Микроспоридий

Въведение

Микроспоридиите са необичайно голяма група уникални, еукариотни, облигатни, вътреклетъчни паразити, които биолозите са изучавали повече от 150 години. Микроспоридиите са добре адаптирани патогени и важни селскостопански паразити, които заразяват медоносните пчели, копринените буби и други насекоми. Организмът също е паразит за риби, гризачи, зайци, примати и хора. Тази статия прави преглед на Микроспоридия с акцент върху най-новите биологични открития.

които заразяват

Етиология

Биолозите са изследвали Микроспоридия повече от 150 години. Микроспоридиите включват 187 рода с приблизително 1500 вида. Микроспоридиите са повсеместни в околната среда; те са се развили по уникален и усъвършенстван начин, така че те не само оцеляват в околната среда, но и могат да живеят в други клетки. [1]

Класификацията на Microsporidia се основава на микроскопична морфология и характеристики на ултраструктурните спори. Обхватът на гостоприемника в много случаи е несъвместим с филогенетичната връзка, която допълнително се разкрива чрез молекулярни методи чрез rRNA генетично секвениране, което в момента се използва като основен начин за определяне на таксономия. [2]

Епидемиология

Микроспоридия при животни

Инфекцията с микроспоридия, известна още като микроспоридиоза, се среща в целия свят. Заразяването става чрез широко известни патогени в селското стопанство и води до загуба на ресурси. Класическите видове включват Nosema apis и Nosema ceranae, които заразяват медоносните пчели. Проучванията показват, че смъртността на пчелите, заразени с N. ceranae, е близо 94%, а заразените популации обикновено умират в рамките на 8 дни. Три дни след инфекцията, наблюдаваните зрели спори в клетките на гостоприемника сигнализират, че жизненият цикъл на паразита е завършен. Паразитът нахлува както в върха на гънките, така и в базалните клетки на епитела на пчелата и инфекцията бързо се разпространява между епителните клетки. [3]

Други примери за инфекция с микроспоридия е Loma salmonae, която заразява сьомга и видовете Thelohania, които заразяват скариди. Инфекцията с Loma salmonae може да предизвика системни симптоми, включително значителни промени в хрилете. Паразитът също заразява сърцето, далака, бъбреците и псевдо-клона на заразени морски или сладководни риби.

Микроспоридия при хората

При хората инфекцията с този опортюнистичен патоген не е била широко призната в началото на века. През 1924 г. изследователите първо предполагат, че Microsporidia заразява хората и до 1985 г. са публикувани само няколко съобщения за човешка микроспоридиоза. След това Microsporidia става все по-признат в световен мащаб като опортюнистични инфекциозни агенти, а в момента Microsporidia са признати като нововъзникващи организми в много области както на развитите, така и в развиващите се страни. [4] Микроспоридиите са широко разпространени по целия свят сред деца, пътници, реципиенти на органи, възрастни хора, пациенти със злокачествени заболявания и диабет и пациенти с ХИВ. [4] В развитите страни появата на микроспоридиоза при пациенти с ХИВ постепенно намалява поради антиретровирусна терапия и по-добра хигиена.

Сред близо 1500 описани вида, само 17 са патогенни за човека и някои от тях включват Enterocytozoon bieneusi, Encephalitozoon, Anncaliia, Enterocytozoon, Tubulinosema, Microsporidium africanum и Trachipleistophora hominis. В повечето случаи E. bieneusi и Encephalitozoon intestinalis са двата вида, открити най-често при заразени хора. [5]

В развитите страни степента на разпространение на инфекция с микроспоридия при ХИВ-серопозитивни лица с диария варира от 2% до 78%, варирайки в зависимост от степента на имуносупресия и лечение. При ХИВ-серопозитивни лица без диария инфекциите варират от 1,4% до 4,3%. [6] При лица, които не са заразени с ХИВ, нивата на серопревалентност варират от 1,3% до 22% сред донорите на кръв, бременни жени, работници в кланици и лица с неизвестни причини за диария (вероятно причинена от инфекция с микроспоридия). [7]

Патофизиология

Клинично проявление

Клиничната проява на инфекция с микроспоридия варира от асимптоматична инфекция до симптоматична инфекция, която включва диария, миозит, кератит и бронхит. Макар и рядко, може да се появи и енцефалит. [8] Средното време на инкубация на заболяването по време на предаване чрез храна е между датата на симптомите и началото на заболяването е около 7 дни (диапазон от 3 до 15 дни). При ХИВ-инфектирани пациенти инфекцията с микроспоридия се признава за все по-важна причина за заболеваемост и е отговорна за значимо стомашно-чревно (GI) и разпространено заболяване. В редки случаи E. bieneusi причинява белодробни инфекции или инфектира жлъчните пътища, водещи до холецистит и холангит. [7] Докладите за очни инфекции с микроспоридия са редки, но са по-чести при имунокомпрометирани, отколкото при имунокомпетентни лица.

Остава неизвестно колко от споровия титър е необходим за инфекция при хората, но изглежда, че варира при различните подвидове. Спорите, които заразяват хората, обикновено са от 1 до 4 микрометра, а децата с асимптоматична картина изглежда имат 1,2 х 10 спори Е. bieneusi на грам изпражнения. Докато при ХИВ-инфектираните пациенти концентрацията на спори на E. bieneusi варира от 4,5 х 10 до 4,4 х 10 на милилитър диарейни изпражнения, като общо за цялото време е 10 спори.

Рискови фактори

Рисковите фактори, свързани с инфекцията с микроспоридия, включват мъжки и мъжки сексуални срещи, интравенозно използване на наркотици, излагане на блатна вода или зона за напояване на култури, излагане на вода с екскременти, използване на плувен басейн и горещи вани или професионален контакт с вода. [7]

Предаване

Предаването на болестта на микроспоридия се случва най-вече чрез храна (хранителна болест), включително световната индустрия на хранителната верига на рибите и ракообразните (скариди, омари, миди, наред с други). Предаването се осъществява и чрез вода, включително напояване на култури, морска вода, питейна вода, подземни води, отпадъчни води, екскрети в околната среда и утайки. [9] Вертикално предаване от майка на потомство се наблюдава и при зайци, овце и нечовекоподобни примати. Зоонозно предаване чрез животни, действащи като резервоари, също е отбелязано в някои проучвания. [10] [9] Макар и рядко, предаването чрез фекално-орално и аерозоли може да се случи и при случаи на човешка инфекция. [11]

История и физика

През 1838 г. Gluge описва най-ранния доклад за съществуването на микроспоридия, когато паразитът е заразил риба. По-късно това е наречено Glugea anomala. През 1857 г. професор Карл Вилхелм фон Нагели признава първата микроспоридия Nosema bombycis. [12] [1] N. bombycis зарази както Lepidoptera, така и Hymenoptera, причинявайки болест на пебрин/пипер, наречена от професор Жан Луи Арманд де Quatrefages de Breau в Париж. Заразените с болестта яйца от копринени буби причиняват ларвите да бъдат покрити с черни петна. Заболяването, причинено от N. bombycis, е тежко и почти унищожава европейската копринена индустрия във Франция, Италия и Германия. Нагели първо разглежда този паразит като дрождоподобен организъм и го класифицира като шизомицети, консенсусна група от дрожди и бактерии.

По-нататъшни изследвания на микроспоридия включват това на Луи Пастьор с неговото знаменателно изследване на N. bombycis. Той предложи контрол и превенция на пебриновите болести, които не само спасиха значително копринената индустрия в Европа, но и се превърнаха в основното влияние на теорията за болестта на Пастьор. Таксономичното определяне на микроспоридия е противоречиво в продължение на няколко години и много изследователи предполагат, че те са едноклетъчни водорасли, спори от дрожди, организъм, свързан с гъбички и дори като туморни клетки или разградени еритроцити. [1] [12]

След поредица от проучвания върху патогена на копринената буба, Балбиани призна, че организмът няма няколко характеристики на шизомицетите, но споделя прилики със спорозоите. Следователно, през 1882 г., Балбиани за пръв път предлага отделен таксон Microsporidia за N. bombycis, който по това време е единственият кръстен микроспоридий. През 1977 г. Sprague определи типа Microspora, който беше актуализиран през 1992 г. [13] По-късно Microsporidia се считат за примитивни протозои, но молекулярният филогенетичен анализ обяснява, че тези организми не са примитивни, а дегенерират.

През 2008 г. се смята, че Microsporidia е свързана с гъбички като сестринска група или основен клон. [14] Биолозите насочиха вниманието си към микроспоридиите при копринените буби и установиха, че подобни организми, разпространени в световен мащаб сред различни видове животни, обикновено безгръбначни и риби, но също и хора.

Неотдавнашната класификация през 2012 г. предполага, че Microsporidia са едноклетъчен еукариотен (протист) паразит, който принадлежи към класа или супергрупата, включваща SAR. [2] Членовете на тази група включват Stramenopila, Alveolata, Foraminifera, Cercozoa и Polycystinea. [2]

Морфология и жизнен цикъл

Микроспоридиите са еукариотни облигатни вътреклетъчни организми с овален външен вид под микроскоп и представени с интрацитоплазматична мембранна система с ядрена обвивка и хромозомно разделяне на митотично вретено. Микроспоридиите нямат пероксизоми, но имат везикуларни тела на Голджи и примитивна митохондриална органела, липсваща в генома, наречена митозома. [15] Характерните за спорите включват различните им форма и размер и тази характеристика сега се използва за определяне на техните таксони. Спорите са пречупващи се и покрити с електронно-плътна, протеинова екзоспора, електронно-луцентна ендоспора и вътрешна мембрана или плазмалема. [12]

Микроспоридиите произвеждат устойчива на околната среда спора поради нейната тръбна форма, която им позволява да екструдират нейната навита, вътрешна полюсна тръба, като по този начин инокулират съдържанието й в близкия гостоприемник. [8] Поради своята електронно-плътна, съставена от гликопротеин и хитинова клетъчна структура, микроспоридиевите спори са относително нечувствителни към температурата, могат да оцелеят при широко засоляване на водата и химикали и да продължат въпреки дългите периоди на дехидратация.

Жизненият цикъл на Microsporidia се състои от 2 отделни етапа, които са мерогония или стадий на пролиферация и спорогония или заразен или зрял стадий. Накратко, жизненият цикъл на Microsporidia е:

Оценка

Микроспоридиите са трудни за откриване поради малкия им размер, бавно заразяващите им свойства и понякога безсимптомната инфекция. Следователно има много неопределени случаи на диария в световен мащаб. Организмът трябва да бъде визуализиран с помощта на специални техники, включващи специални лабораторни съоръжения и обучен персонал за характеризиране на инфекцията.

Откриването на Microsporidia се основава на изследване на изпражненията чрез микроскопско наблюдение. Новите методи за оцветяване, включително трихромно оцветяване и флуоресцентно оцветяване с използване на оптични избелващи средства, могат да бъдат полезни. Микроспоридиите могат да бъдат оцветени с оцветяване по Грам, оцветяване с карбол-фуксин и със сребърни петна. [8]

Имуноблотът, ензимно-свързаният имуносорбентен анализ (ELISA) и имунофлуоресцентният анализ (IFA), които използват моноклонални и поликлонални антитела, също са полезни серологични тестове за характеризиране на микроспоридии. [8] Въпреки това, серологичните тестове са ненадеждни при хора с ХИВ поради имунна недостатъчност. [6]

Молекулярната характеристика, включително полимеразна верижна реакция (PCR) и нуклеотидно секвениране, са обещаващи високочувствителни анализи с чувствителност над 90% за бърза характеристика на заразените от човека микроспоридии. Масивът може едновременно да открива всички 4 вида Microsporidia при чувствителност от 10 спори на 100 микролитра фекална проба. [8] В рамките на часове клиницистът може да интерпретира резултата чрез изолиране на генетичен/нуклеинов материал на Microsporidia и усилване на определена последователност ензимно в термично циклично състояние и след това да я сравни с контролата. За да се определи генотипът на микроспоридия в заразяващия гостоприемник, рРНК последователността е златен стандарт за по-нататъшно характеризиране.

Анализите in vitro и in vivo също са разработени за разпространение на микроспоридии за целите на изследването. Микроспоридиите обикновено се разпространяват в клетките или тъканите на насекомите или се усилват с in vivo инокулация, например растеж на N. bombycis в яйчниковата тъкан на Bombyx mori и N. ceranae, инокулирани в видове Apis или медоносни пчели. [3] Проучванията показват, че микроспоридиите от проби, включително урина, храчки, бронхоалвеоларен лаваж, изпражнения, дуоденални аспирати, конюнктивално остъргване, биопсии на роговицата, цереброспинални течности, мускулни биопсии и мозъчна тъкан, могат да растат в клетъчни линии на бозайници. [16] Паразити като Nosema algerae, микроспоридиен паразит на комари, могат да се отглеждат в лабораторни колонии и да се размножават при in vitro условия в бъбречната клетъчна линия на свинята. In vitro култури от риби, Microsporidia са успешно демонстрирани чрез използване на епителни клетъчни култури от Aedes albopictus при 28 С. Полезни са както in vivo, така и in vitro анализи; тези техники обаче изискват обучен персонал, подходящи съоръжения и подходящо оборудване.

Лечение/управление

Често прилаганите лекарства за лечение на инфекция с микроспоридия при животни и хора включват албендазол и фумагилин. В миналото органичните живачни съединения като Nosemack също са били тествани. Въпреки това, Nosemack е по-малко ефективен срещу паразита и по-токсичен за селскостопанските пчели от фумагилин. Фумагилин има амебицидни свойства и in vivo проучванията показват, че фумагилинът инхибира развитието на Nosema apis в пчелите. Албендазол е ефективен и ефикасен срещу видовете Encephalitozoon, заразяващи хора и животни, но има променлива ефективност срещу Enterocytozoon bieneusi. Албендазолът инхибира полимеризацията на тубулина и се използва също като противоглистно и противогъбично средство. [7]

Диференциална диагноза

  • Бактериален гастроентерит
  • Криптоспоридиоза
  • Цистоизоспориаза
  • Цитомегаловирус
  • Лямблиоза
  • Възпалително заболяване на червата
  • Тропическа спру
  • Вирусен гастроентерит

Подобряване на резултатите на здравния екип

Подобно на други патогени и контрол на инфекциите, Microsporidia трябва да се управлява и предотвратява с подобрена хигиена. Подобреното регулиране на водните източници, както и мониторингът на екскрементите в почвата и водата, са важни за намаляване на предаването на болести, пренасяни от водата. Строгата регулация и процедурата за подобряване на хигиената в производството на хранителни вериги или промишлеността, включително отглеждане, преработка, съхранение и опаковане за контрол на замърсяването на храните и разпространението на патогени, са от решаващо значение.