Life Cycle

Contact informatie:

Lily Cheng ’06, [email protected]

Stanford University

Parasieten en Pestilentie: Infectious Public Health Challenges

Prof. Dr. Scott Smith, [email protected]

Bovenstaande afbeelding : Scanning electron micrographing showing spore groups and

ejected polar filaments from the microsporidium Bohuslavia asterias.

Afbeelding vanhttp://www.biol.lu.se/cellorgbiol/microsporidia/index.html

Inleiding

Microsporidiën zijn eukaryote, eencellige organismen die behoren tot het phylum Microspora. Allemicrospoidia zijn obligate, sporenvormende, intracellulaire parasieten die ongewervelde en ongewervelde dieren binnendringen. Een karakteristiek kenmerk van microsporidia is de polaire buis of het polaire filament in de spore die wordt gebruikt om de gastheercellen te infiltreren.Ze zijn wijdverspreid in de natuur met meer dan 1200 gekarakteriseerde soorten.Van microsporidia is echter pas onlangs aangetoond dat ze mensen parasiteren en er is meer onderzoek nodig om deze opkomende infectieziekte te begrijpen.Infectie bij de mens, Microsporidiose, wordt voornamelijk aangetroffen bij patiënten met een verzwakt immuunsysteem, vooral bij mensen die besmet zijn met het Humaan Immunodeficiëntie Virus (HIV) of die orgaantransplantaties hebben ondergaan. Van sommige soorten is echter ook bekend dat zij parasiteren bij mensen met een gezond immuunsysteem. Buiten de menselijke sfeer zijn Microsporidia belangrijke parasieten in de visserij, de diergeneeskunde en de bestrijding van ongedierte.

Classificatie en taxonomie

De wetenschappelijke classificatie van Microsporidia is in de loop der tijd geëvolueerd naarmate het wetenschappelijk onderzoek op dit gebied toenam, en over de specifieke kenmerken wordt momenteel nog gediscussieerd. Aanvankelijk werd gedacht dat het een protozoön was (koninkrijk Protista), maar recente studies met DNA-technieken wijzen erop dat het fylum Microspora moet worden ingedeeld bij het koninkrijk Fungi of ten minste als een zusterkoninkrijk van Fungi. De klasse, orde en familie binnen het Microspora-fylum worden ook vaak herzien en bediscussieerd (de traditionele taxonomie op het niveau van de familie bloeit op).Van oudsher werden soorten geïdentificeerd aan de hand van de fysieke kenmerken van de sporen, de levenscyclus en de relatie met de gastheercel. Recente wetenschappelijke studies waarbij gebruik werd gemaakt van genetische hulpmiddelen (met name ribosomale RNA-sequencing) hebben deze aanpak echter in twijfel getrokken en suggereren dat genetische markers een correctere methode zijn voor wetenschappelijke classificatie. Er is nog meer onderzoek nodig om een beter inzicht te krijgen in de oorsprong van microspora en van individuele soorten. Desondanks zijn er nu meer dan 1200 soorten geïdentificeerd in 143 geslachten. Momenteel is van ten minste 14 soorten in 8 genera bekend dat zij de mens infecteren.

Familie

Genera

Soorten

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)

Synoniemen voor microsporidia zijn onder meer: microspora,microsporan, microsporidea.

Ontdekingsgeschiedenis

HetPhylum Microspora werd ontdekt in de late jaren 1800, maar het eerste menselijke geval werd pas beschreven in 1959 bij een Japans kind. De toename van microsporidiose is geassocieerd met de komst en verspreiding van HIV; microsporidiose wordt voornamelijk aangetroffen bij patiënten met AIDS of die anderszins immuno-gecompromitteerd zijn (zoals orgaantransplantatiepatiënten). Ten minste drie soorten Nosema en één Brachiola soort zijn echter gedocumenteerd bij immuno-competente patiënten. Microsporidia worden beschouwd als toevallige, toevallige of opportunistische verwekkers bij de mens.

>

Agenetische morfologie

Microsporidiën zijn primitieve eukaryoten met goed gedefinieerde kernen en een plasmamembraan, maar missen een aantal typische organellen die bij meer typische eukaryoten worden aangetroffen, vooral mitochondriën,gestapelde golgi en peroxisomen. De sporen van microsporidia zijn rond en langwerpig en die welke in verband worden gebracht met infectie bij de mens zijn meestal ongeveer 1-4 µm groot (een belangrijk kenmerk voor de diagnose, aangezien sommige soorten vaak met bacteriën worden verward). Alle hebben een karakteristieke opgerolde poolbuis, tubulus of filament, gelaagde poolplast, een achterste vacuole (die als golgi zou fungeren) en een beschermende exospore die bestaat uit eiwitten en chitine. Chitine is verantwoordelijk voor de hoge omgevingsweerstand van de sporen. Hieronder staan twee diagrammen (3D en 2 D) ter illustratie van typische microsporidia-sporen.

Opgenomen uit: http://www.palaeos.com/Eukarya/Units/Microsporidia/Microsporidia.000.html

Tijdens de infectie worden de celmembranen van de sporen (ook wel het sporoplasma genoemd) door middel van osmosedruk in een gastheercel geïnjecteerd. Na de infectie is het microsporidium voor energie afhankelijk van de gastheercel en begint het zich te vermenigvuldigen in het cytoplasma van de gastheercel. De soorten verschillen in hun relatie met de gastheercel; sommige soorten veranderen het functioneren van de gastheercel om meer nutriënten op te nemen en de celgroei te stimuleren om het agens te huisvesten. Microsporidia kunnen zich sexueel of asexueel voortplanten. Bij ongeslachtelijke voortplanting vindt kerndeling plaats en worden een of meer paren van kernen gevormd; bij celdeling kunnen de kernen worden geïsoleerd of in een adiplokaryon opstelling worden gekoppeld. Seksuele voortplanting is niet goed begrepen, maar men denkt dat daarbij autogame fusie en reorganisatie van genetisch materiaal plaatsvindt.

De levenscyclus van microsporidia varieert van soort tot soort, maar kan worden veralgemeend in het volgende schema.

Opgenomen uit http://www.dpd.cdc.gov/dpdx/HTML/Microsporidiosis.html

Eerst wordt(1) de omgevingsresistente, besmettelijke spore ingeslikt of op andere wijze opgelopen. Deze omgevingsprikkel activeert kieming in de spore, waarbij de polartubule vrijkomt door eversie. (2) De sporen injecteren vervolgens de polaire tubule in een gastheercel en (3) laten hun sporoplasma los in gastheercellen. In dit stadium worden de sporoplasma’s gewoonlijk meronts, cellen met losjes georganiseerde organellen, omsloten door een eenvoudig plasmamembraan. (4) De meronts van de microsporidia vermenigvuldigen zich dan hetzij in contact met het cytoplasma van de gastheer (zoals bij E. bieneusi), hetzij binnen een parasitofore vacuole (bij E.interstinalis). (5) Vervolgens ondergaan zij sporogonie om zich verder te delen en sporoblasten te vormen, waardoor de cel wordt voorbereid op dikke exospore-lagen, die kenmerkend zijn voor rijpe sporen. De sporen kunnen ofwel vrij verspreid worden in het cytoplasma van de gastheercel, ofwel verpakt worden in sporofore blaasjes (of sporosporoblastmembranen). Dit kenmerk kan taxonomisch van belang zijn bij het onderscheiden van soorten. Tenslotte, (6) wanneer de sporen de gastheercel volledig vullen, wordt het plasmamembraan aangetast en komen de sporen vrij in de omgeving. De sporen kunnen dan andere omringende cellen infecteren, naar nieuwe plaatsen in de gastheer worden getransporteerd, of in de ontlasting of urine worden uitgescheiden om andere gastheren te infecteren.

De exacte incubatieperiode voor microsporensporen is onbekend, maar de sporen worden als uiterst resistent beschouwd en er wordt dus verondersteld dat zij gedurende lange perioden in het milieu aanwezig blijven.

Microsporidiasporen zijn alomtegenwoordig en zijn in staat om elke dierlijke cel te infecteren, met inbegrip van die van insecten, vissen, zoogdieren en zelfs andere parasieten! Ze worden meestal aangetroffen bij antropoden. Veel van de 14 soorten die mensen infecteren, worden ook aangetroffen bij een aantal wilde en gedomesticeerde zoogdieren (b.v. konijnen, muizen, puppy’s, kittens, enz.). Het eerste geval van E. cuniculi werd in 1923 bij konijnen beschreven. Er zijn geen verwekkers voor microsporidiose in de standaard zin (besmette insecten kunnen de mens besmetten als ze worden opgenomen, maar dit is niet noodzakelijk en ook niet alomtegenwoordig).

Transmissie

De transmissie van microsporidia is nog onduidelijk, maar de meest gebruikelijke manier is het inhaleren, inslikken of anderszins binnenkrijgen van sporen (bijvoorbeeld oculair of seksueel overdraagbaar). Sporen van microsporidia kunnen ook via water worden overgebracht, aangezien soorten van Encephalitozoon, Enterocytozoon en Vittaforma in waterbronnen zijn gedocumenteerd (Dowd et al. 1998).Significant contact met besmette dieren kan de ziekte ook overdragen (zoönotische infectie), maar gevallen zijn zeldzaam.

Clinische presentatie bij de mens

Chronische diarree en wasting zijn de meest voorkomende symptomen van microsporidiose, maar verschillende soorten dringen verschillende plaatsen binnen, waaronder het hoornvlies, de binaire baan en de spieren. De symptomen van microsporidiose variëren dus sterk afhankelijk van de plaats van infectie.

o In het darmkanaal of de galwegen zijn de meest voorkomende symptomen chronische diarree (vaak los, waterig en niet-bloedig), gewichtsverlies of vermagering, buikpijn, misselijkheid, en braken.

o Verspreide infectie wordt gekenmerkt door symptomen van cholecystitis (ontsteking van de galblaas), nierfalen, infectie van de luchtwegen, hoofdpijn, verstopte neus, oculaire pijn en sinusinvolvement.

o Ademhalingsinfectie kan hoest, dyspneu (moeizame ademhaling) en piepende ademhaling veroorzaken.

o Bij oculaire infectie kunnen de symptomen variëren van vreemde-lichaamssensaties, oogpijn, lichtgevoeligheid, roodheid, overmatig tranen of wazig zien.

o Degenen met urineweginfecties vertonen meestal geen symptomen.

o Spierinfecties veroorzaken algemene spierzwakte en pijn.

o Ten slotte veroorzaken infecties van de hersenen of ander zenuwweefsel epileptische aanvallen, hoofdpijn en andere symptomen, afhankelijk van de precieze plaats van infectie.

De volgende tabel beschrijft de klinische presentaties van verschillende microsporidia-infecties bij de mens.

Soorten

Klinische presentatie

B. algerae, B. vesicularum

Keratoconjunctivitis (oogontsteking), huid- en diepe spierontsteking

E. cuniculi*, E. hellem *

Keratoconjunctivitis, infectie van de luchtwegen en de urogenitale tractus, en verspreide infectie

Enterocytozoon bieneusi*

Diarree, acalculeuze cholecystitis (ontsteking van de galblaas), en infectie van de luchtwegen (zeldzaam)

E. intestinalis (syn. Septata intestinalis)*

GI infectie, diarree, verspreiding naar oculaire, urogenitale en respiratoire tractus

M. ceylonensis, M. africanum

Cornea-infectie

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

Oculaire infectie

Vittaforma corneae (syn. Nosema corneum)

Oculaire infectie, infectie van de urinewegen

Pleistophora Sp.

Musculaire infectie

T. hominis,

Musculaire infectie, stromale keratitis en verspreide infectie

T. anthropophthera,

verspreide infectie

Aangepast van http://www.dpd.cdc.gov/dpdx/HTML/Microsporidiosis.htm

* Onderstaand schema illustreert beeldend de plaatsen van infectie van deze soorten.

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

Diagnostische Testen

De diagnosemethoden bestaan meestal uit het opsporen van sporen in de feces, urine, andere lichaamsvloeistoffen of lichaamsweefsels. Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) is de gouden standaard voor het identificeren van specifieke soorten en het diagnosticeren van microsporidiose, maar is vaak te duur en tijdrovend. Alternatieven zijn lichtmicroscopie met gebruikmaking van verschillende kleurstoffen, waaronder gramkleuren (microsporidiën zijn grampositief en kleuren donker gewelddadig en worden gemakkelijk zichtbaar onder de microscoop), gemodificeerde trichroomkleuren (bv. trichroomblauw), Warthin-Starrysilverkleuren, Giemsa, en chemofluorescerende agentia zoals Calcofluur. E. bieneusi meet tussen .8-1.5 µm terwijl B. algerae, Encephalitozoon spp, V.corneae en Nosema spp. 1.5-4 µm meten onder de microscoop. Immunofluorentietests (IFA) en moleculaire technieken zijn in opkomst voor de diagnose.

Behandeling, therapie en management

Behandeling met albendazol is het meest gebruikelijk voor alle soorten en gaat gepaard met topische fumagilline voor ooginfecties (zie tabel van de belangrijkste medicamenteuze behandelingen hieronder) De meeste medicamenteuze behandelingen zullen de parasieten echter niet volledig uitroeien. Er worden nog steeds nieuwe, effectievere geneesmiddelen voor microsporidiose ontdekt en getest. NikkomycinZ (NIK-Z) bijvoorbeeld, een geneesmiddel dat de chitinesynthese remt, is doeltreffend gebleken tegen een groot aantal schimmelpathogenen. Het is succesvol gebleken in laboratoriumtests op Encephalitozoon-soorten, maar moet nog in vivo worden getest.

Verdere behandeling van de ziekte is vaak nodig. In het algemeen moeten de symptomen zo mogelijk worden bestreden. Patiënten met chronische of ernstige diarree moeten ervoor zorgen dat zij regelmatig elektrolyten en vocht aanvullen en hun voedingsinname op peil houden.

Drug Catagory

Drug

Behandeling voor

Dosering

Voorzorgsmaatregelen

Anthelmintica

Albendazole

Gastro, spier-, verspreide en oculaire infecties.

400mg PO bod voor 2-4 weken

Vermijd zwangerschap

Antibiotica

Fumagilline – topisch

Oral

Keratoconjunctivitis en oculaire laesies (Encephalitozoon spp. B. algarae, E. hellum, E. cuniculi, V. corneae)

E. bieneusi

3 mg/ml druppels 1 week plaatselijk gebruik + beheer

Onbekend

Niet goedgekeurd door FDA voor microsporidiose.

Thrombocytopenia

Antiprotozoën

Metronidazol

E. bieneusi en anderen.

500mg PO bod gedurende 2 weken.

Immunomodulatoir

Thalidomide

Diarree als andere middelen hebben gefaald

Onbekend

Toxisch, alleen als laatste redmiddel.

Zware geboorteafwijkingen; zwangerschap vermijden.

>

Epidemiologie

Microsporidia zijn zeer wijdverspreid. Zij infecteren bijna elk organisme op aarde, van honingbijen en zijderupsen tot zoogdieren en vogels. Er is betrekkelijk weinig bekend over de epidemiologie van microsporidia, omdat de transmissie en de besmettingswegen nog enigszins onduidelijk zijn. Hoewel actieve microsporidiasporen zijn aangetroffen in waterbronnen in ontwikkelde en ontwikkelingslanden, blijft microsporidiose in de eerste plaats een ziekte van HIV- en AIDS-patiënten. Microsporidiën zouden 39% van de AIDS-patiënten met diarree besmetten en 30% van de AIDS-patiënten met Cryptosporidium. Ondanks onze relatief recente ontdekking van deze ziekteverwekker is de infectie onder AIDS-patiënten opmerkelijk en zal de parasiet in de toekomst van toenemend belang zijn naarmate HIV zich verder verspreidt en meer onderzoek wordt verricht om de rol van microsporidiaplay in de menselijke gezondheid te begrijpen.

Geografie

Microsporidia is wereldwijd verspreid en komt zowel in ontwikkelingslanden als in ontwikkelde landen voor, maar een goede diagnose blijft moeilijk, vooral in ontwikkelingslanden. Hieronder vindt u een kaart van de weinige landen waar microsporidiose officieel is gedocumenteerd.

Kaart gemaakt door Lily Cheng, 21 mei 2006

Volksgezondheid en preventiestrategieën

In de afgelopen jaren, heeft het US Environmental Protection Agency (EPA) microsporidia opgenomen in de Candidate Contaminate List (CCL) van het EPA, waarbij het wordt beschouwd als een opkomend, door water voortgebracht pathogeen, dat controle-aandacht behoeft. Filtratie van watervoorraden blijft de beste preventieve strategie die beschikbaar is. Meet- en filtratietechnieken voor microsporidia-sporen blijven rudimentair en onderontwikkeld, hoewel de wetenschappelijke gemeenschap actief probeert deze leemte in de kennis op te vullen.

Er zijn momenteel geen vaccins beschikbaar of in onderzoek voor microsporidia-infectie.

Hoewel microsporidia-infectie bij de mens meestal voorkomt bij patiënten met een gecompromitteerd immuunsysteem, verhoogt de verdere verspreiding van AIDS wereldwijd onze behoefte om microsporidia in de nabije toekomst te begrijpen en te beheersen. Naarmate meer onderzoek wordt verricht naar deze klasse van organismen, zien we dat hun prevalentie bij menselijke patiënten toeneemt. Dit is inderdaad een opkomende infectieziekte.

Nuttige weblinks

CDC Website over Microsporidiosis

E-geneeskunde Website over Microsporidia

Microsporidia door The Microbial Biorealm

Website over Microsporidiose voor AIDS-patiënten

Bigliarid, Elisa; Bernuzzi, Anna Maria; Corona, Silvia; Gatti, Simonetta; Scaglia, Massimo; Sacchi, Luciano. 2000. “In Vitro Efficacy of Nikkomycin Z against the Human Isolate of theMicrosporidian Species Encephalitozoon hellem. “Antimicrob Agents Chemother, 44(11):3012-3016., American Society for Microbiology.

Cama R.I., U.D. Parashar, D.N. Taylor, T. Hickey, D.Figueroa, Y.R. Ortega, S. Romero, J. Perez, C.R. Sterling, J.R. Gentsch, R.H.Gilman and R.I. Glass. Enteropathogenen en andere factoren geassocieerd met ernstige ziekte bij kinderen met acute waterige diarree in Lima, Peru. J. Infect.Dis., 179:1139-1144, 1999.

Canning, Elizabeth U.; Lom, Jiri. 1986. The Microsporidia of Vertebrates, Systematics of the Microsporidia, and Biology of the Microsporidia.

Londen: Academic Press, 1986.

Chijide, Valda M. 28 Mar 2006. “Microsporidiosis.” E-medicine door Web-MD. Geraadpleegd mei 2006.

Dowd, Scot E., Gerba, Charles P.,Pepper, Ian L. “Confirmation of the Human-Pathogenic MicrosporidiaEnterocytozoon bieneusi, Encephalitozoon intestinalis, and Vittaforma corneaein Water.” Toegepaste Milieumicrobiologie. 1998 64: 3332-3335

Illinois Natural History Survey, Systematics of Microsporidia, Center for Ecological Entomology. Geraadpleegd mei 2006.

Joseph J, VemugantiGK, Sharma S. Microsporidia: Emerging Ocular Pathogens. Indian J Med Microbiol 2005 ;23:80-91.

Larsson, Ronny. 12 mei 2004. Cytologie en taxonomie van de microsporidia. <Afbeelding: 1bohuslavis.jpg> Geraadpleegd mei 2006.

Miller, Jeff D. 1997. Microsporidia (Protozoa): A Handbook of Biology and Research Techniques. Geraadpleegd in mei 2006.

Whipple, Allison; Levine, Zeva, Damon-Moore, Laural; Kahrl, Ariel; Sacks, Hannah; Stulberg, Michael; Smith, Casey M.; Scogin, Shana. 2004. “Microsporidia.”

The Microbial BioRealm. Geraadpleegd in mei 2006.

White, Toby. 2006. “Microsporidia” The Palaeos: De sporen van het leven op aarde. Accessed May 2006.

Leave a Reply

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.