence of such cycling has not been conclusively documented. If human/mosquito cycling is occurring, the door is open for further adaptation to humans and for evolution of increased virulence in humans, increased efficiency of human/vector transmission, and increased spread through human populations. Rift Valley fever virus viremias seem sufficient for human/mosquito cycling, and the lethality of the largest outbreaks was particularly high, as one would expect if some evolution toward increased virulence accompanied a temporary establishment of human/mosquito cycles (50-51). To assess the long-term threat posed by Rift Valley fever virus and to block this virus should it prove to be particularly threatening, we need to emphasize the following research priorities: 1) study the transmission of Rift Valley fever virus in human/mosquito cycles, 2) assess the potential for such transmission over extended periods, and 3) evaluate the effects of such transmission on virus virulence.

All emerging vector-borne pathogens need not be viewed as equally threatening. على سبيل المثال، Borrelia burgdorferi, the agent of Lyme disease (an emerging vector-borne pathogen in human populations in North America), does not need to be monitored to avoid its establishment as a human pathogen because once emerged, it does not threaten to spiral out of control it is tick-borne, and ongoing human/tick cycles are not feasible because of the limited exposure of infected humans to susceptible tick populations of the appropriate instar. Tick- and mite-borne rickettsiae do not present a great threat for similar reasons.

Sexual Transmission

The tradeoff concerning sexually transmitted pathogens may prove particularly useful in identifying pathogens that are capable of sexual transmission and have cell tropisms that would cause severe damage if host exploitation increased but have not had high potential for sexual transmission. Human T-cell lymphotropic virus (HTLV) is in this category, even though by nonevolutionary criteria it could be dismissed because it has been geographically widespread in humans for a long time (1). HTLV type 1 (HTLV-I) is less damaging than HIV it kills or severely handicaps 5% to 10% of the people it infects, generally decades after infection. Although HTLV-I and HIV infections share many characteristics, HTLV does not have HIV's high mutation rate and hence does not have the potential for staying ahead of immune responses and eventually decimating the immune system. Instead, HTLV relies on modes of transmission that do not expose it to the immune system: proviral replication through stimulation of host cell proliferation and transmission through cell-to-cell contact. A concern with HTLV is that a high potential for sexual transmission may favor increased rates of viral replication leading to increased exposure to the immune system and increased mutation rates (48).

A preliminary step toward evaluating the threat posed by the emergence of particularly virulent HTLVs is assessing whether HTLVs exposed to different levels of potential for sexual transmission vary in virulence. HTLV-I infections tend to lead to leukemias and lymphomas at younger ages in Jamaica, where the potential for sexual transmission is high, than in Japan, where potential for sexual transmission is low (48). This difference also occurs among North Americans of Japanese and Caribbean descent (52), who presumably are infected predominantly (if not exclusively) by Japanese and Caribbean HTLVs, respectively. The inherent virulence and mutation-proneness of the Japanese and Caribbean HTLVs need to be assessed. Similarly, HTLV virulence needs to be better studied in regions of Africa where it has been long endemic to determine whether variations in HTLV virulence are correlated with the potential for sexual transmission.

Although mutation-prone sexually transmitted viruses that infect critical cell types are particularly threatening, sexually transmitted viruses in general deserve special attention. Even if a sexually transmitted virus invades only epithelial cells and replicates with low mutation rates, a high potential for sexual transmission may lead to evolution of increased lethality. Death caused by HTLV-induced lymphomas and leukemias is one manifestation of the danger posed by an RNA virus that replicates substantially in its DNA form and hence is in a middle area within the spectrum of mutation-proneness. HPVs illustrate dangers posed by sexually transmitted viruses that, because they are DNA viruses, are even further away from HIV on the mutation-proneness continuum. The mechanism by which HPV nudges infectious cells toward cancer is associated with increased viral replication moreover, high potential for sexual transmission (as indicated by the number of lifetime sex partners) is a strong risk factor for infection with the more oncogenic HPV serotypes but not for the mild HPV serotypes (53). This association supports the idea that reductions in the potential for sexual transmission should cause evolution of reduced HPV virulence. Specifically, as the potential for sexual transmission decreases, the risk for acquiring the oncogenic serotypes (vs benign serotypes) should disproportionately decrease. Similarly, if interventions prevent the potential for sexual transmission from increasing, the emergence of oncogenic HPV serotypes should be disproportionately suppressed.

Waterborne Transmission

Although such pathogens as ضمة الكوليرا O139 and الشيغيلة الزحارية type 1 threaten emergence in countries with inadequate water supplies, the threat is much lower in countries with safe water supplies. Although such pathogens continue to be brought into the countries with safe water supplies by travelers and commerce, the pathogens show little potential for emergence. For example, a major epidemic of S. dysenteriae type 1 spread from Guatemala through Central America during the early 1970s. It entered the United States in several places but dissipated without any great effort at containment. Its transmission was studied in a Los Angeles neighborhood, where each infection gave rise on average to about 0.4 new infections (54). Without amplification by waterborne transmission, this outbreak, like other introductions in the United States, was self-limited (54). The situation at the other end of Central America was similar. ال S. dysenteriae epidemic dissipated as it moved into Costa Rica, where water supplies were relatively pure (L. J. Mata, pers. comm.).

Attendant-borne Transmission

Emerging hospital-acquired pathogens may pose one of the greatest and most controllable threats to people in countries like the United States, where more than 5% of hospital admissions and about 14% of intensive care patients acquire infections during their stay (55-57). According to some estimates, nosocomial infections rank among the ten leading causes of death in the United States (56), with dangerous bloodstream infections approximately doubling during the 1980s (58).

Although high virulence has been documented in pathogens involved in nosocomial outbreaks (59-63), the damage caused by nosocomial pathogens has generally been attributed to the state of hospitalized patients, who may be compromised by underlying disease, immunosuppressive drugs, and invasive procedures. These factors, however, do not explain why nosocomial pathogens, such as المكورات العنقودية الذهبية often cause symptomatic infections in hospital staff (60) but rarely in persons in the outside community. They also do not explain the association between the extent of nosocomial transmission and the virulence of infection, or the differences in symptomatic infections among otherwise healthy babies (17,20,41). In a New York City hospital, for example, where attendant-borne transmission rates were very low, only approximately one of 30 babies with بكتريا المكورة العنقودية البرتقالية were symptomatic (64). Among nosocomial outbreaks of endemic disease, the analogous proportion may be 5- to 10-fold higher (65).

Without an evolutionary framework for understanding pathogen virulence, researchers would have no reason for expecting to find particularly virulent endemic pathogens in hospitals. The only serious attempts to explain the apparently high-level of pathogen virulence in hospitals involved the linking of virulence to another characteristic associated with hospitals: antibiotic resistance. The emergence of antibiotic-resistant organisms in hospitals in concert with the use of the antibiotics (66) led researchers to conclude that high levels of antibiotic use caused the emergence of resistant organisms and to speculate that antibiotic-resistant organisms might be inherently more virulent than their antibiotic-sensitive counterparts (67). Yet when infections caused by resistant nosocomial organisms are compared with sensitive (generally nosocomial) infections, the former are only sometimes found to be associated with more severe infections. Even when they are associated with more severe disease (62,63), any differences in inherent virulence tend to be confounded with other factors, such as increased severity due to lowered effectiveness of antibiotics. The increased severity of disease, however, is sometimes associated with resistance to antibiotics other than the one being used (61), suggesting that the increased damage is not simply a result of ineffective antibiotics. The presence of virulence-enhancing bacterial characteristics in damaging, resistant nosocomial strains (63,68) also suggests a link between nosocomial transmission, antibiotic resistance, and virulence: antibiotic-resistant strains may have been particularly virulent because they were nosocomial, but this virulence was not apparent in many of the comparisons because the sensitive strains were also nosocomial.

Although the controversy regarding virulence and antibiotic resistance in hospital-acquired infections can be explained by the hypothesized connection between attendant-borne transmission and the evolution of both virulence and antibiotic resistance, none of the investigations of the topic made measurements that would allow assessment of the connection between attendant-borne transmission and the emergence of variants with increased virulence. The critical measure is the harmfulness per person housing the organisms in question, and the critical comparison is between nosocomial and community-acquired strains. Among persons that harbor nosocomial strains of بكتريا المكورة العنقودية البرتقالية, for example, the proportion that show symptomatic infection could be compared with the analogous proportion of matched persons who are harboring community strains. After virulence-enhancing mechanisms are well understood, pathogens can be assayed for their virulence directly. هكذا المطثية العسيرة pathogens isolated from prolonged nosocomial outbreaks are predicted to be more toxigenic than جيم صعب isolated from the outside community. Similarly, nosocomial الإشريكية القولونية are predicted to have virulence-enhancing characteristics (e.g., invasiveness, adherence) (69) more often than community strains.

Further knowledge about virulence enhancing mechanisms and development of techniques for rapid detection (e.g., [72-75]) should offer opportunities for carefully controlled experiments to test whether reduction in attendant-borne transmission causes a greater decline in the inherent virulence of nosocomial pathogens in experimental hospitals than in control hospitals in which interventions are not imposed. Long-term follow-up should clarify the degree to which attendant-borne transmission may foster the emergence of virulent variants among both established human pathogens (e.g., S. aureus, بكتريا قولونية) and new or newly recognized pathogens (e.g., Serratia spp., and الزائفة الزنجارية).

Harmful, often antibiotic-resistant, hospital-acquired pathogens can readily emerge beyond a hospital's boundary, when patients are moved, or attendants move between hospitals the documentation is particularly strong for dangerous variants of بكتريا قولونية و بكتريا المكورة العنقودية البرتقالية (62,74-78). The degree to which emerging nosocomial pathogens spill over to generate outbreaks in the outside community is not well understood, but evidence suggests that this spillover represents a substantial threat when the organisms can infect healthy people. When large-scale communitywide epidemics of pathogenic بكتريا قولونية have occurred, for example, transmission in hospitals often was strongly implicated. During 1953 and 1954, an بكتريا قولونية epidemic advanced up the East Coast of the United States from the Carolinas through New England "As it spread, explosive outbreaks were limited to institutions, hospital wards, and newborn nurseries" (59). A focal study of the U.S. Army Hospital at Fort Belvoir, Virginia, indicated that the epidemic strain was brought into the hospital by infected people in the community, with the proportion of inpatient to outpatient cases reversing dramatically during the hospital's 5-month outbreak (59). Similarly, during the winter of 1961, in an outbreak in Chicago and adjacent communities in Indiana, about 5% of the infants were affected, and nearly half of the affected infants had direct or indirect contact with one of the 29 involved hospitals just before their illnesses (75).

دراسات بكتريا المكورة العنقودية البرتقالية have also shown that nosocomial and community outbreaks are sometimes synchronous with transmission occurring in both directions between the hospital and the outside community (79-80). The long-term consequences of emergence of nosocomial strains for the outside community, however, still need to be assessed. The possibility that nosocomial pathogens may tend to be not only more resistant to antibiotics, but also more inherently virulent lends some urgency to this need.

Almost no work has been done to determine the potential of pathogens thought to be almost exclusively associated with nosocomial infection (e.g., Enterococcus, C. difficile) to take hold in the outside community. The high durability in the external environment of many nosocomial pathogens heightens the need for additional information. Durable pathogens that can infect uncompromised hosts (e.g., antibiotic-resistant بكتريا المكورة العنقودية البرتقالية and to a lesser extent جيم صعب) possess the basic characteristics that damaging organisms need to spread in the outside community. Durable organisms unable to infect healthy people pose a relatively low threat, but this inability is often presumed. Any transmission of durable nosocomial organisms like P. الزنجارية from patients after discharge heightens the threat to the outside community by providing an avenue for further adaptation to humans. Molecular analyses that allow reconstruction of epidemiologic patterns (e.g., molecular phylogenetics) could be used to improve assessments of the degree to which nosocomial pathogens can emerge in the outside community such studies need to provide quantitative assessments not only of the threats posed by nosocomial pathogens in their current state, but also of their potential to breach by evolution the barriers that have inhibited their broader spread in the past.

Conceptual Innovation, Explanatory Power, and Precision

Dangerous Emergences of the Past

Each of the organisms that caused devastating epidemics over the past 5 centuries, would have been identified as an extremely dangerous pathogen by the criteria proposed here. Y. pestis, for example, is durable in the external environment (49) and is vector-borne. Its threat is lower now than centuries ago when fleas and rats were abundant domiciliary inhabitants, but it still represents a threat where these hosts are present.

The periodic emergence of yellow fever in European and American cities during the 18th and 19th centuries took a heavy toll the 1878 epidemic, for example, killed about a quarter of the population of Memphis, Tennessee (81). If yellow fever virus were first encountered today, it would be recognized as an important threat because it is vector-borne and can be transmitted indefinitely through human/mosquito cycles.

With regard to the emergence of virulent variants from established pathogens, the influenza viruses circulating at the Western Front during World War I would be considered dangerous because barriers to transmission from immobile hosts were removed by cultural practices and because influenza virus is mutation prone (17,20). It is, therefore, not surprising that the Western Front has been identified as the source of the highly lethal variants of the 1918 influenza pandemic and that a pandemic of this severity has never recurred (17). More importantly, evolutionary considerations suggest that such a lethal pandemic will not recur unless influenza viruses are again exposed to opportunities that allow transmission from immobile hosts, as they are on poultry farms where highly lethal influenza outbreaks periodically emerge (17).

Uncertainty about the Dangerous Epidemics of the Future

These arguments about the evolution of virulence provide only coarse approximations of the selective processes in pathogen populations. To determine whether the implications of these arguments need to be substantially modified, we need empirical studies that evaluate these arguments against alternative explanations. Considering the current state of uncertainty, some might argue that it is dangerous to incorporate the current coarse understanding of the evolution of virulence into policy making. But failing to incorporate this understanding is dangerous.

If we do not adjust investments to take into account the evolutionary arguments, and the arguments prove correct, the reduction in death and illness per unit investment will be lower than it could have been. If we do adjust investments on the basis of these evolutionary arguments, and the arguments prove wrong, the nonevolutionary benefits of the investments would still be obtained.

Although the precise mechanisms that increase virulence in pathogens in the high-risk categories still need to be clarified, the associations (Table 1) are strong. One could argue, for example, that durable or waterborne pathogens are more harmful because hosts tend to pick up a greater diversity of genotypes from the environment when pathogens are more durable or are mixed in water if the within-host genetic variability of such pathogens is greater, they would have more potential for within-host competition, which could favor the evolution of increased virulence. By this argument, factors such as durability, vector-borne transmission, and waterborne transmission would increase virulence indirectly by increasing within-host genetic variation. With regard to the prevention of the emergence of highly virulent disease, uncertainties about mechanisms are not critical. Whether the effects of these factors are direct or indirect, elimination of the factors should discourage the emergence of severe disease and favor the decrease of highly virulent pathogens.

Decisions to invest in interventions without certainty about mechanisms is not new to the health sciences. The hygienic interventions to control hospital acquired diseases and the purification of water supplies to control cholera were appropriately advocated on the basis of epidemiologic data (from Ignaz Semmelweis and John Snow) a half century before the causative agents of these or any other infectious diseases were first identified. Jenner's smallpox vaccine program was accepted globally more than a century before viruses were discovered or the mechanisms by which vaccines provide protection were understood. Even now the mechanisms by which the immune system provides protection encompass major areas of uncertainty. This uncertainty is evidenced, for example, by the controversies about the importance of the different legs of the immune system (such as cytotoxic T cells, neutralizing antibody, and subsets of helper T cells) in HIV pathogenesis.

If the evolutionary arguments are correct, the emergence of the most harmful diseases can be countered not only for pathogens that are recognized as threats but also for those posing threats that are not yet recognized. Providing pure water supplies, reducing attendant-borne transmission, and reducing vector-borne transmission preferentially from ill people (e.g., by providing mosquito-proof houses [17]) should guard against the emergence of virulent pathogens, whether the pathogens are unidentified or are highly virulent variants of identified human pathogens. An understanding of the evolutionary determinants of virulence may thus make surveillance and prompt intervention much more manageable.

The emphasis thus is on suppression of the emergence of particularly virulent variants rather than suppression of the emergence of new disease organisms. The expectation is that the frequency of disease will drop even though the frequency of individuals harboring organisms may decline little if at all. The data on decentralization of nursery/maternity wards, for example, indicate that the rates of nosocomial infection decline among mothers and babies, even though the rates at which babies harbor pathogens (colonization plus infection) do not decline (82). Indeed the disagreement about the value of rooming-in as a mode of infection control (82) can be attributed to a failure to distinguish the prevalence of disease organisms from the prevalence of disease. Controversies about the value of waterborne transmission can be traced to a similar failure (17).

The lead article of the first issue of this journal was entitled, "Emerging infections: getting ahead of the curve" (4). I propose that integrating evolutionary principles with epidemiology would enhance our ability to stay ahead of the curve. Evolutionary insights should increase our ability to distinguish emerging pathogens according to the long-term threat that they pose and thereby adjust investments in accordance with the threat. Knowledge of the evolution of virulence should also guide us to identify for each pathogen the critical data that will allow us to make this assessment. Finally, evolutionary considerations should allow identification of infrastructural investments that will guard against the most dangerous pathogens, even if they are not blocked by surveillance and containment efforts and even if they have not yet been identified or are never identified as emerging pathogens.

Dr. Ewald is a professor in the Department of Biology at Amherst College. Trained in ecology and evolutionary biology, he works at the interface of these areas with epidemiology, focusing on the evolution of virulence among infectious diseases of humans and insects.


شاهد الفيديو: Cell Structure and Function 2021 تركيب الخلية 1: مكوناتها و وظائفها سمير (قد 2022).


تعليقات:

  1. Lalor

    أوافق ، فكرتك رائعة

  2. Burdett

    حيلة

  3. Rugby

    هذه هي الحل البسيط الرائع



اكتب رسالة