PROTOZOARIOS PARASITOS. 45.000 especies actuales; 10.000 de ellas son parásitos de animales y, en algunos casos, de plantas. REINO PROTISTA: Organismos eucarióticos unicelulares. Grupo 1: Flagelados (locomoción por flagelos). • Trypanosoma cruzi, Trypanosoma brucei, Leishmania spp. • Giardia lamblia. • Trichomonas vaginalis. Grupo 2: Amebas (locomoción por pseudópodos). • Entamoeba histolytica. Grupo 3: Esporozoarios (Apicomplexa) (sin medios visibles de locomoción). • Plasmodium falciparum. • Toxoplasma gondii. Grupo 4: Ciliados (locomoción por cilias). • Balantidium coli. 1 Estudios recientes de filogenia basados en el rRNA nuclear indican que los Protozoarios son un grupo altamente polifilético de eucariotes. El término “Protozoarios” no puede usarse en esquemas taxonómicos que busquen representar verdaderas historias de evolución molecular, pero puede utilizarse para denominar un grupo polifilético no relacionado de organismos eucariotas inferiores que comparten algunas características morfológicas, reproductivas, ecológicas y bioquímicas. Son todos unicelulares. 2 3 4 5 ULTRAESTRUCTURA Y METABOLISMO. Los distintos grupos de Protozoarios presentan diferencias metabólicas considerables entre ellos y con sus huéspedes. Conocer estas diferencias es importante para poder explotarlas para el diseño de agentes quimioterápicos (= medicamentos) que ataquen específicamente al parásito y no a su hospedador. Las diferencias metabólicas se relacionan en algunos casos con claras diferencias en la ultraestructura de las células de los Protozoarios. • Glicosoma de los Trypanosomas y Leishmanias: aunque incompleto, de la glucosa. Metabolismo muy intenso, • Cobertura antigénica variable de Trypanosoma brucei: Evasión de la respuesta inmune del hospedador. • Hidrogenosoma de Trichomonas vaginalis: Producción de H2. • Apicoplasto (cloroplasto degenerado) en Apicomplexa: Presencia de enzimas y vías metabólicas características de plantas • Carencia de mitocondrias en Entamoeba, Giardia y Trichomonas: Metabolismo fermentativo obligado; microaerofilia. 6 TRYPANOSOMATIDS Flagellated Protozoa, belonging to the Order Kinetoplastida , characterized by the presence of the kinetoplast -mitochondrion complex. Parasite Vector Disease Trypanosoma cruzi Triatomine bug Chagas disease. Trypanosoma brucei T. b. gambiense T. b. rhodesiense Tse-Tse fly Sleeping sickness. Nagana (cattle). T. b. brucei Tse-Tse fly Leishmania mexicana Sandfly Phytomonas spp . Phytophagous Cutaneous leishmaniasis . Hemipterans Plant diseases. 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 TRYPANOSOMA BRUCEI Y LA ENFERMEDAD DEL SUEÑO 22 Ciclo biológico de Trypanosoma brucei. No existen formas intracelulares, y están siempre en el torrente sanguíneo o en el líquido intersticial. Se protegen del huesped mediante la variación antigénica (VSGs) 23 24 25 26 27 PARASITOS INTRACELULARES Salvo en los casos de los bdellovibrios y los Microsporidia, que invaden células por penetración directa, los parásitos intracelulares penetran a través de un proceso que deja la membrana celular intacta y resulta en la formacion de un fagosoma. El ciclo del parásito puede continuar en uno de tres compartimentos: 1) Intrafagosomal, sin fusión lisosomal y generalmente sin acidificación: Legionella pneumophila, Mycobacterium tuberculosis, Toxoplasma gondii. 2) Intrafagolisosomal, es decir después de la fusión con lisosomas: Yersinia pestis, Leishmania spp. 3) Intracitosólico (rompen la vacuola y escapan al citosol): Rickettsia spp., Listeria monocytogenes, Shigella flexneri, Babesia bovis, Theileria parva, Trypanosoma cruzi. 28 LEISHMANIA spp. Y LAS LEISHMANIASIS 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 EL DNA KINETOPLASTICO. Concentrado en el kinetoplasto. Puede llegar a ser un 20 a 30 % del DNA celular total. Formado por circulos catenados, formando una malla o red. Dos clases de circulos: a) los minicírculos, que son de pequeño tamaño y pueden ser hasta 20,000 por kinetoplasto, y b) los maxicírculos, que son mayores, y en número mucho menor ( 20 -30 por kinetoplasto). Los maxicírculos constituyen el verdadero DNA mitocondrial. La función de los minicirculos permaneció oscura mucho tiempo, hasta que se descubrió que codifican RNA guías para el editado de los transcriptos mitocondriales. 41 EDITADO DE mRNAs MITOCONDRIALES EN LOS TRYPANOSOMATIDOS 42 Algunas otras particularidades de los trypanosomátidos • • • • Genoma carece de intrones Ausencia de promotores clásicos ARNP II Transcripción policistrónica Trans-splicing y poliadenilación: Todos los ARNm estudiados comienzan con la secuencia de 39 nt. Esta secuencia ME se adiciona en trans. Existen 200 genes ME 43 ¿Cómo controlan la expresión de sus proteínas? • • • • Sufren continuos cambios ambientales y morfológicos que requieren de una rápida adaptación La transcripción de genes para proteínas es constitutiva. No existen factores que regulen la iniciación de la transcripción Regulación postrancripcional Proteínas de unión a ARN (RBP) intervienen en distintos aspectos del metabolismo del ARN: – Procesamiento / Transporte / Estabilidad / Traducción 44 Esquemas metabólicos Mamífero Trypanosoma brucei, forma sanguinea 45 GLUCOLISIS Plasmodium Trypanosoma brucei, forma sanguínea. Trichomonas vaginalis Entamoeba histolytica 46 47 48 49 Glicosoma Succinato NAD+ Glucosa 2 ATP 2 ADP NADH ATP Fumarato β-oxidación de ácidos grasos Síntesis de esteroides Metabolismo de purinas y pirimidinas Fructosa 1,6-bisfosfato L-malato NAD+ Gliceraldehído 3-fosfato NAD+ NADH Oxalacetato PPi NADH ATP 1,3-bisfosfoglicerato ADP PEPCK ADP ATP 3-fosfoglicerato PPDK CO2 PEP AMP ATP Piruvato NADH L-Alanina NAD+ Citosol 3-fosfoglicerato PEP PK Piruvato CAT y transaminación 50 T. brucei. Trypomastigotes prociclicos. 51 Trypanosoma brucei , forma sangu’nea . 52 La Vía de las Pentosas Fosfato 53 Protozoarios microaerofilos carentes de mitocondrias. Los mas importantes son: Entamoeba histolytica, agente de la amebiasis. Afecta al intestino delgado, causando la disentería amebiana, y puede atravesar la pared intestinal e invadir órganos como el hígado, produciendo el absceso amebiano hepático, mortal si no es tratado a tiempo. Carece de mitocondrias y no tiene otras organelas, como el hidrogenosoma. Forma de resistencia: el quiste, eliminado en las heces. Frecuente en países tropicales. Giardia intestinalis o Giardia lamblia, agente de la giardiasis. Forma de resistencia: el quiste, eliminado en las heces. Presente en todos los países, aún los mas desarrollados. Trichomonas vaginalis y Tritrichomonas foetus, parásitos del ser humano y del ganado vacuno, respectivamente. Sin forma de resistencia; transmisión directa, por contagio venéreo. 54 GIARDIA LAMBLIA 55 Trichomonas vaginalis Tricomoniasis. Enfermedad venérea, asintomática en el hombre, flujo vaginal en la mujer. Parásitos microaerófilos, carentes de mitocondrias y que poseen una organela característica, el hidrogenosoma. Sensibles al Metronidazol o Flagil 56 Organización subcelular del catabolismo de carbohidratos en eucariotes Sin Comparmentalización (Giardia, Entamoeba) Citosol / hidrogenosoma (Trichomonas) Citosol / mitocondria 57 METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS. Trypanosomas y Leishmanias: Consumo igual o menor de glucosa en anaerobiosis comparado con el consumo aeróbico: falta de efecto Pasteur o aún efecto Pasteur inverso. Producción y liberación al medio de catabolitos de la glucosa parcialmente reducidos (= fermentación) aún en presencia de oxígeno: succinato, acetato, glicerol, L-alanina, etanol. (= fermentación aeróbica de la glucosa). Carecen de reserva de glucógeno, al igual que otros hemoparásitos. Las Leishmanias contienen un polímero de manosa, el manógeno, que cumple una función similar. Trichomonas vaginalis: Producción de H2 sólo en anaerobiosis. Producción de glicerol, lactato y acetato tanto en aerobiosis como en anaerobiosis. Giardia lamblia: Producción de etanol, CO2 y acetato tanto en aerobiosis como en anaerobiosis. Entamoeba histolytica: Producción de etanol y CO2 en anaerobiosis, y de etanol, CO2 y acetato en aerobiosis. Plasmodium falciparum: Las formas eritrocíticas producen lactato y no tienen un Ciclo de Krebs funcional. 58 METABOLISMO DE LA GLUCOSA POR TRICHOMONAS VAGINALIS La produción de hidrógeno tiene lugar sólo en anaerobiosis estricta. Los demás productos finales son iguales en aerobiosis o en anaerobiosis. 59 Trichomonas vaginalis : el Hidrogenosoma El hidrogenosoma no es exclusivo de T. vaginalis o Tritrichomonas foetus. Se encuentra tambien en Protistas muy distantes evolutivamente, como hongos y ciliados del rumen, que son anaerobios estrictos. 60 METABOLISMO DE LA GLUCOSA POR ENTAMOEBA sp. Todo el metabolismo tiene lugar en el citosol. 61 Enzimas que utilizan pirofosfato: presentes en general en plantas y bacterias, y tambien en algunos Protozoarios. 62 APICOMPLEXA 63 Ciclo biológico de Eimeria spp. Coccidios. Parásitos de animales, de gran importancia económica. Afectan a pollos y a conejos, entre otros animales domésticos. El ciclo biológico es muy similar al de Toxoplasma, excepto que este último puede tener dos huéspedes y Eimeria tiene sólo uno. 64 TOXOPLASMA GONDII 65 66 Ciclo biológico de Plasmodium spp. Muy específicos para huésped. Cuatro especies capaces de causar malaria en el hombre: P. falciparum (terciana maligna), P. malariae (cuartana), P. vivax (terciana benigna), P. ovale (terciana ovale). 67 68 PIROPLASMAS Parásitos de animales, con particular importancia para el ganado vacuno. Transmitidos por garrapatas. 69 Ciclo biológico de Babesia spp. 70 Ciclo biológico de Theileria spp. Los linfocitos invadidos son transformados, induciendolos a replicarse al mismo tiempo que los parásitos. Esto causa una infección “explosiva”. Se ha hablado de “completa subversión del sistema inmune” Theileria parva causa la Fiebre de la Costa Este, que mata gran cantidad de bovinos en Africa. 71 CILIADOS: Balantidium coli 72 METABOLISMO DE PROTEINAS, AMINOACIDOS, PURINAS Y PIRIMIDINAS. PROTEINASAS. Las proteinasas se clasifican, según su mecanismo de reacción, en cistein proteinasas, serin proteinasas, treonin proteinasas (el proteasoma), aspartil proteinasas y metaloproteinasas. Todas estas clases han sido encontradas en Protozoarios parásitos, aunque no todas en todos ellos. Son en general importantes no sólo para la nutrición del parásito, sino que en muchos casos participan activamente en el mecanismo de patogénesis, y puede considerarselas factores de virulencia. En Trypanosomas, Leishmanias, Entamoeba, Giardia y Trichomonas, predominan las cisteín proteinasas. Las Leishmanias poseen tambien una metaloproteinasa de superficie cuantitativamente muy importante. En Plasmodium falciparum la digestión de la hemoglobina del glóbulo rojo parasitado se hace por la acción concertada de cisteín proteinasas (las falcipaínas) y aspartil proteinasas (las plasmepsinas). La inhibición de cistein proteinasas de Trypanosoma cruzi (la cruzipaína) y de Plasmodium falciparum mata al parásito o impide etapas de diferenciación en su ciclo biológico. Se están ensayando inhibidores de la cruzipaína como eventuales agentes quimioterápicos contra la enfermedad de Chagas. 73 CATABOLISMO DE AMINOACIDOS. Los protozoarios parásitos toman en general los aminoácidos del hospedador, y sus capacidades sintéticas son limitadas. Los utilizan para la biosíntesis proteica, para otros procesos biosintéticos y para la generación de energía por oxidación de la cadena carbonada (en los casos en que hay un Ciclo de Krebs y una cadena respiratoria funcionales). Algunas de las vías metabólicas son apreciablemente diferentes de las presentes en el hospedador. Por ejemplo, el catabolismo de los aminoácidos aromáticos (fenilalanina, tirosina y triptofano) en los Trypanosomas es mucho mas simple que en los mamíferos, y resulta en la liberación al medio de los derivados aromáticos del lactato, a través de solo dos reacciones enzimáticas, una transaminación y una reducción. BIOSINTESIS Y RECUPERACION DE PIRIMIDINAS Y PURINAS. Los parásitos tienden a simplificar su metabolismo, tomando del hospedador tantos componentes esenciales ya formados como sea posible. Esto es particularmente claro en el caso de las bases púricas, las cuales no son sintetizadas, sino que los organismos las recuperan del medio. En el caso de las bases pirimidínicas, además de recuperación del medio, la generalidad de los Protozoarios parásitos son capaces de sintetizarlas. HEMO Los Trypanosomas y las Leishmanias son totalmente incapaces de sintetizar el hemo necesario para sus citocromos y otras hemoproteínas, y deben obtenerlo del medio. Los Plasmodios tienen la necesidad de evitar los efectos tóxicos de la acumulación de hemo proveniente`de la hemoglobina digerida, y para ello lo precipitan en forma de pigmento malárico o hemozoína. 74 75 Metabolismo de aminoácidos aromáticos en Trypanosoma cruzi. PHENYL ALANINE, TYROSINE, TRYPTOPHAN Pyruvate, oxaloacetate, α-ketoglutarate TAT alanine, aspartate, glutamate Phenyl pyruvate, p-OH-phenyl pyruvate, Indolyl pyruvate NADH AHADH NAD Phenyl lactate, p-OH-phenyl lactate, Indolyl lactate 76