Mikrobiologie (Čeština)

Cíle učení

• Popište různé fyzické bariéry a mechanickou ochranu, které chrání lidské tělo před infekcí a chorobami
• Popište roli mikrobioty jako první linie obrany proti infekcím a chorobám.

Obrázek 1. V lidské tkáni existuje několik typů buněčných spojení, z nichž tři jsou zde uvedeny. Těsná spojení nýtují dvě sousední buňky k sobě a zabraňují nebo omezují výměnu materiálu mezerami mezi nimi. Desmosomy mají mezilehlá vlákna, která fungují jako tkaničky a spojují dvě buňky dohromady, což umožňuje malým materiálům procházet výslednými prostory. Gap křižovatky jsou kanály mezi dvěma buňkami, které umožňují jejich komunikaci prostřednictvím signálů. (zápočet: úprava díla Mariany Ruiz Villareal)

Obrázek 2. Kliknutím zvětšíte obrázek. Lidská kůže má tři vrstvy, epidermis, dermis a hypodermis, které poskytují silnou bariéru mezi mikroby mimo tělo a hlubšími tkáněmi. Mrtvé kožní buňky na povrchu epidermis se neustále vylučují, přičemž s sebou berou mikroby na povrchu pokožky. (kredit: modifikace práce National Institutes of Health)

Každá růže má svůj trn

Mike, zahradník z jižní Kalifornie, si nedávno všiml malého červeného hrčku na levém předloktí. Zpočátku si toho moc nemyslel, ale brzy se zvětšilo a poté se vředy (otevřely) staly bolestivou lézí, která se táhla přes velkou část předloktí (obrázek 3). Šel do zařízení neodkladné péče, kde se lékař zeptal na jeho povolání. Když řekl, že je krajinář, lékař okamžitě podezřelý z případu sporotrichózy, typu plísňové infekce známé jako nemoc růžového zahradníka, protože často postihuje krajináře a nadšence do zahradnictví.

Obrázek 3. K nemoci růžového zahradníka může dojít, když houba Sporothrix schenkii rozbije kůži malými řezy, které mohou způsobit trny. (kredit vlevo: úprava práce od Elisy Self; vpravo vpravo: úprava práce Centra pro kontrolu a prevenci nemocí)

Za většiny podmínek nemohou houby u zdravých jedinců způsobit kožní infekce. Houby pěstují vlákna známá jako hyfy, která nejsou nijak zvlášť invazivní a lze je snadno udržet na uzdě fyzickými bariérami kůže a sliznic. Malé rány v kůži, jako jsou rány způsobené trny, však mohou poskytnout prostor pro oportunní patogeny, jako je Sporothrix schenkii, houba žijící v půdě a původce choroby růžového zahradníka. Jakmile naruší kožní bariéru, může S. schenkii infikovat kůži a pod ní ležící tkáně a vytvářet ulcerované léze jako Mike’s. Sloučeniny, jiné patogeny mohou vstoupit do infikované tkáně a způsobit sekundární bakteriální infekce.

Naštěstí je nemoc růžového zahradníka léčitelná. Mikeův lékař mu napsal recept na některá antimykotika a také na antibiotika k boji proti sekundárním bakteriálním infekcím. Jeho léze se nakonec uzdravila a Mike se vrátil k práci s novým oceněním rukavic a ochranných oděvů.

Obrázek 4. Tento rastrovací elektronový mikrofotografie ukazuje řasinkatý a neciliovaný epiteliální buňky z lidské průdušnice. Mukociliární eskalátor tlačí hlen z plic spolu s veškerými nečistotami nebo mikroorganismy, které se mohou zachytit v lepkavém hlenu, a hlen se pohybuje nahoru do jícnu, kde jej lze odstranit polykáním. p> V mnoha oblastech těla mechanické působení slouží k vyplavení hlenu (spolu s zachycenými nebo mrtvými mikroby) z těla nebo pryč od potenciálních míst infekce. Například v dýchacím systému může vdechování přinést do těla mikroby, prach, spóry plísní a další drobné nečistoty ve vzduchu. Tyto zbytky se zachytí v hlenu lemujícím dýchací cesty, což je vrstva známá jako mukociliární deka. Epiteliální buňky lemující horní části dýchacích cest se nazývají řasinkové epiteliální buňky, protože mají vlasové přídavky známé jako řasinky. Pohyb řasinek pohání hleny naplněné troskami ven a pryč z plic. Vyloučený hlen se poté polkne a zničí v žaludku, nebo se vykašle nebo kýchne (obrázek 4). Tento systém odstraňování se často nazývá mukociliární eskalátor.

Mukociliární eskalátor je tak účinnou bariérou pro mikroby, že plíce, nejspodnější (a nejcitlivější) část dýchacích cest, byly dlouho považovány za sterilní prostředí u zdravých jedinců. Teprve nedávno výzkum naznačil, že zdravé plíce mohou mít malou normální mikrobiotu.Narušení mukociliárního eskalátoru škodlivými účinky kouření nebo chorob, jako je cystická fibróza, může vést ke zvýšené kolonizaci bakterií v dolních dýchacích cestách a častým infekcím, což zdůrazňuje důležitost této fyzické bariéry pro obranu hostitele.

Stejně jako dýchací trakt, i zažívací trakt je vstupním portálem, kterým mikroby vstupují do těla, a sliznice lemující trávicí trakt poskytují nespecifickou fyzickou bariéru proti požitým mikrobům. Střevní trakt je lemován epiteliálními buňkami, proloženými pohárkovými buňkami vylučujícími hlen (obrázek 5). Tento hlen se mísí s materiálem přijatým ze žaludku a zachycuje potravinářské mikroby a nečistoty. Mechanické působení peristaltiky, série svalových kontrakcí v zažívacím traktu, posouvá uvolněný hlen a další materiál přes střeva, konečník a konečník a vylučuje materiál ve stolici.

Obrázek 5. Pohárkové buňky produkují a vylučují hlen. Šipky na této mikrofotografii ukazují na pohárové buňky vylučující hlen (zvětšení 1600⨯) ve střevním epitelu. (kreditní mikrofotografie: Mikrofotografie poskytnuta Regents of University of Michigan Medical School © 2012)

Endothelia

Epiteliální buňky lemující urogenitální trakt, krevní cévy, lymfatické cévy a některé další tkáně jsou známé jako endotelie. Tyto těsně zabalené buňky poskytují obzvláště účinnou bariéru proti útočníkům. Například endotel hematoencefalické bariéry chrání centrální nervový systém (CNS), který se skládá z mozku a míchy. CNS je jednou z nejcitlivějších a nejdůležitějších oblastí těla, protože mikrobiální infekce CNS může rychle vést k vážnému a často smrtelnému zánětu. Buněčné spoje v cévách procházejících CNS jsou jedny z nejpevnějších a nejtvrdších v těle a brání jakýmkoli přechodným mikrobům v krevním řečišti vstoupit do CNS. Díky tomu je mozkomíšní mok, který obklopuje a vykoupává mozek a míchu, za normálních podmínek sterilní.

Mechanická obrana

Kromě fyzických bariér, které brání mikrobům, tělo má řadu mechanických obran, které fyzicky odstraňují patogeny z těla a brání jim v usazení. Již jsme diskutovali několik příkladů mechanické obrany, včetně vylučování kožních buněk, vylučování hlenu mukociliárním eskalátorem a vylučování výkalů střevní peristaltikou. Mezi další důležité příklady mechanické obrany patří odplavování moči a slz, které obě slouží k odvádění mikrobů z těla. Vyplachovací účinek moči je do značné míry zodpovědný za normálně sterilní prostředí močových cest, které zahrnuje ledviny, močovody a močový měchýř. Moč vycházející z těla vymyje přechodné mikroorganismy a brání jim v usazení. Oči mají také fyzické bariéry a mechanické mechanismy pro prevenci infekcí. Řasy a víčka zabraňují tomu, aby se prach a vzduchem přenášené mikroorganismy dostaly na povrch oka. Jakékoli mikroby nebo úlomky, které se dostanou přes tyto fyzické bariéry, mohou být vypláchnuty mechanickým působením mrknutí, které oči smáče a slzy smývá (obrázek 6).

Obrázek 6. Slzy odplavují mikroby od povrchu oka. Moč při průchodu myje mikroby z močových cest; výsledkem je, že močový systém je obvykle sterilní.

Mikrobiom

Rezidentní mikrobiota slouží v různých oblastech těla jako důležitá obrana první linie proti napadajícím patogenům. Díky obsazení buněčných vazebných míst a soutěži o dostupné živiny rezidentní mikrobiota brání kritickým počátečním krokům připojení a šíření patogenů potřebným pro vznik infekce. Například v pochvě členové rezidentní mikrobioty soutěží s oportunistickými patogeny, jako jsou kvasinky Candida. Tato konkurence předchází infekcím tím, že omezuje dostupnost živin, čímž inhibuje růst Candidy a udržuje její populaci pod kontrolou. Podobné soutěže probíhají mezi mikroflórou a potenciálními patogeny na kůži, v horních dýchacích cestách a v gastrointestinálním traktu. Jak bude pojednáno dále v této kapitole, rezidentní mikrobiota také přispívá k chemické obraně vrozených nespecifických obranných systémů hostitele.

Význam normální mikrobioty v obraně hostitele je zdůrazněn zvýšenou náchylností k infekčním chorobám, když je mikrobiota narušena nebo odstraněna. Léčba antibiotiky může významně poškodit normální mikrobiotu gastrointestinálního traktu a poskytnout patogenním bakteriím výhodu v kolonizaci a průjmové infekci. V případě průjmu způsobeného Clostridium difficile může být infekce závažná a potenciálně smrtelná. Jednou strategií pro léčbu infekcí C. difficile je transplantace stolice, která zahrnuje přenos fekálního materiálu od dárce (vyšetřeného na potenciální patogeny) do střev příjemce pacienta jako metoda obnovy normální mikroflóry a boje proti infekcím C. difficile.

Tabulka 2 poskytuje souhrn fyzických obran popsaných v této části.