Πόσα μικρόβια χρειάζονται για να σας αρρωστήσουν; | Περιοδικό Quanta

Για να μας αρρωστήσει ένα παθογόνο πρέπει να ξεπεράσει πολλά. Πρώτα πρέπει να εισέλθει στο σώμα, παρακάμπτοντας φυσικά εμπόδια όπως το δέρμα, η βλέννα, οι βλεφαρίδες και το οξύ του στομάχου. Τότε χρειάζεται να αναπαραχθεί. Ορισμένα βακτήρια και παράσιτα μπορούν να το κάνουν αυτό σχεδόν οπουδήποτε στο σώμα, ενώ οι ιοί και ορισμένα άλλα παθογόνα μπορούν να το κάνουν μόνο μέσα από ένα κύτταρο. Και σε όλη τη διάρκεια, πρέπει να αποκρούει τις επιθέσεις από το ανοσοποιητικό σύστημα του σώματος.

Έτσι, ενώ κατακλυζόμαστε συνεχώς από μικρόβια, ο αριθμός των μικροβίων που εισέρχονται στο σώμα μας είναι συνήθως πολύ μικρός για να ξεπεράσουμε τις άμυνές μας. (Μια αρκετά μικρή δόση μπορεί ακόμη και να υπενθυμίσει στο ανοσοποιητικό μας σύστημα την ύπαρξη ενός παθογόνου, ενισχύοντας την απόκριση των αντισωμάτων μας για να μας προστατεύει από αυτό.)

Όταν αρκετά παθογόνα καταφέρνουν να παραβιάσουν την άμυνά μας και αρχίσουν να αναπαράγονται, αρρωσταίνουμε. Συχνά αυτό είναι απλώς ένα παιχνίδι αριθμών. Όσο περισσότερους εισβολείς πολεμάτε, τόσο πιο πιθανό είναι να αισθανθείτε άρρωστοι.

Πόσα μικρόβια πρέπει να εισέλθουν στο σώμα πριν αρχίσουμε να νιώθουμε άρρωστοι;

Αυτό διαφέρει ανάλογα με το παθογόνο και είναι γνωστό ως «μολυσματική δόση μικροβίου». Συνήθως χρειάζονται αρκετά, αλλά ορισμένα μικρόβια απαιτούν έναν απίστευτα μικρό αριθμό οργανισμών για να ξεκινήσει μια μόλυνση. Πάρτε για παράδειγμα τον νοροϊό, το στομάχι που είναι γνωστό ότι εξαπλώνεται κάθε φορά που οι άνθρωποι βρίσκονται σε στενή επαφή και αγγίζουν τις ίδιες επιφάνειες, όπως π.χ. κρουαζερόπλοια. Η μολυσματική δόση του μπορεί να είναι τόσο μικρή όσο 18 μεμονωμένοι ιοί, καθιστώντας το απίστευτα εύκολο στη μετάδοση. Είναι επίσης πολύ ανθεκτικό ακόμη και έξω από το σώμα, επομένως ένα μολυσμένο άτομο που εκβάλλει τον ιό μπορεί να αφήσει πίσω του μια μεγάλη ποσότητα - αρκετή για να μολύνει εύκολα άλλους, ακόμη και αρκετές ημέρες αργότερα.

Τι γίνεται με την έννοια του «ιικού φορτίου»; Σχετίζεται αυτό;

Είναι παρόμοιες ιδέες, αλλά ενώ η μολυσματική δόση αναφέρεται στο πόσοι οργανισμοί θα οδηγήσουν σε μόλυνση, το ιικό φορτίο είναι μια ενεργή μέτρηση της μόλυνσης: ο αριθμός των οργανισμών που αναπαράγονται εντός του ξενιστή. Η ορολογία εισήχθη για πρώτη φορά στο ευρύ κοινό ως μέρος της κατανόησής μας για το HIV/AIDS και αυξήθηκε σε χρήση μετά την έναρξη της πανδημίας του Covid.

Πώς καταλαβαίνουν οι ερευνητές τη μολυσματική δόση ενός μικροβίου;

Αυτό είναι ακόμα μια ανακριβής επιστήμη. Η μελέτη χρυσού προτύπου, που ονομάζεται μελέτη ανθρώπινης πρόκλησης, περιλαμβάνει τη σκόπιμη χορήγηση στους ανθρώπους μιας δόσης του παθογόνου. Δυστυχώς, αυτή η προσέγγιση είναι ηθικά δύσκολο αφού (προφανώς) εγκυμονεί κίνδυνο σοβαρής ασθένειας και πιθανών μακροχρόνιων επιπλοκών.

Αντίθετα, οι ερευνητές εκθέτουν ινδικά χοιρίδια, αρουραίους, ποντίκια ή κουνάβια, ανάλογα με το παθογόνο. Αλλά μπορεί να είναι δύσκολο να γίνει άμεση παρέκταση της δοσολογίας των ζώων στην ισοδύναμη ανθρώπινη.

Επιπλέον, η οδός μόλυνσης έχει σημασία. Κάτι που εισέρχεται κατευθείαν στην κυκλοφορία του αίματός σας θα απαιτήσει πιθανότατα πολύ λιγότερα μικρόβια για να κρατηθούν από αυτά που εισέρχονται μέσω του στόματος ή των πνευμόνων σας, για παράδειγμα, καθώς η κυκλοφορία του αίματος επιτρέπει στο παθογόνο να παρακάμψει πολλές άμυνες του ξενιστή. Γι' αυτό, για παράδειγμα, το κίνδυνο μόλυνσης από τον ιό HIV είναι πολύ υψηλότερο όταν προέρχεται από μετάγγιση αίματος ή βελόνα σε σχέση με τη σεξουαλική οδό.

Ένας τρίτος τρόπος να προσπαθήσουμε να καταλάβουμε τη μολυσματική δόση είναι να χρησιμοποιήσουμε μελέτες παρατήρησης, όπου οι ερευνητές συμπεραίνουν τον αριθμό βλέποντας πόσο χρόνο χρειάζεται για ένα εκτεθειμένο άτομο (ειδικά σε οικογένειες ή άλλα περιβάλλοντα στενής επαφής) για να αρρωστήσει. Όπως ίσως υποψιάζεστε, αυτό είναι συχνά ακατάστατο και ανακριβές σε σύγκριση με τις προηγούμενες δύο μεθόδους.

Γιατί οι μολυσματικές δόσεις ορισμένων παθογόνων είναι υψηλότερες ή χαμηλότερες από αυτές άλλων;

Δεν είμαστε σίγουροι. Θα μπορούσε να οφείλεται στο πώς λειτουργεί ένας εισβολέας. Οι ερευνητές έχουν πρότειναν ότι τα παθογόνα που απαιτούν άμεση επαφή με τα κύτταρα-ξενιστές έτειναν να είναι πιο αποτελεσματικά, επομένως οι μολυσματικές δόσεις τους ήταν αρκετά χαμηλές. Αλλά εάν τα βακτήρια επιτίθενται έμμεσα στα κύτταρα ξενιστές (όπως με την έκκριση πρωτεϊνών που βλάπτουν τα κύτταρα ξενιστή), τότε απαιτείται μεγαλύτερη δόση βακτηρίων για να μολύνει τον ξενιστή, καθώς οι εκκρίσεις που τροποποιούν τον ξενιστή θα μπορούσαν να αραιωθούν από το χρόνο και το χώρο. Αυτή η ιδέα υποστηρίχθηκε στο α 2012 μελέτη που εξέτασε επίσης ιούς, μύκητες και παράσιτα. Χρειαζόμαστε όμως ακόμη πρόσθετη επιβεβαίωση για μια ευρύτερη ποικιλία μικροβίων.

Τι γνωρίζουμε για τη μολυσματική δόση του ιού που προκαλεί τον Covid;

Έχουμε μάθει πολλά τα σχεδόν τέσσερα χρόνια από την πρώτη εμφάνισή του, αλλά πολλά από αυτά προέρχονται από ζωικά μοντέλα μόλυνσης και μελέτες παρατήρησης ανθρώπων. Τα περισσότερα ζωικά μοντέλα απαιτούν υψηλή δόση του ιού - 10,000 έως 1 εκατομμύριο «μονάδες σχηματισμού πλάκας» (PFUs), όπου κάθε μονάδα είναι αρκετή για να μολύνει ένα κύτταρο σε καλλιέργεια ιστών και να το σκοτώσει. Μελέτες παρατήρησης σε ανθρώπους, ωστόσο, υποδηλώνουν ότι η μολυσματική δόση μπορεί να είναι περίπου 100 έως 400 PFU κατά μέσο όρο, αν και αυτή η μέθοδος προσφέρει μόνο μια πολύ πρόχειρη κατευθυντήρια γραμμή.

Αυτές οι μελέτες υποδεικνύουν ότι ένας λόγος που ο ιός είναι τόσο εύκολα μεταδοτικός είναι επειδή έχει σχετικά χαμηλή μολυσματική δόση, παρόμοια με άλλους ιούς του αναπνευστικού όπως οι κοροναϊοί RSV και «κοινό κρυολόγημα» (και χαμηλότερη από τη μολυσματική δόση των περισσότερων στελεχών του ιού της γρίπης).

Και όταν συγκρίνουμε τη μολυσματική δόση με την ποσότητα του ιού που εκπνέει ένα μολυσμένο άτομο, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι ο ιός εξαπλώνεται τόσο γρήγορα. ΕΝΑ πρόσφατη εκτύπωση δείχνει ότι οι μολυσμένοι ασθενείς μπορούν να εκπνεύσουν έως και 800 αντίγραφα ιικού RNA ανά λεπτό για περίπου οκτώ ημέρες μετά την έναρξη των συμπτωμάτων τους. Παρόλο που δεν μπορούμε να μεταφράσουμε απευθείας τα αντίγραφα RNA στην ποσότητα των ζωντανών σωματιδίων του ιού, αν ακόμη και τα μισά από αυτά τα αντίγραφα RNA είναι από έναν επί του παρόντος μολυσματικό ιό, είναι θεωρητικά δυνατό να λάβουμε μια δόση αρκετά μεγάλη για να ξεκινήσει μια μόλυνση σε μόλις ένα λεπτό κοντινή απόσταση.

Αυξάνουν τα εμβόλια τη μολυσματική δόση;

Όταν κάποιος συναντά ένα παθογόνο για δεύτερη φορά (είτε λόγω προηγούμενης ασθένειας είτε λόγω εμβολιασμού), πολλές άμυνες του ξενιστή ενεργοποιούνται. Τα αντισώματα που δημιουργούνται από τον εμβολιασμό ή την προηγούμενη μόλυνση θα δεσμευτούν στο μικρόβιο που εισβάλλει. Αυτά θα επηρεάσουν την ικανότητά του να προσκολλάται σε ένα κύτταρο ξενιστή ή να ξεχωρίζει το μικρόβιο για κατάποση από κύτταρα που ονομάζονται ουδετερόφιλα. Και αν ένας ιός καταφέρει να εισβάλει σε ένα κύτταρο ξενιστή, θα στοχευτεί για καταστροφή από Τ κύτταρα μνήμης.

Λόγω αυτής της ταχείας απόκρισης, λιγότερα από τα εισβάλλοντα μικρόβια επιβιώνουν σε σύγκριση με ένα αφελές άτομο που συναντά το παθογόνο για πρώτη φορά, γεγονός που αυξάνει αποτελεσματικά τη μολυσματική δόση.

Πώς μπορεί αυτή η γνώση να μας βοηθήσει να αποφύγουμε ασθένειες;

Η έκθεση είναι συνάρτηση της συγκέντρωσης του παθογόνου και του χρόνου επαφής, επομένως εάν μπορείτε να μειώσετε κάποιο από αυτά, μπορείτε καλύτερα να αποφύγετε τις μολυσματικές ασθένειες.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο, από την αρχή της πανδημίας του Covid, οι ειδικοί συνέστησαν α Μοντέλο «ελβετικού τυριού». πολυεπίπεδη προστασία, με την κοινωνική αποστασιοποίηση από άλλα άτομα να διαδραματίζει βασικό ρόλο. Όσο πιο μακριά βρίσκεστε από ένα μολυσματικό άτομο, τόσο λιγότερα από τα ιικά σωματίδια του θα εκτεθείτε. Προσθήκη μάσκας, ειδικά α υψηλής ποιότητας αναπνευστήρας όπως ένα N95 με μια άνετη εφαρμογή, θα μειώσει περαιτέρω τον αριθμό των ιών που θα μπορούσατε να εισπνεύσετε. Ο εξαερισμός αραιώνει επίσης τον αριθμό των ιικών σωματιδίων στον αέρα, επομένως γιατί το να βρίσκεστε έξω ή να χρησιμοποιείτε φίλτρο αέρα σε εσωτερικούς χώρους μειώνει τον κίνδυνο μόλυνσης.

Ο εμβολιασμός είναι ένας άλλος τρόπος για να μειώσετε τον κίνδυνο μόλυνσης από τον Covid. Αν και τα εμβόλια είναι ατελή, ο εμβολιασμός εξακολουθεί να μειώνει τον κίνδυνο μολυνθεί εξαρχής, αυξάνοντας τη μολυσματική δόση που είναι απαραίτητη για την έναρξη μιας λοίμωξης. Μειώνει επίσης τις πιθανότητες ανάπτυξη σοβαρής ασθένειας εάν έχετε μολυνθεί. Αρκετές μελέτες δείχνουν επίσης ότι τα εμβολιασμένα άτομα είναι λιγότερο πιθανό να αποβάλει τόσα σωματίδια ιού και αυτός ο εμβολιασμός μειώνει το ιικό φορτίο.

Η κάλυψη, ο αυξημένος αερισμός και η απόσταση μειώνουν τον αριθμό των μικροβίων στα οποία εκτίθεστε. Ο εμβολιασμός αυξάνει τη μολυσματική δόση. Αυτοί είναι οι πυλώνες προστασίας κατά της μόλυνσης από σχεδόν κάθε παθογόνο παράγοντα. Η δυναμική μετάδοσης είναι πολύπλοκη, αλλά οι παρεμβάσεις που μπορούμε να κάνουμε για να προστατευτούμε είναι σχετικά απλές.