Apicomplexa – obecná charakteristika •Extrémně velká a rozmanitá skupina (více než 5000 druhů) •Některé rody napadají člověka (viz tabulka) •Monofyletická skupina – především paraziti •Společně s Ciliata a Dinoflagellata tvoři vyšší skupinu Alveolata •Intracelulární paraziti (parazitoforní vakuola) •Apikální komplex – rhoptrie, polar ring, mikromeny, conoid •Životní cyklus – sporogonie, merogonie, gametogonie Apicoplexa - charakteristika kmene Strom života: Vztahy mezi hlavními skupinami Eukaryota Kladogram - vztahy mezi Apicomplexa a Alveolata •Kmen: Sporozoa (Apicomplexa) •Jednobuněční vyznačující se apikálním komplexem: •polární kruh, rhoptrie, mikronemy a conoid, v životním •cyklu se vyskytují sexuální procesy, všichni parazitují •řády: • •Eimeriida: Cryptosporidium parvum,Toxoplasma • gondii, Cyclospora cayetanensis, Isospora belli, Sarcocystis hominis, S. suihominis. •Piroplasmida: Babesia microti, • B. divergens, B. gibsoni •Haemosporida: Plasmodium falciparum, • P. malariae, P. ovale, • P. vivax Alveolata Apicomplexa - morfologie Apicomplexa - sporozoit Infekční stádia - oocysty Infekční stádia - cysty Apicomplexa – typický životní cyklus •Sporogonie – nepohlavní rozmnožování •Gametogonie – pohlavní rozmnožování •Merognonie – nepohlavní rozmnožování (schizogonie) • •Endodyogonie •Endopolygonie • Apicomplexa - přenos •Paraziti střevní - Ingesce (fecal-oral) • (např. pozření oocysty, tkáňové cysty, kongenitálně, kontaminace) •Cryptosporidium •Isospora •Cyclospora •Toxoplasma •Sarcocystis •Paraziti krevní – vektor (komár, klíště) •Plasmodium •Babesia Způsoby přenosu Toxoplasma gondii Apicomplexa: Přenos vektorem •Sporogonie •Gametogonie •Merogonie Cykličnost - životní cyklus •příklad - Apicomplexa: • •1) Nepohlavní fáze – Schizogonie (Merogonie) •2) Pohlavní fáze – Gamogonie •3) Nepohlavní fáze - Sporogonie • • Apicomplexa - typický životní cyklus Nepohlavní rozmnožování Typy mnohonásobného dělení (c) Eimeria - formování mikrogamet (d) Plasmodium – formování mikrogamet - exflagelace Mikrogameta Definice pojmů Základní typy merogonie Typy mnohonásobného dělení (a) Entamoeba – formování vegetativních stádií po excystaci (b) Plasmodium – formování merozoitů v merontech (Eimeria, Theileria) Merogonie uvnitř HC - Theilerie Endodyogonie - Toxoplasma Typy binárního dělení Toxoplasma Balantidium Opalina Binární dělení - endodyogonie Endopolygonie - Toxoplasma Osnova přednášky: Apicomplexa - charakteristika Plasmodium – původce malárie Onemocnění člověka - historie Původce – rozšíření a výskyt Průnik do buňky Životní cyklus Zástupci – druhy malárie: •Plasmodium vivax •Plasmodium malariae •Plasmodium ovale •Plasmodium falciparum Onemocnění – formy Klinické příznaky Patogenita Diagnostika Epidemilogie Vektor – základní údaje o biologii Eradikace malárie Terapia a prevence Babesie – původce babesiosy Demografický informační portál Afrika Počátky pěstování chinovníku v roce 1908 Původci malárie - klasifikace Malárie a historie Distribuce malárie na Zemi rok 1940 rok 2009 Úspěchy v eliminaci malárie: kontrolní fáze – červená, pre-eliminace hnědá, eliminace – oranžová a prevence re-introdukce - žlutá Roční míra mortality působená malárií od roku 1900 Odhadovaný počet případů malárie (a) a úmrtí (b) v roce 2008 (WHO) Malárie ve Velké Británii Žlutě - výskyt indigenní malárie v roce 1870; Přerušovaná čára – případy indigenní malárie v letech 1917 - 21 a Červené body v letech 1941 - 48 Celkový počet importovaných případů malárie do UK v roce 1917 a případů P. falciparum v roce 1977 Anopheles freeborni mosquito pumping blood A diagram of a Female Adult Mosquito parasites18 230px-Plasmodium 200px-Malaria_geographic_distribution_2003 Mapa distribuce malárie Apicomplexa – trofozoit (Plasmodium) Mikrofoto 4 druhů malárie člověka (vlevo) TEM foto 2 schizontů Plasmodium falciparum vyvíjecích se v parazitoforní vakuole v erytrocytu (vpravo) Diagram penetrace Plasmnodium falciparum do erytrocytu Schéma průniku merozoita do erytrocytu Průnik do hostitelské buňky •Adhezivní proteiny přítomné mikronemách Motilita zoitů a invaze do buňky Životní cyklus malárie Životní cyklus malárie Vývojová stádia malárie v člověku Jaterní buňky značeny zeleně, krvinky červeně a malárie modře, Hypnozoiti vznikají pouze u Plasmodium doplnit; Plasmodium falciparum vytváří tzv „knobs“ do komára z komára Malárie – asexuální cyklus - schizogonie V játrech V erytrocytech Invaze merozoita Plasmodium falciarum do erytrocytu Parazit proniká do krvinky pomocí mnoha ligand, které se napojují na receptory hostitele. Některé z nich jsou zkoumány v souvislosti s vývojem vakcín. Část cyklu malárie probíhající v komárovi Srovnání morfologie v mikroskopu Vývojová stádia malárie Vývojová stádia malárie Malárie – morfologie – „ring forms“ (prsténkové stádium) - časní trofozoiti Malárie – morfologie – vyvíjející se trofozoiti Malárie – morfologie –immaturní schizonti Malárie – morfologie – zralí schizonti Malárie – morfologie – mikrogametocyty (samčí) Malárie – morfologie – makrogametocyty (samičí) Srovnání morfologie druhů malárie Srovnání krevních stádií zástupců malárie člověka Plasmodium vivax Distribuce malárie Plasmodium vivax v roce 2005 Schéma vizualizace v mikroskopu – Plasmodium vivax Plasmodium vivax Plasmodium vivax – ring stadium Peridicita teploty u Plasmodium vivax Schéma vizualizace v mikroskopu – Plasmodium malariae a P. ovale Plasmodium malariae Plasmodium ovale Schéma vizualizace v mikroskopu – Plasmodium falciparum Distribuce malárie Plasmodium falciparum v roce 2005 (98% subsaharská Afrika) Distribuce endemické malárie Plasmodium falciparum ve světě v roce 2007 Plasmodium falciparum Plasmodiu falciparum Vývojová stádia Plasmodium falciparum Gametocyty Plasmodium falciparum v krevním roztěru Životní cyklus Plasmodium falciparum File:Symptoms of Malaria.png Průběh malarického záchvatu Stádium pocitu intenzivního chladu Třesavka, cvakání zubů Uplynulých 15 až 60 minut Stádium intenzivního pocitu horka (až 41) Suchá a pálící pokožka Prudká bolest hlavy Posledních 2 až 6 hodin Stádium intenzivního pocení Pokles tělesné teploty Pocit vyčerpanosti, nevolnost, zvracení Spánek, Poslední 2 až 4 hodiny Celý záchvat 8 až 12 hodin Blood smear from a patient with malaria; microscopic examination shows Plasmodium falciparum parasites with arrows pointing at the patient's infected red blood cells. (CDC photo) Exoerytrocytární schizogonie a prepatentní a inkubační perioda Malárie v červených krvinkách (RBC) Diagram teplotní křivky horečky vyvolané Plasmodium falciparum v krvi Souhrn aktivit v potravní vakuole malarických parazitů Sekvence akcí při trávení hemoglobinu Typické průběhy teplot (horeček) v relaci ke stádiím schizogonie malarických plasmodií Tělesné teploty (kroužky) a sérum TNF-α měřeného během malarického paroxysma. Posloupnost dějů vedoucích k cerebrální formě malárie Role TNF Řez mozkem pacienta s cerebrální formou malárie Kapilára je vyplněná napadenými erytrocyty, což dokládají početné granule hemozoinu. Relativně slabý zánět je důsledkem adherence napadených erytrocytů. Mikrofoto řezu kapilárou ucpanou buď erytrocytem obsahujícím pigment (P) a nebo pigmentem uvolněných z rozpadlých erytrocytů. Erytrpocyt napadený 2 schizonty P. falciparum (modře). Bílé skvrny = „knobs“ důsledek invaze Model znázorňující možné mediátory cerebrální malárie Cytoadherence napadených erytrocytů k mozkovým endothelialním buňkám (BEC) a uvolnění exoantigenů (Exo-Ag) může stimulovat BEC a imunitní efektorové buňky např. makrofágy (Mϕ) k produkci cytokinů. Tyto cytokiny jako Tumor Necrosis Factor (TNF) mohou vést ke zvýšené expresi receptorů endothelialních buněk (např. ICAM-1) a vyvolání zvýšené cytoadherence napadených erytrocytů. Velký počet navázaných erytrocytů může vést k vaskulární blokaci, hypoxie, a má lokální metabolický efekt (e.g. hypoglykemia, lactic acidosis). TNF je rovněž znám jako stimulátor oxidu dusíku (NO), což může vést k ovlivnění neurálních funkcí interferujících s neurotransmitery a to vede k vasodilataci. Schéma struktury tzv. „knobs“ Parazitární proteiny jsou asociovány s tzv. „knobs“ , které jsou na povrchu napadených erytrocytů. Tyto proteiny pravděpodobně způsobují změnu v organizaci submembránových proteinů cytoskeletu erytrocytu a jsou důležité při cytoadherenci napadených erytrocytů k hostitelské endotheliální buňce. Schéma typického PfEMP1 (- var gene) PfEMP1 je transmembránový protein složený z jednoho až pěti Duffy-binding-like (DBL) domén a jednoho až dvou na cystein bohatých interdoménových regionů (CIDR). Tyto variabilní domény jsou na povrchu exponovány napadeným erytrocytům. Intracelulární doména je stabilní a váže se k submembránovému cytoskeletu erytrocytu. Diagram představující uspořádání chemických komponent na povrchu erytrocytu nenapadeného ( nahoře) A napadeného (dole) druhem Plasmodium falciparum. Na povrchu napadeného erytrocytu se tvoří tzv.„knobs“ (knoflík, hrbol), který je tvořen různými komponentami. To vede k tomu, že napadený erytrocyt ztrácí svou flexibilitu. Legenda: A – aktin, AD – adhesivní protein, AN – ankyrin, EM, membrána erytrocytu, H – HRP–1 protein (knob protein), MP3 – modifikovaný protein 3, MS – MESA (mature Erytrocyte suirface antigen), P3.,P4, P 4-9 proteiny, SP – spketrin dimers. Tvorba a funkce tzv. „knobs“ Alterace ultrastruktury hostitelských erytrocytů malarických parazitů Cerebrální forma malárie Diagnostika •Mikroskopické vyšetření krve (roztěr) •RDT – Rapid Diagnostic Test – antigeny •Molekulární diagnostika – PCR •Serodiagnostika •Kultivace – hlavně ve výskumu •Klinické příznaky onemocnění Rings of P. falciparum in a thin blood smear. Ring-form trophozoites of P. vivax in a thin blood smear. Caption would be schizont and ring form trophozoite of P. knowlesi in a thin blood smear. Příprava krevního roztěru Životní cyklus krevních stádií Plasmodium falciparum – tenká kapka Krevní roztěr – tlustá kapka Při silné akutní infekci jsou patrné především „ranné kroužky“ a masivní hemolytická anémie (130). Gametocyty se v krvi objevují cca o týden později (131). Diagnostika malárie Patologie a klinika Plasmodium vivax, P. ovale a P. malariae mají podobné příznaky onemocnění: horečky, křeče, bolesti hlavy, nevolnost, anorexie. Může vzniknout i anémie a játra a slezina bývají obvykle zvětšeny. Anémie mohou být zvětšeny. Všechny příznaky mohou být druhově nespecifické. Plasmodium falciparum může být příčinou těžkého průběhu malárie, jehož klinická kritéria mohou být definována následovně: cerebrální malárie, těžká anemie, .plicní edém, respirační syndrom u dospělých, selhání ledvin, hypoglykemie, oběhový kolabs, zažívací problémy, makroskopická haemoglobinurie. Záznam teplot při Plasmodium falciparum Krevní obraz při masivní akutní infekci. Napadené erytrocyty jsou z periferního oběhu eliminovány makrofágy v retikuloendotelovém systému. Zrna jsou hemozoin/pigment z rozpadlých ER. (A) – monocyt/ makrofág, (B) Hemozoin Malarická anémie Masivní hepatosplenomegalie Prostrace při malárii P. falciparum Při akutní silné infekci se aktivují makrofágy z kostní dřeně. Zde makrofág obsahuje nenapadenou krvinku, schizonta a shluky hemozoinu a lymfocyt. Při manifestaci silné malárie dochází u dětí k neschopnosti sedět a neschopnosti přijímat ústy tekutiny. Zde dítě s P. falciparum s pomocí sedí, aby se mohlo napít. Koma při cerebrální formě malárie Poškození oka při těžké formě cerebrální malárie – Plasmodium falciparum Multiorgámnové selhání při Plasmodium falciparum Akutní edém plic a intravaskulární diseminace u P. falciparum Řez mozkem při cerebrální formě malárie Mikrohemorhagie v blízkosti poškozené mozkové kapiláry a hemoglobinuria Diagram opakovaného napadení jater při Plasmodium vivax PE – schizogonie, P –parasitemie, T – běh času, H – hypnozoiti, 1 – první napadení, 2 – opakované napadení, FT - práh horečky Chronické poškození jater (akumulace pigmentu – hemozoinu) Plasmodium knowlesi Záznam průběhu teploty při Plasmodium knowlesi Normální hostitel Plasmodium knowlesi Macaca fascicularis Příznaky a trvání nemoci Terciana a kvartana – typ horečky Vývoj samčích gamet, oonikety ve střevě Map of Malaria endemic areas in the world. Epidemiologie malárie An image depicting the Life Cycle of the Malaria Parasite Líhniště vytvořená uměle člověkem a)Konteinery na vody – plantáže v JV Asii b)Barely se stojící vodu na zahradě v jižní Anglii c) Larvy komárů s dobře patrným dýchacím sifem. 220px-Anopheles_albimanus_mosquito Bromélie v amazonských pralesích Model vlivu malárie na činnost člověka Vektor- biologie Map showing which malaria vectors populate various parts of the world Eradikace malárie Program eradikace blood_donor Prevence a kontrola •Chemoprofylaxe – doporučené prostředky lékařem (před a nebo po cestě do endemické oblasti) •Kontrola výskytu vektorů –Aplikace insekticidů (postřiky) –Moskytiéry (postele) –Repelenty (individuální ochrana) •Hubení larev komárů –biologický boj • – Aplikace venkovního postřiku Prevence malárie Hubení larev ve vodě a Gambusia a Poecilia reticulata –larvivorní ryby baby_sleeping_under_net_145w Příprava moskytiéry A patient with fever who had recently traveled to a malaria-endemic country is being evaluated in the emergency room. Rostlina Cinchona ledgeriana Artemisin účinné antimalarikum (Artemisia annua) Artemisinin malaria drug molecule Stock Photo - Alamy Malaria: Artemisinin resistance emerges in Africa – International Year of Basic Sciences for Development Artemisinin - Noticias, Investigaciones y Análisis - The Conversation - página 1 Artemisinin - Wikipedia Parazitologické nobelovky Potenciální vakcinační strategie Antigenní variace Změny v expresi PfEMP1 alel Babesie - babesiosa •Původce onemocnění •Hostitelé •Morfologie a diagnostika •Životní cyklus a přenos • 300px-Babesia_life_cycle_human_en 230px-Babiesa_spp Life cycle of Babesia microti Image of a Ixodes scapularis tick nymph. Diagnostika •Mikroskopické vyšetření •Molekulární diagnostika (PCR) •Serodiagnostika •Inokulace pokusnému zvířeti Prevence a kontrola •Použití ochranných sítěk při pohybu na území s výskytem klíšťat •Repelenty na klíšťata •Lidé podezřelí na historii symptomatické babesiósy nesmí dávat krev Nymphal stage of the Ixodes scapularis tick on the face of a penny. Ticks in this stage can transmit Babesia microti if infected and are usually the size of a poppy seed. Credit: Graham Hickling, University of Tennessee Děkuji za pozornost