PROTOZOARIOS PARASITOS.

Transcripción

1 PROTOZOARIOS PARASITOS especies actuales; 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

2 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

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8 ULTRAESTRUCTURA Y METABOLISMO. Los distintos grupos de Protozoarios parásitos 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: Metabolismo muy intenso, aunque incompleto, de la glucosa. Cobertura antigénica variable de Trypanosoma brucei: Evasión de la respuesta inmune del hospedador. Hidrogenosoma de Trichomonas vaginalis: Producción de H 2. 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. 8

9 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. T. b. brucei Tse-Tse fly Nagana (cattle). Leishmania mexicana Sandfly Cutaneous leishmaniasis. Phytomonas spp. Phytophagous Hemipterans Plant diseases. 9

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11 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. 11

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26 TRYPANOSOMA BRUCEI Y LA ENFERMEDAD DEL SUEÑO 26

27 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) 27

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31 LEISHMANIA spp. Y LAS LEISHMANIASIS 31

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42 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 ( 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. 42

43 EDITADO DE mrnas MITOCONDRIALES EN LOS TRYPANOSOMATIDOS 43

44 Algunas otras particularidades de los trypanosomátidos tidos 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 44

45 Procesamiento del ARN Todos los ARNm estudiados comienzan con la secuencia de 39 nt Esta secuencia ME se adiciona en trans Existen 200 genes ME Genes pre-arnm policistr ónico ARNm maduros ARNm 1 ME Transcripción ARNm 2 (A)n ME (A)n Los procesos de trans-splicing y poliadenilación se encuentran acoplados ME Trans-splicing Procesamiento del ARN policistr ónico (A)n Poliadenilación 45

46 Cómo controlan la expresión n 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 46

47 Esquemas metabólicos Mamífero Trypanosoma brucei, forma sanguinea 47

48 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 H 2 sólo en anaerobiosis. Producción de glicerol, lactato y acetato tanto en aerobiosis como en anaerobiosis. Giardia lamblia: Producción de etanol, CO 2 y acetato tanto en aerobiosis como en anaerobiosis. Entamoeba histolytica: Producción de etanol y CO 2 en anaerobiosis, y de etanol, CO 2 y acetato en aerobiosis. Plasmodium falciparum: Las formas eritrocíticas producen lactato y no tienen un Ciclo de Krebs funcional. 48

49 GLUCOLISIS Plasmodium Trypanosoma brucei, forma sanguínea. Trichomonas vaginalis Entamoeba histolytica 49

50 Succinato Glicosoma Glucosa 2 ATP 2 ADP Fructosa 1,6-bisfosfato NAD + NADH Fumarato ATP β-oxidación de ácidos grasos Síntesis de esteroides Metabolismo de purinas y pirimidinas Citosol Gliceraldehído 3-fosfato NAD + NADH 1,3-bisfosfoglicerato ADP ATP 3-fosfoglicerato 3-fosfoglicerato PEPCK CO 2 L-malato NAD + Oxalacetato PEP Piruvato L-Alanina PEP NADH ATP ADP PPi AMP ATP NADH NAD + PK PPDK Piruvato CAT y transaminación 50

51 T. brucei. Trypomastigotes prociclicos. 51

52 Trypanosoma brucei, forma sangu nea. 52

53 La Vía de las Pentosas Fosfato 53

54 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

55 GIARDIA LAMBLIA 55

56 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

57 Organización subcelular del catabolismo de carbohidratos en eucariotes Sin Compartamentalización (Giardia, Entamoeba) Citosol / hidrogenosoma (Trichomonas) Citosol / mitocondria 57

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. El hidrogenosoma no es exclusivo de T. vaginalis o Tritrichomonas foetus. Se encuentra tambien en Protistas muy distantes evolutivamente, como ciliados del rumen, que son anaerobios estrictos, y tambien en algunos hongos.. 58

59 METABOLISMO DE LA GLUCOSA POR ENTAMOEBA sp. Todo el metabolismo tiene lugar en el citosol. 59

60 Enzimas que utilizan pirofosfato: presentes en general en plantas y bacterias, y tambien en algunos Protozoarios. 60

61 APICOMPLEXA 61

62 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. 62

63 TOXOPLASMA GONDII 63

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65 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). 65

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67 PIROPLASMAS Parásitos de animales, con particular importancia para el ganado vacuno. Transmitidos por garrapatas. 67

68 Ciclo biológico de Babesia spp. 68

69 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. 69

70 CILIADOS: Balantidium coli 70

71 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. 71

72 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. 72

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74 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 AHADH NADH NAD Phenyl lactate, p-oh-phenyl lactate, Indolyl lactate 74