Trypanosoma brucei

Trypanosoma brucei
Trypanosoma brucei brucei TREU667 (forma da corrente sanguínea, imaxe de contraste de fase. Barra de 10 µm.)
Clasificación científica
Reino: Protista Filo: Euglenozoa Clase: Kinetoplastea Orde: Trypanosomatida Xénero: Trypanosoma Especie: T. brucei
Nome binomial
'Trypanosoma brucei' Plimmer & Bradford, 1899
Subspecies
T. b. brucei T. b. gambiense T. b. rhodesiense

Trypanosoma brucei é unha especie de tripanosomas salivarios, causante da tripanosiomíase africana ou enfermidade do sono en humanos e da nagana en animais. Transmítense pola picadura da mosca tse-tse. A especie T. brucei foi tradicionalmente dividida en tres cepas ou subespecies, que son:

• T. b. brucei. Infecta só a animais producindo a nagana.
• T. b. gambiense. Pode infectar o ser humano producindo a tripanosomíase.
• T. b. rhodesiense. Pode infectar o ser humano producindo a tripanosomíase.

Micrografía de microscopio electrónico de varrido con cores falsas da forma procíclica de Trypanosoma brucei que se encontra no intestino medio da mosca tse-tse. O corpo celular vese en laranxa e o flaxelo en vermello. 84 pixels/μm.

A transmisión de T. brucei entre os hóspedes mamíferos faise por medio dun insecto vector, que é a mosca tse-tse. T. brucei sofre complexos cambios morfolóxicos ao pasar do insecto ao mamífero no seu ciclo vital. A forma que aparece na corrente sanguínea é salientable pola súa cuberta de glicoproteína de superficie variable (VSG), que experimenta unha variación antixénica notable, que lle permite a evasión persistente das accións do sistema inmunitario do hóspede e establecer unha infección crónica. Os actuais tratamentos contra a tripanosomíase son ineficaces, polo que hai unha urxente necesidade de desenvolver novos fármacos contra o parasito.

Outros tripanosomas como T. equiperdum e T. evansi, aínda que non se consideraron historicamente como subespecies de T. brucei debido ao seu diferente modo de transmisión, presentación clínica, e perda do ADN do cinetoplasto, parece, segundo as análises xenéticas, que evolucionaron de parasitos moi similares a T. b. brucei, polo que están estreitamente relacionados co clado de brucei.

Infección: Tripanosomíase

Artigo principal: Tripanosomíase africana.

O insecto vector de T. brucei é a mosca tse-tse (xénero Glossina). O sitio inicial de infección é o intestino medio da mosca (estadio do ciclo vital procíclico) e a medida que progresa a infección migra a través do proventrículo ata as glándulas salivares, onde se adhire á superficie das glándulas salivares (o que vai ligado á diferenciación no estadio epimastigote do ciclo vital). Nas glándulas salivares algúns parasitos se liberan e sofren adaptacións (diferenciación no estadio metacíclico do ciclo vital) preparándose para a súa inxección no hóspede mamífero xunto coa saliva da mosca cando esta pica. No hóspede mamífero o parasito vive na corrente sanguínea (estadio esvelto da corrente sanguínea do ciclo vital). Algúns parasitos sofren adaptacións (diferenciación no estadio da forma curta e grosa do ciclo vital) onde pode reinfectar ás moscas cando estas chuchan o sangue do mamífero. Nos últimos estadios dunha infección por T. brucei nun mamífero, o parasito pode migrar da corrente sanguínea á linfa e ao líquido cefalorraquídeo. Ademais da forma principal de transmisión por medio da mosca tse-tse a infección por T. brucei pode transmitirse de humano a humano por intercambio de fluídos corporais, fundamentalmente de sangue.

As diferentes subespecies de T. brucei causan distintas variantes da tripanosomíase.

• T. brucei gambiense - Causa unha tripanosomíase crónica de comezo lento en humanos. É máis común en África central e occidental, onde os humanos se cre que son o principal reservorio.
• T. brucei rhodesiense - Causa unha tripanosomíase aguda de comezo rápido en humanos. É máis común en África do sur e oriental, onde se cre que os animais mamíferos salvaxes e o gando son o reservorio principal.
• T. brucei brucei - Causa a nagana ou tripanosomíase africana animal (xunto con outras varias especies de tripanosomas), pero non é infecciosa para os humanos debido á súa susceptibilidade á lise polo factor lítico de tripanosoma 1 (TLF-1). Porén, como comparte moitas características con T. b. gambiense e T. b. rhodesiense (como a variación antixénica) utilízase como modelo para as infeccións humanas en estudos de laboratorio e en animais.

Estrutura celular

A estrutura da célula é bastasnte típica dunha célula eucariota normal. Ten todos os orgánulos, como o núcleo, mitocondria, retículo endoplasmático, aparato de Golgi etc. Característricas pouco usuais son a súa mitocondria única e longa, dentro da cal hai unha estrutura especial de ADN mitocondrial coñecida como cinetoplasto, e a súa asociación co corpo basal do flaxelo. O citoesqueleto está formado por microtúbulos. A superficie celular da forma da corrente sanguínea presenta unha densa cuberta formada por glicoproteínas de superficie variables (VSGs), que é substituída por unha cuberta igualmente densa de prociclinas cando o parasito se diferencia na forma procíclica no intestino medio da mosca.

As seis morfoloxías principais dos tripanosomátidos. Os diferentes estadios do ciclo vital de Trypanosoma brucei entran dentro das categorías morfolóxicas de promastigote e epimastigote.

Os Trypanosomatida mostran varios tipos de organización celular nos seus ciclos vitais, dos cales o Trypanosoma brucei adopta fundamentalmente dous en diferentes momentos do seu ciclo:

• Epimastigote - Corpo basal en posición anterior ao núcleo, cun longo flaxelo unido ao longo do corpo celular (así nas glándulas salivares).
• Tripomastigote - Corpo basal en psocición posterior ao núcleo, cun longo flaxelo unido ao longo do corpo celular (propio da maior parte dos outros estadios do ciclo).

Estes nomes proceden do grego mastig-, que significa látego, referíndose ao flaxelo.

T. brucei atópase en forma de tripomastigote nas formas esvelta e na curta e grosa, procíclica e metacíclica. A forma procíclica diferénciase do epimastigote proliferativo que aparece nas glándulas salivares do insecto. A diferenza do que ocorre nalgúns outros tripanosomátidos, o promastigote e o amastigote non forman parte do ciclo vital de T.brucei.

Xenoma

O xenoma de T. brucei está feito de:

• 11 pares de grandes cromosomas de 1 a 6 megapares de bases.
• 3-5 cromosomas intermedios de 200 a 500 quilopares de bases.
• Arredor de 100 minicromosomas de arredor de 50 a 100 quilopares de bases. Estes poden estar presentes en múltiples copias por xenoma haploide.

A maioría dos xenes encóntranse nos cromosomas grandes, e os minicromosomas levan só os xenes VSG. O xenoma foi secuenciado e está dispoñible online [1] Arquivado 30 de xaneiro de 2019 en Wayback Machine..

O xenoma mitocondrial está condensado no cinetoplasto, que é unha característica infrecuente e única da clase Kinetoplastea. Os cinetoplastos e o corpo basal do flaxelo están moi asociados entre si a través dunha estrutura citoesquelética.

Cuberta superficial VSG

A superficie dos tripanosomas está cuberta por unha densa cuberta de glicoproteínas de superficie variables (VSG), que permiten a persistencia dunha poboación de tripanosomas infecciosos no hóspede (véxase máis abaixo).

Citoesqueleto

O citoesqueleto está feito predominantemente de microtúbulos, formando unha especie de corset subpelicular. Os microtúbulos dispóñense paralelos uns a outros segundo o eixe longo da célula, e o número de microtúbulos en todos os puntos é proporcional á circunferencia da célula nese punto. A medida que crece a célula (e durante a mitose) crecen microtúbulos adicionais entre os túbulos xa existentes, polo que a herdanza do citoesqueleto é semiconservativa. Os microtúbulos están orientados co polo + na parte posterior e o - na anterior.

Estrutura flaxelar

Estrutura flaxelar de T. brucei.

O flaxelo dos tripanosomas ten dúas estruturas principais. Está constituído polo típico axonema flaxelar, que é paralelo ao bastón paraflaxelar, unha estrutura reticulada formada por proteínas exclusiva dos cinetoplástidos, euglenoides e dinoflaxelados.

Os microtúbulos do axonema flaxelar presentan a estrutura normal de 9+2, orientados co polo + no extremo anterior e o - no corpo basal. A estrutura citoesquelética esténdese desde o corpo basal do cinetoplasto. O flaxelo está unido ao citoesqueleto do corpo celular principal por catro microtúbulos especializados, que discoren paralelos e na mesma dirección que a tubulina flaxelar.

A función flaxelar é dobre: locomoción por medio de oscilacións dos flaxelos que están unidos ao corpo celular, e fixación ao intestino da mosca durante a fase procíclica.

Cuberta VSG

A superficie do tripanosoma está cuberta por unha densa cuberta formada por ~5 x 10⁶ moléculas dunhas glicoproteínas chamadas glicoproteínas de superficie variables (VSG). Esta cuberta permite que unha poboación infectiva de T. brucei evite de forma persistente o sistema inmunitario do hóspede, o que posibilita as infeccións crónicas. As dúas propiedades da cuberta de VSG que lle permiten a evasión inmune son:

• Blindaxe. A densa natureza da cuberta VSG impide que o sistema inmunitario dos mamíferos hóspedes acceda á membrana plasmática ou a calquera outros epitopos de superficie invariantes (como os canais iónicos, transportadores, receptores etc.) do parasito. A cuberta é uniforme, feita de millóns de copias da mesma molécula; por tanto, as únicas partes do tripanosoma que o sistema inmunitario pode "ver" son os bucles N-terminais das VSG que forman a cuberta.
• Variación antixénica periódica. A cuberta VSG sofre frecuentes modificacións xenéticas aleatoriass, que permiten que as novas variantes expresadas da VSG da cuberta escapen á resposta do sistema inmunitario adaptativo desencadeada contra a cuberta anterior.

Variación antixénica

A VSG é moi inmunoxénica, e organízanse respostas inmunitarias adaptativas contra as VSG da cuberta específicas, que rapidamente matan aos tripanosomas que expresen esas variantes. A morte dos tripanosomas mediada por anticorpos pode tamén observarse in vitro en ensaios de lise mediada polo sistema do complemento. Porén, con cada división celular hai unha posibilidade de que un ou ambas as células fillas muden a súa varainta de VSG expresada. A frecuencia deste cambio de VSG mediuse e é aproximadamente do 0,1% por división. Como as poboacións de T. brucei poden chegar a picos de 10¹¹ no seu hóspede esta rápida taxa de cambio asegura que a poboación do parasito sexa constantemente diversa. Que a poboación de tripanosomas exprese unha variedade diversa de cubertas significa que o sistema inmunitario está sempre un paso atrás na súa loita contra o parasito: leva varios días organizar unha resposta inmune contra unha determinada VSG, o que dá aos tripanosomas que cambian as súas VSG tempo para reproducirse (e experimentar máis cambios na cuberta). A reiteración deste proceso impide a extinción da poboación de tripanosomas infecciosos, e facilita a persistencia crónica dos parasitos no hóspede, aumentando as oportunidades de transmisión. O efecto clínico deste ciclo é que se producen sucesivas "ondas" de parasitemia (tripanosomas no sangue).

Estrutura da VSG

Os xenes VSG son enormemente variables na súa secuencia de ADN. Porén, para que realicen a súa función de blindaxe, orixinan proteínas que teñen características estruturais moi conservadas. As VSGs constan dun dominio N terminal moi variable de arredor de 300 a 350 aminoácidos, e un dominio C-terminal máis conservado de arredor de 100 aminoácidos. Os dominios N-terminais dimerízanse para formar un feixe de catro hélices alfa, arredor das cales colgan motivos estruturais máis pequenos. Esta estrutura terciaria está ben conservada entre as distintas VSGs (malia a súa grande variabilidade en secuencia de aminoácidos), o que permite que diferentes VSGs formen a barreira física que cómpre para blindar a superficie do tripanosoma. A VSG está ancorada na membrana plasmática por medio dunha áncora de glicofosfatidilinositol (GPU), formándose un enlace covalente de aproximadamente catro azucres, desde o C-terminal ao fosfolípido fosfatidilinositol situado na membrana celular. As VSGs forman homodímeros.

Estrutura do arquivo de VSGs

A fonte da variabilidade dos VSG durante unha infección é un grande "arquivo" de xenes VSG presente no xenoma de T. brucei. Algúns deles son xenes intactos de lonxitude completa; outros son pseudoxenes xeralmente con mutacións de cambio de pauta de lectura, codóns de stop prematuros, ou fragmentación. A expresión dun VSG antixenicamente diferente pode ocorrer simplemente cambiando a expresión a un xene VSG de lonxitude completa diferente. Porén, só o 5% do arquivo está feito de ditos xenes VGS completos silenciosos. Para utilizar o resto do arquivo de VSGs silenciosos, poden formarse VSGs "mosaico" ao substituír parte do VSG expresado por unha rexión estruturalmente homóloga do arquivo. A natureza combinatoria da formación do mosaico xunto co enorme arquivo de VSG silenciosos pon a disposición do parasito unha libraría de VSGs teoricamente ilimitada, e podería ser unha importante barreira á hora de elaborar unha vacina.

Expresión das VSGs

Unha das cousas máis investigadas nos tripanosomas é como permanecen silenciados todos os xenes VGS excepto un en cada momento dado, e como se activa e desactiva a expresión dese xene VSG. O VSG expresado está sempre localizado nun Sitio de Expresión (ES). Estes sitios son loci de expresión especializados que se encontran nos telómeros dalgúns dos cromosomas de tamaño intermedio e grandes. Cada Sitio de Expresión é unha unidade policistrónica, que contén varios Xenes Asociados ao Sitio de Expresión (ESAGs) que se expresan todos xunto co VSG activo. Aínda que existen moitos Sitios de Expresión, só un está activo á vez. No proceso parece que están implicados varios mecanismos, pero a natureza exacta do silenciamento aínda non está clara.

O estado de actividade dun VSG pode ser conmutado ou ben cambiando o lugar de expresión activa (dun sitio activo a un sitio previamente silenciado) ou ben cambiando o xene VSG que está no sitio activo. O xenoma contén moitas copias de posibles xenes VSG, tanto nos minicromosomas coma en seccións repetidas do interior dos cromosomas. Estes están normalmente en silencio, e xeralmente fáltanlles seccións ou teñen codóns de stop prematuros, pero son importantes na evolución de novos xenes VSG. Estímase que ata o 10% do xenoma de T. brucei pode estar constituído por xenes VSG ou pseudoxenes. Calquera deses xenes pode ser movido ao sitio activo por recombinación xenética para que se exprese. O mecanismo exacto que controla isto aínda é parcialmente descoñecido.

División celular

Ciclo celular do tripanosoma (forma procíclica).

A diviswión mitótica de T.brucei é estraña comparada coa da maioría dos eucariotas. A membrana nuclear permanece intacta e os cromosomas non se condensan durante a mitose. O corpo basal, a diferenza do centrosoma da maioría das células eucariotas, non xoga ningún papel na organización do fuso, senón que esá implicado na división do cinetoplasto.

Fases da mitose dos tripanosomas:

1. O corpo basal duplícase e ambos os dous permanecen asociados ao cinetoplasto.
2. O ADN do cinetoplasto realiza a súa síntese e despois o cinetoplasto divídese acoplado coa separación dos dous corpos basais.
3. O ADN nuclear realiza a súa síntese mentres que se estende un novo flaxelo a partir do corpo basal máis novo e máis posterior.
4. O núcleo experimentra a mitose.
5. Progresa a citocinese desde a parte anterior á posterior.
6. Complétase a división con abscisión.

Véxase tamén

Outros artigos

• Trypanosoma cruzi
• Trypanosoma vivax