Hoeveel microben zijn er nodig om je ziek te maken? | Quanta-tijdschrift

Wil een ziekteverwekker ons ziek maken, dan moet hij veel overwinnen. Eerst moet het het lichaam binnendringen, waarbij natuurlijke barrières zoals huid, slijm, trilharen en maagzuur worden omzeild. Dan moet het zich reproduceren; sommige bacteriën en parasieten kunnen dit vrijwel overal in het lichaam doen, terwijl virussen en sommige andere ziekteverwekkers dit alleen vanuit een cel kunnen doen. En al die tijd moet het aanvallen van het immuunsysteem van het lichaam afweren.

Dus hoewel we voortdurend worden overspoeld door microben, is het aantal microben dat ons lichaam binnendringt meestal te laag om voorbij onze verdedigingsmechanismen te komen. (Een dosis die klein genoeg is, kan zelfs dienen om ons immuunsysteem te herinneren aan het bestaan ​​van een ziekteverwekker, waardoor onze antilichaamrespons wordt versterkt om ons ertegen te beschermen.)

Wanneer voldoende ziekteverwekkers erin slagen onze verdediging te doorbreken en zich beginnen te vermenigvuldigen, worden we ziek. Vaak is dit slechts een getallenspel. Hoe meer indringers je afweert, hoe groter de kans dat je je ziek voelt.

Hoeveel microben moeten het lichaam binnendringen voordat we ons ziek gaan voelen?

Dit varieert per ziekteverwekker en staat bekend als de ‘besmettelijke dosis’ van een microbe. Meestal zijn er nogal wat nodig, maar sommige microben hebben een ongelooflijk klein aantal organismen nodig om een ​​infectie te veroorzaken. Neem bijvoorbeeld het norovirus, de maagvirus die berucht is omdat hij zich verspreidt wanneer mensen in nauw contact staan ​​en dezelfde oppervlakken aanraken, zoals op Cruise schepen. De infectieuze dosis kan zo klein zijn als 18 individuele virussen, waardoor het ongelooflijk gemakkelijk te verzenden is. Het is ook zeer winterhard, zelfs buiten het lichaam, dus een geïnfecteerde persoon die het virus uitstraalt, kan een grote hoeveelheid ervan achterlaten – genoeg om anderen gemakkelijk te infecteren, zelfs enkele dagen later.

Hoe zit het met het concept van ‘virale belasting’? Is dat gerelateerd?

Het zijn vergelijkbare ideeën, maar terwijl de infectiedosis verwijst naar het aantal organismen dat tot een infectie zal leiden, is de virale last een actieve meting van de infectie: het aantal organismen dat zich binnen de gastheer vermenigvuldigt. De terminologie werd voor het eerst geïntroduceerd bij het grote publiek als onderdeel van ons begrip van HIV/AIDS, en werd na het begin van de Covid-pandemie steeds vaker gebruikt.

Hoe bepalen onderzoekers de infectieuze dosis van een microbe?

Dat is nog steeds een onnauwkeurige wetenschap. Bij het gouden standaardonderzoek, dat een human challenge study wordt genoemd, wordt mensen doelbewust een dosis van de ziekteverwekker gegeven. Helaas is deze aanpak dat wel ethisch moeilijk omdat het (uiteraard) een risico met zich meebrengt op een ernstige ziekte en mogelijke complicaties op de lange termijn.

In plaats daarvan stellen onderzoekers cavia's, ratten, muizen of fretten bloot, afhankelijk van de ziekteverwekker. Maar het kan moeilijk zijn om de dosering bij dieren direct te extrapoleren naar het menselijke equivalent.

Bovendien is de infectieroute van belang. Iets dat rechtstreeks in uw bloedbaan terechtkomt, zal waarschijnlijk veel minder microben nodig hebben om vast te houden dan iets dat via uw mond of longen binnenkomt, omdat de bloedbaan ervoor zorgt dat de ziekteverwekker veel afweermechanismen van de gastheer kan omzeilen. Dit is de reden dat bijvoorbeeld de risico op HIV-infectie is veel hoger als het afkomstig is van een bloedtransfusie of naaldprik versus een seksuele route.

Een derde manier om de infectiedosis te achterhalen is door gebruik te maken van observationele onderzoeken, waarbij onderzoekers het aantal afleiden uit het zien hoe lang het duurt voordat een blootgestelde persoon (vooral in gezinnen of andere nauwe contactsituaties) ziek wordt. Zoals je misschien vermoedt, is dit vaak rommelig en onnauwkeurig vergeleken met de vorige twee methoden.

Waarom zijn de infectieuze doses van sommige ziekteverwekkers hoger of lager dan die van andere?

We weten het niet zeker. Het kan te wijten zijn aan de manier waarop een indringer te werk gaat. Onderzoekers hebben gesuggereerd dat ziekteverwekkers die direct contact met gastheercellen nodig hadden doorgaans effectiever waren, zodat hun infectieuze doses vrij laag waren. Maar als bacteriën gastheercellen indirect aanvallen (zoals door eiwitten uit te scheiden die de gastheercellen beschadigen), dan is een grotere dosis bacteriën nodig om de gastheer te infecteren, omdat de gastheermodificerende afscheidingen door tijd en ruimte kunnen worden verdund. Dit idee werd ondersteund in een 2012 studie waarbij ook naar virussen, schimmels en parasieten werd gekeken. Maar we hebben nog steeds aanvullende bevestiging nodig voor een grotere verscheidenheid aan microben.

Wat weten we over de infectiedosis van het virus dat Covid veroorzaakt?

We hebben veel geleerd in de bijna vier jaar sinds het voor het eerst verscheen, maar veel ervan is afkomstig van diermodellen van infecties en menselijke observationele studies. De meeste diermodellen hebben een hoge dosis van het virus nodig – 10,000 tot 1 miljoen ‘plaquevormende eenheden’ (PFU’s), waarbij elke eenheid voldoende is om een ​​cel in weefselkweek te infecteren en te doden. Observatiestudies bij mensen wijzen echter op een infectieuze dosis kan ongeveer 100 tot 400 PFU zijn gemiddeld genomen, hoewel deze methode wederom slechts een zeer ruwe richtlijn biedt.

Deze onderzoeken suggereren dat één van de redenen dat het virus zo gemakkelijk overdraagbaar is, is dat het een relatief lage infectieuze dosis heeft. vergelijkbaar met andere respiratoire virussen zoals RSV en verkoudheidscoronavirussen (en lager dan de infectieuze dosis van de meeste stammen van het influenzavirus).

En als we de infectiedosis vergelijken met de hoeveelheid virus die een geïnfecteerd individu uitademt, is het niet verrassend dat het virus zich zo snel verspreidt. A recente voordruk laat zien dat geïnfecteerde patiënten tot 800 virale RNA-kopieën per minuut kunnen uitademen gedurende ongeveer acht dagen nadat hun symptomen zijn begonnen. Ook al kunnen we RNA-kopieën niet rechtstreeks vertalen naar de hoeveelheid levende virusdeeltjes, als zelfs maar de helft van die RNA-kopieën afkomstig is van een momenteel besmettelijk virus, is het theoretisch mogelijk om een ​​dosis te krijgen die groot genoeg is om binnen slechts een minuut een infectie te veroorzaken. nauw contact.

Verhogen vaccins de infectiedosis?

Wanneer iemand voor de tweede keer een ziekteverwekker tegenkomt (hetzij vanwege een eerdere ziekte of vaccinatie), komen verschillende verdedigingsmechanismen van de gastheer in actie. Antilichamen gegenereerd door vaccinatie of eerdere infectie zullen zich binden aan de binnendringende microbe. Deze zullen het vermogen ervan om zich aan een gastheercel te hechten verstoren, of de microbe uitkiezen voor opname door cellen die neutrofielen worden genoemd. En als een virus erin slaagt een gastheercel binnen te dringen, zal het worden vernietigd door geheugen-T-cellen.

Dankzij deze snelle reactie overleven minder van de binnendringende microben vergeleken met een naïef individu dat de ziekteverwekker voor de eerste keer tegenkomt, wat de infectiedosis effectief verhoogt.

Hoe kan deze kennis ons helpen ziekten te voorkomen?

Blootstelling is een functie van de concentratie van ziekteverwekkers en de contacttijd, dus als u een van beide kunt verminderen, kunt u infectieziekten beter vermijden.

Dit is de reden waarom experts vanaf het begin van de Covid-pandemie hebben aanbevolen: Model “Zwitserse kaas”. van gelaagde bescherming, waarbij sociale afstand tot andere individuen een sleutelrol speelt. Hoe verder u verwijderd bent van een besmettelijke persoon, hoe minder virusdeeltjes u zult worden blootgesteld. Een masker toevoegen, vooral a hoogwaardig ademhalingstoestel zoals een N95 met een goede pasvorm, zal het aantal virussen dat u zou kunnen inademen verder verminderen. Ventilatie verdunt ook het aantal virusdeeltjes in de lucht, waardoor het risico op infectie kleiner is als u buiten bent of binnenshuis een luchtfilter gebruikt.

Vaccinatie is een andere manier om het risico op een Covid-infectie te verkleinen. Hoewel de vaccins onvolmaakt zijn, vermindert vaccinatie nog steeds uw risico in de eerste plaats besmet raken, door de infectiedosis te verhogen die nodig is om een ​​infectie te initiëren. Het verkleint ook de kans daarop het ontwikkelen van een ernstige ziekte als u besmet bent. Verschillende onderzoeken suggereren ook dat gevaccineerde mensen dat zijn minder kans om zoveel virusdeeltjes af te werpen en die vaccinatie vermindert virale lading.

Maskeren, betere ventilatie en afstand nemen verminderen het aantal microben waaraan u wordt blootgesteld. Vaccinatie verhoogt de infectiedosis. Dit zijn de pijlers van de bescherming tegen infecties door vrijwel elke ziekteverwekker. De transmissiedynamiek is complex, maar de interventies die we kunnen ondernemen om onszelf te beschermen zijn relatief eenvoudig.