Parassitologia: concetti di base ed introduzione ai protozoi di rilevanza clinica Giovanni Di Bonaventura, B.Sc., Ph.D.

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1 Parassitologia: concetti di base ed introduzione ai protozoi di rilevanza clinica Giovanni Di Bonaventura, B.Sc., Ph.D. CI Microbiologia e Microbiologia Clinica CL Medicina e Chirurgia Università G. d Annunzio AA

2 Parassitologia umana La parassitologia umana è la disciplina microbiologica che studia i parassiti, organismi che parassitano l uomo. Protozoi (organismi monocellulari) Elminti (vermi) Artropodi In realtà, nella accezione generalizzata di parassitologia, tra I parassiti vengono compresi anche virus, batteri e metazoi (organismi multicellulari) che infettano la rispettiva specie ospite.

3 Parassitologia Umana Protozoologia Medica Classe Rhizopoda (Amebe) Classe Zoomastigophorea (Flagellati) Classe Sporozoa (Sporozoi) Classe Ciliophora (Ciliati) Elmintologia Medica Classe Nematoda Classe Trematoda Classe Cestoda Classe Metacanthocephala Artropodologia Medica Classe Insecta Classe Arachnida Classe Crustacea Classe Chilopoda

4 Simbiosi Simbiosi: rapporto tra due diversi organismi che vivono insieme ed interagiscono; in questa associazione l uno vive alla superficie od all interno dell altro. Esistono tre tipologie di interazione simbiontica: Mutualismo Commensalismo Parassitismo

5 Simbiosi Mutualismo: associazione permanente tra due differenti organismi che rende non possibile la vita isolata non è possibile: ciascun partner si avvantaggia (metabolicamente) della presenza dell altro (termiti e flagellati; ruminanti e protozoi del rumine). Commensalismo: associazione tra due differenti organismi, in cui un partner si avvantaggia della presenza dell altro, quest ultimo non risultandone danneggiato od avvantaggiato (E. coli e l uomo). Parassitismo: associazione tra due differenti organismi in cui un partner (parassita) si avvantaggia (metabolicamente e fisiologicamente) dalla presenza dell altro (ospite), che ne risulta così danneggiato (o parassitato).

6 Parassita / Ospite Parassita: organismo animale che vive sull ospite (ecto-) o nell ospite (endo-) al fine di ottenerne nutrimento e riparo, così danneggiandolo. Ospite: nel parassitismo, fornisce nutrimento e protezione al parassita, rappresentando il partner danneggiato.

7 Tipologie di Parassita - definizioni endoparassita: vive all interno dell ospite ectoparassita: vive alla superficie dell ospite mesoparassita: penetra all'interno di cavità naturali in comunicazione con l'esterno (cavità boccale, cloaca, canale auricolare esterno) parassita obbligato: può vivere solo in presenza dell ospite parassita facoltativo: può vivere anche in assenza dell ospite parassita permanente: il ciclo biologico si svolge interamente nell ospite parassita temporaneo: il ciclo biologico si svolge parzialmente nell ospite parassita opportunista: in genere apatogeno, è in grado di causare malattie solo in condizioni specifiche (ad esempio in soggetti immunosoppressi/compromessi).

8 Tipologie di Ospite - definizioni Ospite definitivo (finale): alberga la fase di riproduzione sessuata del parassita. Ospite intermedio: alberga la fase riproduttiva asessuata del parassita Ospite accidentale ( a fondo cieco ): casualmente si trova nel ciclo biologico del parassita; non trasmette l infezione Ospite paratenico (vettore meccanico): utilizzato dal parassita per il solo (non si replica al suo interno) trasferimento meccanico Ospite di amplificazione: specie animale che, per un cambiamento temporaneo della dinamica della popolazione, favorisce una rapida disseminazione del parassita Ospite serbatoio (reservoir): ospite in cui il parassita vive e replica spesso senza provocare malattia

9 Ciclo vitale - definizioni Ciclo biologico (o vitale): si articola nelle fasi di crescita, sviluppo e riproduzione del parassita, e procede in uno o più ospiti a seconda della specie del parassita. Ciclo vitale diretto: quelli che coinvolgono un solo ospite. Ciclo vitale indiretto: quelli che coinvolgono uno o più ospiti intermedi. Fase (stadio) infettiva: fase in cui il parassita può invadere il corpo umano e vivere al suo interno. Fase diagnostica: fase in cui il parassita può essere diagnosticato (rilevato). Percorso infettivo: via di ingresso attraverso cui il parassita invade il corpo umano. Modalità infettiva: modalità attraverso cui il parassita invade il corpo umano. Alternanza di generazione: nel ciclo biologico di alcuni parassiti (Plasmodium vivax) si ha una regolare alternanza di riproduzioni sessuate ed asessuate.

10 Trasmissione - classificazione Trasmissione orizzontale: il parassita si trasmette da un ospite infetto ad altri membri conviventi della popolazione. Trasmissione verticale (infrequente): il parassita si trasmette da un ospite ai suoi figli (alcuni protozoi nelle zecche Babesia spp.; in rapporto con le abitudini alimentari di quest'ultima). Trasmissione mista: sia orizzontale che verticale. Zoonosi: malattie animali trasmesse all uomo.

11 Vettore (carrier) In senso lato, per vettore si intende qualsiasi oggetto od essere vivente che consenta il trasporto o la trasmissione di un agente patogeno. In senso stretto, il vettore è un animale/individuo che alberga il parassita in maniera asintomatica; importante sorgente di infezione in epidemiologia.

12 Endemicità e fattori regolatori ENDEMISMO: la diffusione di una specie si osserva, in modo esclusivo, in un territorio circoscritto. Principali fattori che regolano la endemicità di una parassitosi: 1. Presenza di un ospite adatto (sensibile) 2. Abitudini (comportamentali/di vita) dell ospite 3. Modalità di uscita del parassita dall ospite (disseminazione) 4. Condizioni ambientali (al di fuori dell ospite) favorevoli al parassita od al vettore 5. Condizioni socio-economiche

13 Introduzione ai Protozoi di interesse umano

14 Protozoi Struttura Regno: Protista Phylum: Protozoa Phylum: Metazoa (granchi, vermi, zecche e simili) Organismi Eucarioti (animali più primitivi) Esistono circa specie viventi, ma solo alcune decine sono patogene per l uomo Colonizzano tutti gli habitat umidi (acque, terreno) Generalmente unicellulari Dimensioni eterogenee: da 2 a µm Struttura piuttosto complessa: ectoplasma, endoplasma, nucleo vescicolare o compatto Possono essere mobile, mediante cilia, flagelli, pseudopodi

15 Protozoi Fisiologia e Replicazione Non esigenti dal punto di vista nutritivo: richiesta di sostanze organiche preformate (chemioeterotrofi). Nutrizione olozoica (come negli animali superiori). Assimilazione per: pinocitosi (liquidi) o fagocitosi (particolato) (amebe, ameboflagellati) citostoma o peristoma (flagellati, ciliati) citopigio (esocitosi di cataboliti) Materiale di riserva: glicogeno, lipidi, amido Generalmente anaerobi facoltativi Molti conducono vita libera, la cui distribuzione è influenzata da [NaCl], ph, [O 2 ], temperatura La forma di riproduzione più comune è di tipo asessuata: scissione binaria: una cellula si divide in due cellule figlie scissione multipla (schizogonia): divisioni multiple del nucleo, quindi segregazione dei nuclei nelle cellule figlie gemmazione: estroflessione della cellula madre e distacco Nel phylum Apicomplexa e Ciliophora sono rappresentate sia la riproduzione asessuata che sessuata (sporogonia o gametogonia)

16 Protozoi Ciclo biologico Importanza dello studio del ciclo biologico: controllo, trattamento, epidemiologia, evoluzione, ricerca di base Le fasi dei Protozoi che si nutrono e moltiplicano attivamente vengono generalmente chiamate trofozoiti In condizioni ambientali sfavorevoli, molti Protozoi si trasformano in cisti, dotate di una spessa parete cellulare a protezione ambientale del microrganismo: le cisti ambientali sono dotate di una parete più resistente rispetto a quella osservata nelle cisti tessutali in assenza di cisti, il parassita si trasmette direttamente o mediante vettore artropode

17 Sulla base delle caratteristiche morfologiche, riproduttive e della motilità, i Protozoi vengono attualmente classificati in 7 phyla, 4 dei quali di interesse medico: Protozoi Classificazione Phylum: Sarcomastigophora Subphylum: Mastigophora (flagellati) Trypanosoma, Leishmania, Giardia, Trichomonas Subphylum: Sarcodina (amebe) Entamoeba, Acanthamoeba, Naegleria Phylum: Apicomplexa (Sporozoea - formanti spore) Plasmodium, Toxoplasma, Cryptosporidium, Isospora Phylum: Ciliophora (ciliati) Balantidium Phylum: Microspora La maggior parte delle specie patogene per l uomo appartiene ai phyla Sarcomastigophora e Apicomplexa

18 Protozoi Patogenesi delle malattie protozoarie 1. Esposizione e vie di ingresso: Infezioni esogene, acquisite generalmente per ingestione (Giardia, Entamoeba, Cryptosporidium) o penetrazione cutanea (puntura di artropodi vettori) (Plasmodium, Trypanosoma) Critiche sono le dimensioni dell inoculo e la durata dell esposizione 2. Adesione e replicazione: Tropismo di specie e di tessuto Specifici recettori di superficie (adesine) Replicazione nell ospite e sua colonizzazione: L. donovani cresce a 37 C (leishmaniosi viscerale) L. tropica cresce a C (infezione cutanea) 3. Danno cellulare e tessutale: Liberazione di prodotti tossici (enzimi, tossine) Meccanismi ostruttivi di danno tessutale (blocco meccanico degli organi ad opera di elminti) Le infezioni possono essere asintomatiche o mortali, a seconda della specie, del ceppo e della resistenza dell ospite

19 Protozoi Nicchie ecologiche nel corpo umano Cute: Leishmania Occhio: Acanthamoeba Bocca: Amoebae e flagellati (generalmente apatogeni) Stomaco: Giardia, Entamoeba (invasione epatica), Cryptosporidium, Isospora, Balantidium Vie genito-urinarie: Trichomonas Sangue: Plasmodium, Trypanosoma Milza: Leishmania Fegato: Leishmania, Entamoeba Muscolo: Trypanosoma SNC: Trypanosoma, Naegleria, Toxoplasma, Plasmodium

20 Mastigophora (flagellati) Phylum: Sarcomastigophora Subphylum: Mastigophora Protozoi più primitivi Mobili per flagelli il flagello è composto da microtubuli (9 coppie periferiche + 2 centrali) motilità lenta, a spirale Patogenicità in gran parte patogeni per l uomo: Giardia intestinalis (giardiasi) Trichomonas vaginalis (tricomoniasi) Trypanosoma spp. (tripanosomiasi) Leishmania spp. (leismaniosi) emoflagellati

21 Sarcodina (amebe) Phylum: Sarcomastigophora Subphylum: Sarcodina Protozoi a vita libera Privi di parete cellulare (pleomorfi) Mobili per pseudopodi movimento lento, ameboide (fluido) Patogenicità: Entamoeba histolytica (dissenteria amebica) Acanthamoeba spp. (cheratite, encefalite granulomatosa amebica)

22 Apicomplexa (sporozoi) Phylum: Apicomplexa Subphylum: Sporozoa Parassiti intracellulari obbligati Presenza di un complesso apicale utile alla penetrazione attiva nella cellula Riproduzione asessuata e sessuata (singamia o coniugazione) Ciclo biologico complesso Ospite intermedio: uomo Ospite definitivo (finale): Anopheles spp, per Plasmodium gatto, per Toxoplasma Patogenicità Plasmodium spp. (malaria) Toxoplasma gondii (toxoplasmosi)

23 Ciliophora (ciliati) Protozoi maggiormente evoluti Primitiva cavità orale (citostoma) ed ano (poro anale) Vacuoli (contrattile, alimentare) Possono essere multinucleati: dimorfismo nucleare (micro-, macronucleo) Mobili per mezzo di cilia (più numerose/sottili dei flagelli) Riproduzione asessuale (fissione binaria) e sessuale (coniugazione) Patogenicità: Balantidium coli, l unico parassita per l uomo

24 Ciliophora riproduzione sessuale: coniugazione