Hur många mikrober krävs för att göra dig sjuk? | Quanta Magazine

För att en patogen ska göra oss sjuka måste den övervinna mycket. Först måste den komma in i kroppen och kringgå naturliga barriärer som hud, slem, flimmerhår och magsyra. Då behöver den föröka sig; vissa bakterier och parasiter kan göra detta praktiskt taget var som helst i kroppen, medan virus och vissa andra patogener bara kan göra det inifrån en cell. Och hela tiden måste den parera attacker från kroppens immunförsvar.

Så medan vi ständigt översvämmas av mikrober, är antalet mikrober som kommer in i våra kroppar vanligtvis för lågt för att komma förbi vårt försvar. (En tillräckligt liten dos kan till och med påminna vårt immunsystem om en patogens existens, vilket ökar vårt antikroppssvar för att hålla oss skyddade mot det.)

När tillräckligt många patogener lyckas bryta vårt försvar och börjar replikera blir vi sjuka. Ofta är detta bara ett sifferspel. Ju fler inkräktare du bekämpar, desto mer sannolikt är det att du känner dig sjuk.

Hur många mikrober behöver komma in i kroppen innan vi börjar må illa?

Detta varierar beroende på patogen och är känt som en mikrobs "infektionsdos". Vanligtvis krävs det ganska många, men vissa mikrober kräver ett otroligt litet antal organismer för att starta en infektion. Ta till exempel norovirus, magen som är ökänt för att sprida sig när människor är i nära kontakt och rör vid samma ytor, som på kryssningsfartyg. Dess smittsamma dos kan vara så liten som 18 individuella virus, vilket gör det otroligt enkelt att överföra. Det är också mycket tåligt även utanför kroppen, så en infekterad person som sipprar ut viruset kan lämna en stor mängd av det bakom sig - tillräckligt för att enkelt infektera andra, även flera dagar senare.

Hur är det med begreppet "viral belastning"? Är det relaterat?

De är liknande idéer, men medan infektiös dos hänvisar till hur många organismer som kommer att leda till en infektion, är virusmängden ett aktivt mått på infektion: antalet organismer som replikerar inom värden. Terminologin introducerades först för allmänheten som en del av vår förståelse av hiv/aids, och den ökade i användning efter starten av Covid-pandemin.

Hur tar forskarna reda på en mikrobs smittsamma dos?

Det är fortfarande en inexakt vetenskap. Guldstandardstudien, kallad en human challenge study, innebär att man avsiktligt ger människor en dos av patogenen. Tyvärr är detta tillvägagångssätt etiskt svårt eftersom det (uppenbarligen) medför en risk för allvarlig sjukdom och potentiella långtidskomplikationer.

Så istället exponerar forskare marsvin, råttor, möss eller illrar, beroende på patogen. Men det kan vara svårt att direkt extrapolera djurdoseringen till den mänskliga motsvarigheten.

Dessutom har smittvägen betydelse. Något som kommer rakt in i din blodomlopp kommer sannolikt att kräva mycket färre mikrober för att få fäste än en som kommer in genom din mun eller lungor, till exempel, eftersom blodomloppet tillåter patogenen att kringgå många värdförsvar. Det är därför till exempel risk för HIV-infektion är mycket högre när det kommer från en blodtransfusion eller nålstick jämfört med en sexuell väg.

Ett tredje sätt att försöka räkna ut infektionsdos är att använda observationsstudier, där forskare härleder siffran från att se hur lång tid det tar för en utsatt person (särskilt i familjer eller andra närkontaktmiljöer) att bli sjuk. Som du kanske misstänker är detta ofta rörigt och inexakt jämfört med de två föregående metoderna.

Varför är infektionsdoserna av vissa patogener högre eller lägre än andras?

Vi är inte säkra. Det kan bero på hur en inkräktare fungerar. Forskare har föreslog att patogener som kräver direkt kontakt med värdceller tenderade att vara mer effektiva, så deras infektionsdoser var ganska låga. Men om bakterier angriper värdceller indirekt (som genom att utsöndra proteiner som fortsätter att skada värdceller), så är en större dos bakterier nödvändig för att infektera värden, eftersom de värdmodifierande sekretet kan spädas ut med tid och rum. Denna idé stöddes i en 2012 studie som också tittade på virus, svampar och parasiter. Men vi behöver fortfarande ytterligare bekräftelse för ett bredare utbud av mikrober.

Vad vet vi om den smittsamma dosen för viruset som orsakar Covid?

Vi har lärt oss mycket under de nästan fyra åren sedan det först dök upp, men mycket av det kommer från djurmodeller av infektioner och mänskliga observationsstudier. De flesta djurmodeller kräver en hög dos av viruset - 10,000 1 till XNUMX miljon "plackbildande enheter" (PFU), där varje enhet räcker för att infektera en cell i vävnadskultur och döda den. Observationsstudier på människor tyder dock på att den smittsamma dosen kan vara runt 100 till 400 PFU i genomsnitt, men återigen ger denna metod bara en mycket grov riktlinje.

Dessa studier tyder på att en anledning till att viruset är så lätt att överföra är att det har en relativt låg infektionsdos, liknande andra luftvägsvirus såsom RSV och "förkylning" coronavirus (och lägre än den smittsamma dosen av de flesta stammar av influensavirus).

Och när vi jämför den smittsamma dosen med mängden virus som andas ut av en infekterad individ, är det inte förvånande att viruset sprider sig så snabbt. A senaste förtrycket visar att infekterade patienter kan andas ut upp till 800 virala RNA-kopior per minut i cirka åtta dagar efter att deras symptom började. Även om vi inte direkt kan översätta RNA-kopior till mängden levande viruspartiklar, om ens hälften av dessa RNA-kopior är från ett för närvarande smittsamt virus, är det teoretiskt möjligt att få en dos som är tillräckligt stor för att starta en infektion på bara en minut. närkontakt.

Ökar vacciner den smittsamma dosen?

När någon stöter på en patogen för andra gången (oavsett om det beror på en tidigare sjukdom eller vaccination), kommer flera värdförsvar till handling. Antikroppar som genereras från vaccination eller tidigare infektion kommer att binda till den invaderande mikroben. Dessa kommer att störa dess förmåga att fästa till en värdcell, eller peka ut mikroben för intag av celler som kallas neutrofiler. Och om ett virus lyckas invadera en värdcell, kommer det att bli föremål för förstörelse av minnes-T-celler.

På grund av detta snabba svar överlever färre av de invaderande mikroberna jämfört med en naiv individ som möter patogenen för första gången, vilket effektivt höjer den smittsamma dosen.

Hur kan denna kunskap hjälpa oss att undvika sjukdomar?

Exponering är en funktion av patogenkoncentration och kontakttid, så om du kan minska någon av dessa kan du bättre undvika infektionssjukdomar.

Det är därför, från början av Covid-pandemin, har experter rekommenderat a "Schweizisk ost" modell skiktat skydd, där social distansering från andra individer spelar en nyckelroll. Ju längre du är från en smittsam person, desto färre av deras viruspartiklar kommer du att exponeras för. Lägga till en mask, speciellt en högkvalitativt andningsskydd som en N95 med en åtsittande passform kommer du att ytterligare minska antalet virus du kan andas in. Ventilation späder också ut antalet viruspartiklar i luften, varför det att vara ute eller använda ett luftfilter inomhus minskar risken för infektion.

Vaccination är ett annat sätt att minska risken för Covid-infektion. Även om vaccinerna är ofullkomliga, minskar vaccination fortfarande risken för att bli smittad i första handgenom att öka den infektionsdos som krävs för att initiera en infektion. Det minskar också chanserna för utvecklar allvarlig sjukdom om du är smittad. Flera studier tyder också på att vaccinerade personer är det mindre benägna att släppa så många viruspartiklar och den vaccinationen minskar viral belastning.

Maskering, ökad ventilation och distansering minskar antalet mikrober du utsätts för. Vaccination ökar infektionsdosen. Dessa är pelarna för skydd mot infektion från i stort sett alla patogener. Överföringsdynamik är komplex, men de ingrepp vi kan vidta för att skydda oss själva är jämförelsevis enkla.