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      數(shù)學(xué)模型解釋了為什么一些細(xì)菌即使是小劑量也會導(dǎo)致疾病
      
			
      
				2019-03-19 09:46:03
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      只有少數(shù)志賀氏菌足以使任何人患上腸胃炎，而霍亂引起的疾病需要攝入數(shù)千至數(shù)百萬的霍亂弧菌。為什么致病劑量在細(xì)菌之間差異如此之大?
      

      數(shù)學(xué)模型解釋了為什么一些細(xì)菌即使是小劑量也會導(dǎo)致疾病
      

      根據(jù)觀察數(shù)據(jù)，生物學(xué)家此前曾提出，這種差異可能是由于細(xì)菌如何攻擊宿主。例如，雖然志賀氏菌通過直接將蛋白質(zhì)注入宿主細(xì)胞而局部起作用，但霍亂細(xì)菌通過分泌霍亂毒素從遠(yuǎn)處攻擊。奧地利科學(xué)技術(shù)研究所(奧地利IST)的博士后Joel Rybicki和赫爾辛基大學(xué)的同事Eva Kisdi和Jani Anttila建立了細(xì)菌感染的數(shù)學(xué)模型。他們的結(jié)果支持這樣的假設(shè)，即發(fā)病機(jī)制的規(guī)模是不同細(xì)菌具有不同感染劑量的原因。他們預(yù)測該機(jī)制也會影響感染的速度在主機(jī)中傳播。他們的研究今天在PNAS上發(fā)表。
      

      Rybicki及其同事建立了一個反映細(xì)菌感染的數(shù)學(xué)模型。與現(xiàn)實(shí)生活中的細(xì)菌相比，這種“理論”細(xì)菌允許研究人員改變單一方面，在這種情況下，改變發(fā)病機(jī)制，同時保持所有其他方面相同 - 一項(xiàng)難以(如果不是不可能)實(shí)驗(yàn)完成的壯舉。在他們的模型中，研究人員可以調(diào)整細(xì)菌攻擊宿主和逃避免疫系統(tǒng)的距離。當(dāng)細(xì)菌釋放出局部作用的毒素時，只需要很少的細(xì)菌就可以開始感染。當(dāng)細(xì)菌釋放出長距離作用的毒素時，需要大量細(xì)菌才能感染。他們的模型為感染劑量與致病機(jī)制規(guī)模聯(lián)系起來的現(xiàn)象提供了理論依據(jù)。
      

      模型顯示感染劑量有一個閾值。Rybicki解釋說：“使用傳播毒素攻擊宿主的細(xì)菌有問題。當(dāng)只有一種細(xì)菌時，它產(chǎn)生的毒素會散開，使其無法防御，免疫系統(tǒng)會攻擊細(xì)菌。所以細(xì)菌需要一點(diǎn)幫助來自它的朋友。只有當(dāng)有足夠的其他細(xì)菌釋放毒素時，它們都會受到免疫系統(tǒng)的保護(hù)。對于具有局部作用毒素的細(xì)菌，閾值較低。毒素不會擴(kuò)散，所以即使是少數(shù)細(xì)菌一起作用保護(hù)免受免疫攻擊。“
      

      模擬局部和遠(yuǎn)處感染期間發(fā)生的情況表明，當(dāng)遠(yuǎn)程作用的細(xì)菌已經(jīng)停留并開始感染時，感染迅速蔓延。局部作用的細(xì)菌在較低的閾值開始感染，但感染在較高劑量下傳播得更慢。“這可能是為什么這些不同的發(fā)病機(jī)制首先發(fā)生的原因，”Rybicki說。
      
			

			
        
      
			
      
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