Độc lực và Biến thể chủng của Tác nhân gây bệnh

Các tác nhân gây bệnh khác nhau về khả năng gây bệnh, và các chủng trong cùng một loài cũng vậy. Độc lực, mức độ gây hại của một tác nhân gây bệnh, cùng với sự biến đổi giữa các chủng về khả năng lây truyền và mức độ nghiêm trọng, giúp giải thích tại sao một số bệnh nhiễm trùng nhẹ và một số khác gây tử vong, cũng như tại sao các đợt bùng phát của cùng một loài có thể khác biệt rõ rệt. Chủ đề này giới thiệu độc lực như một khái niệm, các lực lượng tiến hóa định hình nó, và cách biến thể chủng góp phần vào sự khác biệt về bệnh tật trong quần thể.

Definition

Độc lực là mức độ hoặc khả năng của một tác nhân gây bệnh gây tổn thương hoặc bệnh tật ở vật chủ; biến thể chủng là sự khác biệt về độc lực, khả năng lây truyền, tính kháng nguyên hoặc các đặc điểm khác giữa các biến thể di truyền của cùng một loài tác nhân gây bệnh, góp phần vào sự biến đổi về kết quả nhiễm trùng giữa các quần thể.

Scope

Chủ đề này bao gồm khía cạnh tác nhân gây bệnh của sự biến đổi vật chủ-tác nhân gây bệnh: độc lực và khả năng gây bệnh có nghĩa là gì, chúng được khái niệm hóa như thế nào, tư duy đánh đổi tiến hóa giải thích tại sao độc lực có những giá trị như vậy, và cách sự khác biệt về chủng hoặc kiểu gen chuyển thành sự biến đổi quần thể về mức độ nghiêm trọng và lây truyền. Nó được xử lý theo khía cạnh khái niệm và dịch tễ học, không phải là quy trình phòng thí nghiệm vi sinh hoặc quản lý lâm sàng. Nó bổ sung cho các chủ đề về phía vật chủ bằng cách giải quyết lý do tại sao cùng một vật chủ có thể phản ứng khác nhau đối với các chủng khác nhau.

Core questions

• Độc lực và khả năng gây bệnh có nghĩa là gì, và chúng có phải là đặc tính riêng của vi sinh vật không?
• Tại sao độc lực không phải là tối đa cũng không phải là tối thiểu ở hầu hết các tác nhân gây bệnh?
• Độc lực tiến hóa như thế nào liên quan đến sự lây truyền?
• Biến thể chủng hoặc kiểu gen góp phần như thế nào vào sự khác biệt về mức độ nghiêm trọng và sự lây lan của bệnh?

Key concepts

• Độc lực
• Khả năng gây bệnh
• Yếu tố độc lực
• Biến thể chủng và kiểu gen
• Đánh đổi lây truyền-độc lực
• Giảm độc lực
• Biến đổi kháng nguyên

Key theories

Giả thuyết đánh đổi về sự tiến hóa của độc lực

Giả thuyết đánh đổi cho rằng độc lực được định hình bởi chọn lọc vì tác hại mà tác nhân gây bệnh gây ra có liên quan đến sự lây truyền của nó, do đó độc lực trung gian thường được ưu tiên; Alizon và các đồng nghiệp đã xem xét lịch sử, bằng chứng và giới hạn của nó, và Anderson và May đã cung cấp nền tảng mô hình đồng tiến hóa.

Quan điểm quan hệ về độc lực (khuôn khổ phản ứng tổn thương)

Casadevall và Pirofski lập luận rằng độc lực và khả năng gây bệnh không phải là các đặc tính vi sinh vật cố định mà phát sinh từ tương tác vật chủ-tác nhân gây bệnh, với tổn thương gây ra phụ thuộc vào trạng thái miễn dịch của vật chủ cũng như các thuộc tính của vi sinh vật.

Mechanisms

Ở cấp độ phân tử, độc lực được điều hòa bởi các yếu tố cho phép bám dính, xâm nhập, nhân lên, trốn tránh miễn dịch và sản xuất độc tố. Ở cấp độ quần thể, giả thuyết đánh đổi coi độc lực là một sự thỏa hiệp tiến hóa: việc khai thác vật chủ nhiều hơn có thể làm tăng khả năng lây truyền nhưng cũng gây hại hoặc giết chết vật chủ nhanh hơn, do đó chọn lọc thường ưu tiên các giá trị trung gian, như được Alizon và các đồng nghiệp đánh giá và mô hình hóa trong khuôn khổ đồng tiến hóa của Anderson và May. Biến thể chủng phát sinh thông qua đột biến, tái tổ hợp và chọn lọc, tạo ra các biến thể khác nhau về khả năng lây truyền, mức độ nghiêm trọng hoặc tính kháng nguyên. Casadevall và Pirofski cảnh báo rằng tổn thương do độc lực gây ra cũng phụ thuộc vào vật chủ, vì vậy độc lực tốt nhất nên được hiểu là có tính chất quan hệ hơn là một đại lượng vi sinh vật cố định.

Clinical relevance

Sự khác biệt về độc lực và chủng giúp giải thích tại sao cùng một loài có thể gây ra bệnh nhẹ hoặc nặng và tại sao các đợt bùng phát khác nhau, điều này có liên quan đến việc giải thích các tín hiệu giám sát và mức độ nghiêm trọng ở cấp độ quần thể. Chủ đề này là một tài liệu tham khảo khái niệm về sự đóng góp của tác nhân gây bệnh vào sự biến đổi bệnh tật; nó không cung cấp hướng dẫn chẩn đoán hoặc điều trị.

Epidemiology

Biến thể chủng góp phần vào sự khác biệt về bệnh tật trong quần thể: các biến thể của một loài có thể khác nhau về khả năng lây truyền và mức độ nghiêm trọng, định hình sự biến đổi giữa các đợt bùng phát và giữa các địa điểm. Quan điểm đánh đổi tiến hóa giải thích tại sao hầu hết các tác nhân gây bệnh lưu hành không phải là không độc lực cũng không gây tử vong đồng đều, một trạng thái cân bằng mà việc giám sát các biến thể mới nổi liên tục kiểm tra.

History

Vi sinh học ban đầu coi độc lực là một đặc tính cố định, có thể đo lường được của một vi sinh vật. Mô hình đồng tiến hóa của Anderson và May vào năm 1982 đã đặt độc lực vào động lực học quần thể vật chủ-ký sinh trùng, thúc đẩy sự đánh đổi lây truyền-độc lực mà Alizon và các đồng nghiệp sau này đã xem xét và đánh giá phê bình. Song song đó, công trình của Casadevall và Pirofski từ năm 1999 trở đi đã định nghĩa lại độc lực và khả năng gây bệnh là các đặc tính quan hệ của tương tác vật chủ-tác nhân gây bệnh, chuyển hướng lĩnh vực này khỏi quan điểm chỉ tập trung vào vi sinh vật.

Debates

Liệu sự đánh đổi lây truyền-độc lực có giải thích đầy đủ độc lực quan sát được không?

Giả thuyết đánh đổi có ảnh hưởng nhưng tính tổng quát và bằng chứng thực nghiệm của nó vẫn còn được tranh luận; Alizon và các đồng nghiệp đã xem xét những trường hợp nó đúng, những nơi bằng chứng còn yếu, và những giải thích thay thế hoặc bổ sung nào tồn tại cho sự tiến hóa của độc lực.

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

Độc lực có phải đơn thuần là một đặc tính của vi sinh vật không?

Không theo quan điểm hiện đại. Mặc dù vi sinh vật mang các yếu tố độc lực, các khuôn khổ như mô hình phản ứng tổn thương coi độc lực là có tính chất quan hệ: tác hại của nhiễm trùng phụ thuộc vào tương tác giữa tác nhân gây bệnh và vật chủ, bao gồm cả trạng thái miễn dịch của vật chủ.

Tại sao các tác nhân gây bệnh không đơn giản tiến hóa để gây hại nhiều nhất có thể?

Bởi vì việc gây hại cho vật chủ có thể làm giảm khả năng lây truyền của chính tác nhân gây bệnh. Giả thuyết đánh đổi đề xuất rằng chọn lọc thường ưu tiên độc lực trung gian, cân bằng việc khai thác vật chủ với nhu cầu lây lan sang các vật chủ mới.