Wirt-Pathogen-Interaktionen umfassen die molekularen und zellulären Ereignisse, die den Ausgang einer Infektion bestimmen. Diese Wechselwirkungen reichen von der Erkennung des Pathogens durch das angeborene Immunsystem bis hin zur Manipulation von Wirtszellprozessen durch das Pathogen zum Überleben und zur Vermehrung.
Pathogen-assoziierte molekulare Muster sind konservierte mikrobielle Moleküle wie Lipopolysaccharid, Peptidoglycan, Flagellin und Nukleinsäuremotive. Mustererkennungsrezeptoren des Wirts, darunter Toll-like-Rezeptoren, NOD-like-Rezeptoren, RIG-I-like-Rezeptoren und C-Typ-Lektin-Rezeptoren, erkennen diese Muster. TLR4 erkennt bakterielles LPS, TLR5 erkennt Flagellin und TLR9 erkennt unmethylierte CpG-DNA.
Nach der Erkennung aktivieren Signalkaskaden Transkriptionsfaktoren wie NF-κB, IRF3 und AP-1, was zur Produktion proinflammatorischer Zytokine und Chemokine führt. Der Inflammasom-Komplex aktiviert Caspase-1 zur Prozessierung von IL-1β und IL-18. Typ-I-Interferone induzieren den antiviralen Zustand durch JAK-STAT-Signalisierung und Interferon-stimulierte Gene.
Pathogene haben hochentwickelte Strategien entwickelt, um die Immunität des Wirts zu unterlaufen. Bakterien verwenden Sekretionssysteme des Typs III und IV, um Effektorproteine in Wirtszellen zu injizieren. Diese Effektoren manipulieren die Zytoskelettdynamik, blockieren die Phagozytose, hemmen die Autophagie und unterdrücken entzündliche Signalwege. Virale Proteine interferieren mit der Interferon-Induktion und -Signalübertragung, hemmen die Antigenpräsentation und blockieren die Apoptose.
Intrazelluläre Pathogene wie Mycobacterium tuberculosis, Salmonella und Listeria überleben in Wirtszellen, indem sie ihre phagosomalen Kompartimente modifizieren. M. tuberculosis hemmt die Phagosom-Lysosom-Fusion. Listeria monocytogenes entkommt dem Phagosom und nutzt aktinbasierte Motilität zur Zell-zu-Zell-Ausbreitung.
Die Immunantwort des Wirts umfasst das koordinierte Zusammenwirken von angeborener und adaptiver Immunität. Dendritische Zellen verarbeiten Antigene und präsentieren sie T-Zellen in drainierenden Lymphknoten. CD4-T-Zellen differenzieren sich basierend auf der Zytokinumgebung in Th1-, Th2-, Th17- oder Treg-Subtypen. CD8-T-Zellen töten infizierte Zellen durch Perforin- und Granzymausschüttung. B-Zellen produzieren Antikörper, die Pathogene neutralisieren und zur Phagozytose opsonieren.
Die Untersuchung von Wirt-Pathogen-Interaktionen informiert die Impfstoffentwicklung, die Immuntherapieentwicklung und die Identifizierung neuer antimikrobieller Ziele. Systembiologische Ansätze integrieren Transkriptomik, Proteomik und Metabolomik, um Infektionen auf molekularer Ebene zu verstehen.
