Kui palju mikroobe on vaja, et teid haigeks teha? | Quanta ajakiri

Et patogeen meid haigeks teeks, peab ta paljustki üle saama. Kõigepealt peab see sisenema kehasse, ületades looduslikud barjäärid, nagu nahk, lima, ripsmed ja maohape. Siis on vaja paljuneda; mõned bakterid ja parasiidid saavad seda teha peaaegu kõikjal kehas, samas kui viirused ja mõned muud patogeenid saavad seda teha ainult raku sees. Ja kogu selle aja peab see tõrjuma keha immuunsüsteemi rünnakuid.

Ehkki mikroobid on meid pidevalt üle ujutanud, on meie kehasse sisenevate mikroobide arv tavaliselt liiga väike, et meie kaitsevõimest üle saada. (Piisavalt väike annus võib isegi tuletada meie immuunsüsteemile meelde patogeeni olemasolu, suurendades meie antikehade vastust, et hoida meid selle eest kaitstuna.)

Kui piisavalt patogeene suudab meie kaitsemehhanisme murda ja paljuneda, jääme haigeks. Sageli on see lihtsalt numbrimäng. Mida rohkemate sissetungijate vastu võitlete, seda tõenäolisemalt tunnete end haigena.

Kui palju mikroobe peab kehasse sisenema, enne kui me haigeks hakkame?

See varieerub sõltuvalt patogeenist ja seda nimetatakse mikroobide "nakkuslikuks annuseks". Tavaliselt kulub selleks üsna vähe, kuid mõned mikroobid vajavad infektsiooni alustamiseks uskumatult väikest arvu organisme. Võtame näiteks noroviiruse, mis on kurikuulus selle leviku poolest, et inimesed on tihedas kontaktis ja puudutavad samu pindu, näiteks kruiisilaevad. Selle nakkav annus võib olla nii väike kui 18 üksikut viirust, muutes selle edastamise uskumatult lihtsaks. Samuti on see väga vastupidav isegi väljaspool keha, nii et nakatunud inimene, kellel on viirust välja imbunud, võib sellest endast maha jätta suure koguse – piisavalt, et nakatada kergesti teisi isegi mitu päeva hiljem.

Kuidas on lood "viiruskoormuse" mõistega? Kas see on seotud?

Need on sarnased ideed, kuid kuigi nakkav annus viitab sellele, kui palju organisme põhjustab infektsiooni, on viiruskoormus nakkuse aktiivne mõõtmine: peremeesorganismis paljunevate organismide arv. Seda terminoloogiat tutvustati esmalt laiemale avalikkusele osana meie arusaamast HIV-ist/AIDSist ja selle kasutamine suurenes pärast Covidi pandeemia algust.

Kuidas saavad teadlased välja selgitada mikroobide nakkava annuse?

See on ikka ebatäpne teadus. Kuldstandardi uuring, mida nimetatakse inimeste väljakutseuuringuks, hõlmab inimestele patogeeni annuse tahtlikku andmist. Kahjuks selline lähenemine on eetiliselt raske kuna sellega kaasneb (ilmselgelt) tõsiste haiguste ja võimalike pikaajaliste tüsistuste oht.

Selle asemel paljastavad teadlased olenevalt patogeenist merisead, rotid, hiired või tuhkrud. Kuid võib olla raske ekstrapoleerida loomset annust inimese ekvivalendile.

Lisaks on oluline nakkuse viis. Midagi, mis satub otse teie vereringesse, nõuab tõenäoliselt palju vähem mikroobe, kui see, mis satub näiteks teie suu või kopsude kaudu, kuna vereringe võimaldab patogeenil paljudest peremeesorganismi kaitsemehhanismidest mööda minna. Seetõttu on näiteks HIV-nakkuse oht on palju suurem, kui tegemist on vereülekande või nõelatorkega võrreldes seksuaalse teel.

Kolmas viis nakkusliku doosi väljaselgitamiseks on kasutada vaatlusuuringuid, kus teadlased tuletavad arvu selle põhjal, kui kaua kulub kokkupuutel inimesel (eriti perekondades või muudes lähikontaktsetes tingimustes) haigestumiseks. Nagu võite arvata, on see kahe eelmise meetodiga võrreldes sageli segane ja ebatäpne.

Miks on mõne patogeeni nakatavad annused suuremad või väiksemad kui teistel?

Me pole kindlad. See võib olla tingitud sellest, kuidas sissetungija tegutseb. Teadlastel on soovitas et patogeenid, mis vajavad otsest kontakti peremeesrakkudega, olid tõhusamad, mistõttu nende nakatavad annused olid üsna väikesed. Kuid kui bakterid ründavad peremeesrakke kaudselt (nt sekreteerides valke, mis kahjustavad peremeesrakke), on peremeesorganismi nakatamiseks vajalik suurem annus baktereid, kuna peremeesorganismi modifitseerivaid eritisi võib aeg ja ruum lahjendada. Seda ideed toetati a 2012 uuring mis käsitles ka viiruseid, seeni ja parasiite. Kuid me vajame siiski täiendavat kinnitust paljude erinevate mikroobide jaoks.

Mida me teame Covidi põhjustava viiruse nakkava annuse kohta?

Oleme peaaegu nelja aasta jooksul alates selle esmakordsest ilmumisest palju õppinud, kuid suur osa sellest pärineb nakkuse loommudelitest ja inimeste vaatlusuuringutest. Enamik loommudeleid nõuab viiruse suurt annust - 10,000 1 kuni XNUMX miljonit "naastu moodustavat ühikut" (PFU), kus igast ühikust piisab koekultuuris oleva raku nakatamiseks ja selle tapmiseks. Inimestel tehtud vaatlusuuringud näitavad aga, et nakkav annus võib olla umbes 100 kuni 400 PFU keskmiselt, kuigi jällegi pakub see meetod vaid väga ligikaudset suunist.

Need uuringud näitavad, et üks põhjus, miks viirus on nii kergesti edasi kanduv, on see, et sellel on suhteliselt väike nakkav annus, Sarnaselt teiste hingamisteede viirustega nagu RSV ja nohu koroonaviirused (ja väiksem kui enamiku gripiviiruse tüvede nakkav annus).

Ja kui võrrelda nakkavat annust nakatunud inimese väljahingatava viiruse kogusega, pole üllatav, et viirus levib nii kiiresti. A hiljutine eeltrükk näitab, et nakatunud patsiendid võivad umbes kaheksa päeva jooksul pärast sümptomite ilmnemist välja hingata kuni 800 viiruse RNA koopiat minutis. Kuigi me ei saa RNA koopiaid otse elusate viiruseosakeste hulka tõlkida, on kui isegi pooled neist RNA koopiatest pärinevad hetkel nakkavast viirusest, on teoreetiliselt võimalik saada annus, mis on piisavalt suur, et nakatuda vaid minutiga. lähikontakt.

Kas vaktsiinid suurendavad nakkavat annust?

Kui keegi puutub patogeeniga teist korda kokku (olgu siis varasema haiguse või vaktsineerimise tõttu), rakenduvad mitmed peremeesorganismi kaitsemehhanismid. Vaktsineerimisel või eelneval nakatumisel tekkinud antikehad seonduvad sissetungiva mikroobiga. Need häirivad selle võimet kinnituda peremeesraku külge või eraldavad mikroobi neutrofiilideks nimetatavate rakkude allaneelamiseks. Ja kui viirusel õnnestub peremeesrakku tungida, hävitatakse see mälu T-rakkude poolt.

Selle kiire reageerimise tõttu jääb vähem sissetungivaid mikroobe ellu võrreldes naiivse indiviidiga, kes puutub patogeeniga esimest korda kokku, mis suurendab tõhusalt nakkuslikku annust.

Kuidas need teadmised aitavad meil haigusi vältida?

Kokkupuude on patogeeni kontsentratsiooni ja kokkupuuteaja funktsioon, nii et kui saate mõnda neist vähendada, saate nakkushaigusi paremini vältida.

Seetõttu on eksperdid Covidi pandeemia algusest peale soovitanud a "Šveitsi juustu" mudel kihiline kaitse, kus võtmerolli mängib sotsiaalne distantseerumine teistest isikutest. Mida kaugemal olete nakkusohtlikust inimesest, seda vähemate viirusosakestega te kokku puutute. Maski lisamine, eriti a kvaliteetne respiraator, näiteks N95 mugavalt istudes, vähendab see veelgi viiruste arvu, mida võite sisse hingata. Ventilatsioon vähendab ka viirusosakeste arvu õhus, mistõttu väljas viibimine või õhufiltri kasutamine siseruumides vähendab teie nakatumisohtu.

Vaktsineerimine on veel üks viis Covid-nakkuse riski vähendamiseks. Kuigi vaktsiinid on ebatäiuslikud, vähendab vaktsineerimine siiski teie riski esmajärjekorras nakatuda, suurendades infektsiooni algatamiseks vajalikku nakkavat annust. Samuti vähendab see võimalusi raske haiguse kujunemine kui olete nakatunud. Mitmed uuringud viitavad ka sellele, et vaktsineeritud inimesed on vähem tõenäoline, et levib võimalikult palju viirusosakesi ja see vaktsineerimine vähendab viiruskoormust.

Maskeerimine, suurem ventilatsioon ja distantseerimine vähendavad mikroobide arvu, millega kokku puutute. Vaktsineerimine suurendab nakkavat annust. Need on tugisambad, mis kaitsevad peaaegu kõigi patogeenide eest. Ülekande dünaamika on keeruline, kuid sekkumised, mida saame enda kaitsmiseks ette võtta, on suhteliselt lihtsad.