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病原体

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病原体希腊语πάθος pathos “痛苦”、“热情” 与 -γενής -genēs “生产者”),在生物学中,从最古老和最广泛的意义上说,就是任何可以产生疾病的事物。病原体也可以称为传染原,泛指对可以引致疾病生物及非生物的一个统称。病原体一词早在1880年代便开始使用[1][2]。通常,病原体一词用于描述“传染性”的微生物或媒介,例如:病毒细菌病原菌)、真菌原生动物线虫寄生虫类病毒朊病毒[3][4],非生物类别例如:重金属、各种化学毒素、霾害污染等等。微小动物,例如某些种类的蠕虫和昆虫幼虫,也会产生疾病。然而,我们通常将这些动物称为寄生物而非病原体。微观生物的科学研究中,包括微观致病生物在内的疾病被称为微生物学,而可能包括这些病原体的疾病的研究被称为病理学寄生虫学同时是对寄生虫及其寄主生物的科学研究。

病原体可以通过几种途径侵入宿主。主要途径具有不同的事件发生时间框架,但土壤具有最长或最持久的潜在病原体潜藏能力。尽管并非所有疾病都是由病原体引起的,但由传染病引起的人类疾病被称为病原性疾病。尽管并非所有疾病都是病原体引起的,一些疾病,例如亨丁顿舞蹈症,是由异常基因遗传引起的。

历史上首位确定病原体存在的人,是1840年代的匈牙利产科医生塞麦尔维斯。他发现医院内由产科护士负责接生的贫穷产妇,她们的死亡率比由医生负责接生的产妇高了几倍。他从观察中认定两者死亡率的差别,与环境的清洁有关系。

致病性

致病性是病原体潜藏的致病能力。致病性在意义上跟病毒性相关,但是一些权威人士经已将其定性为一个名词,而后者是定量的。透过这标准,可以说是某生物在特定情况下是致病性的或非致病性的,而非比较其他的“更具致病性”。这样的比较是根据相对的毒性来描述的。致病性也不同于病毒的传播性,用以量化感染的风险[5]

病原体可以根据其产生毒素的能力来描述其进入组织、据为己用、劫持营养素,和拥有免疫抑制宿主的能力。

致病性相关的内容

当被确定为某种病因时,通常说该种细菌都是致病的(参见柯霍氏法则)。然而,现代观点认为致病性是取决于整个微生物的生态系统。细菌可能参与在免疫功能低下的宿主的机会性感染,透过质粒感染获得毒性因子,从而转移到宿主体内的其他部位,或对其他细菌总数的变化作出反应。例如,带有耶尔辛氏菌属的小鼠拥有淋巴结感染可能透过“免疫疤痕”的机制来为乳杆菌属继续感染这些部位清扫道路[6]

相关概念

毒性

尽管宿主的身体非常虚弱(病原体导致宿主的健康受损的趋势),当其毒性可以从患病的宿主中传播时,病原体可以从患病的宿主于传播时发生进化。相同物种的宿主之间发生水平传播(Horizontal transmission),与垂直传播(Vertical transmission)相反,它们倾向于透过把病原体的进化成功与宿主生物的进化成功联系起来而发展共生(经过一段时间的高发病率和高死亡率后)。

进化医学(Evolutionary medicine)发现,在水平传播下,宿主种群可能永远不会对病原体产生耐受性。

传播

病原体的传播透过许多不同的途径发生,包括空气传播、直接或间接接触、性接触、通过血液及母乳或其他体液,及通过粪口路径

病原体的种类

朊病毒

朊病毒是错误折叠的蛋白质,可以将其错误折叠的状态转移到其他相同类型的正常折叠的蛋白质上。它们不含任何DNA或RNA,并且除了将已经存在的正常蛋白质转化为错误折叠状态外,无法复制。这些异常折叠的蛋白质在某些疾病中具有典型特征,例如羊搔痒症牛脑海绵状病变(疯牛病)和克雅二氏病[7]

病毒性

病毒是微小颗粒的,通常长度在20至300纳米之间[8],包含着病毒的RNA或DNA。病毒需要宿主的细胞才能复制。由病毒病原体引起的某些疾病包括天花流行性感冒流行性腮腺炎麻疹水痘埃博拉出血热人类免疫缺乏病毒风疹严重急性呼吸系统综合症冠状病毒(SARS-CoV)、中东呼吸综合症冠状病毒(MERS-CoV)、2019新型冠状病毒(2019-nCoV)等。

致病病毒主要来自以下家族:冠状病毒腺病毒微小核糖核酸病毒科疱疹病毒科肝病毒科黄病毒科逆转录病毒正黏液病毒科副黏液病毒科乳头多瘤空泡病毒多瘤病毒科炮弹病毒科披膜病毒科英语Togaviridae。艾滋病毒(HIV)是逆转录病毒科的重要成员,该病在2018年影响着全球中的3,790万人[9]

细菌性

绝大多数细菌的长度在0.15至700μM之间[10],对人类有益或无害。然而,相对数量较少的致病菌会引起传染病。致病细菌可以通过多种方式引起疾病。它们可以对宿主的细胞作直接影响,产生内毒素(endotoxins)来破坏宿主的细胞,或引起足够强的免疫反应导致宿主的细胞被破坏。

细菌性疾病之一的肺结核是疾病负担最大的一种,它由结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)引起,在2013年造成150万人死亡,主要在撒哈拉以南的非洲地区[11]。致病细菌导致其他全球性重大疾病,例如由链球菌属假单胞菌属细菌引起的肺炎,而引致食物中毒的细菌例如志贺氏菌属弯曲菌属沙门氏菌属。致病细菌还引起感染,如破伤风伤寒白喉梅毒痳疯

真菌类

真菌是可以充当病原体的真核生物。现存约有300种已知对人类有致病性的真菌[12],包括最常见导致鹅口疮白色念珠菌,以及可能导致严重脑膜炎新型隐球菌。典型的真菌孢子大小为<4.7μm,但有些孢子可能会更大[13]

藻类

藻类是单细胞植物,尽管确实存在致病性变种,但通常没有致病性。原藻病(Protothecosis)是一种在犬只、猫只、牛和人类体内发现的疾病,那是由一种缺乏叶绿素的绿藻(称为原生藻)引起的[14]

其他寄生虫

一些真核生物,包括许多原生动物蠕虫,都是人类的寄生虫。

病原体的宿主

细菌

尽管细菌本身可以是病原体,但它也可以被病原体感染。噬菌体是一种病毒,也是一种抗菌素,它们感染细菌通常会导致被感染的细菌死亡。常见的噬菌体包括T7抗菌素英语T7 phageΛ[15]。有些噬菌体可以感染各种细菌,包括革兰氏阴性菌革兰氏阳性菌[15]。甚至感染其他物种(包括人类)的病原细菌也可能受到噬菌体的感染。

植物

植物可以充当多种病原体的宿主,包括病毒,细菌,真菌,线虫,甚至其他植物[16]。值得注意的植物病毒包括木瓜环斑病毒英语Papaya ringspot virus,它们对夏威夷及东南亚的农民造成了数百万美元的损失[17],而烟草花叶病毒则在1898年使科学家马丁努斯·威廉·拜耶林克创造了“病毒”一词[18]。细菌性植物病理学也是一个严重的问题,导致许多植物物种中出现叶斑,枯萎和腐烂的情况[19]。植物中最常见的两种细菌病原体是丁香假单胞菌英语Pseudomonas syringae青枯雷尔氏菌英语Ralstonia solanacearum,它们会导致叶片褐变,以及在马铃薯、蕃茄及香蕉的其他问题[19]

真菌亦是植物的另一种主要病原体类型。它们会引起各种各样的问题,例如植株较矮小、在树干、根部或腐烂的种子生长或凹陷,和出现叶斑[20]。常见和严重的植物真菌包括稻热病菌荷兰榆树病栗子疫病英语Chestnut blight。据估计,仅致病真菌会导致农作物减少产量多达65%[19]。总体而言,植物体内具有多种病原体,据估计,当中只有3%的植物病原体所引起的疾病可以得到控制[19]

动物

动物经常感染许多跟人类相同或相似的病原体,包括朊病毒、病毒、细菌和真菌。虽然野生动物经常生病,但更大的危险是牲畜。据估计在农村的设置中,90%或更多牲畜的死亡也可归因于病原体[21][22]。朊病毒牛脑海绵状病变,俗称疯牛病,是影响着动物的少数病毒疾病之一[23]。其他动物疾病包括与人类免疫缺陷病毒(HIV)相关的病毒引起的多种免疫缺陷疾病,包括牛免疫缺陷病毒英语Bovine immunodeficiency virus猫免疫缺陷病毒[24]

人类

人类可以感染许多不同类型的病原体,包括院病毒,病毒,细菌和真菌。感染人类的病毒和细菌会引起打喷嚏,咳嗽,发烧,呕吐甚至死亡等症状。这些症状中的一些是由病毒本身引起的,而另一些则是由感染者的免疫系统引起的[25]

治疗

朊病毒

尽管进行了许多尝试,但没有疗法能够显示可阻止朊病毒进展的疗法[26]

病毒

对于某些病毒的病原体而言,存在着多种预防和治疗选择。疫苗是针对多种病毒病原体的一种常见且有效的预防措施[27]。疫苗可激发宿主的免疫系统的反应,因此当潜在宿主在野外遇到病毒时,其免疫系统可以快速作出感染的防御。存在着针对病毒的疫苗包括有麻疹流行性腮腺炎风疹病毒和流感病毒[28]HIV骨痛热症病毒基孔肯雅热等某些病毒目前没有可用的疫苗[29]

病毒感染的治疗通常涉及治疗感染症状,而非提供任何会影响病毒病原体本身的药物[30][31]。治疗病毒感染的症状是让宿主免疫系统有时间开发针对该病毒病原体的抗体,从而将感染清除。在某些情况下必须对该病毒进行治疗,其中一个例子就是艾滋病毒,需要使用抗反转录病毒药物,也就是称为ART或HAART,以防止免疫细胞丢失和进一步发展成为艾滋病[32]

细菌

跟病毒的病原体相似,某些细菌病原体的感染可以通过疫苗来预防[28]。预防细菌性病原体的疫苗包括炭疽疫苗英语Anthrax vaccines肺炎链球菌疫苗。许多其他细菌性病原体缺乏疫苗作为预防措施,但是这些细菌的感染通常可以用抗生素来治疗或预防。许多其他细菌性病原体缺乏疫苗作为预防措施,但是这些细菌的感染通常可以利用抗生素治疗或预防。常见的抗生素包括阿莫西林环丙沙星地塞米松去氧羟四环素。每种抗生素都具有效的抗菌作用,并且具有不同的杀灭细菌的机制。例如,强力霉素抑制革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌中新蛋白的合成,从而导致受影响细菌的死亡[33]

由于在不需要抗生素的情况下处方过多,一些细菌性病原体已发展出对抗生素的抗药性,并且正变得难以用传统抗生素来治疗[34]。一种称为MRSA金黄色葡萄球菌是细菌性病原体的一个例子,难以利用普通抗生素治疗。疾病控制中心(CDC)在2013年发布的一份报告中估计,在美国每年至少有200万人受到抗药性细菌感染,并且至少有23,000人死于这些感染[35]

真菌

真菌病原体的感染可用抗真菌药物治疗。真菌感染例如是足癣股癣皮癣菌病都是皮肤感染,可以外用抗真菌的药物克催玛汝来治疗[36]。其他常见的真菌感染包括酵母菌株白色念珠菌的感染。念珠菌可引起口腔或咽喉感染,通常称为鹅口疮,或会导致念珠菌性外阴阴道炎。这些内部感染可以用抗真菌药膏或口服药物治疗。常见用于内部感染的抗真菌药,包括棘白菌素系列药物英语Echinocandin氟康唑[37]

藻类

藻类通常都不被认为是病原体,但原虫英语Prototheca属已知会导致人类患病[38][39]。目前正在研究针对这种感染的治疗方法,在临床治疗中尚未一致的治疗方法[39]

植物中病原发展阶段

接种

接种(inoculation),指接种源传送到达寄主部位,其包括接种源的降落及到达,真菌孢子或寄生性植物种子的发芽,线虫卵的孵化等步骤。

侵入

入侵方式

  1. 直接侵入(direct penetration),机械压力穿透角质层和表皮细胞的物理方式。也有分泌酵素溶解或软化角质层的化学方法,通常物理和化学破坏方式并存进行。
  2. 特定部位:真菌会经由柱头、幼苗、幼芽、根毛
  3. 自然开孔(natural opening),气孔、皮目、伤口、水孔、蜜管孔和叶柄痕等侵入。细菌性病害只能经由自然开口侵入。
  4. 经媒介者,拟菌质、类立克次体、病毒拟病毒透过昆虫、线虫、真菌、和人类等。

影响病源因子:

  • 植物年龄增加,抗病性增加。
  • 植物生理会改变入侵途径。
  • 环境干湿会改变入侵途径。

感染

病原体与寄主植物细胞及组织之间建立一种接触的关系,而由寄主获得营养称之为感染。如果寄主遇到非病原菌入侵细胞时,寄主细胞会产生过敏性反应(hyperentitive reaction),此寄主细胞立即死亡,于是病源无法由寄主获得正常之养分饿死,或死亡细胞有有害物质抑制病菌。

侵害

侵害是感染的后期,病菌在感染寄主后,有一病原在内部蔓延,但外表看不出来,即是疾病潜伏期(incubation period),然后病原菌生长和繁殖则是侵害。侵入、感染、侵害是互相延续的,孢子发芽侵入寄主组织,菌丝开始蔓延则是致病过程(pathogenesis),病有病征出现,寄生关系从而建立,可谓之感染(infection),故感染表示寄主组织已被病原菌所缠据(colonization)。

繁殖

病毒繁殖最快。细菌亦可用二裂法繁殖。每一只雌线虫约可以产生300个虫卵(eggs)。

病源传播

细菌通常利用鞭毛游动。真菌水声菌有游走孢子(zoospore)可以在水中游泳。不完全菌之分生孢子(conidia)通常靠风、雨传播。许多病毒藉昆虫制造伤口而传播。

病源残存

病原菌有时靠冬季寄主越冬。

  • 寄主范围广泛的多犯性(polyxeny)病源,如细菌性癌种病菌。
  • 利用本身残存构造越冬,如白粉病菌之囊孢子在囊壳内越冬。
  • 靠寄主残株或病枝条内的菌丝体和细菌越冬,如水稻到热病。
  • 存在土壤内越冬,如高等寄生植物之种子、线虫之卵。

动物中的性接触传染

许多病原体都能透过性接触来传播的。在病原细菌中,通过自然遗传转化的过程,同一物种的细胞之间的转化可透过性接触来发生作用。转化涉及从捐赠者细胞的DNA转移到受赠者细胞,然后透过遗传重组将捐赠者细胞的DNA整合到受赠者的基因组里。能够自然转化的细菌病原体的例子有:幽门螺杆菌流感嗜血杆菌退伍军人菌淋球菌肺炎链球菌[40]

真核病原体能够经常透过涉及减数分裂配子生殖的过程进行性相互作用。减数分裂涉及以及它们之间的重组,以及它们之间的重组。具有性能力的真核病原体的例子包括:原生动物寄生虫原虫传染恶性疟原虫弓浆虫布氏锥虫英语Trypanosoma brucei兰氏贾第鞭毛虫,和真菌烟曲霉白色念珠菌新型隐球菌[40]

当两个或多个病毒基因组进入同一宿主细胞时,病毒也可能发生性接触进行相互作用。该过程涉及同源基因组的配对和重组,它们之间的这种过程称为“多重激活(multiplicity reactivation)”。经历此过程的病毒包括单纯疱疹病毒人类免疫缺乏病毒牛痘病毒[40]

细菌中的性过程,微生物真核生物和病毒都涉及同源基因组之间的重组,通过它们各自目标宿主的防御而对病原体的基因组造成了伤害,这似乎促进了基因组损伤的修复

参考文献

引用

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来源

书籍
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参见

外部链接

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