宿主と病原体の相互作用

宿主病原体相互作用は、微生物やウイルスが分子レベル、細胞レベル、個体レベル、または集団レベルで宿主生物内で自己を維持する方法と定義されます。この用語は、病原微生物を指す場合に最もよく使用されますが、病原微生物はすべての宿主に病気を引き起こすとは限りません。^[1]このため、この定義は、病気を引き起こすかどうかに関係なく、既知の病原体が宿主内でどのように生存するかにまで拡大されました。

分子レベルおよび細胞レベルでは、微生物は宿主に感染して急速に分裂し、そこに存在して体内の恒常性の不均衡を引き起こしたり、症状を引き起こす毒素を分泌したりして病気を引き起こします。ウイルスはまた、毒性のあるDNAで宿主に感染し、正常な細胞プロセス（転写、翻訳など）に影響を与えたり、タンパク質の折り畳みに影響を与えたり、免疫反応を回避したりします。^[2]

科学者が最初に観察した病原菌の 1 つがコレラ菌で、1854 年にフィリッポ パチーニによって詳細に説明されました。彼の最初の発見は細菌の絵に過ぎませんでしたが、1880 年までに細菌に関する多くの論文を発表しました。彼はコレラ菌が下痢を引き起こす仕組みを説明し、効果的な治療法も開発しました。これらの発見のほとんどは、1884 年にロベルト コッホがこの細菌を再発見し、病気との関連を明らかにするまで注目されませんでした。

ジアルジア・ランブリアは1600年代にレーウェンフックによって発見されました^[2][3]、1970年代まで病原性があるとは判明していませんでしたH.ピロリや大腸菌など多くの他の生物が病原体として特定され、科学者はこれらの有害な微生物に対抗する抗生物質を開発することができました。

病原体には、細菌、真菌、原生動物、寄生虫（蠕虫）、ウイルスなどがあります。

これらの異なるタイプの生物はそれぞれ、感染経路に基づいて病原体としてさらに分類できます。これには、食品媒介、空気媒介、水媒介、血液媒介、およびベクター媒介が含まれます。食品媒介の黄色ブドウ球菌やボツリヌス菌など、多くの病原細菌は、宿主に毒素を分泌して症状を引き起こします。HIVとB型肝炎は、血液媒介病原体によって引き起こされるウイルス感染症です。最も一般的な病原菌であるアスペルギルスは、発がん物質として作用するアフラトキシンを分泌し、多くの食品、特に地下で栽培される食品（ナッツ、ジャガイモなど）を汚染します。^[4]

宿主の体内で、病原体はさまざまな働きをして病気を引き起こし、免疫反応を誘発します。

微生物や真菌は、増殖率と組織侵入率が高いため、症状を引き起こします。これにより免疫反応が起こり、食細胞が宿主内の細菌を分解する際に、一般的な症状が現れます。

ピロリ菌などの一部の細菌は、周囲の組織に毒素を分泌し、細胞死や正常な組織機能の阻害を引き起こす可能性があります。

しかし、ウイルスは病気を引き起こすために全く異なるメカニズムを使用します。宿主に侵入すると、ウイルスは2つのことのいずれかを行います。多くの場合、ウイルス病原体は溶解サイクルに入ります。これは、ウイルスがDNAまたはRNAを宿主細胞に挿入し、複製し、最終的に細胞を溶解させ、より多くのウイルスを環境に放出するときです。一方、溶原性サイクルは、ウイルスDNAが宿主ゲノムに組み込まれ、免疫システムに気付かれないようにすることです。最終的に、ウイルスは再活性化され、溶解サイクルに入り、いわば無期限の「有効期限」を与えます。^[5]

病原体が宿主とどのように相互作用するかに基づいて、宿主と病原体の相互作用には 3 つのタイプがあります。片利共生とは、病原体が相互作用から利益を得る一方で、宿主は何も得ない場合です。この例としては、バクテロイデス・テタイオタオミクロンが挙げられます。これは人間の腸管に生息しますが、利益をもたらすことは知られていません。^[6]共生は、人間の胃に見られるように、病原体と宿主の両方が相互作用から利益を得る場合に発生します。多くの細菌は宿主の栄養素の分解を助け、その代わりに、私たちの体はそれらの生態系として機能します。^{[7]寄生は、病原体が関係から利益を得る一方で、宿主が害を受ける場合に発生します。これは、人間にマラリアを引き起こす単細胞の熱帯熱マラリア原虫}Plasmodium falciparumに見られます。^[8]

病原体は確かに病気を引き起こす能力を持っていますが、常にそうするわけではありません。これは状況依存の病原性として説明されています。科学者は、この変動性は宿主内の遺伝的要因と環境的要因の両方から生じると考えています。人間におけるその一例は大腸菌です。通常、この細菌は腸内の正常で健康な微生物叢の一部として繁殖します。しかし、消化管や体の別の領域に移動する場合には、激しい下痢を引き起こす可能性があります。そのため、大腸菌は病原体として分類されていますが、常にそのように作用するわけではありません。^{[9]この例は、}黄色ブドウ球菌や人間の他の一般的な微生物叢にも当てはまります。

現在、抗菌剤は病原体に対する主な治療法です。これらの薬剤は、微生物を殺すか、宿主環境内でのさらなる成長を阻害するように特別に設計されています。抗菌剤を説明するために複数の用語を使用できます。抗生物質は、ペニシリンやエリスロマイシンなど、他の病原体に対して使用できる微生物によって生成される化学物質です。半合成抗菌剤は、細菌由来の抗菌剤ですが、より効果を高めるために強化されています。これら2つとは対照的に、合成抗菌剤は病原性に対抗するために厳密に研究室で製造されています。これらの3種類の抗菌剤はそれぞれ、殺菌性と静菌性の2つのグループに分類できます。殺菌性物質は微生物を殺し、静菌性物質は微生物の成長を阻害します。^[10]

現代世界における病原体薬物治療の主な問題は薬剤耐性です。多くの患者が薬物治療を十分に受けず、耐性菌の自然淘汰につながります。その一例がメチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）です。抗生物質の過剰使用により、薬剤に対抗するために遺伝子変異を起こした細菌だけが生き残ることができます。これにより薬剤の効果が低下し、多くの治療が役に立たなくなります。^[11]

宿主-病原体相互作用のネットワーク解析と感染宿主細胞のRNA配列データの大規模解析により、^[12]宿主インタラクトームの広範な再配線を引き起こす病原体タンパク質が、感染中の病原体の適応度に大きな影響を与えることがわかっています。これらの観察は、宿主-病原体インタラクトームのハブが抗菌薬設計の有望なターゲットとして調査されるべきであることを示唆しています。^[13]宿主と病原体によって新たに合成されたタンパク質を同時に定量することにより、2種プロテオミクスを使用して宿主-病原体相互作用を研究することもできます。^[14]現在、多くの科学者が遺伝的変異とそれが病原体相互作用と宿主内の変異にどのように寄与するかを理解することを目指しています。彼らはまた、多くの病原体の伝染方法に制限を設けて、宿主内での急速な拡散を防ぐことを目指しています。宿主-病原体相互作用と宿主内の変異の量についてさらに学ぶにつれて、^[15]相互作用の定義を再定義する必要があります。カサデヴァルは、病原性は宿主に与えるダメージの量に基づいて決定されるべきであり、病原体が宿主内でどのように機能するかに基づいて病原体を異なるカテゴリーに分類すべきであると提案している。^[16]しかし、変化する病原体環境に対処するためには、薬剤耐性微生物に対処するために治療法を改訂する必要がある。

• フィトバイオーム

• GPS-Prot 2023-04-12 にWayback Machineでアーカイブタンパク質相互作用のデータ視覚化 (HIV-Host)
• 細胞宿主と微生物（ジャーナル）
• 微生物と感染症（ジャーナル）
• VirHostNet – Vir us-ホストタンパク質間相互作用ネットワーク知識ベース
• PHI-base – 病原体-宿主相互作用データベース
• ハーバード大学のウイルス・ヒト相互作用ネットワークマップ