Protozoer Protozosykdommer PBM233 – Mikrobiologi 10.02.2005 Siri Mjaaland
ProtozoerProtozosykdommer
PBM233 – Mikrobiologi 10.02.2005Siri Mjaaland
Protozoer
• Encellete, bevegelige eukaryote mikroorganismer
• Mangler cellevegg
• Fargeløse
Protozoer
• Fylogenetisk diverse• Finnes i mange variasjoner i ferskvann og
saltvann habitater• Stort antall er parasittiske i andre dyr
(inkludert menneske)• De fleste livnærer seg ved fagocytose
Protozoer• Bevegelighet / motilitet - benyttes for taksonomisk inndeling
1) Mastigophora - flagellbevegelser (flagellater)Eks.: Trypanosoma (sovesyke), Giardia, Trichomonas
2) Sarcodina - amøboide bevegelserEks.: Amoeba (amøbedysenteri)
3) Ciliophora - ciliære-bevegelserEks.: Paramecium (dysenteri)
4) Apicomplexans - ikke-motil gruppeEks.: Plasmodium (malaria)
Flagellater (Mastigophora)
• Beveger seg via flageller
• Mange frittlevende
• Flere parasittiske / patogene
En flagellat - Dunaliella
Flagellater (Mastigophora)
• Trypanosoma
• Giardia
• Leishmania
• Trichomonas
Trypanosoma• Flagellat• Infeksjon via tse-tse fluer
• T. gambiense: invaderer blod og lymfe - nekrose
• T. brucei rhodiense: invaderer CNS – Afrikansk sovesyke
• Behandling?
Blodutstryk: Trypanosoma gambiense
Trypanosoma brucei rhodiense
Antigen variasjon i trypanosomer – unnslipper immunrespons
Framtidige medikamenter• Trypanosomider utnytter en unik thiol – trypanotion
• opprettholder reduserende forhold intracellulært• sentral rolle i antioksidant forsvaret – (tilsvarende glutation i mammalske celler)
• Trypantion - opprettholdes i redusert tilstand ved trypanotion reduktase (TR)
• et enzym med ulikt substrat spesifisitet i forhold til glutation reduktase
• TR er essensielt for parasitten – og hovedmål for medikamentutvikling
– Økonomisk utbytte for å utvikle medisin mot leishmaniasis og trypanosomiasis er meget lavt
Giardia
• Flagellat• Diarésykdom• Skyldes ofte kontaminert
drikkevann• Er ofte klor-resistente
• Behandling: metronidazol(Flagyl®)
Giardia
a) mobil trophozoit
b) cyste
Trichomonas
• Flagellat• Kjønnssykdom• Anaerob flagellat• Rammer kvinner• Vanlig – ca. 200 mill
tilfeller i verden pr. år• Inneholder hydrogenosom i stedet for
mitokondrier
• Behandling: metronidazol(Flagyl®)
Trichomonas vaginalis
Sarcodina - Amøber
• Amøbedysenteri: diarésykdom –100.000 dødsfall pr. år
• Skyldes ofte kontaminert drikkevann
• Behandling:metronidazol(Flagyl®)
Amoeba
Virkemekanisme for metronidazol (Flagyl®)
reduksjon
metronidazol
Amøber
Giardia
Trichomonas
Anaerobe bakterier
reaktive metabolitter
OH
DNA-skade
CH3O2NN
N
Ciliophora - Ciliater
• Bare et fåtall er parasittiske på dyr
Paramecium
Apicomplexaner (sporozoer)• Stor gruppe obligate parasitter
• Mangler bevegelige, voksne stadier
• Næringsstoffer absorberes i løselig form via ytre vegg (som prokaryoter og sopp)
• Produserer sporozoitter –involvert i overføring til ny vert
• Eks.: ”malaria-parasitten”:plasmodium
Plasmodium vivax, vokser i humane blodceller
Malaria - plasmodium
• Hvert år smittes 300 millioner mennesker av malaria
• Minst 1 million dør• 90 % av de som dør: Afrika sør for Sahara,
de fleste barn• Ved siden av HIV/AIDS og tuberkolose:
største trussel mot utvikling i u-land
Malaria
• Afrika: særlig utbredt sør for Sahara (1000 ganger større risk å bli bitt enn i de andre verdensdeler)
• Vanlig også i tropiske regioner av Kina, India, Sørøst-Asia, sør- og sentral Amerika
Plasmodium-arter• P. falciparum klorokin-resistent• P. malariae• P. vivax• P. Ovale
• 4 malaria-arter kan infisere mennesker
• Bare 2 av dem forårsaker død og alvorlig morbiditet (falciparum og vivax)
• Nesten all alvorlig morbiditet grunnet falciparum malaria skjer i barn under 10 år – og særlig alvorlig i barn under 5 år
• Beskyttelse av disse barna er et hovedmål for vaksineutvikling
Plasmodium falciparum
• Malaria: parasittinfeksjon overført til mennesker via bitt fra infiserte Anopheles hunn-mygg
• Minst 8 ulike Anopheles myggarter
Malaria - livssyklus• Infiserte hunnmygg injiserer malaria sporozoitter ved bitt
• Disse fraktes til leveren – infiserer raskt hepatocytter (gir ikke symptomer)
• Sporozoittene gjennomgår radikale forandringer – multipliserer kraftig de neste 4-5 dagene
• Titusener ukjønnet stadium (merozoitter) frigjøres fra infiserte leverceller –som raskt invaderer røde blodlegemer
• Denne sykliske og raske økning i parasitt-mengde forårsaker klinisk sykdom -malaria
Malaria – livssyklus (forts.:)• I fravær av immunitet eller behandling kan død inntreffe innen timer
etter symptomutvikling
• Dersom ikke død – og infeksjon fortsetter – kan enkelte parasitter differensiere til en form som er infeksiøs for myggen – tillater dermed at livssyklus fortsetter
• Malaria tar liv ved å infisere og ødelegge blodceller (anemi), og ved å tette igjen kapillærene som fører blod til hjernen (cerebral malaria) eller andre vitale organer
Gametocytter
Sporozoitter
Sporozoitter (lever)
Merozoitter (RBC)
Gametocytter Trofozoitter
INSEKT
MENNESKE
Nye blodceller
LIVSSYKLUS -Plasmodium
Exoerythrocytt
stadiet
Erythrocytt stadiet
Malaria-infiserte røde blodlegemer
1 sporozoitt utvikler seg til 20.000merozoitter i hepatiske celler
Merozoittene frigjør seg fra hepatisk celle – inn i blodstrømmen –invaderer RBC
Asexuell erytrocytt-syklus:meroizittene modnes i RBC fra ringer (trofozoitter) til shizonter i løpet av 48-72 timer (varierer avhav malaria-art)
Merozoitter frigjøres – invaderer nye RBC
Enkelte RBC parasitter differensierer til gametocytter, som infiserer mygg. Befruktning skjer i myggens midttarm – innen 24 t transformeres zygoter til ookineter, som penetrerer midttarm, danner oocytter, som blir til sporozoitter
trofozoitt (ring-from) shizont gametocytt
Plasmodium - livssyklus
Sigdcelle anemi• Sigdcelle anemi:
– recessiv genetisk misdannelse– punktmutasjon i genet som koder for
hemoglobin β-kjeden– Reduserer oksygenbindende affinitet
av hemoglobin
• Vanlig forekommende i områder av Afrika med høy insidens av falciparum-malaria
• Malariaparasitten vokser dårlig i RBC fra enten homozygote sigdcelle pasienter eller friske heterozygote bærere
• Malaria har derfor opprettholdt høy frekvens av sigdcelle-mutasjonen i disse regionene
Malaria - seleksjonspress• Pga enorm utbredelse av malaria – sterkt seleksjonspress på humane
populasjoner i disse områdene
– A) Sigdcelle-anemi
– B) G6PD mangel (glukose-6-fosfat-dehydrogenase; intracellulær antioksydant )
– C) Thalassemia – gruppe genetiske abnormaliteter som påvirker hemoglobin produksjon og effektivitet: statistisk og georafisk assosiert med økt resistens mot malaria – økt nivå av intracellulære antioksydanter (vanlig i Middelhavsland)
– D) MHC klasse I og II genotype – selekterte MHC gener (vanligere i Vest-Afrika; delvis ukjent i andre befolkningsgrupper) – mer resistente mot malaria pga god immunrespons
Malaria – begrensing av sykdom
1) Begrense mygg• eliminere stillestående vann der myggen formerer seg • benytte insektisider (utviklet insektisid-resistens)
2) Begrense eksponering • Myggnett (evt. innsatt med insektisider)
3) Profylakse - bruk av anti-malaria medisin• Særlig nyttig for reisende – som eksponeres i avgrenset periode• Utvikling av resistens over lengre tids bruk – begrenser mulighet til å behandle ved
sykdom – enda vanskeligere å kontrollere sykdommen
4) Vaksinering
Profylakse
• Primærprofylakse / kausal profylakse:• Pre-erytrocyttisk fase (varer opptil 1 uke fra stikk)
– Eks.: atovakvon-proguanil
• Suppresjonsprofylakse• Hemmer formering av parasittene i erytrocytt-fasen:
schizonticider (må fortsette i 4 uker etter mulig smitteeksponering)
– Eks.: klorokin, meflokin
Utvikling av multiresistens
• Uklok bruk av antimalaria medisin i siste århundrede:• storskala-bruk
• alltid som monoterapier
• introdusert etter hverandre
• brukt videre, tiltross for uakseptable nivåer av resistens
• Overdreven tillit til både kinolin-forbindelser (kinin, klorokin, amodiakin, meflokin, primakin) og antifolat-medikamenter(sulfonamider, pyrimetan, proguanil og klorproguanil) – med påfølgende oppmuntring til kryss-resistens mellom disse forbindelsene
Klorokin-resistens
• Klorokin-resistent P. Falciparium har amplifisert et gen som koder for en ABC-transporter – som pumper ut klorokin
ABC transporter = ATP-bindende casette
Nytt medikament: artemisinin• Basert på kinesisk urtemedisin – alternativ til kinin og
doxycyclin (sulfa), ekstrakt fra planten Artemisia annua• Kjemiske derivater (artemether, artesunat): • RBx-11160
– Billig å produsere– Mer effektiv– Enkel i bruk– Virker mot alle malariaparasitter
• Gitt i kombinasjon med et annet medikament – vanskeligere å utvikle resistens
• Virkningsmekanisme? Parasittens matvakuole – som fordøyer hemaglobin: binding av haem til medisin leder til dannelse av proteinalkylerende radikaler
ACT = Artemisinin-based Combination Therapies
• Produserer rask terapeutisk respons (både reduksjon av parasitt-biomasse og oppheving av symptomer)
• Er aktive mot multiresistens P.Falsiparum• Tåles godt av pasientene• Reduserer gametocytt-mengde – reduserer overføring av malaria
Antimalariamidler -virkemekanismer
• Klorokin, meflokin
• Atovaquon
• Proguanil
• Pyrimetamin,Sulfadoxin (SP)
• Hemmer parasittens evne til å detoksifisere hemoglobin (erythrocyttisk fase)
• Hemmer elektrontransportkjeden i parasittens mitokondrier (alternativ til klorokin)
• Opphever membranpotensialet i parasittens mitokondrier (pre-erythrocyttisk fase)
• Hemmer dannelse av folatmetabolitter som brukes i DNA-syntese (Fansidar; brukes lite: økende resistens-problematikk)
Klorokin-resistente områder: Meflokin + Proguanil
Malaria - vaksinestrategi
• Målstyring mot de ledd i parasitt-livssyklus der organismen er spesielt mottakelig for vertens immunsystem
Malariavaksine - utfordringer• 1) Parasittens størrelse og genetisk kompleksitet (mer enn 6000
gener): hvilke antigen-determinanter er viktigst?
• 2) Parasitten forandrer seg gjennom ulike livsstadier – (både i mygg og menneske)
• 3) Parasitten utviklet motstrategier for unngå vertsreaksjoner
• 4) Multiple malariainfeksjoner – ikke bare ulike arter, men også ulike stammer
Malariavaksine - framtid1) Sporozoitt modell:
• Bestrålte sporozoitter ble overført via myggbitt til frivillige – oppnådde beskyttelse mot påfølgende infeksjoner
2) Naturlig beskyttelse• Gradvis utvikling av naturlig beskyttelse mot alvorlig sykdom hos mennesker som bor i
malaria endemiske områder og eksponeres for gjentatte infeksjoner
3) Passiv overføring av immunitet – effektivt!
• DVS.: utvikling av beskyttende immunresponser er mulig!!
• Hvilke deler av immunrespons kreves?• Hvilke antigen kan trigge en slik beskyttende respons?
Malariavaksine –humoral respons
• Malaria-Ag: ekstremt polymorfe, både innen og blantparasittpopulasjoner: parasittens unnslippelses-strategi
• Men: alle inneholder konserverte regioner, som ikkevarierer mye mellom ulike alleler
• B-celle epitoper fra disse regioner – rettet enten mot sporozoitt/hepatiske stadier, eller erytrocytt-stadier
Malariavaksine – cellulær respons
• Sporozoitt-Ag (CSP-1) har også epitoper som stim. T-celle responser
• Fundamentalt for pre-erythrocytt immunitet – danner basis for vaksine som er under utprøving i Vest-Afrika (RTS,S)
• Spesifikke T-responser mot merozoitt-Ag er også beskrevet
Kandidater til vaksinekomponenter
•Ideelt: kombinasjon av B-og T-celle epitoper:
•T-celle epitoper fra CSP + deler av MSP-1, MSP-2 og RESA proteiner
• stimulerer både cellulær og humoral respons (er under utprøving i Papua New Guinea
Idealvaksine• Sikker• Lett å produsere• Lett å administrere• Når gitt til spebarn – gi livslang immunitet mot alle former av sykdommen
• Oppnåes sjeldent• De fleste vaksiner forhindrer ikke infeksjon, men øker sjansen for
immunsystemet til å begrense infeksjonen• Vaksinen stimulerer Ab og T-respons – som kan reagere raskt på infeksjon –
forhindre at inntrengeren forårsaker alvorlig klinisk sykdom• Mange vaksine-utviklere jobber med å begrense parasittens evne til å infisere
stort antall røde blodlegemer – dette ville ikke forhindre sykdom, men begrense sykdommen og hjelpe til med å forhindre malaria-død