Apicomplexa

Os Apicomplexa (também chamados de Apicomplexia) são um grande filo de alveolados parasitas. A maioria deles possui uma forma única de organela que compreende um tipo de plastídeo não fotossintético chamado apicoplasto e uma estrutura complexa apical. A organela é uma adaptação que o apicomplexa aplica na penetração de uma célula hospedeira.

Os Apicomplexa são unicelulares e formadores de esporos. Todas as espécies são endoparasitas obrigatórios de animais, exceto Nephromyces, um simbionte em animais marinhos, originalmente classificado como um fungo quitrídio. Estruturas móveis, como flagelos ou pseudópodes, estão presentes apenas em certos estágios de gametas.

Os Apicomplexa são um grupo diverso que inclui organismos como os coccídios, gregarinas, piroplasmas, hemogregarinas e plasmódios. As doenças causadas por Apicomplexa incluem:

• Babesiosis (Babesia)
• Malaria (Plasmodium)
• Criptografia (Cryptosporidium parvum)
• Ciclismo (Ciclopora cayetanensis)
• Citoisporíase (Cistoisospora belli (anteriormente conhecido como "Isospora Belli"))
• Toxoplasmose (Toxoplasma gondii)

O nome do táxon Apicomplexa deriva de duas palavras latinas—apex (topo) e complexus (dobras internas)—e refere-se a um conjunto de organelas no esporozoíto. Os Apicomplexa compreendem a maior parte do que se costumava chamar de esporozoários, um grupo de protozoários parasitas, em geral sem flagelos, cílios ou pseudópodes. A maioria dos Apicomplexa são móveis, no entanto, pelo uso de um mecanismo de deslizamento que utiliza adesões e pequenos motores estáticos de miosina. As outras linhagens principais eram os Ascetosporea (agora em Rhizaria), os Myxozoa (agora conhecidos por serem animais cnidários altamente derivados) e os Microsporidia (agora conhecidos por serem derivados de fungos). Às vezes, o nome Sporozoa é tomado como sinônimo de Apicomplexa, ou ocasionalmente como um subconjunto.

Descrição

Estrutura apicomplexa: 1 – anel polar, 2 – conoide, 3 – micronemas, 4 – rhoptries, 5 – núcleo, 6 – nucleolus, 7 – mitocondrion, 8 – anel posterior, 9 – alveoli, 10 – Aparelho Golgi, 11 – micropore.

Alguns tipos de células: ookinete, esporozoita, merozoita

O filo Apicomplexa contém todos os eucariontes com um grupo de estruturas e organelas denominadas coletivamente de complexo apical. Este complexo consiste em componentes estruturais e organelas secretoras que são necessárias para a invasão das células hospedeiras durante os estágios parasitários do ciclo de vida do Apicomplexa. Apicomplexa tem ciclos de vida complexos, envolvendo vários estágios e tipicamente passando por replicação assexuada e sexual. Todos os Apicomplexa são parasitas obrigatórios em alguma parte de seu ciclo de vida, com alguns parasitando dois hospedeiros separados em seus estágios assexuados e sexuais.

Além do complexo apical conservado, os Apicomplexa são morfologicamente diversos. Diferentes organismos dentro de Apicomplexa, bem como diferentes estágios de vida para um determinado apicomplexa, podem variar substancialmente em tamanho, forma e estrutura subcelular. Como outros eucariotos, Apicomplexa tem um núcleo, retículo endoplasmático e complexo de Golgi. Apicomplexa geralmente tem uma única mitocôndria, bem como outra organela derivada do endossimbionte chamada apicoplasto, que mantém um genoma circular separado de 35 quilobases (com exceção das espécies Cryptosporidium e Gregarina niphandrodes que não possuem apicoplasto).

Todos os membros deste filo têm um estágio infeccioso - o esporozoíto - que possui três estruturas distintas em um complexo apical. O complexo apical consiste em um conjunto de microtúbulos dispostos em espiral (o conoide), um corpo secretor (a roptria) e um ou mais anéis polares. Corpos secretores adicionais delgados elétron-densos (micronemas) rodeados por um ou dois anéis polares também podem estar presentes. Essa estrutura dá nome ao filo. Um outro grupo de organelas esféricas é distribuído por toda a célula em vez de estar localizado no complexo apical e são conhecidos como grânulos densos. Estes normalmente têm um diâmetro médio em torno de 0,7 μm. A secreção do conteúdo de grânulos densos ocorre após a invasão do parasita e localização dentro do vacúolo parasitóforo e persiste por vários minutos.

• Flagella são encontrados apenas no gameta motile. Estes são posteriormente direcionados e variam em número (geralmente um a três).
• Os corpos basais estão presentes. Embora os hemosporidianos e piroplasmids tenham trigêmeos normais de microtúbulos em seus corpos basais, coccidians e gregários têm nove singlets.
• As mitocôndrias têm cristae tubular.
• Centrioles, cloroplastos, organelos ejetores e inclusões estão ausentes.
• A célula é cercada por um pellicle de três camadas de membrana (a estrutura alveolar) penetrada por micropores.

Replicação:

• A Mitosis é geralmente fechada, com um fuso intranuclear; em algumas espécies, é aberta nos pólos.
• A divisão celular é geralmente por esquizogonia.
• O meiose ocorre no zigoto.

Mobilidade:

Os apicomplexos têm uma capacidade única de deslizamento que lhes permite atravessar os tecidos e entrar e sair das células hospedeiras. Essa capacidade de deslizamento é possibilitada pelo uso de aderências e pequenos motores estáticos de miosina.

Outras características comuns a este filo são a falta de cílios, reprodução sexuada, uso de microporos para alimentação e produção de oocistos contendo esporozoítos como forma infecciosa.

Os transposons parecem ser raros neste filo, mas foram identificados nos gêneros Ascogregarina e Eimeria.

Ciclo de vida

Ciclo de vida genérico de um apicomplexo: 1-zygote (cisto), 2-sporozoites, 3-merozoites, 4-gametócitos

A maioria dos membros tem um ciclo de vida complexo, envolvendo reprodução assexuada e sexual. Normalmente, um hospedeiro é infectado por meio de uma invasão ativa pelos parasitas (semelhante à entose), que se dividem para produzir esporozoítos que entram em suas células. Eventualmente, as células estouram, liberando merozoítos, que infectam novas células. Isso pode ocorrer várias vezes, até que os gamontes sejam produzidos, formando gametas que se fundem para criar novos cistos. Muitas variações ocorrem neste padrão básico, no entanto, e muitos Apicomplexa têm mais de um hospedeiro.

O complexo apical inclui vesículas chamadas roptrias e micronemas, que se abrem na parte anterior da célula. Estes secretam enzimas que permitem que o parasita entre em outras células. A ponta é circundada por uma banda de microtúbulos, chamada de anel polar, e entre os Conoidasida há também um funil de proteínas tubulinas chamado conoide. Sobre o restante da célula, exceto por uma boca diminuída chamada microporo, a membrana é sustentada por vesículas chamadas alvéolos, formando uma película semirrígida.

A presença de alvéolos e outras características colocam o Apicomplexa em um grupo chamado de alveolados. Vários flagelados relacionados, como Perkinsus e Colpodella, têm estruturas semelhantes ao anel polar e foram anteriormente incluídos aqui, mas a maioria parece ser parentes mais próximos dos dinoflagelados. Eles são provavelmente semelhantes ao ancestral comum dos dois grupos.

Outra semelhança é que muitas células apicomplexas contêm um único plastídeo, chamado apicoplasto, rodeado por três ou quatro membranas. Acredita-se que suas funções incluam tarefas como a biossíntese de lipídios e heme, e parece ser necessário para a sobrevivência. Em geral, considera-se que os plastídeos têm uma origem comum com os cloroplastos de dinoflagelados, e as evidências apontam para uma origem de algas vermelhas em vez de verdes.

Subgrupos

Dentro deste filo existem quatro grupos — coccídeos, gregarinos, hemoporídeos (ou hematozoários, incluindo também piroplasmas) e marosporídeos. Os coccídeos e os hematozoários parecem estar relativamente relacionados.

Perkinsus , embora já tenha sido considerado um membro do Apicomplexa, foi movido para um novo filo — Perkinsozoa.

Gregarinas

Trophozoite de um gregário

Os gregarinos são geralmente parasitas de anelídeos, artrópodes e moluscos. Eles são freqüentemente encontrados no intestino de seus hospedeiros, mas podem invadir outros tecidos. No ciclo de vida gregorínico típico, um trofozoíto se desenvolve dentro de uma célula hospedeira em um esquizonte. Isso então se divide em vários merozoítos por esquizogonia. Os merozoítos são liberados por lise da célula hospedeira, que por sua vez invade outras células. Em algum ponto do ciclo de vida do apicomplexa, os gametócitos são formados. Estes são liberados por lise das células hospedeiras, que se agrupam. Cada gametócito forma vários gametas. Os gametas se fundem com outro para formar oocistos. Os oocistos deixam o hospedeiro para serem absorvidos por um novo hospedeiro.

Coccidianos

Dividir Toxoplasma gondii (Coccidia) parasitas

Em geral, os coccídios são parasitas de vertebrados. Como as gregarinas, eles são comumente parasitas das células epiteliais do intestino, mas podem infectar outros tecidos.

O ciclo de vida dos coccídeos envolve merogonia, gametogonia e esporogonia. Embora semelhante ao dos gregarinos, difere na formação do zigoto. Alguns trofozoítos aumentam e se tornam macrogametas, enquanto outros se dividem repetidamente para formar microgametas (anisogamia). Os microgametas são móveis e devem alcançar o macrogameta para fertilizá-lo. O macrogameta fertilizado forma um zigoto que por sua vez forma um oocisto que normalmente é liberado do corpo. A sizígia, quando ocorre, envolve gametas nitidamente anisogâmicos. O ciclo de vida é tipicamente haplóide, com o único estágio diplóide ocorrendo no zigoto, que normalmente é de curta duração.

A principal diferença entre os coccídeos e os gregarinos está nos gamontes. Nos coccídios, estes são pequenos, intracelulares e sem epimeritos ou mucrons. Nas gregarinas, são grandes, extracelulares e possuem epimeritos ou mucrons. Uma segunda diferença entre os coccídeos e os gregarinos também está nos gamontes. Nos coccídeos, um único gamonte se torna um macrogametócito, enquanto nos gregarinas, os gamontes dão origem a múltiplos gametócitos.

Hemosporídios

Trophozoites of the Plasmodium vivax (Haemosporidia) parasita entre glóbulos vermelhos humanos

Os Haemosporidia têm ciclos de vida mais complexos que alternam entre um artrópode e um hospedeiro vertebrado. O trofozoíto parasita eritrócitos ou outros tecidos no hospedeiro vertebrado. Microgametas e macrogametas são sempre encontrados no sangue. Os gametas são absorvidos pelo inseto vetor durante uma refeição de sangue. Os microgametas migram dentro do intestino do inseto vetor e se fundem com os macrogametas. O macrogameta fertilizado torna-se agora um oocineto, que penetra no corpo do vetor. O oocineto então se transforma em um oocisto e se divide inicialmente por meiose e depois por mitose (ciclo de vida haplonte) para dar origem aos esporozoítos. Os esporozoítos escapam do oocisto e migram dentro do corpo do vetor para as glândulas salivares onde são injetados no novo hospedeiro vertebrado quando o inseto vetor se alimenta novamente.

Marosporida

A classe Marosporida Mathur, Kristmundsson, Gestal, Freeman e Keeling 2020 é uma linhagem recentemente reconhecida de apicomplexos que é irmã dos Coccidia e Hematozoa. É definido como um clado filogenético contendo Aggregata octopiana Frenzel 1885, Merocystis kathae Dakin, 1911 (ambos Aggregatidae, originalmente coccídeos), Rhytidocystis sp. 1 e Rhytidocystis sp. 2 Janouškovec et al. 2019 (Rhytidocystidae Levine, 1979, originalmente coccídeos, Agamococcidiorida) e Margolisiella islandica Kristmundsson et al. 2011 (estreitamente relacionado com Rhytidocystidae). Marosporida infectam invertebrados marinhos. Os membros deste clado retêm os genomas dos plastídios e o metabolismo canônico dos plastídios apicomplexos. No entanto, os marosporídeos têm os genomas de apicoplastos mais reduzidos sequenciados até o momento, carecem de polimerase de RNA plastidial canônica e, portanto, fornecem novos insights sobre a evolução redutiva de organelas.

Ecologia e distribuição

Dois taquizoítas de Toxoplasma gondii, microscopia eletrônica de transmissão

Muitos dos parasitas apicomplexos são importantes patógenos de humanos e animais domésticos. Em contraste com patógenos bacterianos, esses parasitas apicomplexos são eucarióticos e compartilham muitas vias metabólicas com seus hospedeiros animais. Isso torna o desenvolvimento de alvos terapêuticos extremamente difícil – uma droga que prejudica um parasita apicomplexo também pode prejudicar seu hospedeiro humano. Atualmente, não há vacinas eficazes disponíveis para a maioria das doenças causadas por esses parasitas. A pesquisa biomédica sobre esses parasitas é desafiadora porque muitas vezes é difícil, se não impossível, manter culturas de parasitas vivos em laboratório e manipular geneticamente esses organismos. Nos últimos anos, várias das espécies apicomplexas foram selecionadas para sequenciamento do genoma. A disponibilidade de sequências genômicas oferece uma nova oportunidade para os cientistas aprenderem mais sobre a evolução e a capacidade bioquímica desses parasitas. A fonte predominante dessas informações genômicas é a família de sites EuPathDB, que atualmente fornece serviços especializados para espécies Plasmodium (PlasmoDB), coccídeos (ToxoDB), piroplasmas (PiroplasmaDB) e Cryptosporidium espécies (CryptoDB). Um alvo possível para as drogas é o plastídeo e, de fato, as drogas existentes, como as tetraciclinas, que são eficazes contra os apicomplexanos, parecem operar contra o plastídeo.

Muitos Coccidiomorpha têm um hospedeiro intermediário, bem como um hospedeiro primário, e a evolução dos hospedeiros ocorreu de maneiras diferentes e em momentos diferentes nesses grupos. Para alguns coccidiomorfos, o hospedeiro original tornou-se o hospedeiro intermediário, enquanto em outros tornou-se o hospedeiro definitivo. Nos gêneros Aggregata, Atoxoplasma, Cystoisospora, Schellackia e Toxoplasma, o original agora é definitivo, enquanto em Akiba, Babesiosoma, Babesia, Haemogregarina, Haemoproteus, Hepatozoon, Karyolysus, Leucocytozoon, Plasmodium, Sarcocystis e Theileria, os hosts originais agora são intermediários.

Estratégias semelhantes para aumentar a probabilidade de transmissão evoluíram em vários gêneros. Oocistos polienergídeos e cistos teciduais são encontrados em representantes das ordens Protococcidiorida e Eimeriida. Hipnozoítos são encontrados em Karyolysus lacerate e na maioria das espécies de Plasmodium; a transmissão transovariana de parasitas ocorre nos ciclos de vida de Karyolysus e Babesia.

A transferência horizontal de genes parece ter ocorrido no início da evolução deste filo com a transferência de um modificador de histona H4 lisina 20 (H4K20), KMT5A (Set8), de um hospedeiro animal para o ancestral dos apicomplexos. Um segundo gene - H3K36 metiltransferase (Ashr3 em plantas) - também pode ter sido transferido horizontalmente.

Gêneros transmitidos pelo sangue

Dentro do Apicomplexa existem três subordens de parasitas:

• suborno Adeleorina - oito gêneros
• suborno Haemosporina - todos os gêneros nesta subordem
• suborno Eimeriorina — dois gêneros (Lankester e Schellackia)

Dentro da Adelorina existem espécies que infectam invertebrados e outras que infectam vertebrados. O Eimeriorina - a maior subordem neste filo - o ciclo de vida envolve estágios sexuais e assexuados. Os estágios assexuados se reproduzem por esquizogonia. O gametócito masculino produz um grande número de gametas e o zigoto dá origem a um oocisto, que é o estágio infeccioso. A maioria é monoxenosa (infecta apenas um hospedeiro), mas alguns são heteroxenos (o ciclo de vida envolve dois ou mais hospedeiros).

O número de famílias nesta subordem posterior é debatido, com o número de famílias entre um e 20 dependendo da autoridade e o número de gêneros entre 19 e 25.

Taxonomia

História

O primeiro protozoário Apicomplexa foi visto por Antonie van Leeuwenhoek, que em 1674 viu provavelmente oocistos de Eimeria stiedae na vesícula biliar de um coelho. A primeira espécie do filo a ser descrita, Gregarina ovata em intestinos de tesourinhas, foi nomeada por Dufour em 1828. Ele pensou que eram um grupo peculiar relacionado aos trematódeos, então incluídos em Vermes. Desde então, muitos mais foram identificados e nomeados. Durante 1826-1850, 41 espécies e seis gêneros de Apicomplexa foram nomeados. Em 1951-1975, 1.873 novas espécies e 83 novos gêneros foram adicionados.

O táxon mais antigo Sporozoa, incluído em Protozoa, foi criado por Leuckart em 1879 e adotado por Bütschli em 1880. Ao longo da história, agrupou com o atual Apicomplexa muitos grupos não relacionados. Por exemplo, Kudo (1954) incluiu nas espécies Sporozoa de Ascetosporea (Rhizaria), Microsporidia (Fungi), Myxozoa (Animalia) e Helicosporidium (Chlorophyta), enquanto Zierdt (1978) incluiu o gênero Blastocystis (Stramenopiles). Dermocystidium também foi pensado para ser esporozoário. Nem todos esses grupos tinham esporos, mas todos eram parasitas. No entanto, outros organismos unicelulares parasitas ou simbióticos também foram incluídos em grupos de protozoários fora dos Sporozoa (Flagellata, Ciliophora e Sarcodina), se tivessem flagelos (por exemplo, muitos Kinetoplastida, Retortamonadida, Diplomonadida, Trichomonadida, Hypermastigida), cílios (por exemplo, Balantidium) ou pseudópodes (por exemplo, Entamoeba, Acanthamoeba, Naegleria). Se tivessem paredes celulares, também poderiam ser incluídos no reino vegetal entre bactérias ou leveduras.

Sporozoa não é mais considerado como biologicamente válido e seu uso é desencorajado, embora alguns autores ainda o usem como sinônimo de Apicomplexa. Mais recentemente, outros grupos foram excluídos de Apicomplexa, por exemplo, Perkinsus e Colpodella (agora em Protalveolata).

O campo de classificação Apicomplexa está em fluxo e a classificação mudou ao longo dos anos desde que foi formalmente nomeada em 1970.

Em 1987, um levantamento abrangente do filo foi concluído: ao todo, 4.516 espécies e 339 gêneros foram nomeados. Eles consistiam em:

• Classe Conoidasida
  • Subclasse Gregarinas P.p.
    • Ordem Eugregarinorida, com 1624 espécies nomeadas e 231 gêneros nomeados
  • Subclasse Coccidiasina p.p.
    • Ordem Eucoccidiorida p.p.
      • Suborder Adeleorina p.p.
        • Grupo Hemogregarinas, com 399 espécies e quatro gêneros
      • Suborder Eimeriorina, com 1771 espécies e 43 gêneros
• Classe Aconoidasida
  • Ordem Haemospororida, com 444 espécies e nove gêneros
  • Ordem Piroplasmorida, com 173 espécies e 20 gêneros
• Outros grupos menores omitidos acima, com 105 espécies e 32 gêneros

Embora uma revisão considerável desse filo tenha sido feita (a ordem Haemosporidia agora tem 17 gêneros em vez de 9), esses números provavelmente ainda estão aproximadamente corretos.

Jacques Euzéby (1988)

Jacques Euzéby em 1988 criou uma nova classe Haemosporidiasina ao fundir a subclasse Piroplasmasina e a subordem Haemospororina.

• Subclasse Gregarinasina (os gregários)
• Subclasse Coccidiasina
  • Suborder Adeleorina (os adeleorins)
  • Suborder Eimeriorina (os eimeriorins)
• Subclasse Haemosporidiasina
  • Ordem Achromatorida
  • Ordem Chromatorida

A divisão em Achromatorida e Chromatorida, embora proposta por motivos morfológicos, pode ter uma base biológica, pois a capacidade de armazenar hemozoína parece ter evoluído apenas uma vez.

Roberts e Janovy (1996)

Roberts e Janovy em 1996 dividiram o filo nas seguintes subclasses e subordens (omitindo classes e ordens):

• Subclasse Gregarinasina (os gregários)
• Subclasse Coccidiasina
  • Suborder Adeleorina (os adeleorins)
  • Suborder Eimeriorina (os eimeriorins)
  • Suborder Haemospororina (os haemospororins)
• Subclasse Piroplasmasina (os piroplasmas)

Eles formam os cinco grupos taxonômicos a seguir:

1. Os gregários são, em geral, parasitas de um hospedeiro de invertebrados.
2. As adeleorinas são parasitas de um hospedeiro de invertebrados ou vertebrados, ou parasitas de dois hospedeiros que infectam alternativamente haematophagous (alimentação de sangue) invertebrados e o sangue de vertebrados.
3. As eimeriorinas são um grupo diversificado que inclui uma espécie de hospedeiro de invertebrados, duas espécies de hospedeiros de invertebrados, espécies de um hospedeiro de vertebrados e duas espécies de fantasmas de vertebrados. As eimeriorinas são frequentemente chamadas de coccidia. Este termo é frequentemente usado para incluir as adeleorinas.
4. Haemospororins, muitas vezes conhecidos como parasitas da malária, são Apicomplexa de dois hospedeiros que parasitam moscas de dipteran de alimentação sanguínea e o sangue de vários vertebrados tetrapod.
5. Piroplasmas onde todas as espécies incluídas são parasitas de dois hospedeiros infectando carrapatos e vertebrados.

Perkins (2000)

Este esquema é retirado de Perkins et al. Está desatualizado, pois os Perkinsidae foram reconhecidos como um grupo irmão dos dinoflagelados, em vez dos Apicomplexia. O restante do esquema parece ser válido:

• Classe Aconoidasida

  Conoid presente apenas no ookinete de algumas espécies

• Ordem Haemospororida

Macrogameto e microgameto desenvolvem-se separadamente. Syzygy não ocorre. Ookinete tem um conóide. Os esporozoítas têm três paredes. Heteroxenous: alterna entre hospedeiro vertebrado (em que ocorre merogonia) e hospedeiro invertebrado (em que ocorre esporogonia). Normalmente parasitas sanguíneos, transmitidos por insetos sugadores de sangue.

• Ordem Piroplasmorida

• Classe Conoidasida
  • Subclasse Gregarinas
    • Ordem Archigregarinorida
    • Ordem Eugregarinorida
      • Suborder Adeleorina
      • Suborder Eimeriorina
    • Ordem Neogregarinorida
  • Subclasse Coccidiasina
    • Ordem Agamococcidiorida
    • Ordem Eucoccidiorida
    • Ordem Ixorheorida
    • Ordem Protococcidiocesa
• Classe Perkinsasida

• Ordem Perkinsorida

• Família Perkinsidae

O nome Protospiromonadida foi proposto para o ancestral comum de Gregarinomorpha e Coccidiomorpha.

Outro grupo de organismos que pertencem a este táxon são os coralicolídeos. Estes são encontrados nas cavidades gástricas dos recifes de corais. Sua relação com os outros neste filo ainda não foi estabelecida.

Outro gênero foi identificado - Nephromyces - que parece ser um táxon irmão do Heamatozoa. Este gênero é encontrado no saco renal de tunicados ascídianos molgulídeos.

Evolução

Todos os membros deste filo são parasitas e evoluíram de um ancestral de vida livre. Presume-se que esse estilo de vida tenha evoluído na época da divergência dos dinoflagelados e apicomplexos. Estima-se que a evolução posterior desse filo tenha ocorrido há cerca de 800 milhões de anos atrás. Acredita-se que o clado existente mais antigo seja o dos arquigregarinos.

Essas relações filogenéticas raramente foram estudadas no nível de subclasse. Os Haemosporidia são parentes dos gregarinos, e os piroplasmas e coccídeos são grupos irmãos. Os Haemosporidia e os Piroplasma parecem ser clados irmãos e estão mais relacionados aos coccídeos do que aos gregarinos. Marosporida é um grupo irmão de Coccidiomorphea.

Janouškovec et al 2015 apresenta uma filogenia um tanto diferente, apoiando o trabalho de outros que mostram múltiplos eventos de plastídeos perdendo a fotossíntese. Mais importante, este trabalho fornece a primeira evidência filogenética de que também houve vários eventos de plastídeos se tornando livres de genoma.