Terapia Germofobią: wydanie sprawdzające rzeczywistość

Poniżej znajduje się fragment rozdziału 1 Strach przed mikrobiologiczną planetą: Jak germofobiczna kultura bezpieczeństwa czyni nas mniej bezpiecznymi.

Kiedy moja siostra po raz pierwszy wchodzi do pokoju hotelowego, zabiera ze sobą pojemnik z chusteczkami dezynfekującymi i przeciera każdą powierzchnię, która w niedawnej przeszłości mogła mieć kontakt z człowiekiem. Nie robi nic więcej, zanim to się stanie. Żadnego siadania, żadnego rozpakowywania. Nic.

"Dlaczego to robisz?" Spytałem się jej.

„Nigdy nie wiadomo, co lub kto tam był” – odpowiedziała.

To prawda, gdziekolwiek się udasz, pomyślałem, ale wtedy nie naciskałem dalej. Moja siostra jest germofobką i wiedziałam, że nie da się jej przekonać niczym innym, co jej młodszy brat miałby do powiedzenia, nawet gdybym była badaczką chorób zakaźnych. Ale może to zrobisz.

Germofobowie żyją w zaprzeczeniu

Germofobowie (którzy można również zapisać jako germafobowie) żyją w zaprzeczeniu, ponieważ drobnoustroje są wszędzie i nie można ich uniknąć. Szacuje się, że w danym momencie na Ziemi żyje 6×10^30 komórek bakteryjnych. Według wszelkich standardów jest to ogromna ilość biomasy, ustępująca jedynie roślinom i ponad 30-krotnie przekraczająca ilość biomasy wszystkich zwierząt. Mikroorganizmy stanowią do 90 procent biomasy oceanu i składają się z 10^30 komórek, co odpowiada masie 240 miliardów słoni afrykańskich. Samo powietrze, którym oddychasz, zawiera znaczną ilość cząstek organicznych, w tym ponad 1,800 gatunków bakterii i setki gatunków grzybów unoszących się w powietrzu w postaci zarodników i fragmentów strzępek. Niektóre drobnoustroje mogą utrzymywać się w powietrzu przez kilka dni lub tygodni, zwykle podróżując na cząstkach kurzu lub gleby. Sama gęstość powietrza, którym oddychamy, oznacza, że ​​wdychamy tysiące cząstek drobnoustrojów na każdą godzinę spędzoną na świeżym powietrzu. Wejście do środka nie różni się zbytnio, ponieważ powietrze w pomieszczeniu jest zazwyczaj kojarzone z bezpośrednim otoczeniem na zewnątrz, a różnice wynikają z wentylacji i obłożenia. Prawie niemożliwe jest znalezienie miejsca, zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz, które byłoby całkowicie sterylne, chociaż niektóre miejsca są brudniejsze niż inne.

Jeśli pracujesz w zatęchłej, zniszczonej przez wodę piwnicy bez respiratora ochronnego, usuwanie spleśniałej płyty gipsowo-kartonowej może bardzo łatwo narazić Cię na działanie setek milionów aerozolowanych zarodników grzybów, podrażniając gardło, zatoki i płuca. Liście, które zgrabiłeś jesienią, te, które ignorowałeś przez jakiś czas, aż zmieniły się w mokry, brązowy bałagan, aż w końcu pogoda stała się sucha i ciepła, mogły uwolnić chmurę bakterii i grzybów, kiedy w końcu zabrałeś się za grabienie lub dmuchanie ich. A później, kiedy odpoczywałeś w hamaku, mogłeś mieć lekki kaszel. To były twoje płuca, które próbowały pozbyć się wszystkich drobnoustrojów, które wznieciłeś i wdychałeś. Ale chyba już Ci przeszło. Płuca całkiem nieźle radzą sobie z usuwaniem większości cząstek, nawet żywych.

Wcześniej, latem, kiedy kąpałeś się w jeziorze, w chwili uderzenia o wodę byłeś narażony na działanie bilionów drobnoustrojów. Bakterie i inne organizmy jednokomórkowe rozkwitły już w ciepłej, bogatej w składniki odżywcze wodzie do astronomicznego poziomu w sezonie letnim. Nawet jeśli myślałeś, że trzymasz usta zamknięte, nie trzymałeś ich całkowicie na zewnątrz. Nie ma problemu, mówisz, po prostu będę pływać w basenach i unikać tych wszystkich zarazków. Jednak baseny, pomimo zawartości chloru o działaniu przeciwdrobnoustrojowym, mogą nadal zawierać odchody E. coLi i Pseudomonas aeruginosa. Nawet nie zaczynaj mi mówić o basenie dla dzieci. Czy myślisz, że pieluchy do pływania zatrzymują się znacznie? Yyy ... nie. Kupa i towarzyszące jej drobnoustroje znajdują sposób.

Wszystkie te bakterie w jeziorze i basenie nie tylko naturalnie żyją i rozmnażają się w wodzie. Znaczna ilość pochodzi od zwierząt, w tym ludzi. Na naszej skórze, w jamie ustnej i jelitach znajdują się biliony bakterii. W basenie nie ma drobnoustrojów, ponieważ zabiegi chemiczne nie pomogły, są w nim drobnoustroje, ponieważ są w nim ludzie. Jesteśmy dosłownie fabryki zarazków. Jest wokół nas, w nas i na wszystkim, czego dotykamy.

Kiedy byłem na studiach, jedna z lokalnych wspólnot zorganizowała zbiórkę pieniędzy na maraton wanny z hydromasażem, podczas którego sponsorowano uczestników, aby jak najdłużej siedzieli w wannach z hydromasażem. Niektórzy robili to godzinami. W ciągu następnych kilku dni u wielu z nich wystąpiły swędzące, czerwone, wyboiste wysypki z pęcherzami otaczającymi mieszki włosowe. Nic dziwnego, że cały ten czas spędzony w jacuzzi zamienił je w duże kultury bulionu bakteryjnego, zaszczepione przez chłopaków ze bractw i dziewczęta ze stowarzyszenia znajdujących się w pobliżu. Gorąca woda, nawet uzdatniona chemicznie, nie mogła na zawsze stłumić wzrostu, a bakterie, prawdopodobnie kolonizujące skórę i wywołujące wysypkę, Pseudomonas aeruginosa, rósł wykładniczo. Nie było żadnego groźnego skażenia zewnętrznego. Źródło tego wszystkiego Pseudomonasbez wątpienia byli to sami ludzie.

Człowiek jako bioreaktor mikrobiologiczny

Nasze ciała są skolonizowane przez tak wiele drobnoustrojów, że liczba naszych komórek (w sumie około 10 bilionów) jest dziesięciokrotnie większa od liczby naszych komórek (łącznie około 100 bilionów). Mikroflora naszego organizmu jest niezwykle różnorodna i obejmuje tysiące gatunków bakterii i grzybów, które łącznie wyrażają 4.4 miliona genów w porównaniu do naszego skromnego genomu liczącego 21,000 XNUMX genów. Jak zauważyła pisarka naukowa i ekolog Alanna Collen w swoim znakomitym wstępie do ludzkiej mikroflory 10% ludzkigenetycznie nie jesteśmy nawet w 10 procentach ludźmi, to raczej jakieś 0.5 procent.

Kiedy i gdzie znajdziemy te wszystkie drobnoustroje?

Dla każdego, kto był świadkiem naturalnego porodu, jest oczywiste, że dziecko nie rodzi się w całkowicie czystym środowisku. Po pierwsze, pochwa matki jest wypełniona bakteriami, głównie z rodzaju Lactobacillus. Możesz rozpoznać Lactobacillus patrząc na listę składników produktów jogurtowych, ponieważ często jest to główny składnik. Dlatego niektóre chrupiące położne mówią kobietom w ciąży, aby wcierały jogurt w pochwę, jeśli podejrzewają, że mogą złapać infekcję drożdżakową. Zatem dzieci są narażone na bakterie jogurtowe? Nic w tym złego! Ale to nie wszystko. Inne częste zjawisko – kobiety w czasie porodu mogą wypróżniać się. Z powodu intensywnego ciśnienia w dolnej części brzucha i miednicy rodząca kobieta często zaczyna tracić kontrolę i czasami może wszystko wypchnąć. W rezultacie dziecko może być narażone na kontakt z bakteriami kałowymi matki, a także bakteriami pochwowymi. Jeśli do narażenia nie dojdzie przy urodzeniu, może do niego dojść także później w szpitalu lub w gospodarstwie domowym, ponieważ bakterie kałowe łatwo ulegają aerozolowaniu/unoszeniu się w powietrzu oraz wdychaniu lub połykaniu. Tak czy inaczej, każde zdrowe dziecko zostanie ostatecznie skolonizowane przez E. coli, Bacteroides, Clostridium, Staphylococcus, Streptococcus gatunków, żeby wymienić tylko kilka. Jeśli matka karmi piersią, dziecko będzie również narażone na dodatkowe bakterie Lactobacilli i Bifidobacteria.

Gdy dziecko zacznie jeść pokarmy stałe, jego mikrobiota jelitowa dostosuje się do nowych źródeł błonnika, cukrów, białek i tłuszczów, zapewniając większą różnorodność i mikrobiom bardziej „dorosły”. Mikrobiom osoby dorosłej jest mniej dynamiczny niż u niemowlęcia w pierwszym roku życia, ale mikrobiom osoby dorosłej może nadal zostać zakłócony przez zmiany w diecie, ogólnym stanie zdrowia, narażenie na antybiotyki lub infekcję. W rozdziale 2 omówię bardziej szczegółowo, w jaki sposób te zmiany mogą zakłócać mikrobiomy i jak można je powiązać ze współczesnymi problemami zdrowotnymi. Ale nawet przy tych zakłóceniach ludzie są obciążeni drobnoustrojami i codziennie są narażeni na kontakt z ogromną liczbą dodatkowych drobnoustrojów w domu, szkole, biurze lub praktycznie gdziekolwiek indziej na Ziemi.

Dom jest tam, gdzie są zarazki

Gdy technologię sekwencjonowania wykorzystano także do określenia różnorodności drobnoustrojów w powietrzu i kurzu w gospodarstwach domowych i biurach, wyniki były fascynujące. Mikroorganizmy wewnętrzne mogą znajdować się na powierzchniach lub w powietrzu w postaci bioaerozoli. Nic dziwnego, że głównym źródłem drobnoustrojów domowych i bioaerozoli jest lokalne środowisko zewnętrzne. Jednakże bioaerozole pochodzą również od zwierząt i ludzi w wyniku oddychania, złuszczania się komórek skóry lub korzystania z toalety. Cząsteczki na powierzchniach mogą ponownie zawieszać się w powietrzu w postaci bioaerozoli podczas chodzenia, odkurzania, sprzątania, a nawet spania, ponieważ łóżko jest pełne martwych komórek skóry, grzybów i bakterii.

W każdym domu lub budynku, w którym przebywają ludzie, występuje mnóstwo gatunków bakterii kolonizujących człowieka. W rzeczywistości można przewidzieć, czy w domu mieszkają głównie mężczyźni czy kobiety, na podstawie ich profilu mikrobiologicznego, ponieważ wyższy odsetek mężczyzn był powiązany z większą obfitością maczugowiec, Dermabakter, Rozaburia gatunków, podczas gdy u samic zaobserwowano wzrost Lactobacillus gatunek. To, czy w rodzinie był kot czy pies, można było również ustalić na podstawie sekwencjonowania 16S rRNA. Psy niosą ze sobą większą różnorodność bakterii – 56 różnych typów bakterii w porównaniu do 24 u kotów. Koty przynajmniej się myją i spędzają znacznie mniej czasu na wąchaniu sobie nawzajem tyłków, więc może to wyjaśnia różnicę.

Jeszcze bardziej imponujące jest to, że w miarę sekwencjonowania mikroflory większej liczby osobników stało się oczywiste, że każdy osobnik posiada niepowtarzalną kolonię drobnoustrojów, tak niepowtarzalną jak odcisk palca. Chociaż te odrębne mikrobiomy są mniej więcej stabilne w wieku dorosłym, mogą ulegać zmianom pod wpływem takich czynników, jak dieta, wiek i hormony. Co więcej, osoby spokrewnione genetycznie i żyjące w konkubinacie mają zwykle więcej podobnych współmieszkańców drobnoustrojów. Jedno z badań wykazało, że gdy rodzina opuszczała dom, w jej organizmie drobnoustroje pozostawały przez kilka dni, stopniowo zmniejszając się do niewykrywalnego poziomu. Ta utrata mikrobiologicznego odcisku palca może w przyszłości zostać wykorzystana przez kryminalistów do odtworzenia harmonogramu opuszczenia domu lub kryjówki przez podejrzanego.

Nic więc dziwnego, że łazienka to najlepsze miejsce w domu lub budynku, w którym można spotkać drobnoustroje na powierzchniach lub w powietrzu. W łazience coś tak prostego jak spłukiwanie toalety może wytworzyć bioaerozole zawierające miliardy bakterii, z których część pozostaje w powietrzu przez wiele godzin, wystarczająco długo, aby przedostać się do każdej pobliskiej powierzchni. Zamknięcie pokrywy może zmniejszyć ilość bakterii, ale nie tak bardzo, jak mogłoby się wydawać. Nawet wielokrotne płukanie nie może całkowicie wyeliminować wytwarzania bioaerozoli zawierających bakterie kałowe. W rezultacie, gdy wejdziesz do toalety, wdychasz bakterie, a wszystko, czego dotkniesz, będzie nimi pokryte. Nie wróży to dobrze Twojej szczoteczce do zębów. Jednak jakimś cudem wciąż żyjesz.

Oprócz narażenia na mikroorganizmy, na które narażamy się od naszych matek i naszego bezpośredniego otoczenia podczas porodu i po nim, najważniejsze źródła drobnoustrojów kolonizujących nasze jelita zależą od tego, co jemy. U noworodków karmionych piersią mleko matki jest zarówno źródłem bakterii, jak i pokarmem, który te bakterie pokochają. Niektóre bakterie w mleku matki mogą pochodzić z jelit i są transportowane do gruczołów sutkowych przez krążące komórki odpornościowe, a także drobnoustroje kolonizujące skórę wokół otoczki.

Ponadto, gdy dziecko pije mleko bezpośrednio z piersi, niektóre bakterie jamy ustnej również przyłączają się do drobnoustrojów związanych z mlekiem w drodze do jelit. Rodzaj bakterii przenoszonych w ten sposób zależy od diety matki i sposobu karmienia (np. bezpośrednio przez pierś lub pośrednio poprzez odciąganie pokarmu). Mikrobiom niemowlęcia zmienia się po wprowadzeniu pokarmów stałych, aż zaczyna przypominać mniej więcej stabilny mikrobiom osoby dorosłej w wieku około 2 roku. Wyniki licznych badań wykazały, że etapy wczesnego życia są najbardziej krytyczne dla rozwoju mikrobiomów dorosłych.

Dwie godziny i pięć sekund do zagłady żołądkowo-jelitowej

Wszyscy znamy ludzi, którzy mają obsesję na punkcie utrzymywania „czystej” żywności. Wyrzucanie jedzenia, które leży na stole dłużej niż czas potrzebny na zjedzenie posiłku lub czegokolwiek, co spadnie na podłogę, stało się dość powszechną praktyką pierwszego świata. W rezultacie popularne stało się kilka heurystyk lub zasad skrótów, takich jak „zasada dwóch godzin” dotycząca pomijania jedzenia i „zasada pięciu sekund” dotycząca jedzenia jedzenia, które dotknęło podłogi. Moim zdaniem zasada pięciu sekund jest najbardziej korzystna, ponieważ pomaga rodzicom poczuć się mniej winnym, gdy ich małe dzieci rzucają na podłogę doskonałe jedzenie z wysokich krzesełek. Moje dziecko nie przejmuje się higieną jedzenia, więc dlaczego ja miałbym to zrobić? To samo tyczy się zasady dwóch godzin – czasami jesteśmy zajęci i zapominamy, że chili stało na zimnym piecu przez cały wieczór. Czy to oznacza, że ​​nadal będzie OK, jeśli podgrzejemy je ponownie? Jak ktokolwiek przeżył przed zamrożeniem?

Jeśli jesteś naukowcem zajmującym się bezpieczeństwem żywności lub mikrobiologiem, Twoim zadaniem jest identyfikacja potencjalnych zagrożeń podczas przechowywania i przygotowywania żywności, które mogą prowadzić do skażenia i chorób. Dotyczy to głównie przemysłowej i komercyjnej produkcji i przygotowywania żywności. Z każdego, kto przeprowadza kontrolę restauracji, jasno wynika, że ​​mają one szeroką gamę procedur i niektóre z nich są lepsze od innych. Kiedyś miejscowa inspektor powiedziała mi, jakich restauracji unika (ale to mnie nie powstrzymało, bo jedno z tych miejsc bardzo mi się podoba). W jej przypadku, a także w przypadku mikrobiologów żywności, nawet możliwość skażenia jest problematyczna. Dużo mniejsze obawy budzi ryzyko względne, czyli prawdopodobieństwo, że określone praktyki doprowadzą do skażenia i choroby. Dlatego nawet najmniejsze ryzyko może zostać uznane za naruszenie. Inaczej mówiąc, nawet najmniejsze ryzyko, że inspektorzy będą sprawiać wrażenie, że nie wykonują swojej pracy, może stanowić dla nich problem.

Z biegiem lat podejście pozbawione ryzyka w zakresie przygotowywania i przechowywania żywności zadomowiło się w gospodarstwach domowych. Dobrym przykładem jest zasada dwóch godzin. Większość ludzi nie czekałaby nawet tak długo z wyrzuceniem jedzenia. Jednak większość obaw związanych z rozwojem patogenów w żywności pozostawionej na dwie godziny wynika z pewnych głównych założeń. Obejmuje to założenie, że zaczynasz od żywotnej kolonii jednego lub większej liczby drobnoustrojów chorobotwórczych, że żywność zawiera niewielkie ilości soli i konserwantów, ma neutralne pH i jest przechowywana w optymalnej temperaturze powyżej 80 stopni Fahrenheita (~27°C). . Klasycznym przypadkiem zatrucia pokarmowego stosowanym na zajęciach z mikrobiologii jest babcia przygotowująca sałatkę ziemniaczaną na letni piknik, mieszając ją rękami i zaszczepiając w ten sposób drobnoustroje zasiedlające skórę Staphylococcus aureus. Potem całe popołudnie leży na stole piknikowym (znacznie dłużej niż dwie godziny) i BAM, wszyscy dostają zatrucia pokarmowego. Z pewnością jest to dobry sposób na zwiększenie ryzyka wybuchu epidemii w rodzinie, ale jest to burza doskonała i w takim scenariuszu musiało się wydarzyć wiele rzeczy, aby wszyscy zachorowali.

Zanieczyszczenie krzyżowe może stanowić problem, szczególnie jeśli przygotowujesz coś, co będzie spożywane na surowo w tym samym miejscu, w którym właśnie pokroiłeś kurczaka. Nawet bycie czystym w przypadku kurczaka ma swoje ograniczenia – CDC ostrzega przed myciem kurczaka przed ugotowaniem, aby nie utworzyć wokół zlewu gromady kropelek zawierających bakterie. W rzeczywistości większość żywności, która jest rozsądnie ugotowana, jest całkiem bezpieczna, a cztery godziny to rozsądny czas, aby pozostawić większość żywności w temperaturze pokojowej. Jak ze wszystkim, ludziom zwykle nic się nie dzieje, jeśli kierują się zdrowym rozsądkiem i sprzątają bałagan, jaki robią w kuchni.

Zdrowy rozsądek sprawdza się również przy ocenie zasady pięciu sekund. Zasada pięciu sekund mówi, że jeśli podniesiesz jedzenie z podłogi przed upływem pięciu sekund, można je zjeść. W niektórych badaniach i doniesieniach medialnych potraktowano to poważnie, aby wykazać, że bakterie rzeczywiście przyklejają się do żywności niezależnie od tego, jak długo stoi ona na podłodze. Ale jak przydatne jest to? Będziesz jeść bakterie, gdy żywność dotknie czegokolwiek, co miało kontakt z niesterylną powierzchnią. Co ważniejsze, jakie jest prawdopodobieństwo, że bakterie znajdujące się w tym kawałku żywności będą patogennym szczepem bakterii lub wirusa albo dostarczą dawkę wystarczającą do wywołania choroby?

Jak wspomniałem wcześniej, mikroorganizmy żyjące w pomieszczeniach zamkniętych mniej więcej naśladują mikroorganizmy występujące na zewnątrz oraz mikrobiomy ich mieszkańców, więc istnieje duże prawdopodobieństwo, że już połykasz lub wdychasz większość tych bakterii. Jasne, jeśli użyjesz kawałka jedzenia upuszczonego na podłogę do przygotowania sałatki ziemniaczanej, a następnie zostawisz go na ogniu przez cały dzień w temperaturze 100 stopni, może to nie być najlepszy pomysł. Lub, jeśli dzień wcześniej kroiłeś kurczaka i nie chciałeś posprzątać wszystkich soków, które spadły na podłogę, możesz otrzymać większą dawkę Campylobacter jejuni or Zapalenie jelit spowodowane Salmonellą niż twoje ciało będzie czuło się komfortowo. W przeciwnym razie ryzyko, że umrzesz lub nawet zachorujesz w wyniku zjedzenia jedzenia, które spadło na podłogę, jest dość małe. Nie zero, ale bliżej tego, niż większość ludzi myśli. Tylko nie mów nikomu, że ci powiedziałem i nie pozwól nikomu zobaczyć, jak to robisz.

Teoria złych zarazków

Koncepcja „zdrowego” mikrobiomu istnieje dopiero od kilku dekad, ale koncepcja „śmiertelnego zarazka, który chce nas zabić” istnieje znacznie dłużej. W wyniku tej historycznej nierównowagi nadal spędzamy dużo czasu na drobnoustrojach chorobotwórczych, a mniej na tym, jak nasze normalne środowisko mikrobiologiczne może chronić przed kłopotliwymi robakami. Jak już wspomniałem, technologia wykorzystywana przez naukowców do badania ekologii drobnoustrojów jest dość nowa. Natomiast zdolność do izolowania i hodowania pojedynczego mikroorganizmu chorobotwórczego istnieje już od ponad stulecia.

Koncepcja choroby wywoływanej przez mikroorganizmy, znana jako teoria zarazków, musiała pokonać kilka innych konkurencyjnych teorii. Do najbardziej popularnych należały teorie miazmy i brudu. Teoria miazmy wyjaśniała, że ​​choroby wywoływane są przez szkodliwe gazy obecne w atmosferze, uwalniane w wyniku gnicia materii organicznej. Bardzo podobna teoria brudu skupiała się na zanieczyszczeniu wody i powietrza odpadami ludzkimi. Chociaż według współczesnych standardów brzmią one prymitywnie, wielu naukowców głównego nurtu opowiadało się za nimi nawet do lat trzydziestych XX wieku. Nawet niektóre terminy, których używamy dzisiaj, mają swoje korzenie w tych teoriach, jak np. malaria, co zasadniczo oznacza „złe powietrze”.

Dopiero pod koniec 19^th wieku, w którym Robert Koch przedstawił swoje kryteria, znane obecnie jako postulaty Kochaw celu wykazania, że ​​chorobę wywołuje specyficzny mikroorganizm, który można przefiltrować. Podobnie jak większość osiągnięć naukowych, Koch nie opracował tych pomysłów od zera. Inni myśleli w podobny sposób. Udało mu się jednak tam, gdzie innym się nie udało, dzięki jasnemu wyjaśnieniu, w jaki sposób reprodukować swoją pracę i stosować ją w leczeniu wielu różnych chorób zakaźnych. Postulaty Kocha mówią, że trzeba umieć wyizolować organizm od zakażonego osobnika, wyhodować go w hodowli, ponownie wprowadzić do zdrowego zwierzęcia, a następnie ponownie wyizolować i zidentyfikować drobnoustrój jako identyczny z pierwotnie wyizolowanym i podejrzanym czynnikiem. Sformułował te postulaty w oparciu o swoją pracę nad wąglikiem i wygenerował dalsze dane potwierdzające dotyczące gruźlicy i cholery.

Chociaż praca wykonana przez Kocha i innych w zakresie izolowania bakterii chorobotwórczych spowodowała eksplozję identyfikacji śmiercionośnych zarazków, inne czynniki chorobotwórcze, takie jak wirusy, pozostały ukryte i nieznane. Były zbyt małe, aby można je było uwidocznić za pomocą mikroskopu świetlnego i nie można było ich hodować w hodowli bez komórek gospodarza, które mogłyby zainfekować. Można sobie wyobrazić frustrację naukowców, gdy zaobserwowali choroby, które były w sposób oczywisty zakaźne, ale nie udało im się wyizolować organizmu sprawczego. Doskonałym przykładem jest hiszpańska grypa z 1918 r. Wielu badaczy chętnie zastosowało postulaty Kocha do wykrycia czynnika zakaźnego w płucach chorych na grypę. Co komplikuje sprawę, u pacjentów z ciężką grypą często rozwija się zapalenie płuc w wyniku wtórnych infekcji bakteryjnych. W rezultacie początkowo uważano, że organizmy te są przyczyną grypy. Co ważniejsze, nie zawsze można było wyizolować ten sam drobnoustrój z płuc pacjentów chorych na grypę. W rezultacie powstał bałagan sprzecznych dowodów i zanim zidentyfikowano wirusa jako czynnik wywołujący grypę, pandemia już dawno się skończyła. Dużo więcej na temat grypy i innych wirusów zajmę się w Rozdziale 3.

Kiedy badacze zrozumieli teorię choroby dotyczącą zarazków, mogli wyizolować wiele różnych mikroorganizmów chorobotwórczych i ponownie wprowadzić je do zwierząt doświadczalnych. Ale jedno się wydarzyło: zwierzęta były zwykle odporne na dalsze wyzwania ze względu na aktywną odpowiedź immunologiczną. Wykorzystując zwierzęta doświadczalne, można zbadać mechanizmy nabytej odporności i zastosować je w celu poprawy opieki nad pacjentami poprzez opracowanie surowic odpornościowych i szczepionek chroniących ludzi przed infekcją lub ponownym zakażeniem. I to prowadzi mnie do mojego ulubionego tematu!

Immunologia 101

Wyszedłem z pierwszych zajęć z immunologii na studiach licencjackich w 1994 roku z pewnością, że zostanę immunologiem. To było ponad dwadzieścia pięć lat temu i od tego czasu jako nauczyciel i mentor przedstawiłem układ odpornościowy wielu innym osobom. Często to robiłem, posługując się klasycznym przykładem, mniej więcej tak: scenariusz zaczyna się, gdy ktoś nadepnie na gwóźdź. Moja żona nadepnęła na wystający gwóźdź do dywanu w 2009 roku, kiedy zatrzymaliśmy się w niezbyt idealnym hotelu podczas wizyty u jej ojca w Chinach. Nie była z tego powodu zadowolona, ​​ponieważ obawiała się, że paznokieć mógł wprowadzić bakterię Clostridium tetani w miękką tkankę stopy. Gdyby tak się stało, a bakterie przeżyły i rozmnożyły się do wystarczającego poziomu, wytworzyłyby paskudną toksynę zwiększającą aktywność nerwowo-mięśniową, zwaną toksyną tężcową, która powodowałaby niekontrolowane skurcze mięśni, najczęściej objawiające się szczękościskiem.

Będąc immunologiem, zapytałem ją coś w stylu: „Ale jesteś zaszczepiona, prawda? Byłeś w Korpusie Pokoju. Szczepią cię na wszystko.” Przyznała, że ​​to prawda. – W takim razie nie martw się o to. Dasz sobie radę” – powiedziałam z przekonaniem.

Mogłam być pewna siebie, bo rozumiałam koncepcję pamięci immunologicznej. Układ odpornościowy jest w stanie aktywować komórki specyficzne dla każdego możliwego patogenu, a po wyleczeniu infekcji niektóre z tych komórek pozostają jako komórki pamięci, które są znacznie szybciej i łatwiej aktywowane po ponownym zakażeniu tym samym lub podobnym patogenem. błąd. Oto cała zasada szczepień – staramy się oszukać układ odpornościowy, aby pomyślał, że organizm został zakażony, używając części patogenu lub osłabionego patogenu, aby pobudzić tę samą reakcję i rozwój specyficznych komórek pamięci, bez ryzyka poważnej infekcji pierwotnej.

Jeśli wczesna reakcja zapalna nie zapobiegnie infekcji, znajdujące się w pobliżu komórki odpornościowe zwane makrofagami wyczują kłopoty. Komórki te przebywają w naszych tkankach, czekając na sygnał zagrożenia w wyniku spotkania z bakteriami takimi jak C. tetani. Po aktywacji makrofagi stają się bardzo sprawne w fagocytozie (tj. pochłanianiu i degradowaniu zarazków w pęcherzykach wewnątrzkomórkowych zwanych fagolizosomami) i są w stanie zabić wiele atakujących drobnoustrojów i usunąć komórki gospodarza, które obumierają w wyniku infekcji.

W niektórych przypadkach wczesna odpowiedź immunologiczna nie wystarczy, aby pozbyć się niewielkiej, ale znaczącej ilości wirusa C. tetani lub toksyna wytwarzana po nadepnięciu na gwóźdź. Wtedy właśnie rozpoczyna się adaptacyjna odpowiedź immunologiczna. Rozpoczyna się ona około 4 dni po zakażeniu i osiąga szczyt po około 10 dniach. Odpowiedź adaptacyjna rozpoczyna się, gdy komórki rezydujące w tkankach zwane komórkami dendrytycznymi (DC) zostają aktywowane tymi samymi sygnałami, które aktywują inne wrodzone komórki odpornościowe. Podobnie jak makrofagi, DC fagocytują i rozkładają patogeny na części składowe. Jednakże, gdy zostaną aktywowane, opuszczają zakażoną tkankę i migrują do węzła chłonnego, gdzie bezpośrednio oddziałują z nabytymi komórkami odpornościowymi, zwanymi limfocytami T.

Ponieważ limfocyty T są tak różnorodne, podczas danej infekcji aktywowanych jest tylko kilka, a te aktywowane komórki gorączkowo dzielą się, tworząc miliony swoich klonów, dzieląc się co 4-6 godzin. Robią to przez kilka dni, aby wygenerować ogromną liczbę identycznych komórek (dlatego adaptacyjna odpowiedź immunologiczna wymaga czasu). Wiele aktywowanych w ten sposób limfocytów T opuszcza węzły chłonne i migruje do miejsca zakażenia, kierując się sygnałami chemicznymi, podobnie jak inne komórki odpornościowe.

Jednocześnie niektóre komórki T oddziałują z innymi komórkami w węźle chłonnym, zwanymi komórkami B. Komórki B pochodzą ze szpiku kostnego i potrafią rozpoznawać części białek poza receptorami na ich powierzchni. Limfocyty B wydzielają postać rozpuszczalną lub swój receptor powierzchniowy, który nazywamy przeciwciałami. Przeciwciała wiążą patogeny lub białka i sprzyjają ich zabijaniu, wychwytywaniu i degradacji przez makrofagi. Jeśli komórka T rozpoznaje tę samą część patogenu, czyli „antygen”, wówczas komórka T zapewnia „pomoc” komórce B, dzięki czemu komórka B może wytworzyć jeszcze silniej wiążące przeciwciała. Inne limfocyty T mogą zabijać zakażone komórki, zapobiegając rozprzestrzenianiu się infekcji. Dzięki tym procesom adaptacyjna odpowiedź immunologiczna generuje odpowiedź wysoce specyficzną dla patogenu, która jest znacznie bardziej ukierunkowana, mniej szkodliwa i lepiej regulowana niż wczesna wrodzona odpowiedź zapalna.

Ostatecznie, gdy atakujące drobnoustroje i wytwarzane przez nie toksyny zostaną usunięte w wyniku adaptacyjnej odpowiedzi immunologicznej, komórki odpornościowe w miejscu zakażenia przestają otrzymywać sygnały aktywacji i zaczynają otrzymywać sygnały „zaprzestania i zaprzestania”. Większość tych komórek umiera, są one wychwytywane i rozkładane przez makrofagi, które sprzątają bałagan. Ostatecznie tkanka się goi, martwa skóra i komórki mięśniowe zostają zastąpione, a wszystko wraca do normy.

Ale to nie wszystko, co się dzieje. W węzłach chłonnych i śledzionie część aktywowanych limfocytów T staje się komórkami pamięci. Komórki pamięci mogą zostać aktywowane i podzielić się znacznie szybciej, jeśli ponownie zobaczą ten sam antygen. W ten sposób pamiętamy każdą infekcję, którą przeszliśmy przez całe życie. Ponieważ szczepionki naśladują tę reakcję; pamiętamy także każde szczepienie, jakie kiedykolwiek przeprowadziliśmy. Czasami ta pamięć nieco zanika i musimy dostać kolejną dawkę, w przeciwnym razie staliśmy się podatni na łagodną(er) infekcję, ale pomoc, jaką zapewniają komórki pamięci podczas ponownej infekcji lub szczepienie przypominające, jest lepsza niż zaczynanie od zera . I w ten sposób układ odpornościowy utrzymuje nas przy życiu w świecie pełnym potencjalnie śmiercionośnych bakterii, grzybów i wirusów.

Jeśli układ odpornościowy jest tak dobry w atakowaniu bakterii, grzybów i wirusów, dlaczego nie zawsze atakuje absurdalną liczbę drobnoustrojów żyjących wokół nas, na nas i w nas? Dlaczego nasz układ odpornościowy nie eksploduje pod wpływem wszystkich sygnałów wykrywających drobnoustroje w naszej skórze, płucach, jamie ustnej i jelitach?

Nie robi tego, ponieważ układ odpornościowy ma również właściwość zwaną tolerancja immunologiczna, w którym mechanizmy odpornościowe są tłumione, aby uniknąć niepotrzebnych szkód ubocznych. Tolerancja immunologiczna nie dotyczy tylko naszych własnych białek, ale także naszego niezagrażającego środowiska mikrobiologicznego. Tkanki narażone na stałą ekspozycję na drobnoustroje, tak jak nasze jelita, są wypełnione komórkami wywołującymi tolerancję (zwanymi komórkami T regulatorowymi), które pomagają układowi odpornościowemu kontrolować sam siebie i zapobiegać chorobom autoimmunologicznym.

Czasami jednak układ odpornościowy nie toleruje tego, czym powinien być, i ludzie zapadają na choroby autoimmunologiczne, alergie lub niewłaściwą reakcję na infekcję. Co ciekawe, częstość występowania tych schorzeń wzrasta w całym świecie rozwiniętym, ponieważ pomimo tego, że jesteśmy otoczeni przez drobnoustroje, w byciu „czystymi” jesteśmy coraz lepsi, niż nam się wydaje.