Informație

Zahărul ca apărare împotriva bacteriilor?

Zahărul ca apărare împotriva bacteriilor?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Un răspuns pe un alt site SE menționează că zahărul „la un anumit nivel acționează ca un conservant”. Am fost întotdeauna învățat că microorganismele mănâncă zahăr și elimină acizi, de aceea alimentele cu zahăr sunt dăunătoare pentru dinți. Atunci cum se face că zahărul acționează ca un conservant?

Găsind întrebarea pe Google, am găsit răspunsuri contradictorii, deși nu credit sursele ca fiind deosebit de reputate. Care este motivul real pentru care zahărul poate acționa ca un conservant?


Zaharul in concentratii mari actioneaza osmotic. Aceasta înseamnă că apa disponibilă în celule este atrasă către concentrația ridicată a unui solunt (zahăr), ca în imaginea de mai jos (acest lucru se demonstrează cu o celulă vegetală, dar principiul este același pentru bacterii și alte microorganisme):

Deoarece microorganismele nu pot supraviețui fără apă, ele nu sunt capabile să crească sau să se reproducă. Acest lucru asigură în mod eficient alimentele. Același mecanism funcționează atunci când sarea este folosită pentru a conserva carnea sau peștele.


Zahărul participă la conservarea alimentelor numai în concentrații mari. Atunci când microbii sunt introduși într-un mediu cu o concentrație ridicată de zahăr, apa din interiorul celulei microbiene se difuzează către solutul cu concentrație ridicată de zahăr din cauza fenomenului numit osmoză. Deoarece apa este foarte necesară pentru funcționarea și metabolismul celulelor, celulele deshidratate nu își îndeplinesc funcția și în cele din urmă mor. Aceasta se numește întărirea zahărului, o tehnică de conservare a alimentelor. De asemenea, dulciul tare cu zahăr este mai puțin susceptibil la microbi decât dulcele moale din cauza conținutului său ridicat de zahăr, care îl face intolerant la creșterea microbiană și, de asemenea, absența umidității (factor important pentru creșterea microbiană) în dulce tare în comparație cu dulce moale îl face. mai puțin susceptibile la atacul microbian.


O apărare dulce împotriva bacteriilor letale

Există acum un vaccin candidat promițător pentru combaterea agentului patogen care provoacă una dintre cele mai comune și periculoase infecții spitalicești. O echipă internațională de oameni de știință de la Institutul Max Planck de Coloizi și Interfețe din Potsdam a dezvoltat un vaccin bazat pe un carbohidrat împotriva Clostridium difficile bacterie, despre care se știe că provoacă boli gastrointestinale grave, în special în spitale. Vaccinul pe bază de zahăr a provocat un răspuns imun specific și eficient la șoareci. Mai mult, oamenii de știință au descoperit și indicii puternice că substanța poate stimula sistemul imunitar uman pentru a forma anticorpi împotriva bacteriei.

Stimularea sistemului imunitar: pe baza unei hexasaharide, chimiștii din Potsdam au dezvoltat un vaccin împotriva bacteriei Clostridium difficile, care provoacă boli gastro-intestinale grave în spitale.

&copie MPI de coloizi și interfețe

Clostridium difficile bacteria se poate transforma într-o afecțiune care pune viața în pericol: o tulpină foarte virulentă și rezistentă la antibiotice a agentului patogen care formează spori Clostridium difficile bacterie a apărut în SUA și în anumite țări vest-europene în urmă cu aproximativ opt ani. De atunci prezintă un risc major pentru pacienții spitalizați, în special, care sunt tratați cu antibiotice sau au un sistem imunitar slab, cum ar fi pacienții cu cancer sau HIV. În timp ce nu mai mult de patru la sută dintre oamenii sănătoși au C. difficile în sistemul lor gastrointestinal, bacteria colonizează intestinele a 20 până la 40% dintre pacienții spitalizați. Dacă alte bacterii din flora intestinală sunt reprimate de antibiotice, bacteria în formă de tijă se poate reproduce extrem de rapid. Produce toxine care provoacă diaree și inflamație gastrointestinală, adesea cu un rezultat letal. Pacienții care supraviețuiesc necesită o îngrijire ulterioară foarte costisitoare. Acest nou agent patogen extrem de virulent poate produce de aproximativ 20 de ori mai multe toxine și mult mai mulți spori decât agenții patogeni identificați anterior.

Cu toate acestea, un carbohidrat din peretele celular bacterian oferă acum echipei de oameni de știință condusă de Peter H. Seeberger de la Institutul Max Planck de Coloizi și Interfețe din Potsdam un „punct de atac” pentru un potențial vaccin. „Testarea inițială a antigenului pe bază de zahăr sintetizat de echipă a produs deja rezultate foarte promițătoare”, spune Peter H. Seeberger, director la Institutul Max Planck din Potsdam.

Chimiștii din echipă au dezvoltat mai întâi o sinteză pentru componenta esențială a antigenului: hexasaharida. Pentru a asambla oligozaharida, au folosit patru blocuri diferite de monozaharide. O abordare eficientă și convergentă a creat molecula exactă cu aranjamentul necesar al monozaharidelor. „Sintetizarea polizaharidelor complexe este încă o provocare, nu în ultimul rând pentru că moleculele de zahăr se pot lega în mai multe locuri diferite”, spune Peter H. Seeberger. Cu toate acestea, chimiștii au reușit să blocheze alte locuri de reacție, astfel încât să poată controla exact unde se leagă zaharidele originale.

Oamenii de știință au conjugat apoi hexasaharida cu proteina CRM 197, care este utilizată în multe vaccinuri, deoarece zahărul singur, ca antigen, nu provoacă un răspuns imunitar eficient. Pentru a se apăra cu succes împotriva a C. difficile infectie, sistemul imunitar trebuie sa foloseasca si un alt antigen. Conjugatul chimic de glicoproteină a declanșat un răspuns imun foarte eficient la doi șoareci cărora li sa injectat substanța de trei ori, la intervale de 2 săptămâni. „Faptul că șoarecii produc anticorpi împotriva carbohidraților este în sine un succes”, spune Peter H. Seeberger. „Nu toți carbohidrații declanșează producția de anticorpi.” În plus, anticorpii produși de șoareci s-au legat exclusiv de zahăr. Astfel, antigenul nu poate provoca o boală autoimună.

În plus, oamenii de știință au demonstrat că anticorpii dezvoltați împotriva hexazaharidei fac, de asemenea, parte din răspunsul imun uman în scaunul pacienților din spital infectați cu C. difficile, au găsit anticorpi împotriva zahărului. „Ne putem aștepta, prin urmare, să vedem că sistemul imunitar uman produce anticorpi împotriva zahărului atunci când este vaccinat”, conchide Seeberger. În plus, „deoarece zahărul natural provoacă deja producerea unui număr mic de anticorpi, sperăm că conjugatul de glicoproteină sintetică va declanșa un răspuns mai eficient”.

Candidatul la vaccin trebuie acum supus unor teste suplimentare. În primul rând, trebuie stabilit dacă poate preveni eficient infecția la animale. „Dacă aceste teste au succes, probabil că va dura încă unul sau doi ani înainte ca vaccinul să fie testat pe oameni”, explică Peter H. Seeberger.

Candidatul la vaccin împotriva C. difficile nu contine singurul zahar eficient imunologic din laboratorul Seeberger&aposs. Împreună cu colegii săi, chimistul dezvoltă vaccinuri pe bază de zahăr împotriva numeroși agenți patogeni. „Lucrarea actuală este, prin urmare, și o dovadă a progresului înregistrat în glicochimie și glicobiologie”, potrivit Seeberger, care a primit premiul Körber European Science Award 2007 pentru dezvoltarea sa a unui sintetizator de zahăr. Numărul de molecule biologice de zahăr care pot fi produse de chimiști în laborator este în creștere, ceea ce oferă biologilor și oamenilor de știință în medicină posibilitatea de a investiga impactul lor specific. Acest lucru îl umple pe Peter H. Seeberger de optimism: „Aceste progrese vor duce la salturi cuantice în domenii de cercetare conexe, cum ar fi imunologia, biologia și medicina.”


Moartea celulară programată ca apărare împotriva infecției

Celulele eucariote pot muri din cauza unui traumatism fizic, care are ca rezultat necroză. Alternativ, ei pot muri prin moarte celulară programată la stimularea unor căi de semnalizare specifice. În această revizuire, discutăm rolul diferitelor căi de moarte celulară în apărarea imună înnăscută împotriva infecțiilor bacteriene și virale: apoptoză, necroptoză, piroptoză și NEToză. Descriem interacțiunile care împletesc diferite căi programate de moarte celulară, care creează rețele complexe de semnalizare care se protejează reciproc în „cursa înarmărilor” evolutivă cu agenții patogeni. În cele din urmă, descriem modul în care cadavrele celulare rezultate - corpuri apoptotice, capcanele intracelulare induse de pori (PIT) și capcanele extracelulare pentru neutrofile (NET) - promovează eliminarea infecției.

Declarație de conflict de interese

Declarație de interese concurente

Autorii nu declară interese concurente.

Cifre

Piroptoza este inițiată de...

Piroptoza este inițiată fie de caspaza 1, fie de 11. Caspaza 1 este...

Figura 2. Apoptoză și necroptoză

Figura 2. Apoptoză și necroptoză

(Stânga) Apoptoza poate fi declanșată prin căi intrinseci sau extrinseci,...

Figura 3. Corpuri apoptotice, capcane extracelulare pentru neutrofile...

Figura 3. Corpi apoptotici, capcane extracelulare pentru neutrofile și capcane intracelulare induse de pori

Figura 4. Interacțiuni între apoptotic, necroptotic și...

Figura 4. Interacțiuni între căile apoptotice, necroptotice și piroptotice


Moleculele derivate din zahăr ucid virușii printr-un nou tratament inovator

Virușii sunt surprinzător de greu de ucis – majoritatea medicamentelor și substanțelor chimice care fac treaba sunt, de asemenea, dăunătoare sănătății umane. Dar acum, oamenii de știință au dezvoltat o nouă substanță virucidă derivată din zahăr, care o face mortală pentru o gamă largă de viruși, dar sigură pentru noi.

Marea majoritate a tratamentelor antivirale existente nu ucid de fapt insectele, ci, în schimb, le încetinesc creșterea sau își reduc capacitatea de a infecta celulele. În timp ce aceasta poate fi o metodă eficientă de a preveni îmbolnăvirea, virușii evoluează rapid, așa că deseori modifică noi apărări împotriva acestor medicamente.

Este nevoie de noi tratamente virucide care să elimine virușii în mod corespunzător și, în mod ideal, să funcționeze împotriva diferitelor tipuri. Acum, cercetătorii de la Universitatea din Manchester, Universitatea din Geneva (UNIGE) și EPFL au reușit să creeze un nou medicament virucid promițător.

Echipa a început cu molecule numite ciclodextrine, care sunt derivați naturali ai glucozei. Ei au proiectat aceste molecule pentru a atrage viruși, apoi se agață de suprafața lor și le deschid membranele exterioare, distrugându-le efectiv.

O imagine la microscop a unui virus înainte și după tratamentul cu moleculele antivirale

Cercetătorii au testat noul tratament pe mai multe tipuri de virusuri, inclusiv herpes, HIV, hepatită C, Zika și virusul sincițial respirator și au observat rezultate puternice la nivel global. Moleculele au fost testate în vase de laborator ale virușilor și culturilor de țesuturi, precum și pe șoareci și s-au dovedit a fi eficiente. Este important că nu au afectat celulele din culturile de țesuturi sau șoareci, iar alte teste au arătat că virușii nu au fost capabili să modifice rezistența la medicament.

„Am conceput cu succes o nouă moleculă, care este un zahăr modificat care prezintă proprietăți antivirale cu spectru larg”, spun Samuel Jones și Valeria Cagno, cercetătorii principali ai studiului. „Mecanismul antiviral este virucid, ceea ce înseamnă că virusurile se luptă să dezvolte rezistență. Deoarece acesta este un nou tip de antiviral și unul dintre primii care a arătat vreodată o eficacitate cu spectru larg, are potențialul de a schimba jocul în tratarea infecțiilor virale.”

Echipa spune că această moleculă ar putea fi utilă împotriva virușilor care au dezvoltat rezistență împotriva altor tratamente și chiar amenințărilor viitoare similare cu coronavirusul emergent. Moleculele au fost brevetate, iar echipa înființează în prezent o companie spin-off pentru a o aduce pe piață. Scopul final este de a le dezvolta în unguente, spray-uri nazale și alte tratamente.


Mecanisme de apărare și imunitate înnăscută

Următoarele puncte evidențiază primele șase mecanisme de apărare implicate în imunitatea înnăscută. Mecanismele de apărare sunt: ​​1. Bariere fizice (sau mecanice) și chimice 2. Inflamație 3. Fagocitoza 4. Sistemul de complement 5. Substanțe antibacteriene 6. Substante antivirale.

Mecanismul # 1. Bariere fizice (sau mecanice) și chimice:

Barierele fizice (sau mecanice) ale gazdei în cooperare cu barierele chimice (secrețiile) acționează ca prima linie de apărare împotriva microorganismelor patogene și a materialelor străine. Aceste bariere includ pielea, membranele mucoase, sistemul respirator, tractul gastrointestinal, tractul genito-urinar, ochi, bacteriocine și beta-lizină și alte polipeptide.

Pielea, mucoasele, sistemul respirator, tractul gastrointestinal, tractul genito-urinar și ochii sunt barierele care asigură apărarea atât fizică, cât și chimică (de exemplu, sucuri gastrice, lizozim, lactoferină, glicoproteine, uree etc.) în cooperare. În plus, bacteriocinele și beta-lizina și alte polipeptide sunt substanțele chimice defensive împotriva microorganismelor.

Pielea intactă este o barieră fizică sau mecanică foarte eficientă pentru a bloca intrarea agenților patogeni microbieni în organism. Cu câteva excepții, microorganismele nu reușesc să pătrundă în piele, deoarece stratul său exterior constă din celule groase, strâns împachetate, numite keratinocite, care produc cheratine.

Keratinele sunt scleroproteine ​​care cuprind componentele principale ale părului, unghiilor și celulelor exterioare ale pielii. Aceste scleroproteine ​​nu sunt ușor degradabile enzimatic de către microorganisme. Ele rezistă la intrarea apei care conțin microbi și funcționează astfel ca o barieră fizică pentru microorganisme.

Pe lângă prevenirea directă a pătrunderii, eliminarea continuă a celulelor epiteliale exterioare ale pielii îndepărtează mulți dintre acești agenți patogeni microbieni care reușesc să adere la suprafața pielii.

2. Membrana mucoasă:

Membranele mucoase ale diferitelor sisteme ale corpului, cum ar fi cele respiratorii, gastrointestinale, genito-urinale și oculare previn invazia de către microorganisme cu ajutorul epiteliului lor stratificat intact și al secrețiilor mucoase, care formează un înveliș protector care rezistă la penetrare și captează multe microorganisme.

3. Sistemul respirator:

O persoană medie inhalează aproximativ 10.000 de microorganisme pe zi, de obicei, la o rată de opt microorganisme pe minut. Aceste microorganisme se depun pe suprafețele mucoase umede, lipicioase ale tractului respirator. Pătura mucociliară a epiteliului respirator prinde microorganismul cu un diametru mai mic de 10 μm și le transportă prin acțiune ciliară departe de plămâni.

Microorganismele mai mari de 10 μm sunt în mod normal prinse de firele de păr și cilii care căptușesc cavitatea nazală care bat spre faringe, astfel încât mucusul cu microorganismele sale prinse este deplasat spre gură și expulzat. Tusea și strănutul ajută, de asemenea, la îndepărtarea microorganismelor din tractul respirator.

Ele clarifică sistemul respirator de microorganisme prin expulzarea forțată a aerului din plămâni prin gură și, respectiv, nas. Salivația spăla, de asemenea, microorganismele din gură și zonele nazofaringiene în stomac.

4. Sistemul gastrointestinal:

Microorganismele pot ajunge la stomac. Multe dintre ele sunt distruse de sucul gastric din stomac. Sucul gastric este un amestec de acid clorhidric, enzime proteolitice și mucus și este foarte acid, cu un pH de 2 până la 3. Acest suc este în mod normal suficient pentru a ucide majoritatea microorganismelor și a le distruge toxinele.

În plus, populația microbiană normală a intestinului gros este extrem de semnificativă pentru a nu permite stabilirea microorganismelor patogene în acesta.

Pentru comoditate, multe microorganisme comensalistice din tractul intestinal secretă produse metabolice (de exemplu, acizi grași) care împiedică instalarea microorganismelor “nedorite” în tract. În intestinul subțire, totuși, agenții patogeni microbieni sunt adesea uciși de diferite enzime pancreatice, bilă și enzime din secrețiile intestinale.

5. Sistemul genito-urinar:

Rinichii, ureterele și vezica urinară sunt sterile în condiții normale. Medula rinichilor este atât de hipertonică încât permite doar puținelor microorganisme să supraviețuiască.

Urina distruge unele microorganisme din cauza pH-ului său scăzut și a prezenței ureei și a altor produse metabolice cum ar fi acidul uric, acidul hipuric, mucina, acizii grași, enzimele etc. Căile urinare inferioare sunt spălate cu urină, eliminând potențialii patogeni microbieni. Mediul acid (pH 3 până la 5) al vaginului conferă, de asemenea, apărare, deoarece este nefavorabil pentru majoritatea microorganismelor să se stabilească.

Conjunctiva ochiului căptușește suprafața interioară a fiecărei pleoape și suprafața expusă a globului ocular. Este o membrană epitelială specializată secretoare de mucus și este menținută umedă prin acțiunea continuă de înroșire a lacrimilor secretate de glandele lacrimale. Lacrimile conțin lizozim și lactoferină și astfel acționează ca bariere fizice și chimice.

Suprafețele pielii și mucoaselor sunt locuite de flora microbiană normală. Dintre acestea, multe bacterii sintetizează și eliberează proteine ​​toxice (de exemplu, colicină, stafilococină) sub direcția plasmidelor lor. Aceste proteine ​​toxice sunt numite bacteriocine, care ucid alte specii înrudite, oferind astfel un avantaj adaptativ împotriva altor bacterii.

8. Beta-lizina și alte polipeptide:

Trombocitele sanguine eliberează o polipeptidă cationică numită beta-lizină, care perturbă membrana plasmatică a anumitor bacterii gram-pozitive și le ucide. Leukina, cecropinele, plakinele și fagocitina sunt alte polipeptide cationice care ucid bacteriile gram-pozitive specifice. Factorul antibacterian prostatic, o polipeptidă care conține zinc, este o substanță chimică antimicrobiană importantă secretată de glandele prostrate la bărbați.

Mecanism # 2. Inflamație (răspuns inflamator):

Inflamația (L. inflammatio = a da foc) este un răspuns de apărare înnăscut (nespecific) al organismului la infecția patogenă sau leziunile tisulare și ajută la localizarea infecției sau leziunii în zona sa locală. Multe dintre caracteristicile clasice ale inflamației au fost descrise încă din 1600 î.Hr. în scrierile egiptene din papirus.

În secolul I d.Hr., medicul roman Celsus a descris cele patru semne cardinale ale inflamației ca roșeață (rubor), umflare (tumoare), căldură (culoare) și durere (dolor). În secolul al II-lea d.Hr., un alt medic, Galen a adăugat un al cincilea semn: funcția alterată (functio laesa).

1. Evenimente majore care au ca rezultat semne cardinale:

Următoarele sunt evenimentele majore care au ca rezultat semnele cardinale ale inflamației:

(i) Înroșirea și căldura (creșterea temperaturii) zonei localizate se datorează vasodilatației (o creștere a diametrului vaselor de sânge) a capilarelor din apropiere, care apare pe măsură ce vasul care transportă sângele departe de zona afectată se constrează, ducând la ingurgitare. a rețelei capilare.

(ii) Umflarea țesuturilor apare din cauza acumulării de exsudate în zona infecției sau a leziunii. O creștere a permeabilității capilare facilitează un aflux de lichid și celule din capilarele îngorgate în țesut. Lichidul care se acumulează (exudatul) posedă un conținut de proteine ​​mult mai mare decât lichidul eliberat în mod normal din sistemul vascular.

(iii) Durerea se datorează lizei celulelor sanguine. Liza declanșează producția de prostaglandine și bradikinină, substanțele chimice care modifică pragul și intensitatea răspunsului sistemului nervos la durere. Durerea are, probabil, un rol protector, deoarece în mod normal determină individul să protejeze zona infectată sau rănită.

2. Mecanism de apărare:

Răspunsul inflamator este un termen colectiv care reprezintă secvența complexă de evenimente din timpul inflamației. Se inițiază atunci când celulele țesuturilor lezate eliberează mediatori inflamatori
(produse chimice). Printre mediatorii inflamatori se numără diverse proteine ​​​​serice numite proteine ​​​​de fază acută, principalele proteine ​​​​de fază acută sunt histamina și kininele.

Proteinele în fază acută se leagă de receptorii de pe capilarele și venulele din apropiere, provocând vasodilatație și permeabilitate crescută, ceea ce are ca rezultat un aflux de fagocite (de exemplu, neutrofile, limfocite, monocite și macrofage) din sânge în țesuturi.

Emigrarea fagocitelor este un proces în mai multe etape (Fig. 44.14) care include aderența celulelor la peretele endotelial al vaselor de sânge (marginare), urmată de emigrarea lor între celulele endoteliale în țesuturi (diapedeză sau extravazare) și, în final, , migrarea lor prin țesut la locul invaziei (chemotaxie).

Pe măsură ce celulele fagocitare se acumulează în locul leziunii și încep să fagociteze agenții patogeni microbieni, în timpul acestui proces eliberează enzime litice care dăunează în mod normal celulelor sănătoase din apropiere. Celulele gazdă moarte, celulele fagocitare moarte, agenții patogeni microbieni morți și lichidul corporal formează împreună o substanță numită puroi (exudatul inflamator).

Atunci când proteinele în fază acută se leagă de receptorii de pe capilarele și venulele din apropiere și provoacă vasodilatație și permeabilitate crescută, acestea din urmă permit enzimelor sistemului de coagulare a sângelui să intre în țesut. Aceste enzime activează o cascadă de enzime care are ca rezultat depunerea de fire insolubile de fibrină, un constituent principal al unui cheag de sânge.

Șuvițele de fibrină depărtează zona rănită de restul corpului și servesc la prevenirea răspândirii infecției. Odată ce răspunsul inflamator este atenuat și puroiul este îndepărtat, zona infectată sau rănită este umplută cu țesuturi noi care încep funcționarea normală.

Mecanism # 3. Fagocitoza:

Fagocitoza (Gk. Phagein = a mânca cyte = celulă și osis = un proces) este un proces în care particulele mari și celulele microbiene sunt închise într-o vacuolă fagocitară sau fagozom și înghițite. Acționează o barieră celulară extrem de eficientă împotriva microorganismelor patogene și este îndeplinită prin absorbția și digestia microorganismelor de către o varietate de celule ale sistemului de apărare al organismului.

Pe lângă contribuția sa în apărare, fagocitoza ajută anumite celule și chiar organisme (de exemplu, protozoare) să-și obțină nutrienții. Cu toate acestea, fagocitoza a fost o descoperire întâmplătoare de către E. Metchnikoff (un originar din Ucraina) în 1884, care a sugerat că celulele mobile ale larvelor de stele de mare au căutat și înghițit în mod activ particulele străine prezente în mediul lor.

Următoarele linii sunt dedicate în contextul rolului fagocitozei în apărarea înnăscută (nespecifică) a gazdei:

1. Recunoașterea și aderarea microorganismelor:

Celulele fagocitare (neutrofile, macrofage monocite și celule dendritice) folosesc două mecanisme moleculare fundamentale pentru recunoașterea agenților patogeni microbieni și aderarea lor la membrana plasmatică a fgocitelor:

(i) Recunoașterea dependentă de opsonină (opsonică) (numită opsonizare) și

(ii) Recunoaștere independentă de opsonină (nonopsonică).

Recunoașterea dependentă de opsonină sau opsonizarea (Gk. opson = a pregăti victima pentru) este un proces în care celulele fagocitare recunosc cu ușurință agenții patogeni microbieni care sunt acoperiți de componentele serului (anticorpi în special lgG1 și lgG3, complement C3b și atât anticorpi, cât și complement. C3b) numite opsonine.

Opsoninele funcționează ca o punte între microorganism și fagocit, legându-se de suprafața microorganismului la un capăt și de receptori specifici de pe suprafața fagocitelor la celălalt (Fig. 44.15) și sporesc fagocitoza multifold. Într-un studiu pentru comoditate, rata de fagocitoză a unui microorganism a fost de 4000 de ori mai mare în prezența opsoninei decât în ​​absența acesteia.

Recunoașterea independentă de opsonină implică mecanismul care nu implică opsoninele și folosește alți receptori pe celulele fagocitare care recunosc structuri (adezine) exprimate pe suprafața diferiților agenți patogeni microbieni (Fig. 44.16). Cei importanți ai unor astfel de receptori sunt lectinele, polizaharidele, glicolipidele, proteolicanii, lipopolizaharidele (LPS), flagelina etc.

Este important de menționat că în timpul recunoașterii independente de opsonină, o anumită specie microbiană poate prezenta mai multe adezine, fiecare recunoscută de un receptor distinct prezent pe celulele fagocitare.

2. Ingestia și digestia microorganismelor:

Aderarea microorganismelor pe membrana plasmatică a fagocitelor este urmată de ingestia și digestia lor. Aderența induce proeminențe ale membranei plasmatice, numite pseudopode, în 10 amploare în jurul microorganismelor aderate.

Fuziunea pseudopodiilor înglobează microorganismele într-o structură mărginită de membrană numită fagozom, care se deplasează spre interiorul celulei și fuzionează cu un lizozom pentru a forma un fagolizozom (Fig. 44.17) Lizomii contribuie la fagolizozom o varietate de enzime hidrolitice, cum ar fi lizozimul fosfolipaza A2, ribonuclează dezoxiribonuclează și proteaze.

Un pH vacuolar acid favorizează activitatea enzimelor hidrolitice. Enzimele hidrolitice digeră microorganismele prinse. Conținutul rezidual după digestie în interiorul fagolizozomului este apoi eliminat printr-un proces numit exocitoză.

Mecanism # 4. Sistemul de complement:

Serul sângelui conține un număr mare (peste 30) de proteine ​​​​serice care circulă în stare inactivă și în urma activării lor inițiale prin mecanisme imunogene specifice (adaptative) și nespecifice (înnăscute), interacționează într-un mod în cascadă foarte reglat, în care activarea unei componente are ca rezultat activarea următoarei din cascadă. Această cascadă de proteine ​​scrum este numită în mod colectiv sistem complement, iar proteina serică a sistemului complement este numită proteine ​​complement.

Atunci când formele inactive ale proteinelor complementului sunt transformate în forme active prin diferite mecanisme imunologice specifice (adaptative) și nespecifice (înnăscute), acestea afectează membranele agenților patogeni microbieni fie distrugându-le, fie facilitând eliminarea acestora.

Sistemul de complement poate acționa ca un sistem efector care este declanșat prin legarea de anticorpi la anumite suprafețe celulare sau poate fi activat prin reacții între proteinele complementului și receptorii pereților celulari microbieni. Reacțiile dintre proteinele complementului și receptorii celulari declanșează activarea celulelor imunității înnăscute sau adaptive.

Există trei căi de activare a complementului:

(i) Calea clasică a complementului,

(ii) Calea alternativă a complementului și

(iii) Calea complementului lectinei.

Deși aceste căi folosesc mecanisme similare, proteinele specifice sunt unice pentru prima parte a fiecărei căi. Calea clasică este implicată în imunitatea specifică sau dobândită (adaptativă), în timp ce atât căile alternative, cât și căile lectinei joacă un rol important în imunitatea înnăscută (nespecifică).

Mecanism # 5. Substante antibacteriene:

Gazdele umane posedă substanțe antibacteriene cu care combat atacul continuu al agenților patogeni bacterieni. Aceste substanțe antibacteriene sunt produse fie de gazda însăși, fie de anumite bacterii indigene. Substanțele antibacteriene importante sunt lizozima, bacteriocinele și beta-lizina și alte polipeptide.

Lizozima este enzima care rupe legăturile β-1, 4-glicozidice dintre N-acetilglucozamină și acidul N-acetilmuramic din peptidoglican, molecula semnătură a peretelui celular bacterian. Această rupere a legăturii slăbește peretele celular bacterian.

Apa intră apoi în celulă, iar celula se umflă și în cele din urmă izbucnește, proces numit liză (Fig. 44.18). Lizozima apare în secrețiile corporale, inclusiv în lacrimi, saliva și alte fluide corporale și, probabil, funcționează ca o linie majoră de apărare nespecifică împotriva infecțiilor bacteriene.

Multe dintre flora bacteriană normală a organismului gazdă sintetizează și eliberează proteine ​​toxice codificate de plasmide (de exemplu, colicine, stafilococină), numite colectiv bacteriozine, care inhibă sau ucid specii de bacterii strâns înrudite sau chiar diferite și le pot oferi producătorilor lor și avantaj adaptativ față de alte bacterii. .

Aceste proteine ​​toxice sunt numite bacteriocine pentru a le distinge de antibiotice, deoarece posedă un spectru de activitate mai îngust decât antibioticele. Genele producătoare de bacteriocine sunt adesea prezente pe plasmidă sau pe un transpozon.

Majoritatea bacteriocinelor sunt produse de bacterii gram-negative și sunt denumite în general după speciile genurilor bacteriene care le produc. bacteriocina produsă de E. coli este colicina, de Bacillus subtilis este substilicina.

E. coli sintetizează colicine. Unele colicine se leagă de receptori specifici de pe suprafața celulelor susceptibile și le ucid prin perturbarea anumitor funcții celulare critice. De exemplu, multe colicine formează canale în membrana plasmatică care permit ionilor de potasiu și protonii să se scurgă, ceea ce duce la o pierdere a capacității celulei de a forma energie. Colicina E2 (codificată de plasmida col E2) este o endonuclează ADN și scindează ADN-ul. Colicin E3 (codificat de plasmida Col E3) este o nuclează care taie la un loc specific în ARNr 16S și inactivează ribozomii.

Recent s-a descoperit că unele bacterii pozitive pentru cereale produc peptide asemănătoare bacteriocinei. De exemplu, bacteriile de acid lactic produc nisină A, care inhibă puternic creșterea unei game largi de bacterii gram-pozitive.

Beta-lizina și alte polipeptide:

Beta-lizina este o polipeptidă cationică sintetizată și eliberată de trombocitele din sânge și ucide unele bacterii gram-pozitive prin distrugerea membranelor lor plasmatice. Alte polipetide cationice produse în corpul gazdă includ leukinele, plakinele, cecropinele și fagocitina. O polipeptidă care conține zinc numită ‘factor antibacterian prostatic’ este secretată de glanda prostatică la bărbați și acționează ca o substanță antibacteriană importantă.

Mecanism # 6. Substante antivirale:

Rezultatul unei infecții cu virus este influențat de virulența tulpinii infectante și de rezistența conferită de gazdă. Mecanismele rezistenței gazdei pot fi imunologice sau nespecifice. Acestea din urmă includ diverși factori genetici și fiziologici, cum ar fi interferonii, intermediarii reactiv de azot (RNIs), defensinele și febra.

Interferonii sunt o familie de proteine ​​codificate gazdă produse de celule la inducția de către inductori virali și sunt considerați a fi prima linie de apărare împotriva atacurilor virale. Interferonul în sine nu are efect direct asupra virușilor, dar acționează asupra altor celule din aceeași specie, făcându-le refractare la infecția virală.

La expunerea la interferon, celulele produc o proteină (proteina de inhibare a traducerii, TIP) care inhibă selectiv translația ARNm viral fără a afecta ARNm celular. Proteina de inhibare a translației (TIP) este de fapt un amestec de cel puțin trei enzime diferite, și anume, protein kinaza, oligonucleotid sintetaza și ribonuclează (ARNază).

Aceste enzime blochează împreună traducerea ARNm viral în proteine ​​virale. De asemenea, sa sugerat că inhibarea transcripției virale poate fi, de asemenea, responsabilă pentru activitatea antivirală a interferonului.

Intermediari reactivi de azot:

S-au descoperit recent macrofage (de asemenea neutrofile și mastocite) producând intermediari reactivi de azot (RNIs). Aceste molecule includ oxid nitric (NO) și formele sale oxidate, nitritul (NO2 –) și nitriți (NR3 –) și sunt agenți citotoxici foarte puternici.

RNI-urile pot fi fie eliberate din celule, fie generate în vacuolele celulare. Macrofagele produc RNI din aminoacidul arginina. S-a descoperit că macrofagele distrug virusul herpes simplex cu ajutorul RNI-urilor produse de ei.

Definsinele sunt peptide antimicrobiene cu spectru larg sintetizate de celulele precursoare mieloide în timpul șederii lor în măduva osoasă și apoi sunt stocate în granulele citoplasmatice ale neutrofilelor mature.

Pe lângă bacteriile gram-pozitive și gram-negative și drojdiile și mucegaiurile, defensinele vizează unele viruși. Antiviral activity of defensins involves direct neutralization of enveloped viruses non-enveloped viruses are not affected by defensins.

Fever (Elevated Body Temperature):

Fever is a physiological factor and results from disturbance in hypothalamic thermoregulatory activity leading to an increase in normal body temperature. In adult humans fever is defined as an oral temperature above 98°F (37°C) or a rectal temperature above 99.5°F (37.5°C).

In almost every instance there is a specific constituent called ‘endogenous pyrogen’ that directly triggers fever production. These pyrogens include interleukin 1 (IL-1), interleukin (IL-6), and tissue necrosis factor that are synthesized and released by host macrophages in response to pathogenic factors that include viruses, bacteria, and bacterial toxins. It has been found that fever may act as natural defence mechanism against viral infections because most viruses are inhibited by temperatures above 39°C.


Starting Points

Connecting and Relating

  • If you cut yourself, what things can you do to help prevent an infection? What part of your immune system are you helping through these actions?
  • Which cells in the immune system can you name? In what context have you heard about them before?
  • Why does a doctor feel your lymph nodes during a physical examination? Have you ever felt that your lymph nodes were sore or swollen? When have you noticed this?

Connecting and Relating

  • If you cut yourself, what things can you do to help prevent an infection? What part of your immune system are you helping through these actions?
  • Which cells in the immune system can you name? In what context have you heard about them before?
  • Why does a doctor feel your lymph nodes during a physical examination? Have you ever felt that your lymph nodes were sore or swollen? When have you noticed this?

Relating Science and Technology to Society and the Environment

  • During surgery, how is a person’s immune system exposed to pathogens? What steps do surgical teams take to avoid spreading infections during surgery?

Relating Science and Technology to Society and the Environment

  • During surgery, how is a person’s immune system exposed to pathogens? What steps do surgical teams take to avoid spreading infections during surgery?

Exploring Concepts

  • What physical barriers in the human body play an important role in the immune system?
  • What is phagocytosis? At which stage of the immune response does phagocytosis take place?
  • Where do dendritic cells originate? What is their role in the immune system?

Exploring Concepts

  • What physical barriers in the human body play an important role in the immune system?
  • What is phagocytosis? At which stage of the immune response does phagocytosis take place?
  • Where do dendritic cells originate? What is their role in the immune system?

Nature of Science/Nature of Technology

  • What do you know about how T cells were discovered? (Note: This question will require additional research.)

Nature of Science/Nature of Technology

  • What do you know about how T cells were discovered? (Note: This question will require additional research.)

Media Literacy

  • Have you heard media stories about infection outbreaks at hospitals? (e.g., MRSA, Clostridium difficile, pneumonia, influenza.) What types of infections have been reported? Why are these instances usually reported as a serious problem?

Media Literacy

  • Have you heard media stories about infection outbreaks at hospitals? (e.g., MRSA, Clostridium difficile, pneumonia, influenza.) What types of infections have been reported? Why are these instances usually reported as a serious problem?

Teaching Suggestions

  • This article supports teaching and learning in Biology and Human Health related to the immune system, structure and function of the immune system, and the immune response. Concepts introduced include pathogens, macrophages, phagocytosis, innate immunity, adaptive immunity, dendritic cells and T cells.
  • Before reading this article, teachers could provide students with a Vocabulary Preview to help engage prior knowledge and introduce new terms. Ready-to-use Vocabulary Preview learning strategy reproducibles are available in [Google doc] and [PDF] formats.
  • To help consolidate and extend learning, teachers could have students watch one or more of the videos from the Learn More section. To organize and compare the information from these resources, students could complete a Print-Video Venn Diagram learning strategy. Ready-to-use Print-Video Venn Diagram reproducibles for this article are available in [Google doc] and [PDF] formats.
  • In addition, after reading this article and/or viewing the videos, teachers could have students create a graphic organizer that clearly illustrates the levels of defence of the immune system and the structures and cellular processes involved at each level. Students could use an online infographic creator to convey this information in a creative and unique digital format.

Teaching Suggestions

  • This article supports teaching and learning in Biology and Human Health related to the immune system, structure and function of the immune system, and the immune response. Concepts introduced include pathogens, macrophages, phagocytosis, innate immunity, adaptive immunity, dendritic cells and T cells.
  • Before reading this article, teachers could provide students with a Vocabulary Preview to help engage prior knowledge and introduce new terms. Ready-to-use Vocabulary Preview learning strategy reproducibles are available in [Google doc] and [PDF] formats.
  • To help consolidate and extend learning, teachers could have students watch one or more of the videos from the Learn More section. To organize and compare the information from these resources, students could complete a Print-Video Venn Diagram learning strategy. Ready-to-use Print-Video Venn Diagram reproducibles for this article are available in [Google doc] and [PDF] formats.
  • In addition, after reading this article and/or viewing the videos, teachers could have students create a graphic organizer that clearly illustrates the levels of defence of the immune system and the structures and cellular processes involved at each level. Students could use an online infographic creator to convey this information in a creative and unique digital format.

Bony encasements

Bony encasements, such as the skull and the thoracic cage, protect vital organs from injury and entry of microbes.

Mechanical removal is the process of physically flushing microbes from the body. Methods include:

  1. Mucus and cilia: Mucus traps microorganisms and prevents them from reaching and colonizing the mucosal epithelium. Mucus also contains lysozyme to degrade bacterial peptidoglycan, an antibody called secretory IgA that prevents microbes from attaching to mucosal cells and traps them in the mucus, lactoferrin to bind iron and keep it from from being used by microbes, and lactoperoxidase to generate toxic superoxide radicals that kill microbes. Cilia on the surface of the epithelial cells propel mucus and trapped microbes upwards towards the throat where it is swallowed and the microbes are killed in the stomach. This is sometimes called the tracheal toilet.
  2. The cough and sneeze reflex: Coughing and sneezing removes mucus and trapped microbes.
  3. Vomiting and diarrhea: These processes remove pathogens and toxins in the gastrointestinal tract.
  4. he physical flushing action of body fluids: Fluids such as urine, tears, saliva, perspiration, and blood from injured blood vessels also flush microbes from the body.

Bacterial Antagonism by Normal Microbiota

Approximately 100 trillion bacteria and other microorganisms reside in or on the human body. The normal body microbiota keeps potentially harmful opportunistic pathogens in check and also inhibits the colonization of pathogens by:

  1. Producing metabolic products (fatty acids, bacteriocins, etc.) that inhibit the growth of many pathogens
  2. Adhering to target host cells so as to cover them and preventing pathogens from colonizing
  3. Depleting nutrients essential for the growth of pathogens and
  4. Non-specifically stimulating the immune system.

Destruction of normal bacterial microbiota by the use of broad spectrum antibiotics may result in superinfections or overgrowth by antibiotic-resistant opportunistic microbiota. For example, the yeast Candida, that causes infections such as vaginitis and thrush, and the bacterium Clostridium difficile, that causes potentially severe antibiotic-associated colitis, are opportunistic microorganisms normally held in check by the normal microbiota.

În cazul în care Candida infections, the Candida resists the antibacterial antibiotics because being a yeast, it is eukaryotic, not prokaryotic like the bacteria. Once the bacteria are eliminated by the antibiotics, the Candida has no competition and can overgrow the area.

Clostridium difficile is an opportunistic Gram-positive, endospore-producing bacillus transmitted by the fecal-oral route that causes severe antibiotic-associated colitis. C. difficile is a common healthcare-associated infection (HAIs) and is the most frequent cause of health-care-associated diarrhea. C. difficile infection often recurs and can progress to sepsis and death. CDC has estimated that there are about 500,000 C. difficile infections (CDI) in health-care associated patients each year and is linked to 15,000 American deaths each year.

Antibiotic-associated colitis is especially common in older adults. Se crede că C. difficile survives the exposure to the antibiotic by sporulation. After the antibiotic is no longer in the body, the endospores germinate and C. difficile overgrows the intestinal tract and secretes toxin A and toxin B that have a cytotoxic effect on the epithelial cells of the colon. C. difficile has become increasingly resistant to antibiotics in recent years making treatment often difficult. There has been a great deal of success in treating the infection with fecal transplants, still primarily an experimental procedure. Polymerase chain reaction (PCRs) assays, which test for the bacterial gene encoding toxin B, are highly sensitive and specific for the presence of a toxin-producing Clostridium difficile organism. The most successful technique in restricting C. difficile infections has been the restriction of the use of antimicrobial agents.

  1. A patient is given large doses of broad spectrum antibiotics and subsequently develops a Candida albicans infection of the vagina. Discuss why this might happen in terms of immediate innate immunity. Why didn't the antibiotic kill the Candida albicans too?
  2. Often during intestinal infections drugs are given to suppress diarrhea. Discuss why this may not always be a good idea, especially with microbial infections that cause ulceration of the intestines.

Întrebări

Studiați materialul din această secțiune și apoi scrieți răspunsurile la aceste întrebări. Nu faceți clic pe răspunsuri și scrieți-le. Acest lucru nu vă va testa înțelegerea acestui tutorial.

  1. State what color Gram-positive bacteria appear after the Gram stain procedure. (ans)
  2. Describe the structure and appearance of a Gram-positive cell wall. (ans)
  3. State the beneficial function to the bacterium of the following components of the gram-positive cell wall:
    1. peptidoglican (ans)
    2. acizi teicoici (ans)
    3. adhesins (ans)
    4. invasins (ans)

    Note de curs

    6.3.1 Define patogen: an organism or virus that causes disease

    6.3.2 Explain why antibiotics are effective against bacteria but not viruses

    • antibiotics block specific metabolic pathways found in bacteria, but not eukaryotic cells
    • because viruses reproduce using the host cell (eukaryotic) metabolic pathways, they are unaffected by antibiotics
    • antibiotics have produced great benefits world-wide in the control of bacterial diseases
      • Stafilococ infections controlled
      • STD's, such as gonorrhea and syphilis controlled

      6.3.3 Outline the role of skin and mucous membranes in defense against pathogens

      • 1st line of defense = nonspecific
      • skin:
        • tightly bound barrier of dead, keratin-rich epidermal cells
          • tough, elastic, waterproof surface
          • linings of intestinal tract, respiratory tract, eyes, genitals
          • mucous traps microbes
          • lysozymes: antibacterial enzymes
          • cilia: clear respiratory tract
          • aciditate:
            • stomach: pH = 2
            • vagina pH = 5-6

            6.3.4 Outline how phagocytic leucocytes ingest pathogens in the blood and in body tissues:

            • damage to tissues allows invasion across 1st line of defense
              • microbes successfully invade body fluids or tissues
              • damaged cells release histamine and other chemicals initiating inflammation
              • phagocytes recognize microbes as foreign by antigen recognition
              • variety of phagocytic cells: neutrophils (65% of WBCs), monocytes (4% of WBCs, macrophages (derived from monocytes))
              • digested microbe fragments are displayed on cell membrane
              • phagocytes with microbe fragments displayed = antigen-presenting cells: APCs

              6.3.5 Distinguish between antigene și anticorpi

              • antigen: a molecule recognized as foreign by the immune system it elicits an immune response
              • anticorp: =immunoglobulin
                • a globular protein
                • recognizes an antigen by its complementary shape and charge
                • thus allowing it to attach to the antigen specifically
                • marking it for attack by the immune system

                6.3.6 Explain antibody production = Humoral response:

                • macrophages:
                  • following phagocytotic digestion, display antigen on surface
                  • becoming antigen-presenting cells = APCs
                  • only T-lymphocytes with receptor proteins specifically matching the antigen of the APCs
                  • only those B-lymphocytes with antibodies specifically matching helper T-lymphocytes receptor proteins are activated
                  • produces a large population of B-lymphocytes
                    • plasma cells
                    • celule de memorie
                    • by protein synthesis
                    • releasing antibodies by exocytosis
                    • into the surrounding humors
                      • sânge
                      • tissue fluids
                      • lymph
                      • marking them for phagocytosis by macrophages
                      • B-lymphocytes & helper T-lymphocytes
                      • reside in the lymph nodes
                      • upon subsequent exposure to the antigen
                        • produce a rapid and intense response
                        • = secondary response

                        6.3.7 Outline the effects of HIV on the immune system

                        • reduction in the number of active lymphocytes
                        • loss of the ability to produce antibodies

                        6.3.8 Discuss the cause, transmission and social implications of AIDS


                        Referințe

                        (1) Westra, E. R. et al. The CRISPRs, they are a-changin’: how prokaryotes generate adaptive immunity. Annu. Pr. Genet. 46, 311–39 (2012). (2) Marcó, M. B., Moineau, S. & Quiberoni, A. Bacteriophages and dairy fermentations. Bacteriophage 2, 149–158 (2012). (3) Samson, J. E., Magadán, A. H., Sabri, M. & Moineau, S. Revenge of the phages: defeating bacterial defences. Nat. Rev. Microbiol. 11, 675–87 (2013). (4) Szalay, A. A., Mackey, C. J. & Langridge, W. H. R. Restriction endonucleases and their applications JlJIIEIE. 1, 154–164 (1979). (5) Types of Restriction Endonucleases. (6) Williams, R. J. Restriction Endonucleases. 23, (2003). (7) Barrangou, R. et al. CRISPR oferă rezistență dobândită împotriva virusurilor la procariote. Science 315, 1709–12 (2007). (8) Jinek, M. et al. O endonuclează ADN programabilă ghidată de ARN dublu în imunitatea bacteriană adaptivă. Science 337, 816–21 (2012). (9) Jiang, W., Bikard, D., Cox, D., Zhang, F. & Marraffini, L. a. RNA-guided editing of bacterial genomes using CRISPR-Cas systems. Nat. Biotehnologia. 31, 233–9 (2013). (10) Brüssow, H. Phages of Dairy bacteria. 283–303 (2001).


                        Priveste filmarea: Ce se întâmplă în organism când eliminăm zahărul din dietă? - VoxQub (August 2022).