Ciclo vitale

Informazioni di contatto:

Lily Cheng ’06, [email protected]

Stanford University

Parassiti e pestilenze: Infectious Public Health Challenges

Prof. Dr. Scott Smith, [email protected]

Immagine sopra : Micrografia elettronica a scansione che mostra gruppi di spore e

filamenti polari espulsi dal microsporidio Bohuslavia asterias.

Immagine dahttp://www.biol.lu.se/cellorgbiol/microsporidia/index.html

Introduzione

I microsporidi sono organismi unicellulari eucarioti appartenenti al phylum Microspora. Tutti i microsporidi sono parassiti intracellulari obbligati, formanti spore, che invadono invertebrati e invertebrati. Una caratteristica dei microsporidi è il tubo polare o il filamento polare che si trova nella spora usato per infiltrarsi nelle cellule dell’ospite. sono ampiamente distribuiti in natura con oltre 1200 specie caratterizzate. tuttavia, i microsporidi sono stati documentati solo recentemente per parassitare gli esseri umani e sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere questa malattia infettiva emergente. l’infezione negli esseri umani, la microsporidiosi, si trova principalmente in pazienti con sistemi immunitari compromessi, specialmente quelli infettati dal virus dell’immunodeficienza umana (HIV) o che hanno subito trapianti di organi. Alcune specie, tuttavia, sono state conosciute anche per parassitare coloro che hanno un sistema immunitario sano. Al di là del regno umano, i microsporidi sono parassiti importanti nella pesca, nelle medicine veterinarie e nella gestione dei parassiti.

Classificazione e tassonomia

La classificazione scientifica dei Microsporidia si è evoluta nel tempo con la crescita della ricerca scientifica nel settore, e le specifiche sono ancora attualmente dibattute. Inizialmente pensato per essere un protozoo (regno Protista), studi recenti che utilizzano tecniche di DNA indicano phylum Microspora dovrebbe essere classificato sotto il regno dei funghi o almeno come un regno sorella di Fungi.The classe, ordine e famiglia all’interno del phylum Microspora sono anche frequentemente rivisto e discusso (taxomony tradizionale dato a livello di famiglia bloew).Tradizionalmente, le specie sono state identificate osservando le caratteristiche fisiche della spora, il ciclo di vita e il rapporto con la cellula ospite. Tuttavia, recenti studi scientifici che utilizzano strumenti genetici (in particolare il sequenziamento dell’RNA ribosomiale) hanno messo in discussione questo approccio e suggeriscono i marcatori genetici come metodo più corretto per la classificazione scientifica. Altre ricerche sono ancora necessarie per comprendere meglio le origini della microspora e delle singole specie. Nonostante tutto questo, ci sono ora oltre 1200 specie identificate in 143 generi. Attualmente, almeno 14 specie in 8 generi sono note per infettare gli esseri umani.

Famiglia

Generi

Specie

Nosematidea

Brachiola

B. algerae, B. vesicularum

Encephalitozoonidea

Encephalitozoon

E. cuniculi, E. hellem, E. intestinalis (syn. Septata intestinalis).

Enterocytozoonidea

Enterocytozoon

Enterocytozoon bieneusi,

Microsporidea

Microsporidium

M. ceylonensis, M. africanum

Nosematidea

Nosema

N. ocularum, N. connori (syn. B connori)

Pleistophoridea

Pleistophora

Sp.

Pleistophoridea

Trachipleistophora

T. hominis, T. anthropophthera,

Nosematidea

Vittaforma

Vittaforma corneae (syn. Nosema corneum)

Sinonimi per microsporidia includono: microspora, microsporan, microsporidea.

Storia della scoperta

Il phylum Microspora fu scoperto alla fine del 1800, ma il primo caso umano fu descritto solo nel 1959 in un bambino giapponese. L’aumento della microsporidiosi è associato all’arrivo e alla diffusione dell’HIV; la microsporidiasi si trova principalmente nei pazienti con AIDS o comunque immuno-compromessi (come i pazienti sottoposti a trapianto di organi). Tuttavia, almeno tre specie di Nosema e una di Brachiola sono state documentate in pazienti immuno-competenti. I microsporidi sono considerati agenti casuali, accidentali o opportunistici nell’uomo.

Morfologia degli agenti

I microsporidi sono eucarioti primitivi con nuclei ben definiti e membrana plasmatica ma mancano alcuni organelli tipici che si trovano negli eucarioti più tipici, soprattutto mitocondri,golgi impilati e perossisumi. Le spore dei microsporidi sono tutte rotonde e oblunghe e quelle associate all’infezione umana tendono ad avere dimensioni di circa 1-4 µm (caratteristica importante per la diagnosi, poiché alcune specie vengono spesso scambiate per batteri). Tutti hanno un caratteristico tubo polare arrotolato, tubulo o filamento, polarplasto stratificato, un vacuolo posteriore (pensato per funzionare come golgi) e un esospora protettivo fatto di proteine e chitina. La chitina è responsabile dell’alta resistenza ambientale delle spore. Qui sotto ci sono due diagrammi (3D e 2 D) che illustrano le spore tipiche dei microsporidi.

Tratto da: http://www.palaeos.com/Eukarya/Units/Microsporidia/Microsporidia.000.html

Durante l’infezione, le membrane cellulari della spora (chiamate anche sporoplasma) vengono iniettate in una cellula ospite attraverso la pressione di osmosi. Dopo l’infezione, il microsporidio si basa sulla cellula ospite per l’energia e inizia a moltiplicarsi all’interno del citoplasma della cellula ospite. Le specie differiscono nei loro rapporti con la cellula ospite; alcune specie alterano il funzionamento della cellula ospite per indurre un maggiore assorbimento dei nutrienti e la crescita delle cellule per accomodare l’agente. I microsporidi possono riprodursi sessualmente o asessualmente. Nella riproduzione asessuale, la divisione nucleare ha luogo e forma una o più coppie di nuclei, e la divisione cellulare può isolare i nuclei o accoppiarli in disposizione adiplokaryon. La riproduzione sessuale non è ben compresa, ma si pensa che coinvolga la fusione autogama e la riorganizzazione del materiale genetico.

Il ciclo vitale dei microsporidi varia tra le specie, ma può essere generalizzato nel seguente diagramma.

Tratto da http://www.dpd.cdc.gov/dpdx/HTML/Microsporidiosis.html

Prima,(1) la spora infettiva resistente all’ambiente viene ingerita o altrimenti contratta. Questo stimolo ambientale attiva la germinazione nella spora, rilasciando il polartubulo attraverso l’eversione. (2) La spora quindi inietta il tubulo polare in una cellula ospite e (3) rilascia le sue sporoplasmi nelle cellule ospiti. In questa fase, gli sporoplasmi di solito diventano meronti, cellule con organelli vagamente organizzati racchiusi in una membrana di plasma semplice. (4) I meronti dei microsporidi si moltiplicano a contatto con il citoplasma dell’ospite (come in E. bieneusi) o all’interno di un vacuolo parassitario (in E. interstinalis). (5) Poi subiscono la sporogonia per dividersi ulteriormente e formare sporoblasti, preparando la cellula per gli spessi strati di esospore caratteristici delle spore mature. Le spore possono essere disperse liberamente all’interno del citoplasma della cellula ospite o impacchettate in vescicole sporofile (o membrane degli sporoblasti). Questa caratteristica può essere tassonomicamente importante per distinguere le specie. Infine, (6) quando le spore riempiono completamente la cellula ospite, la membrana plasmatica è interessata e rilascia le spore nell’ambiente circostante. Le spore possono quindi infettare altre cellule circostanti, essere trasportate in nuovi siti all’interno dell’ospite, o essere espulse nelle feci o nelle urine per infettare altri ospiti.

Il periodo esatto di incubazione per le spore di microspore è sconosciuto, ma le spore sono considerate estremamente resistenti e quindi si presume che persistano nell’ambiente per lunghi periodi di tempo.

Le spore dei microsporidi sono ubiquitarie e sono capaci di infettare qualsiasi cellula animale, comprese quelle di insetti, pesci, mammiferi e persino altri parassiti! Si trovano più comunemente ad infettare gli antropodi. Molte delle 14 specie che infettano gli esseri umani si trovano anche in un certo numero di mammiferi selvatici e addomesticati (ad esempio conigli, topi, cuccioli, gattini, ecc.). Infatti, il primo caso di E. cuniculi fu descritto nei conigli nel 1923. Non ci sono novatori per la microsporidiosi nel senso standard (gli insetti infetti possono infettare gli esseri umani se vengono ingeriti, ma questo non è né necessario né ubiquitario).

Trasmissione

La trasmissione dei microsporidi non è ancora chiara, ma si pensa che il modo più comune coinvolga l’inalazione, l’ingestione o altrimenti la contrazione delle spore (ad esempio per via oculare o sessuale). Le spore dei microsporidi possono anche essere trasmesse in acqua, dato che specie di Encephalitozoon, Enterocytozoon e Vittaforma sono state documentate in fonti d’acqua (Dowd et al. 1998). Il contatto significativo con animali infetti può anche trasmettere la malattia (infezione zoonoica) ma i casi sono rari.

Presentazione clinica negli esseri umani

Diarrea cronica e deperimento sono i sintomi più comuni della microsporidiosi, ma specie diverse invadono siti diversi tra cui la cornea, il binario e i muscoli. Così, i sintomi di microsporidiosi varia notevolmente a seconda del sito di infezione.

o Nel tratto intestinale o biliare, i sintomi comuni includono diarrea cronica (spesso sciolta, acquosa e senza sangue), perdita di peso o deperimento, dolore addominale, nausea e vomito.

o L’infezione disseminata è caratterizzata da sintomi di colecistite (infiammazione della cistifellea), insufficienza renale, infezione respiratoria, mal di testa, congestione nasale, dolore oculare e coinvolgimento del seno.

o L’infezione respiratoria può causare tosse, dispnea (respiro affannoso) e respiro sibilante.

o Con l’infezione oculare, i sintomi vanno da sensazioni di corpo estraneo, dolore agli occhi, sensibilità alla luce, rossore, eccessiva lacrimazione o visione offuscata.

o Quelli con infezioni del tratto urinario in genere non mostrano sintomi.

o Le infezioni muscolari causano debolezza e dolore muscolare generale.

o Infine, le infezioni del cervello o di altri tessuti nervosi causano convulsioni, mal di testa e altri sintomi a seconda della zona precisa di infezione.

La seguente tabella descrive le presentazioni cliniche delle diverse infezioni da microsporidia nell’uomo.

Specie

Presentazione clinica

B. algerae, B. vesicularum

Keratocongiuntivite (infiammazione dell’occhio), infezione della pelle e dei muscoli profondi

E. cuniculi*, E. hellem *

Ceratocongiuntivite, infezione del tratto respiratorio e genitourinario e infezione disseminata

Enterocytozoon bieneusi*

Diarrea, colecistite acalcolosa (infiammazione della cistifellea) e infezione respiratoria (rara)

E. intestinalis (syn. Septata intestinalis)*

Infezione dell’intestino, diarrea, diffusione alle vie oculari, genitourinarie e respiratorie

M. ceylonensis, M. africanum

Infezione cornea

N. ocularum, N. connori (syn. B connori)

Infezione oculare

Vittaforma corneae (syn. Nosema corneum)

Infezione oculare, infezione del tratto urinario

Pleistophora Sp.

Infezione muscolare

T. hominis,

Infezione muscolare, cheratite stromale e infezione diffusa

T. anthropophthera,

Infezione disseminata

Adattato da http://www.dpd.cdc.gov/dpdx/HTML/Microsporidiosis.htm

*Il diagramma sottostante illustra pittoricamente i siti di infezione di queste specie.

Imagetaken rom http://www.dpd.cdc.gov/dpdx/HTML/Microsporidiosis.htm

Test diagnostici

I metodi di diagnosi prevedono tipicamente l’identificazione delle spore nelle feci, urina, altri fluidi corporei o tessuti del corpo. La microscopia elettronica a trasmissione (TEM) è il gold standard per l’identificazione di specie specifiche e la diagnostica della microsporidiosi, ma è spesso troppo costosa e richiede tempo. Le alternative includono la microscopia ottica utilizzando varie macchie tra cui macchie di Gram (microsporidiaspores sono gram-positivi e macchia violento scuro e diventano facilmente visibleunder il microscopio), macchie tricromiche modificate (ad esempio, blu tricromico), Warthin-Starrysilver macchie, Giemsa, e agenti chemiofluorescenti come Calcoflur. E. bieneusi misura tra .8-1.5 µm mentre B. algerae, Encephalitozoon spp, V.corneae e Nosema spp. misurano 1.5-4 µm al microscopio. I test di immunofluorescenza (IFA) e le tecniche molecolari sono metodi emergenti per la diagnosi.

Trattamento, terapia e gestione

Trattamento con albendazolo è il più comune per tutte le specie ed è accoppiato con infezioni oculari topiche Fumagillinfor (vedi tabella dei trattamenti farmacologici chiave sotto). Nuovi farmaci più efficaci per la microsporidiosi vengono ancora scoperti e testati. Per esempio, NikkomycinZ (NIK-Z), un farmaco che inibisce la sintesi della chitina, ha dimostrato di essere efficace contro una serie di patogeni fungini. Ha avuto successo nei test di laboratorio sulle specie di Encephalitozoon, ma deve ancora essere testato in vivo.

L’ulteriore gestione della malattia è spesso necessaria. In generale, i sintomi dovrebbero essere trattati se possibile. I pazienti con diarrea cronica o grave devono fare attenzione a reintegrare regolarmente elettroliti e fluidi e mantenere le assunzioni nutrizionali.

Categoria del farmaco

Farmaco

Trattamento per

Dose

Precauzioni

Anthelmintics

Albendazolo

Gastro, infezioni muscolari, disseminate e oculari.

400mg PO bid per 2-4 settimane

Evitare la gravidanza

Antibiotici

Fumagillin – Topico

Orale

Keratocongiuntivite e lesioni oculari (Encephalitozoon spp. B. algarae, E. hellum, E. cuniculi, V. corneae)

E. bieneusi

3 mg/ml gocce 1 settimana uso topico + gestione

Non conosciuto

Non approvato dalla FDA per la microsporidiosi.

Trombocitopenia

Antiprotozoi

Metronidazolo

E. bieneusi e altri.

500mg PO bid per 2 settimane.

Immunomodulatore

Talidomide

Diarrea quando altri farmaci hanno fallito

Non conosciuto

Tossico, solo come ultima risorsa.

Gravi difetti alla nascita; evitare la gravidanza.

Epidemiologia

Accennato, i microsporidi sono estremamente diffusi. Infettano quasi ogni organismo sulla terra, dalle api da miele e dal baco da seta ai mammiferi e agli uccelli. Relativelylittle è noto circa l’epidemiologia di microsporidia, come trasmissione e vie di infezione sono ancora un po ‘poco chiaro. Anche se microsporidiaspores attivi sono stati trovati in fonti di acqua in nazioni sviluppate e in via di sviluppo, microsporidiosis rimane principalmente una malattia di HIV e pazienti AIDS. È stato riportato che i microsporidi infettano il 39% dei pazienti di AIDS con diarrea e il 30% dei pazienti di AIDS con Cryptosporidium. Nonostante la nostra scoperta relativamente recente di questo agente patogeno, l’infezione tra i pazienti di AIDS è notevole e il parassita sarà di crescente importanza in futuro come HIV continua tospread e più ricerca è intrapresa per capire il ruolo microsporidiaplay nella salute umana.

Geografia

I microsporidi hanno una distribuzione mondiale, colpendo sia le nazioni in via di sviluppo che quelle sviluppate, ma una diagnosi corretta rimane difficile, specialmente nelle nazioni in via di sviluppo. Di seguito è riportata una mappa che illustra i pochi paesi in cui la microsporidiosi è stata formalmente documentata.

Mappa fatta da Lily Cheng, 21 maggio 2006

Strategie di prevenzione e salute pubblica

Negli ultimi anni, la US Environmental Protection Agency (EPA) ha elencato la microsporidia nella Candidate Contaminate List (CCL) dell’EPA, ritenendola un agente patogeno emergente di origine idrica che necessita di attenzione monitoriale. La filtrazione delle forniture d’acqua rimane la migliore strategia preventiva disponibile. Le tecniche di misurazione e filtrazione delle spore di microsporidia rimangono rudimentali e sottosviluppate, anche se la comunità scientifica sta attivamente cercando di modificare questa lacuna di conoscenza.

Non ci sono attualmente vaccini disponibili o in fase di studio per l’infezione da microsporidia.

Anche se l’infezione da microsporidia nell’uomo si verifica principalmente in pazienti con sistemi immunitari compromessi, l’ulteriore diffusione dell’AIDS in tutto il mondo aumenta la nostra necessità di comprendere e gestire la microsporidia per il prossimo futuro. Come più ricerca isdone su questa classe di organismi, troviamo la loro prevalenza in aumento nei pazienti umani. Questa è davvero una malattia infettiva emergente.

Link web utili

Sito web del CDC sulla microsporidiosi

E-Sito web della medicina sulla Microsporidia

Microsporidia da The Microbial Biorealm

Sito web sulla Microsporidiosi for AIDS Patients

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