Pathogenität

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Arbeiten unter BSL-3

Pathogenität (retronymes Kofferwort aus griech. πάθος pathos „Leiden, Krankheit“ und γένεσις genesis „Erzeugung, Geburt“, vgl. Genese) ist die grundsätzliche Fähigkeit von infektiösen Organismen oder Toxinen, einen bestimmten Organismus krank zu machen, auch wenn nicht jede Infektion zu einer Krankheit führt (inapparente bzw. asymptomatische Infektion). Das Adjektiv dazu lautet pathogen (potentiell krankmachend), das Gegenteil ist apathogen (nicht krankmachend). Krankheitserreger werden auch mit dem Substantiv Pathogen(n.) bezeichnet. Der Begriff Virulenz bezeichnet das Ausmaß der Pathogenität, ohne ein einheitlich definiertes Maß dafür zu sein.[1]

Eigenschaften[Bearbeiten]

Pathogenität wird durch Toxizität und Aggressivität eines Pathogens gekennzeichnet.[2] Die Aggressivität setzt sich aus Eindringen, Verbleib und Vermehrung des Pathogens zusammen.[2] Beispielsweise sind Clostridium tetani oder Corynebacterium diphtheriae wenig aggressiv, aber sehr toxisch, während Streptococcus pneumoniae nur wenig toxisch ist.[3] Pathogene werden nach ihrem Gefahrenpotential für den Menschen in vier Risikogruppen eingeteilt. Die Arbeit mit ihnen erfolgt in der entsprechenden biologischen Schutzstufe (engl. Biosafety Level), mit BSL-1 für Tätigkeiten mit apathogenen bis hin zu BSL-4 für Tätigkeiten mit hochpathogenen Erregern.

Im engeren Sinne bezeichnet Pathogenität die Fähigkeit eines Pathogens (eines parasitären Organismus wie Bakterien, Protozoen oder Parasiten) oder parasitärer Moleküle (Viren, Viroide, Transposons, Prionen), einen bestimmten Wirt durch seinen Ressourcenerwerb zu schädigen. Ihr Gegenteil ist die Apathogenität, d. h. ein solcher Organismus oder Stoff fügt dem Wirt keinen Schaden zu, er ist für diesen apathogen. Die Pathogenität ist zwar in erster Linie eine Eigenschaft des Pathogens, entsteht jedoch erst im Kontakt mit einem Wirt.[4] Die Pathogenität wird durch geschwächte Wirte, z. B. bei einer Infektion mit Pneumocystis carinii oder Cryptosporidium in Patienten mit Immunsuppression, verstärkt.[4]

Man kann experimentell verschiedene Maßzahlen für die Pathogenität bestimmen, beispielsweise die minimale Infektionsdosis (also die Minimaldosis, bei der ein Wirt krank wird), die letale Dosis (die Dosis, die zum sicheren Tod führt), die Letalität bei einer bestimmten Dosis eines Pathogens (also der Prozentsatz der Kranken, der bei einer bestimmten Dosis stirbt), sowie den epidemiologisch bestimmten Kontagionsindex (wie ansteckend ein Pathogen ist) und den Pathogenitätsindex (wie viele Symptome in welchem Schweregrad das Pathogen erzeugt).

Begleiterscheinungen[Bearbeiten]

Weitere gelegentlich auftretende Eigenschaften sind Transmission (nicht aber bei Cryptococcus neoformans oder einigen Zoonosen), Adhäsion, Immunreaktionen des wirtseigenen Immunsystems, immunologische Fluchtmutanten, eine Pathogenität durch die Immunreaktion (z. B. die Zerstörung der Lymphknoten bei HIV, Arthus-Reaktionen bei Streptokokkeninfektionen oder die Tyrosis bei der Tuberkulose) und auch Verhaltensänderungen des Wirtes (z. B. Yersinia pestis bei Flöhen, Toxoplasma gondii bei Ratten, das Tollwutvirus bei diversen Säugern, der kleine Leberegel bei Ameisen oder Polydnaviren bei Schlupfwespenbeute). Die Eigenschaft zu töten (siehe Letalität und Mortalität) ist nicht bei allen Pathogenen gegeben, einige Beispiele hierfür sind humane Papillomviren, Herpesviren, Adeno-assoziierte Viren oder Rhinoviren.

Die Virulenz von Bakterien ist unter anderem von der Existenz von Toxin-Proteinen abhängig, die auch Bestandteil eines Toxin-Antitoxin-Paars sein können. Eine Assoziation von Virulenz mit einer gesamten Bakterienspezies ist nur dann sinnvoll, wenn es keine Stämme ohne Virulenz gibt.[5]

Koevolution[Bearbeiten]

Eine Beobachtung bei der Pathogenese in natürlichen Wirten ist, dass an den Wirt angepasste Krankheitserreger ihm meist nicht sehr schaden, da sie ihn für ihre eigene Entwicklung benötigen und das Immunsystem durch Zellschäden und Apoptose aktiviert wird. Die Vermeidung einer Immunreaktion erleichtert die Replikation und die Übertragung (synonym Transmission) an weitere Wirte. Beispielsweise erreichen Herpes-simplex-Viren Infektionsquoten (synonym Durchseuchung) von über 90 % der deutschen Bevölkerung mit wenig ausgeprägten Symptomen. Das simiane Immundefizienz-Virus erzeugt in seinen natürlichen Wirten kein AIDS, im Gegensatz zu HIV im Menschen. Dagegen löschen sich Infektionen mit Ebola-Virus im Menschen, nicht aber in ihren natürlichen Wirten, gelegentlich durch ihre hohe Virulenz selbst aus, bevor eine effiziente Transmission erfolgt, da der Wirt stark geschwächt ist und bald verstirbt, folglich ist sein Bewegungsradius und somit die Verbreitung des Virus begrenzt. Ein schwerer Infektionsverlauf mit hoher Sterblichkeit (siehe Letalität und Mortalität) ist zumeist ein Anzeichen dafür, dass der verursachende Erreger noch nicht an den betreffenden Organismus als seinen Reservoirwirt angepasst ist. Jedoch ist der Übergang von Pathogenen mit einer hohen Replikation (und erzeugten Schäden) zu einer dauerhaften Infektionsquote (Infect and persist, unter Vermeidung von Schäden) fließend. Anders ausgedrückt, neigen angepasste infektiöse Objekte zur Persistenz und einer regulierten Reproduktionsrate, während weniger angepasste Pathogene tendenziell zur vorzeitigen Beendigung der Infektionskette führen.[6][7][8][9] Bakterien verwenden dazu unter anderem das Quorum sensing.[9] Ausnahmen sind z. B. H5N1-Viren in Vögeln, Yersinia pestis und humane Pockenviren im Menschen, welche trotz längerem Vorkommen vergleichsweise hohe Opferzahlen fordern. Die Anpassung erfolgt jedoch meistens seitens des Wirts, da die Pathogene mit ihren Artgenossen in Konkurrenz um Ressourcen stehen und ein weniger reproduktives Pathogen schneller untergehen würde.[10] Daher tritt eine Minderung der Pathogenität bei Pathogenen vor allem in Verbindung mit einer erhöhten Reproduktionsrate auf.[6]

Die Anpassung des Wirts an das Pathogen wird als Wirtsrestriktion oder -resistenz bezeichnet. Zu den bekannten antiviralen und antibakteriellen Mechanismen gehören beim Menschen z. B. der Myxovirus-Resistenzfaktor Mx1, die PAMP-Rezeptoren, der dsRNA-aktivierte Inhibitor der Translation DAI, das Melanom-Differenzierungs-Antigen 5 (MDA-5), die Oligoadenylatsynthase OAS1, das Langerin, das Tetherin, das SAM domain and HD domain 1-Protein (SamHD1), das RIG-I, das APOBEC3, das TRIM5alpha, die Proteinkinase R und die RNA-Interferenz. Darüber hinaus erfolgt die Immunantwort.

Einteilung nach Wirtsspektrum[Bearbeiten]

Die Spezifizierung der Pathogenität kann durch die Art des Wirtes bezeichnet werden: Den Menschen betreffende Krankheitserreger werden als humanpathogen, Tiere betreffende als zoopathogen (tierpathogen), Pflanzen betreffende als phytopathogen (pflanzenpathogen) bezeichnet. Je nach der Fähigkeit, im Einzelfall tatsächlich eine Erkrankung auszulösen, unterscheidet man eine fakultative Pathogenität (nicht in jedem Fall pathogen oder nur unter bestimmten Umständen) und obligate Pathogenität (in jedem Fall krankheitsauslösend). Der Ursprung eines Pathogens kann außerhalb des Wirts liegen (exopathogen, die meisten Pathogene) oder aus dem Wirt selbst stammen (endopathogen, z. B. Prionen).

Seltener findet der Begriff Psychopathogenität im Zusammenhang mit umstrittenen Inhalten und Dogmen verschiedener Religionen und Ideologien Verwendung. In Analogie zur Pathogenität bezeichnet der Begriff hier die Eigenschaft derartiger Inhalte, „schädigend“ auf den Geist zu wirken.

Einteilung nach Taxonomie[Bearbeiten]

Die Gruppe der unbelebten Pathogene umfasst Prionen, Transposons, Retroelemente, Viroide und Viren. Belebte Pathogene kommen als Einzeller (Bakterien und Protisten) und Mehrzeller (Parasiten) vor.

Geschichte[Bearbeiten]

Die Idee der Pathogenität von Mikroorganismen entstand am Ende des 18. Jahrhunderts. Damals wurde der Streit zwischen Kontagionisten, also Vertretern der Idee der ansteckenden Krankheiten, und Antikontagionisten zugunsten ersterer entschieden. Die Übertragbarkeit von Krankheiten durch pathogene Organismen wird seit dem Ende des 19. Jahrhunderts wissenschaftlich nicht mehr angezweifelt (siehe auch Henle-Koch-Postulate).

Literatur[Bearbeiten]

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. L. A. Pirofski, A. Casadevall: Q and A What is a pathogen? A question that begs the point. In: BMC Biol. 10:6 (2012). PMID 22293325. PDF
  2. a b A. Casadevall, L. A. Pirofski: Host‐Pathogen Interactions: The Attributes of Virulence. In: J Infect Dis. 184(3)337-344 (2001). PMID 11443560. PDF
  3. F. S. Stewart: Bacteria in health and disease. In: Bacteriology and immunology for students of medicine. Williams and Wilkins, Baltimore 1968, S.72–91
  4. a b R. Poulin, C. Combes: The concept of virulence: interpretations and implications. In: Parasitol Today 15:474–5 (1999). PMID 10557145.
  5. Kalliopi Georgiades, Didier Raoult: Comparative Genomics Evidence That Only Protein Toxins are Tagging Bad Bugs. In: Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 1, 2011, S. , doi:10.3389/fcimb.2011.00007
  6. a b V. J. Torres, D. L. Stauff et al.: A Staphylococcus aureus regulatory system that responds to host heme and modulates virulence. In: Cell Host Microbe. Bd. 1, Nr. 2, 2007, S. 109-19, PMID 18005689. PDF.
  7. G. Silvestri: Naturally SIV-infected sooty mangabeys: are we closer to understanding why they do not develop AIDS? In: J Med Primatol. (2005) 34(5-6):243-52. PMID 16128919.
  8. M. J. Pantin-Jackwood, D. E. Swayne: Pathogenesis and pathobiology of avian influenza virus infection in birds. In: Rev Sci Tech. (2009) 28(1):113-36. PMID 19618622.
  9. a b P. N. Jimenez, G. Koch, J. A. Thompson, K. B. Xavier, R. H. Cool, W. J. Quax: The multiple signaling systems regulating virulence in Pseudomonas aeruginosa. In: Microbiol Mol Biol Rev. (2012), Band 76, Nr. 1, S. 46-65. doi:10.1128/MMBR.05007-11. PMID 22390972; PMC 3294424 (freier Volltext).
  10. K. D. Mir, M. A. Gasper, V. Sundaravaradan, D. L. Sodora: SIV infection in natural hosts: resolution of immune activation during the acute-to-chronic transition phase. In: Microbes Infect. (2011), Bd. 13(1), S. 14-24. PMID 20951225; PMCID 3022004.