Som tidligere beskrevet, er patogenicitet evnen til at forårsage sygdom, ved at overvinde værtens forsvar, hvorimod virulens er graden af patogenicitet. For at forårsage sygdom, skal de fleste patogener have adgang til værten, fastgøre sig til værtens væv, gennemtrænge eller omgå værtens forsvar og beskadige værtens væv. Men nogle mikroorganismer, forårsager ikke sygdom ved direkte at beskadige værtens væv. I stedet forårsager de sygdom ved ophobning af mikrobielle affaldsstoffer. Nogle mikroorganismer, som for eksempel dem der forårsager dental karies og acne, kan forårsage sygdom uden at trænge ind i kroppen. Patogener kan få adgang til den menneskelige krop og andre værter gennem flere veje, der kaldes for indgangsportaler.
13.1.1 Indgangsportaler
Indgangsportalerne for patogener er slimhinder, hud og direkte aflejring under huden eller i membraner (den parenterale rute).
Slimhinder
Mange bakterier og virus, får adgang til kroppen ved at trænge igennem slimhindernes foring i luftvejene, mave-tarmkanalen, urogenitale kanal og konjunktiva, en delikat membran der dækker øjet. De fleste patogener kommer gennem slimhinderne i mave-tarmkanalen og luftvejene.
Luftvejene er den nemmeste og mest hyppige indgangsportal for smitsomme mikroorganismer. Mikroorganismer inhaleres gennem næsen eller munden i fugtdråber eller på støvpartikler. Sygdomme der almindeligvis opnås gennem luftvejene indbefatter almindelig forkølelse, lungebetændelse, tuberkulose, influenza og mæslinger.
Mikroorganismer, kan få adgang til mave-tarmkanalen gennem mad og vand og via forurenede fingre. De fleste mikroorganismer, der kommer ind i kroppen på denne måde, ødelægges af saltsyre og enzymer i mavesækken eller af galde og enzymer i tyndtarmen. De der overlever, kan forårsage sygdom. Mikroorganismer i mave-tarmkanalen, kan forårsage børnelammelse (polio), hepatitis Am tyfus, amøbisk dysenteri, giardiose, shigellose (dysenteri) og kolera. Disse patogener forlader kroppen gennem fæces og kan dermed overføres til andre værter vira forurenet vand, mad eller fingre.
Den urogenitale kanal, er indgangsportal for patogener der er overført seksuelt. Nogle mikroorganismer der forårsager seksuelt overførte infektioner, kan gennemtrænge en ubeskadiget slimhinde. Andre kræver en beskadiget slimhinde af en eller anden slags. Eksempler på seksuelt overførte infektioner er HIV infektion, kønsvorter, klamydia, herpes, syfilis og gonorré.
Huden
Huden er det største organ i kroppen, i form af overfladeareal og vægt og er et vigtigt forsvar mod sygdom. Ubeskadiget hud, er uigennemtrængelig for de fleste mikroorganismer. Nogle mikroorganismer får adgang til kroppen gennem åbninger i huden, som for eksempel hårfollikler og svedkirtelkanaler. Larver af hageorm, kan faktisk bore sig igennem ubeskadiget hud og nogle svampe vokser på keratin i huden, eller inficerer huden selv.
Konjunktiva er en delikat slimhinde i øjet og dækker det hvide i øjet. Selvom det er en relativ effektiv barriere mod infektioner, er visse sygdomme, som for eksempel conjunkvitis, trakom og ophthalmitis neonatorum, erhvervet gennem konjunktiva membranen.
Den parenterale rute
Andre mikroorganismer, får adgang til kroppen, når de sættes direkte ind i vævet under huden eller ind i slimhinderne, når disse barrierer er gennembrudt eller skadede. Denne rute kaldes den parenterale rute. Huller, injektioner, bid, rifter, sår, kirurgi og revner i huden og slimhinderne på grund af hævelse eller udtørring, kan alle etablere en parenteral rute. HIV, hepatitisvira og bakterier der forårsager stivkrampe eller koldbrand, kan overføres parenteralt.
Selv efter mikroorganismerne har invaderet kroppen, forårsager de ikke nødvendigvis sygdom. Forekomsten af sygdom afhænger af flere faktorer, hvoraf indgangsportalen kun er den ene.
13.1.2 Den foretrukne indgangsportal
Mange patogener har en foretrukken indgangsportal, der er en forudsætning for, at de er i stand til at forårsage sygdom. Hvis de får adgang til kroppen gennem en anden indgangsportal, kan sygdom ikke forekomme. For eksempel bakterien der giver tyfus, Salmonella typhi, producerer alle de tegn og symptomer på sygdommen ved indtagelse (foretrukne indgangsportal), men hvis den samme bakterie gnides på huden, forekommer der ingen reaktion (eller kun en svag inflammation). Streptokokker der inhaleres (foretrukne indgangsportal) kan forårsage lungebetændelse; dem der sluges, producerer generelt ikke nogle tegn eller symptomer. Nogle patogener, som for eksempel Yersenia pestis der forårsager byldepest og Bacillus anthracis der forårsager miltbrand, kan initiere sygdommen gennem mere end en indgangsportal. De foretrukne indgangsportaler for nogle almindelige patogener, er anført i tabel 13.1.2.1.
13.1.3 Antallet af invaderende mikroorganismer
Hvis kun nogle få mikroorganismer kommer ind i kroppen, vil de sandsynligvis blive overvundet af værtens forsvar. Men hvis et stort antal mikroorganismer skaffer sig adgang til kroppen, vil sygdom sandsynligvis udvikle sig. Sandsynligheden for sygdom stiger, når antallet af patogener øges.
Virulensen for en mikroorganisme, udtrykkes ofte som ID50 (infektiøs dosis for 50% af en testpopulation). 50 er dog ikke en absolut værdi; den bruges snarer til at sammenligne den relative virulens under eksperimentelle betingelser. Bacillus anthracis, kan forårsage infektioner via tre forskellige indgangsportaler. Dens ID50 ved indgang gennem huden (kutan miltbrand) er 10 til 50 endosporer; dens ID50 ved indgang gennem indånding er 10.000 til 20.000 endosporer; og dens ID50 ved indgang gennem indtagelse (gastrointestinal miltbrand) er 250.000 til 1.000.000 endosporer. Disse data viser, at kutan miltbrand er betydelig lettere at opnå, end ved både inhalation og indtagelse. En undersøgelse af Vibrio cholerae viste, at ID50 er 108 celler; men hvis mavesyren neutraliseres med bicarbonat, falder antallet af celler der kræves for at forårsage en infektion signifikant.
Styrken af et toksin, udtrykkes ofte som LD50 (letal dosis for 50% af en testpopulation). For eksempel er LD50 for botulinumtoksin i mus 0,03 ng/Kg; for shigatoksin er LD50 250 ng/Kg; og for stafylokokenterotoksin er LD50 1.350 ng/Kg. Med andre ord, er der behov for en meget mindre dosis af botulinumtoksin end de to andre toksiner, for at forårsage symptomer.
13.1.4 Vedhæftelse (adhærens)
Næsten alle patogener, har nogle midler til vedfæftelse af sig selv til værtens væv ved deres indgangsportal. For de fleste patogener, er denne vedhæftning (også kaldet adhærens), et nødvendigt skridt i patogenicitet (ikke-patogener har naturligvis også strukturer til vedhæftelse). Vedhæftningen mellem patogen og vært, udføres ved hjælp af overflademolekyler på patogenet, kaldet adhæsiner eller ligander, der binder sig specifikt til komplementære overfladereceptorer på cellerne i visse typer værtsvæv (se figur 13.1.4.1). Adhæsiner kan være placeret på en mikroorganismes glycocalyx eller på andre mikrobielle overfladestrukturer, som for eksempel pili, fimbrier eller flageller.
Størstedelen af adhæsiner på mikroorganismer der er undersøgt til dato, er glycoproteiner eller lipoproteiner. Receptorerne på værtscellerne, er typisk sukkerarter, som for eksempel mannose. Adhæsiner på forskellige stammer af samme art, kan variere i struktur. Forskellige celler af den samme vært, kan også have forskellige receptorer, der varierer i struktur. Hvis adhæsiner, receptorer eller begge kan ændres for at forstyrre vedhæftningen, kan infektionen ofte forhindres (eller i det mindste kontrolleres).
Der er en stor mangfoldighed af adhæsiner. Streptococcus mutans, en bakterie der spiller en central rolle i dental karies (huller i tænderne), vedhæfter sig til tandoverfladen via sin glycocalyx. Et enzym, produceret af S. mutans, kaldet glucosyltransferase, omdanner glucose til en klæbrig polysaccharid, kaldet dextran, der danner glycocalyx. Actinomyces bakterieceller har fimbrier der holder den fast til glycocalyx fra S. mutans. Actinomyces og dextran udgør tandplak og bidrager til dental karies.
Mikroorganismer har evnen til at gå sammen og danne en masse, der sidder fast på overflader og indtage og dele tilgængelige næringsstoffer i samfund kaldet biofilm (omtalt i del 5.2). Eksempler på biofilm omfatter dental plak på tænderne og algerne på væggene i svømmebassiner. En biofilm dannes, når mikroorganismerne vedhæfter sig en bestemt overflade, der typisk er fugtig og indeholder organisk materiale. De første mikroorganismer til at vedhæfte sig, er sædvanligvis bakterier. Når de sidder fast på overfladen, formerer de dig og udskiller glycocalyx, der får yderligere bakterier til at vedhæfte sig til dem og til overfladen (se figur 5.2.1). I nogle tilfælde kan biofilm være flere lag tykke og kan indeholde flere typer af mikroorganismer. Biofilm repræsenterer en anden metode til vedhæftning og er vigtig, fordi den kan modstå desinfektionsmidler og antibiotika. Denne egenskab er væsentlig, i sær når biofilm koloniserer strukturer, som for eksempel tænder, medicinske katetre, stenter, hjerteklapper, kunstige hoftedele og kontaktlinser. Dental plak er faktisk en biofilm, med mineralisrer over tid, hvilket skaber hvad der er almindeligt kendt som tandsten. Det anslås at biofilm er involveret i omkring 65% af alle bakterielle infektioner hos mennesker.
Enteropatogene stammer af E. coli (dem ansvarlige for gastrointestinale sygdomme), har adhæsiner på deres fimbrier der kun vedhæfter sig bestemte typer af celler i visse områder af tyndtarmen. Efter vedhæftningen, inducerer Shigella og E. coli receptormedieret endocytose, der fungerer som metoden for indtrængen i værtscellerne for derefter at formere sig i dem. Treponema pallidum, den forårsagende agens af syfilis, bruger sin tilspidsede ende som en krog for at vedhæfte sig til værtscellen. Listeria monocytogenes, der forårsager meningitis, spontane aborter og dødsfødsler, producerer et adhæsin for en specifik receptor på værtscellen. Neisseria gonorrhoeae, den forårsagende agens for gonorré, har også fimbrier indeholdende adhæsiner, der i dette tilfælde vedhæfter sig til celler med passende receptorer i den urogenitale kanal, øjne og svælg. Staphylococcus aureus, der kan forårsage hudinfektioner, binder sig til huden ved en mekanisme af adhærens, som ligner viral vedhæftning.
13.2 – Hvordan bakterielle patogener trænger igennem værtens forsvar →