Ile drobnoustrojów potrzeba, aby wywołać chorobę? | Magazyn Quanta

Aby patogen spowodował u nas chorobę, musi wiele pokonać. Najpierw musi przedostać się do organizmu, omijając naturalne bariery, takie jak skóra, śluz, rzęski i kwas żołądkowy. Następnie musi się rozmnażać; niektóre bakterie i pasożyty mogą to zrobić praktycznie w dowolnym miejscu organizmu, podczas gdy wirusy i inne patogeny mogą to zrobić tylko z wnętrza komórki. A przez cały czas musi parować ataki układu odpornościowego organizmu.

Tak więc, chociaż jesteśmy stale zalewani przez drobnoustroje, liczba drobnoustrojów, które dostają się do naszego organizmu, jest zazwyczaj zbyt mała, aby przedostać się przez nasze mechanizmy obronne. (Wystarczająco mała dawka może nawet przypomnieć naszemu układowi odpornościowemu o istnieniu patogenu, wzmacniając naszą reakcję przeciwciał i chroniąc nas przed nim).

Kiedy wystarczająca liczba patogenów zdoła przełamać nasze mechanizmy obronne i zacznie się replikować, chorujemy. Często jest to po prostu gra liczbowa. Im więcej najeźdźców będziesz zwalczał, tym większe prawdopodobieństwo, że poczujesz się chory.

Ile drobnoustrojów musi dostać się do organizmu, zanim zaczniemy chorować?

Różni się ona w zależności od patogenu i jest nazywana „dawką zakaźną” drobnoustroju. Zwykle potrzeba ich sporo, ale niektóre drobnoustroje wymagają niewiarygodnie małej liczby organizmów, aby rozpocząć infekcję. Weźmy na przykład norowirusa – chorobę żołądkową, która rozprzestrzenia się, gdy ludzie pozostają w bliskim kontakcie i dotykają tych samych powierzchni, np. statki wycieczkowe. Jego dawka zakaźna może być tak mała jak 18 pojedynczych wirusów, dzięki czemu przesyłanie jest niezwykle łatwe. Jest również bardzo odporny nawet poza organizmem, więc zarażona osoba, która wydziela wirusa, może pozostawić po sobie dużą ilość wirusa – wystarczającą do łatwego zarażenia innych nawet kilka dni później.

A co z koncepcją „miana wirusa”? Czy to ma związek?

To podobne koncepcje, ale chociaż dawka zakaźna odnosi się do tego, ile organizmów doprowadzi do infekcji, miano wirusa jest aktywnym miernikiem infekcji: liczbą organizmów replikujących się w żywicielu. Terminologia została po raz pierwszy przedstawiona ogółowi społeczeństwa w ramach naszego rozumienia HIV/AIDS, a jej użycie stało się coraz częstsze po rozpoczęciu pandemii Covida.

W jaki sposób badacze ustalają zakaźną dawkę drobnoustroju?

To wciąż niedokładna nauka. Badanie będące złotym standardem, zwane badaniem prowokacyjnym z udziałem ludzi, polega na celowym podaniu ludziom dawki patogenu. Niestety takie jest podejście etycznie trudne ponieważ (oczywiście) niesie to ze sobą ryzyko poważnej choroby i potencjalnych długotrwałych powikłań.

Zamiast tego badacze wystawiają na działanie świnki morskie, szczury, myszy lub fretki, w zależności od patogenu. Jednak bezpośrednia ekstrapolacja dawki stosowanej u zwierząt na odpowiednik u ludzi może być trudna.

Ponadto znaczenie ma droga zakażenia. Coś, co przedostanie się bezpośrednio do krwioobiegu, będzie prawdopodobnie wymagać o wiele mniejszej liczby drobnoustrojów do zaatakowania niż na przykład to, które przedostanie się przez usta lub płuca, ponieważ krwioobieg pozwala patogenowi ominąć wiele mechanizmów obronnych żywiciela. Dlatego np ryzyko zakażenia wirusem HIV jest znacznie wyższa w przypadku transfuzji krwi lub ukłucia igłą w porównaniu z drogą płciową.

Trzecim sposobem ustalenia dawki zakaźnej jest wykorzystanie badań obserwacyjnych, podczas których badacze ustalają tę liczbę na podstawie czasu, jaki upływa, zanim osoba narażona (szczególnie w rodzinie lub w innym otoczeniu zapewniającym bliski kontakt) zachoruje. Jak można podejrzewać, jest to często chaotyczne i niedokładne w porównaniu z poprzednimi dwiema metodami.

Dlaczego dawki zakaźne niektórych patogenów są wyższe lub niższe niż innych?

Nie jesteśmy pewni. Może to wynikać ze sposobu działania najeźdźcy. Naukowcy tak mają zasugerował że patogeny wymagające bezpośredniego kontaktu z komórkami gospodarza są zwykle bardziej skuteczne, więc ich dawki zakaźne są dość niskie. Jeśli jednak bakterie atakują komórki gospodarza pośrednio (na przykład poprzez wydzielanie białek, które następnie szkodzą komórkom gospodarza), wówczas do zakażenia gospodarza konieczna jest większa dawka bakterii, ponieważ wydzieliny modyfikujące żywiciela mogą zostać rozcieńczone w czasie i przestrzeni. Pomysł ten został poparty m.in Badanie 2012 które dotyczyły również wirusów, grzybów i pasożytów. Nadal jednak potrzebujemy dodatkowego potwierdzenia dla szerszej gamy drobnoustrojów.

Co wiemy o zakaźnej dawce wirusa wywołującego Covid?

W ciągu prawie czterech lat od pojawienia się wirusa wiele się nauczyliśmy, ale większość z nich pochodzi ze zwierzęcych modeli infekcji i badań obserwacyjnych na ludziach. Większość modeli zwierzęcych wymaga dużej dawki wirusa – od 10,000 1 do XNUMX miliona „jednostek tworzących łysinki” (PFU), przy czym każda jednostka wystarcza do zainfekowania komórki w hodowli tkankowej i jej zabicia. Badania obserwacyjne na ludziach sugerują jednak, że dawka zakaźna może wynosić około 100 do 400 PFU średnio, choć znowu ta metoda oferuje jedynie bardzo przybliżone wytyczne.

Badania te sugerują, że jednym z powodów, dla których wirus tak łatwo się przenosi, jest stosunkowo niska dawka zakaźna, podobny do innych wirusów układu oddechowego takie jak RSV i koronawirusy „przeziębienia” (i niższa niż dawka zakaźna większości szczepów wirusa grypy).

A kiedy porównamy dawkę zakaźną z ilością wirusa wydychanego przez zarażoną osobę, nie jest zaskakujące, że wirus rozprzestrzenia się tak szybko. A ostatnia preprint pokazuje, że zakażeni pacjenci mogą wydychać do 800 kopii wirusowego RNA na minutę przez około osiem dni od wystąpienia objawów. Chociaż nie możemy bezpośrednio przełożyć kopii RNA na liczbę żywych cząstek wirusa, jeśli nawet połowa tych kopii RNA pochodzi z aktualnie zakaźnego wirusa, teoretycznie możliwe jest uzyskanie dawki wystarczająco dużej, aby rozpocząć infekcję w ciągu zaledwie minuty bliski kontakt.

Czy szczepionki zwiększają dawkę zakaźną?

Kiedy ktoś spotyka patogen po raz drugi (czy to z powodu wcześniejszej choroby, czy szczepienia), włącza się kilka mechanizmów obronnych gospodarza. Przeciwciała wytworzone w wyniku szczepienia lub wcześniejszej infekcji zwiążą się z atakującym drobnoustrojem. Będą one zakłócać jego zdolność do przyłączania się do komórki gospodarza lub wyodrębniania drobnoustroju do spożycia przez komórki zwane neutrofilami. A jeśli wirusowi uda się zaatakować komórkę gospodarza, zostanie on celem zniszczenia przez limfocyty T pamięci.

Dzięki tej szybkiej reakcji przeżywa mniej atakujących drobnoustrojów w porównaniu z naiwnym osobnikiem, który po raz pierwszy spotyka się z patogenem, co skutecznie zwiększa dawkę zakaźną.

Jak ta wiedza może nam pomóc uniknąć chorób?

Narażenie jest funkcją stężenia patogenu i czasu kontaktu, więc jeśli możesz zmniejszyć którykolwiek z tych czynników, możesz lepiej unikać chorób zakaźnych.

Dlatego od początku pandemii Covid eksperci zalecali: Model „szwajcarskiego sera”. wielowarstwowej ochrony, przy czym kluczową rolę odgrywa dystans społeczny od innych osób. Im dalej jesteś od osoby zakaźnej, tym mniej cząsteczek wirusa będziesz narażony. Dodanie maski, zwłaszcza a wysokiej jakości respirator, taki jak N95 dzięki dokładnemu dopasowaniu jeszcze bardziej zmniejszą liczbę wirusów, które możesz wdychać. Wentylacja rozrzedza również liczbę cząsteczek wirusów w powietrzu, dlatego przebywanie na zewnątrz lub używanie filtra powietrza w pomieszczeniu zmniejsza ryzyko infekcji.

Szczepienia to kolejny sposób na zmniejszenie ryzyka zakażenia Covidem. Chociaż szczepionki są niedoskonałe, szczepienie nadal zmniejsza ryzyko w pierwszej kolejności zostać zarażonympoprzez zwiększenie dawki zakaźnej niezbędnej do zainicjowania infekcji. Zmniejsza to także szansę na rozwinie się poważna choroba jeśli jesteś zakażony. Liczne badania sugerują również, że osoby zaszczepione są mniej prawdopodobne, że wydali tak wiele cząsteczek wirusa i to szczepienie zmniejsza wiremię.

Maskowanie, zwiększona wentylacja i zachowanie dystansu zmniejszają liczbę drobnoustrojów, na które jesteś narażony. Szczepienie zwiększa dawkę zakaźną. Są to filary ochrony przed infekcją niemal każdym patogenem. Dynamika transmisji jest złożona, ale interwencje, które możemy podjąć, aby się chronić, są stosunkowo proste.