Giardia duodenalis

Giardia duodenalis, también conocida como Giardia intestinalis y Giardia lamblia, es un microorganismo parásito flagelado del género Giardia que coloniza el intestino delgado, provocando un cuadro diarreico conocido como giardiasis. El parásito se adhiere al epitelio mediante un disco adhesivo ventral o ventosa y se reproduce por fisión binaria. La giardiasis no se propaga a través del torrente sanguíneo, ni se propaga a otras partes del tracto gastrointestinal, sino que permanece confinada a la luz del intestino delgado. Giardia tiene una membrana exterior que le permite conservar la vida, incluso cuando está fuera del cuerpo del huésped, y que puede hacerla tolerante a la desinfección con cloro. Los trofozoítos de Giardia absorben sus nutrientes de la luz y son anaerobios. Si el organismo está dividido y teñido, su patrón característico se asemeja a la familiar "cara sonriente" símbolo.

Las principales vías de infección humana incluyen la ingestión de agua potable no tratada (que es el método más común de transmisión de este parásito), alimentos y suelos contaminados con heces humanas, así como la ingestión de aguas residuales, un fenómeno particularmente común en muchos países en desarrollo. La contaminación de las aguas naturales también ocurre en las cuencas hidrográficas donde se practica el pastoreo intensivo.

Giardia ocurren en todo el mundo. Es el parásito intestinal más comúnmente identificado entre niños en guarderías, excursionistas, miembros de la familia y adultos inmunocomprometidos en los Estados Unidos y Canadá. Se reportan alrededor de 20,000 casos por año en los Estados Unidos.

Ciclo de vida

Ciclo de vida Giardia lamblia

G. duodenalis adopta dos formas morfológicamente distintas durante su ciclo de vida. La forma replicativa es una célula móvil con forma de pera que sobrevive solo en el intestino delgado del huésped llamada trofozoíto. Los trofozoítos nadan a través del moco intestinal hasta que finalmente se adhieren al epitelio intestinal del huésped. Los trofozoítos adheridos luego se dividen por fisión binaria, formando más trofozoítos o la etapa de quiste no replicativo. Los quistes pasan a través del intestino grueso del huésped y se eliminan en las heces. El quiste de G. duodenalis es la etapa ambientalmente estable en el ciclo de vida del parásito. Esta etapa facilita la transmisión de quistes en el medio ambiente cuando un huésped de G. duodenalis transfiere quistes al medio ambiente a través de sus heces, que luego son consumidos por un nuevo huésped. Los quistes pueden tener una supervivencia prolongada de semanas a meses en el medio ambiente porque tienen una tasa metabólica más lenta que los trofozoítos. Esto les permite ser resistentes a los factores ambientales estresantes y sobrevivir mejor en ambientes frescos y húmedos. Los quistes permanecen latentes hasta que son ingeridos por un animal huésped. En el nuevo huésped, las condiciones ambientales desencadenan que el quiste produzca dos trofozoítos, que luego se adhieren a las células epiteliales, comenzando de nuevo el ciclo.

Estructura de G. duodenalis

El trofozoíto tiene una estructura elaborada con dos núcleos y ocho pares de flagelos que le permiten moverse fácilmente alrededor del huésped. Únicamente tiene un disco adhesivo que le permite adherirse al epitelio intestinal. No hay Golgi en el cuerpo celular y sus mitosomas son el resultado de mitocondrias degeneradas. Estos mitosomas no tienen genomas mitocondriales, pero contienen proteínas de antiguos genes mitocondriales que migraron al núcleo. El trofozoíto se enquista en un quiste cuando entra en contacto con factores estresantes ambientales, como un pH alto. La forma del quiste contiene principalmente el núcleo y evoluciona para no tener estructuras de los trofozoítos como los flagelos y los discos adhesivos. Esto permite que el quiste permanezca inactivo hasta que sea ingerido por un nuevo huésped y evolucione nuevamente a la forma de trofozoíto para la infección.

Prevalencia y ecología

G. duodenalis causa una infección llamada giardiasis. La enfermedad infecta a alrededor de 200 millones de personas en todo el mundo cada año, lo que resulta en 500.000 muertes. El grupo demográfico más afectado son los niños de 0 a 4 años. A nivel mundial, G. duodenalis es el parásito intestinal protozoario más comúnmente identificado. En los países de ingresos altos, hay una tasa de infección entre el 2 y el 5 %, y en los países de ingresos bajos y medianos hay una tasa de infección entre el 20 y el 30 %.

El quiste puede sobrevivir durante semanas o meses en agua fría, por lo que puede estar presente en pozos y sistemas de agua contaminados, especialmente en fuentes de agua estancada, como estanques naturales, sistemas de almacenamiento de aguas pluviales e incluso arroyos de montaña de aspecto limpio. Los quistes también se pueden encontrar en superficies, suelo, alimentos o agua que han sido contaminados con heces de humanos o animales infectados. También pueden ocurrir en los embalses de la ciudad y persistir después del tratamiento del agua, ya que los quistes son resistentes a los métodos convencionales de tratamiento del agua, como la cloración y la ozonólisis. La transmisión zoonótica también es posible, por lo que la infección por Giardia es una preocupación para las personas que acampan en la naturaleza o nadan en arroyos o lagos contaminados, especialmente los lagos artificiales formados por diques de castores (de ahí el nombre popular de giardiasis, & #34;fiebre del castor").

Además de las fuentes transmitidas por el agua, la transmisión fecal-oral también puede ocurrir, por ejemplo, en las guarderías, donde los niños pueden tener malas prácticas de higiene. Quienes trabajan con niños también corren el riesgo de infectarse, al igual que los familiares de las personas infectadas. No todas las infecciones por Giardia son sintomáticas, y muchas personas, sin saberlo, pueden actuar como portadores del parásito.

Giardia infecta a los humanos, pero también es uno de los parásitos más comunes que infectan a gatos, perros y aves. Los huéspedes de mamíferos también incluyen docenas de especies, como ganado vacuno, ovino y caprino.

Los gatos se pueden curar fácilmente y los corderos generalmente simplemente pierden peso, pero en los terneros, los parásitos pueden ser fatales y, a menudo, no responden a los antibióticos o electrolitos. Los portadores entre terneros también pueden ser asintomáticos. Este parásito es mortal para las chinchillas, por lo que se debe tener especial cuidado al proporcionarles agua segura. Los perros tienen una alta tasa de infección, ya que se sabe que el 30% de la población menor de un año está infectada en las perreras. La infección es más frecuente en cachorros que en perros adultos. Los perros infectados pueden aislarse y tratarse, o toda la manada en una perrera puede tratarse en conjunto independientemente. Las perreras también deben limpiarse con lejía u otros desinfectantes de limpieza. Las áreas de césped utilizadas para hacer ejercicio deben considerarse contaminadas durante al menos un mes después de que los perros muestren signos de infección, ya que los quistes pueden sobrevivir en el medio ambiente durante largos períodos de tiempo. La prevención se puede lograr mediante la cuarentena de los perros infectados durante al menos 20 días y el manejo y mantenimiento cuidadosos de un suministro de agua limpia.

Biología celular

Giardia trofozoitas manchadas con Giemsa; 100x magnificación.

G. Los trofozoítos duodenalis son células en forma de pera, de 10 a 20 μm de largo, 7 a 10 μm de ancho y 2 a 4 μm de espesor. Son móviles por medio de cuatro pares de flagelos, que impulsan los trofozoítos a través del intestino. En particular, cada G. duodenalis tiene dos núcleos, los cuales transcriben activamente genes. Adyacente al núcleo, G. Las células duodenalis tienen un retículo endoplásmico que se extiende por gran parte de la célula. Los trofozoítos a punto de diferenciarse en quistes también contienen vesículas prominentes denominadas vesículas específicas de enquistamiento que desaparecen una vez que comienza la construcción de la pared del quiste. A diferencia de la mayoría de los otros eucariotas, G. Las células duodenalis no contienen mitocondrias visibles, sino que contienen un orgánulo metabólico sustancialmente reducido denominado mitosoma. Además, las células parecen no contener cuerpos de Golgi y, en cambio, el sistema secretor consiste completamente en el retículo endoplásmico y numerosas vesículas repartidas por toda la célula, denominadas vesículas periféricas. Las vesículas periféricas son responsables tanto de absorber los nutrientes extracelulares como de expulsar los desechos fuera de la célula. Cada celda también contiene un par de estructuras rígidas llamadas cuerpos medianos que forman parte de la G. citoesqueleto de lamblia. Los trofozoítos se adhieren a las células epiteliales del huésped a través de un orgánulo especializado en forma de disco llamado disco ventral.

Los quistes son células de forma ovalada ligeramente más pequeñas que los trofozoítos. Carecen de flagelos y están cubiertos por una pared de quiste lisa y clara. Cada quiste contiene los orgánulos de dos trofzoítos: cuatro núcleos, dos discos ventrales, etc.

Múltiples vistas de un G. lamblia cyst imaged by confocal microscopy: Bar = 10 micrometros
(A) Cyst imaged by transmission (differential interference contrast)
(B) Cist wall selectively imaged through use of fluorescent-labelled antibody
(C) Cyst imaged through use of carboxy fluorescein diacetate, a viability mancha
(D) Imagen compuesta de (B) y (C)
(E) Imagen compuesta de (A), (B) y (C)

Metabolismo

G. lamblia genera principalmente su energía al descomponer la glucosa a través de la glucólisis, así como a través de la vía de la arginina dihidrolasa. No puede sintetizar nucleótidos por sí solo, sino que los rescata de su huésped. La síntesis de grupos de hierro y azufre se realiza en un compartimento unido a una doble membrana llamado mitosoma, que probablemente sea un remanente de las mitocondrias. Cada célula contiene de 25 a 100 mitosomas divididos en dos categorías: mitosomas periféricos, que se encuentran dispersos por toda la célula, y mitosomas centrales, que se reúnen en el centro de la célula por razones desconocidas. Al igual que en las mitocondrias, las proteínas con una determinada secuencia de señales peptídicas se trafican y se importan al mitosoma. A diferencia de las mitocondrias, los mitosomas no tienen un genoma propio. Todos los genes mitosomales están codificados por el genoma nuclear de Giardia.

Genética

Giardia y las otras diplomonas son únicas en su posesión de dos núcleos que son similares en apariencia, contenido de ADN, transcripción y tiempo de replicación. Cinco cromosomas ocurren por genoma haploide. El genoma ha sido secuenciado y publicado en 2007, aunque la secuencia contiene varios vacíos. La secuencia tiene alrededor de 12 millones de pares de bases y contiene alrededor de 5000 genes que codifican proteínas. El contenido de GC es del 46%. Los trofozoítos tienen una ploidía de cuatro y la ploidía de los quistes es de ocho, lo que a su vez plantea la cuestión de cómo Giardia mantiene la homogeneidad entre los cromosomas del mismo núcleo y los opuestos. Se han utilizado modernas tecnologías de secuenciación para volver a secuenciar diferentes cepas.

Inmunología

Las infecciones por Giardia son autolimitadas, lo que demuestra que puede ser controlada por el sistema inmunitario del huésped en pocas semanas, generalmente la giardiasis crónica se desarrolla en humanos con trastornos de inmunodeficiencia. Durante la infección se activan diferentes mecanismos de la respuesta innata y adaptativa. La primera barrera física es la capa de moco donde interactúa con las células epiteliales, inmunes y algunos péptidos antimicrobianos liberados por esas células, así como con el óxido nítrico y las citocinas proinflamatorias como la IL-6. TLR2 y TLR4 también pueden ser activados por Giardia. La respuesta de las células T en la giardiasis incluye células CD4+Th17 y células T CD8+. Mientras que la producción de IgA por parte de las células B ayuda a eliminar la infección.

Evolución

Giardia era primitivamente asexual y sin medios para transferir ADN entre núcleos. Estas suposiciones hicieron que explicar el nivel notablemente bajo de heterocigosidad alélica (< 0.01%) en el genoma aislado, WB, fuera muy difícil, pero todas esas suposiciones de asexualidad ahora están en duda, con la genética de poblaciones proporcionando evidencia para la recombinación y la identificación de meiotic. genes, evidencia de recombinación entre aislados y evidencia de intercambio de material genético entre núcleos durante el proceso de enquistación.

Estos hallazgos sobre la sexualidad en Giardia, arriba, tienen implicaciones importantes para comprender el origen de la reproducción sexual en eucariotas. Aunque la reproducción sexual está muy extendida entre los eucariotas existentes, hasta hace poco parecía poco probable que el sexo fuera una característica primordial y fundamental de los eucariotas. Una razón probable para la opinión de que el sexo puede no ser fundamental para los eucariotas era que previamente parecía faltar la reproducción sexual en ciertos eucariotas unicelulares patógenos humanos (por ejemplo, Giardia) que se separaron de los primeros ancestros en el linaje.

Además de la evidencia citada anteriormente para la recombinación en Giardia, Malik et al. informaron que muchos genes específicos de la meiosis ocurren en el genoma de Giardia y, además, que los homólogos de estos genes también ocurren en otro eucariota unicelular, Trichomonas vaginalis. Debido a que estas dos especies son descendientes de linajes muy divergentes entre los eucariotas, Malik et al. sugirió que estos genes meióticos estaban presentes en un ancestro común de todos los eucariotas. Por lo tanto, desde este punto de vista, el antepasado más antiguo de los eucariotas probablemente era capaz de reproducirse sexualmente. Además, Dacks y Roger propusieron, basándose en análisis filogenéticos, que el sexo facultativo estaba presente en el ancestro común de todos los eucariotas. Bernstein et al. también revisó la evidencia en apoyo de este punto de vista.

Ocho conjuntos de genotipos de G. duodenalis han sido reconocidos hasta la fecha (A-H). Genotipado de G. duodenalis aislado de varios hospedadores ha demostrado que los ensamblajes A y B infectan la mayor variedad de especies hospedadoras y parecen ser las principales (o posiblemente las únicas) G. duodenalis ensamblajes que sin duda infectan a sujetos humanos.

Investigación

Frances Gillin de la Universidad de California, San Diego, y sus colegas, cultivaron el ciclo de vida completo de este parásito en el laboratorio e identificaron señales bioquímicas en el sistema digestivo del huésped que desencadenan Giardia' s transformaciones del ciclo de vida. También descubrieron varias formas en que el parásito evade las defensas del organismo infectado. Uno de ellos es mediante la alteración de las proteínas en su superficie, lo que confunde la capacidad del sistema inmunitario del animal infectado para detectar y combatir el parásito (lo que se denomina variación antigénica). El trabajo de Gillin revela por qué las infecciones por Giardia son extremadamente persistentes y propensas a reaparecer. Además, estos conocimientos sobre su biología y técnicas de supervivencia pueden permitir a los científicos desarrollar mejores estrategias para comprender, prevenir y tratar las infecciones por Giardia.

En diciembre de 2008, Nature publicó un artículo que mostraba el descubrimiento de un mecanismo de interferencia de ARN que permite a Giardia cambiar proteínas de superficie específicas de variante para evitar la respuesta inmunitaria del huésped. El descubrimiento fue realizado por el equipo que trabaja en el Laboratorio de Bioquímica y Biología Molecular de la Facultad de Medicina de la Universidad Católica de Córdoba, Argentina, dirigido por el Dr. Hugo Luján.

El principal congreso sobre Giardia es la Conferencia Internacional de Giardia y Cryptosporidium. Está disponible un resumen de los resultados presentados en la edición más reciente (2019, en Rouen, Francia).

Historia

A Giardia trofozoita, dibujada por Vilém Lambl y publicada en 1859

Dibujos de un Giardia trofozoita y quiste de Charles E. Simon en 1921

La primera descripción probable de Giardia fue en 1681 por Antonie van Leeuwenhoek, quien en una carta a Robert Hooke, describió "animálculos" parecidos a trofozoítos de Giardia en sus heces. La siguiente descripción conocida de Giardia no fue hasta 1859, cuando el médico checo Vilém Lambl publicó una descripción de las etapas del trofozoíto que vio en las heces de un paciente pediátrico. Lambl denominó al organismo Cercomonas intestinalis. En 1888, Raphaël Blanchard renombró al parásito Lamblia intestinalis en honor a Lambl's. En 1915, Charles Stiles cambió el nombre del organismo a Giardia lamblia en honor tanto a Lambl como al profesor Alfred Mathieu Giard de París. En 1921, Charles E. Simon publicó una descripción detallada de la morfología del parásito.