حدت عامل بیماری‌زا و تنوع سویه‌ها

عوامل بیماری‌زا در ظرفیت خود برای ایجاد بیماری متفاوت هستند و سویه‌ها در یک گونه نیز چنین‌اند. حدت (Virulence)، یعنی میزان آسیبی که یک عامل بیماری‌زا ایجاد می‌کند، همراه با تنوع سویه به سویه در قابلیت انتقال و شدت بیماری، به توضیح این موضوع کمک می‌کند که چرا برخی عفونت‌ها خفیف و برخی دیگر کشنده هستند و چرا شیوع‌های ناشی از یک گونه می‌توانند به شدت متفاوت باشند. این موضوع حدت را به عنوان یک مفهوم، نیروهای تکاملی شکل‌دهنده آن، و چگونگی مشارکت تنوع سویه‌ها در تفاوت‌های جمعیتی بیماری معرفی می‌کند.

Definition

حدت (Virulence) درجه یا ظرفیت یک عامل بیماری‌زا برای ایجاد آسیب یا بیماری در میزبان است؛ تنوع سویه‌ها (strain variation) تفاوت‌ها در حدت، قابلیت انتقال، آنتی‌ژنیسیته، یا سایر ویژگی‌ها بین واریانت‌های ژنتیکی از یک گونه عامل بیماری‌زا است که به تنوع در نتایج عفونت در جمعیت‌ها کمک می‌کند.

Scope

این موضوع به جنبه عامل بیماری‌زا از تنوع میزبان-عامل بیماری‌زا می‌پردازد: حدت و بیماری‌زایی (pathogenicity) به چه معنا هستند، چگونه مفهوم‌سازی می‌شوند، تفکر مبادله تکاملی (evolutionary trade-off) که توضیح می‌دهد چرا حدت مقادیر خاصی را به خود می‌گیرد، و چگونه تفاوت‌های سویه‌ای یا ژنوتیپی به تنوع جمعیتی در شدت و انتقال منجر می‌شوند. این موضوع به صورت مفهومی و اپیدمیولوژیک بررسی می‌شود، نه به عنوان پروتکل آزمایشگاهی میکروبیولوژیک یا مدیریت بالینی. این موضوع با پرداختن به اینکه چرا یک میزبان می‌تواند در برابر سویه‌های مختلف به طور متفاوتی عمل کند، مکمل موضوعات مربوط به جنبه میزبان است.

Core questions

• حدت و بیماری‌زایی به چه معنا هستند و آیا آنها تنها ویژگی‌های میکروب هستند؟
• چرا حدت در اکثر عوامل بیماری‌زا نه حداکثری است و نه حداقلی؟
• حدت در رابطه با انتقال چگونه تکامل می‌یابد؟
• تنوع سویه‌ای یا ژنوتیپی چگونه به تفاوت‌ها در شدت و گسترش بیماری کمک می‌کند؟

Key concepts

• حدت
• بیماری‌زایی
• عوامل حدت
• تنوع سویه‌ای و ژنوتیپی
• مبادله انتقال-حدت
• تضعیف (Attenuation)
• تنوع آنتی‌ژنی

Key theories

فرضیه مبادله در تکامل حدت

فرضیه مبادله بیان می‌کند که حدت توسط انتخاب شکل می‌گیرد زیرا آسیبی که یک عامل بیماری‌زا ایجاد می‌کند با انتقال آن مرتبط است، بنابراین حدت میانی اغلب ترجیح داده می‌شود؛ آلیزون و همکاران تاریخچه، شواهد و محدودیت‌های آن را بررسی می‌کنند و اندرسون و می مبنای مدل‌سازی هم‌تکاملی را فراهم کردند.

دیدگاه رابطه‌ای حدت (چارچوب آسیب-پاسخ)

کاسادوال و پیروفسکی استدلال کردند که حدت و بیماری‌زایی ویژگی‌های میکروبی ثابتی نیستند، بلکه از تعامل میزبان-عامل بیماری‌زا ناشی می‌شوند، و آسیب حاصله به وضعیت ایمنی میزبان و همچنین ویژگی‌های میکروبی بستگی دارد.

Mechanisms

در سطح مولکولی، حدت توسط عواملی که چسبندگی، تهاجم، تکثیر، فرار از سیستم ایمنی و تولید سم را ممکن می‌سازند، میانجی‌گری می‌شود. در سطح جمعیت، فرضیه مبادله (trade-off hypothesis) حدت را به عنوان یک سازش تکامل‌یافته (evolved compromise) تعریف می‌کند: بهره‌برداری بیشتر از میزبان ممکن است انتقال را افزایش دهد اما همچنین به میزبان سریع‌تر آسیب رسانده یا آن را از بین ببرد، بنابراین انتخاب اغلب مقادیر میانی را ترجیح می‌دهد، همانطور که توسط آلیزون و همکاران بررسی شده و در چارچوب هم‌تکاملی (coevolutionary framework) اندرسون و می مدل‌سازی شده است. تنوع سویه‌ها از طریق جهش، نوترکیبی و انتخاب ایجاد می‌شود و واریانت‌هایی را تولید می‌کند که در قابلیت انتقال، شدت یا آنتی‌ژنیسیته متفاوت هستند. کاسادوال و پیروفسکی هشدار می‌دهند که آسیب منتسب به حدت به میزبان نیز بستگی دارد، بنابراین حدت بهتر است به عنوان یک ویژگی رابطه‌ای (relational) در نظر گرفته شود تا یک کمیت میکروبی ثابت.

Clinical relevance

تفاوت‌ها در حدت و سویه‌ها به توضیح این موضوع کمک می‌کنند که چرا یک گونه می‌تواند بیماری خفیف یا شدید ایجاد کند و چرا شیوع‌ها متفاوت هستند، که برای تفسیر نظارت و سیگنال‌های شدت در سطح جمعیت مرتبط است. این موضوع یک مرجع مفهومی برای سهم عامل بیماری‌زا در تنوع بیماری است؛ راهنمایی تشخیصی یا درمانی ارائه نمی‌دهد.

Epidemiology

تنوع سویه‌ها به تفاوت‌های جمعیتی در بیماری کمک می‌کند: واریانت‌های یک گونه می‌توانند در قابلیت انتقال و شدت متفاوت باشند و تنوع شیوع به شیوع و مکان به مکان را شکل دهند. دیدگاه مبادله تکاملی توضیح می‌دهد که چرا اکثر عوامل بیماری‌زای در گردش نه بی‌حدت (avirulent) هستند و نه به طور یکنواخت کشنده، تعادلی که نظارت بر واریانت‌های نوظهور به طور مداوم آن را آزمایش می‌کند.

History

میکروبیولوژی اولیه حدت را به عنوان یک ویژگی ثابت و قابل اندازه‌گیری از یک میکروب در نظر می‌گرفت. مدل‌سازی هم‌تکاملی اندرسون و می در سال ۱۹۸۲ حدت را در دینامیک جمعیت میزبان-انگل قرار داد و مبادله انتقال-حدت را که آلیزون و همکاران بعداً بررسی و به طور انتقادی ارزیابی کردند، انگیزه بخشید. به موازات آن، کار کاسادوال و پیروفسکی از سال ۱۹۹۹ به بعد، حدت و بیماری‌زایی را به عنوان ویژگی‌های رابطه‌ای از تعامل میزبان-عامل بیماری‌زا بازتعریف کرد و این حوزه را از دیدگاه صرفاً میکروبی دور کرد.

Debates

آیا مبادله انتقال-حدت به اندازه کافی حدت مشاهده شده را توضیح می‌دهد؟

فرضیه مبادله تأثیرگذار است اما کلیت و حمایت تجربی از آن مورد بحث است؛ آلیزون و همکاران بررسی می‌کنند که در کجا این فرضیه صادق است، در کجا شواهد ضعیف است، و چه توضیحات جایگزین یا مکملی برای تکامل حدت وجود دارد.

Key figures

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

Seminal works

• casadevall-pirofski-1999
• anderson-may-1982
• alizon-2009

Frequently asked questions

آیا حدت صرفاً یک ویژگی میکروب است؟

در دیدگاه مدرن خیر. در حالی که میکروب‌ها عوامل حدت را حمل می‌کنند، چارچوب‌هایی مانند مدل آسیب-پاسخ، حدت را رابطه‌ای در نظر می‌گیرند: آسیب عفونت به تعامل بین عامل بیماری‌زا و میزبان، از جمله وضعیت ایمنی میزبان، بستگی دارد.

چرا عوامل بیماری‌زا به سادگی تکامل نمی‌یابند تا تا حد امکان مضر باشند؟

زیرا آسیب به میزبان می‌تواند انتقال خود عامل بیماری‌زا را کاهش دهد. فرضیه مبادله پیشنهاد می‌کند که انتخاب اغلب حدت میانی را ترجیح می‌دهد، که بهره‌برداری از میزبان را با نیاز به گسترش به میزبان‌های جدید متعادل می‌کند.