Wirt-Pathogen-Interaktionen und Populationsvariation

Eine Infektion ist keine feste Eigenschaft eines Mikroben, sondern das Ergebnis einer Interaktion zwischen einem Pathogen und einem Wirt, die sich in einer heterogenen Population abspielt. Dieselbe Exposition kann eine Person uninfiziert lassen, einer anderen eine milde, selbstlimitierende Krankheit bescheren und eine dritte töten. Dieser Bereich organisiert die Wirtsfaktoren (Alter, Immunstatus, Komorbidität) und Pathogenfaktoren (Virulenz, Stamm), die erklären, warum das Auftreten und die Schwere von Krankheiten zwischen Individuen und Gruppen so stark variieren.

Definition

Wirt-Pathogen-Interaktion bezieht sich auf die dynamische Beziehung zwischen einem infizierenden Mikroorganismus und seinem Wirt, bei der das Ergebnis (keine Infektion, Kolonisation, Krankheit oder Tod) gemeinsam von Wirtsmerkmalen und Pathogenattributen abhängt; Populationsvariation ist die resultierende Heterogenität des Infektionsrisikos und der Krankheitsintensität über Individuen und Gruppen hinweg.

Scope

Der Bereich sammelt die Determinanten, wer infiziert wird und wer schwer erkrankt, behandelt auf Populations- und konzeptioneller Ebene und nicht als klinisches Management. Seine Unterthemen umfassen altersbedingte Anfälligkeit und Schwere, Immunschwäche und spezielle Populationen, Pathogenvirulenz und Stammvariation sowie Komorbidität und andere Risikofaktoren für Infektionen. Er fasst diese als Treiber der Populationsvariation im Infektionskrankheitsrisiko zusammen und ergänzt die Themen Transmissionsdynamik und Überwachung, die an anderer Stelle in der Infektionsepidemiologie behandelt werden.

Sub-topics

• Altersbedingte Anfälligkeit und Schwere
• Komorbidität und Risikofaktoren für Infektionen
• Immunschwäche und spezielle Populationen
• Pathogenvirulenz und Stammvariation

Core questions

• Warum verursacht dasselbe Pathogen bei verschiedenen Menschen sehr unterschiedliche Ergebnisse?
• Welche Wirtsmerkmale (Alter, Immunkompetenz, koexistierende Krankheit) prägen Anfälligkeit und Schwere?
• Wie tragen Pathogenvirulenz und Stammunterschiede zu dieser Variation bei?
• Wie sollte der gemeinsame Beitrag von Wirt und Pathogen konzeptualisiert werden, anstatt ihn nur einer Seite zuzuschreiben?

Key concepts

• Anfälligkeit
• Krankheitsschwere
• Virulenz und Pathogenität
• Immunstatus des Wirts
• Populationsheterogenität
• Risikofaktoren für Infektionen
• Netto-Wirtsschaden

Key theories

Schadensreaktions-Framework (Damage-response framework)

Casadevall und Pirofski definierten Virulenz und Wirtsanfälligkeit als relational neu: Das Ergebnis einer Infektion ist der Netto-Wirtsschaden, der vom Pathogen, von der Immunantwort des Wirts oder von beiden herrühren kann und vom Zustand der Wirtsimmunität und nicht allein von mikrobiellen Eigenschaften abhängt.

Wirt-Parasit-Koevolution und die Trade-off-Ansicht der Virulenz

Anderson und May modellierten Wirt und Parasit als ein gekoppeltes, koevolvierendes System, in dem die Virulenz eines Pathogens durch Selektion auf die Übertragung geformt wird, was den populationsdynamischen Hintergrund dafür liefert, warum Virulenz weder maximal noch minimal ist.

Mechanisms

Ob eine Exposition zu einer Krankheit führt, spiegelt das Zusammentreffen von Wirtsabwehr und Pathogenattributen wider. Auf der Wirtsseite bestimmen die Reife und Kompetenz der angeborenen und adaptiven Immunität, moduliert durch Alter, Immunsuppression und koexistierende Krankheiten, die Anfälligkeit und die Fähigkeit zur Schadensbegrenzung. Auf der Pathogenseite steuern Virulenzfaktoren und Stammunterschiede die Fähigkeit zur Invasion, Replikation und zur Provokation oder Umgehung der Wirtsantwort. Casadevall und Pirofski argumentierten, dass der resultierende Schaden vom Mikroben oder von der eigenen Reaktion des Wirts herrühren kann, so dass das Ergebnis am besten als Eigenschaft der Interaktion und nicht als Eigenschaft einer der beiden Parteien isoliert betrachtet wird. Auf Populationsebene ist diese Interaktion in ein koevolvierendes Wirt-Parasit-System eingebettet, dessen Dynamik die Verteilung von Virulenz und Anfälligkeit prägt.

Clinical relevance

Die Erkenntnis, dass das Infektionsergebnis gemeinsam von Wirt und Pathogen bestimmt wird, hilft, Populationsmuster der Krankheitsintensität zu erklären und informiert darüber, wie das Risiko für Gruppen wie Säuglinge, ältere Erwachsene und immungeschwächte Personen beschrieben wird. Der Bereich ist eine konzeptionelle Referenz zur Interpretation der Heterogenität des Infektionskrankheitsrisikos; er beschreibt Determinanten der Variation und ist keine Grundlage für individuelle diagnostische oder Behandlungsentscheidungen.

Epidemiology

Die Populationsvariation bei Infektionen ist weit verbreitet: Inzidenz und Fallsterblichkeit vieler Infektionen steigen an den Extremen des Alters und bei Personen mit Immunschwäche oder chronischen Krankheiten stark an, während Pathogenstammunterschiede zur Variation der Schwere von Ausbruch zu Ausbruch beitragen. Der Altersgradient, der bei der Coronavirus-Krankheit 2019 beobachtet wurde, bei dem das Sterberisiko mit dem Alter stark anstieg, ist ein klares Beispiel für eine wirtgetriebene Variation der Auswirkungen eines einzelnen Pathogens.

History

Die klassische Mikrobiologie verortete Virulenz im Mikroben und Anfälligkeit im Wirt als getrennte, feste Merkmale. Andersons und Mays koevolutionäre Modellierung in den frühen 1980er Jahren bettete beide in die Populationsdynamik ein, und Casadevalls und Pirofskis Arbeit um die Jahrhundertwende definierte Pathogenität und Wirtsschäden als emergente Eigenschaften der Wirt-Pathogen-Interaktion neu. Diese Verschiebungen führten das Feld von der Katalogisierung mikrobieller oder Wirtsmerkmale hin zur Erklärung der Variation von Ergebnissen.

Key figures

• Arturo Casadevall
• Liise-anne Pirofski
• Roy Anderson
• Robert May

Seminal works

• casadevall-pirofski-1999
• casadevall-pirofski-2003
• anderson-may-1982

Frequently asked questions

Warum wirkt sich dieselbe Infektion bei Menschen so unterschiedlich aus?

Weil das Ergebnis von der Interaktion zwischen Wirt und Pathogen abhängt: Wirtsfaktoren wie Alter, Immunstatus und koexistierende Krankheiten bestimmen zusammen mit der Pathogenvirulenz und dem Stamm gemeinsam, ob eine Exposition zu keiner Infektion, einer milden Krankheit oder einer schweren Erkrankung führt.

Ist Virulenz eine feste Eigenschaft eines Mikroben?

In der modernen Sichtweise nicht. Frameworks wie das Schadensreaktionsmodell behandeln den Schaden einer Infektion als relational, der vom Pathogen, der Wirtsantwort oder beidem herrührt und vom Immunzustand des Wirts und nicht allein vom Mikroben abhängt.