PROTOZOARIOS PARASITOS.

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