Flagellati a localizzazione intestinale: il protozoo parassita Giardia duodenalis

Giardia duodenalis è un protozoo flagellato capace di parassitare sia l’uomo che animali da reddito e da compagnia. Il protozoo causa la giardiasi o giardiosi, ossia la più comune enterite diarroica di origine parassitaria. Ha localizzazione intestinale ed è in grado di provocare sintomi morbosi e quindi da considerare patogeno. G. duodenalis ha un’incidenza annua stimata in 250-300 milioni di infezioni umane sintomatiche. Il suo impatto più rilevante si riscontra nei paesi in via di sviluppo, associato alle scarse condizioni socioeconomiche.

Classificazione e cenni storici

Giardia duodenalis appartiene al phylum Metamonada; classe Zoomastighophora; ordine Diplomonadida; famiglia Hexamitidae; genere Giardia.

Il genere Giardia fu descritto per la prima volta nel 1681 da Van Leeuwenhoek, microscopista olandese. Egli, esaminando al microscopio, i propri campioni di feci diarroiche, osservò la presenza di una minuscola creatura in movimento che descrisse come “più lunga che larga con pancia piatta e piccole zampe varie”. Giardia non attirò realmente l’attenzione come patogeno umano fino agli anni’60 del XX secolo, quando furono segnalati focolai di diarrea associati alla presenza del parassita.

Una più accurata classificazione di questo organismo avvenne nel 1859 dal medico cecoslovacco Vilém Dušan Lambl, che lo chiamò Cercomonas intestinalis pensando che appartenesse al genere Cercomonas. In seguito, il parassita è stato identificato nei roditori, negli anfibi e in ospiti diversi come cani, gatti, uccelli ed altre specie animali.

Kunstler, nel 1882, fu il primo ad utilizzare Giardia come nome di genere, nello specifico G. intestinalis. Blanchard nel 1888 suggerì invece il nome di Lamblia intestinalis. In seguito, furono proposti altri nomi tra cui G. duodenalis da Stiles nel 1902 , G. lamblia nel 1915 ed infine G. enterica nel 1920 da Kofoid e Christensen. Dobell nel 1940 ha effettuato una revisione della nomenclatura di Giardia, suggerendo di chiamare l’organismo Giardia e non Lamblia.

Attualmente G. duodenalis, G. intestinalis e G. lamblia sono tutti nomi accettati ed intercambiabili.

Struttura e ciclo biologico di Giardia duodenalis

Il ciclo biologico di Giardia duodenalis è monoxeno e consta di due fasi:

  • il trofozoita
  • la cisti

Trofozoita

Il trofozoita è in grado di “nuotare” e moltiplicarsi per scissione binaria nell’intestino dell’ospite, derivante dall’escistamento della forma cistica ingerita con cibo o acqua contaminati. Esso ha una tipica forma a pera, con una lunghezza da 12-20 μm e una larghezza di 6-12 μm. Nella sua porzione antero-ventrale è presente il disco ventrale che ha la funzione di garantirne l’adesione all’epitelio intestinale. Nella metà anteriore dell’organismo si trovano due nuclei ovali simmetrici che sono entrambi trascrizionalmente attivi, circondati da una membrana nucleare. Tra i nuclei sono presenti 4 blefaroplasti da cui originano 8 flagelli (2 anteriori, 2 posteriori, 2 ventrali e 2 caudali), che gli consentono di muoversi nel lume intestinale.

Cisti

La cisti sopravvive al di fuori dell’ospite e propaga l’infezione. Essa misura 11-14 µm ed è larga 7-10 µm. Ha forma ovoidale, è rigida ed è circondata da una complessa parete di circa 0,3-0,5 µm di spessore. La parete della cisti è composta da uno strato filamentoso esterno impermeabile alle macromolecole e da due membrane cellulari più interne, impermeabili alle piccole molecole, separate dalla membrana plasmatica del parassita da uno spazio peritrofico. La cisti racchiude l’escizoita, uno stato dormiente e metabolicamente inattivo, con quattro nuclei diploidi (16N). Al centro presenta delle strutture microtubulari nastriformi, derivati dalla frammentazione del disco ventrale, e i flagelli retratti.

Le cisti del protozoo flagellato Giardia duodenalis possono sopravvivere per lungo periodo a diverse condizioni climatiche e di umidità. E’ stata osservata la capacità di queste di sopravvivere nei laghi per circa due mesi a 0-8˚C e un mese a 17-20˚C, nei fiumi per circa 3 mesi a 0-4˚C e in acqua marina per più di due mesi a 4˚C. L’infettività, è persa dopo 7 giorni a 25˚C.

Ciclo biologico del protozoo flagellato Giardia duodenalis
Figura 1 – Ciclo biologico del protozoo flagellato Giardia duodenalis [Fonte: https://www.cdc.gov/]

Patogenesi di Giardia duodenalis

Il ciclo biologico del protozoo flagellato Giardia duodenalis inizia con l’ingestione della cisti. La trasmissione avviene infatti per via oro-fecale diretta, mediante contatto con le feci di pazienti o di animali infetti, o indiretta, attraverso l’ingestione di acqua o cibo contaminato dalle cisti.

Le cisti passano dallo stomaco acido al duodeno dove avviene l’escistazione in seguito all’esposizione alla bile e ad un pH più alcalino. L’esposizione agli acidi digestivi, combinata con l’attività di specifiche cistein proteasi del parassita, induce la rottura delle cisti (escistazione) a livello dell’intestino tenue. L’escizoita flagellato (trofozoita immaturo) viene liberato e subisce due citochinesi successive, senza fase di sintesi del DNA, dando origine a quattro trofozoiti. I trofozoiti, per mezzo del disco ventrale, aderiscono alla mucosa dell’epitelio intestinale, senza invadere gli enterociti e si moltiplicano per scissione binaria colonizzando l’intestino tenue, comunemente le cripte del duodeno. In seguito a variazioni dell’ambiente intestinale dal duodeno verso il digiuno (diminuzione dei lipidi, aumento dei sali biliari, del pH e dell’acido lattico) e, in caso di un’elevata densità di trofozoiti, viene stimolato il processo di differenziazione del trofozoita in cisti (incistamento).

L’incistamento inizia con la sintesi dei componenti della parete cistica e la comparsa delle vescicole specifiche di incistamento per il loro trasporto e secrezione nello spazio extracellulare. In seguito, si osserva la frammentazione del disco ventrale e la perdita della capacità di aderire all’epitelio, l’internalizzazione dei flagelli, il progressivo arrotondarsi del trofozoita, la replicazione del DNA con la divisione dei nuclei e la diminuzione delle attività metaboliche. Il processo si completa in circa 48-72 ore. Le cisti mature vengono rilasciate con le feci dell’ospite nell’ambiente e il ciclo può perpetuarsi.

Manifestazione clinica

Giardia duodenalis è un patogeno non invasivo ma produce un’ampia gamma di manifestazioni cliniche dalle infezioni asintomatiche, a fasi acute con sintomi quali diarrea acuta (feci acquose) e crampi addominali, spesso accompagnati da nausea, anoressia e spossatezza.

I sintomi scompaiono in seguito all’eliminazione del parassita, entro due mesi dall’infezione. Indipendente dai sintomi, nel 15% dei casi l’infezione può cronicizzare, con i trofozoiti che persistono nell’intestino per oltre due mesi fino ad anni, causando steatorrea e perdita di peso dovuta a malassorbimento. Nel 5% dei pazienti con giardiasi acuta c’è un significativo rischio di sviluppare sindromi post infezione a lungo termine, quali sindrome dell’intestino irritabile IBS e stanchezza cronica. Queste variabilità delle manifestazioni cliniche possono essere ricondotte a caratteristiche dell’ospite, del parassita stesso o del microbiota e rendono particolarmente difficile chiarire i meccanismi fisiologici molecolari e che ne sono alla base. Se sintomatica, la giardiasi ha un periodo d’incubazione che varia da 5 a 25 giorni, le cisti sono riscontrabili nelle feci dopo 12-19 giorni.

Diagnosi e terapia

L’infezione da protozoo flagellato Giardia duodenalis è diagnosticata mediante analisi di campioni fecali. È possibile ricercare i trofozoiti nel duodeno prelevandoli mediante un sondino duodenale Enterotest. La tecnica più comune si basa sull’identificazione microscopica delle cisti o più raramente dei trofozoiti, nelle feci, fissate o no. Metodi d’identificazione molecolare su campioni fecali, basati sull’amplificazione per PCR di marcatori genetici specifici di G. duodenalis, forniscono la maggior sensibilità. Attualmente non esistono vaccini umani disponibili per la giardiasi e la farmacoterapia è l’unica opzione per il trattamento della stessa. I farmaci comunemente utilizzati per il trattamento della giardiasi sintomatica sono i 5-nitroimidazolici (tasso d’efficacia del 40-100%), quali metronidazolo, tinidazolo, secnidazolo e ornidazolo, e i benzimidazolici (tasso efficacia del 35-96%), come albendazolo, fenbendazolo e mebendazolo. Il nitazoxanide, un antibiotico nitrotiazolico ad ampio spettro, è approvato per il trattamento della giardiasi anche nei bambini in una formulazione liquida di più facile somministrazione.

Fonti

  • Ryan U, Cacciò SM. Zoonotic potential of Giardia. Int J Parasitol. 2013 Nov;43(12-13):943-56. doi: 10.1016/j.ijpara.2013.06.001. Epub 2013 Jul 13. PMID: 23856595.
  •  Adam RD. Giardia duodenalis: Biology and Pathogenesis. Clin Microbiol Rev. 2021 Dec 15;34(4):e0002419. doi: 10.1128/CMR.00024-19. Epub 2021 Aug 11. PMID: 34378955; PMCID: PMC8404698.

Crediti immagini

  • Immagine in evidenza: https://thenativeantigencompany.com/wp-content/uploads/2021/06/shutterstock_1038065005-1.jpg
  • Figura 1: https://www.cdc.gov/dpdx/giardiasis/index.html
Foto dell'autore

Sabrina Iacuele

Sabrina Iacuele dottoressa in Scienze biologiche con tesi in Fisiologia umana dal titolo "Fisiologia e analisi di alterazioni della crasi ematica correlate alle emoglobinopatie e trasmissione di sporozoi ematici" e dottoressa in Biologia molecolare cellulare fisiopatologica con Lode presso l'Università di Roma, con tesi sperimentale in Parassitologia medica dal titolo "Effetto dell'infezione di ceppi differenti di Giardiavirus in differenti isolati ed assemblaggi del protozoo parassita Giardia duodenalis". Con esperienza formativa svolta in laboratorio presso il Dipartimento di Malattie Infettive all'Istituto Superiore di Sanità. Consegue corsi con verifica finale di apprendimento in: Rischi specifici in sanità; Sicurezza in laboratorio per l'operatore e le colture cellulari; Sicurezza prevenzione protezione tipologia del rischio B; Aspetti legislativi e di sicurezza in igiene e medicina del lavoro; Sicurezza alimentare nelle aziende e il sistema HACCP; Physical Security & Remote Working; Email & Social Engineering; Cloud & Internet Security; I metalli negli alimenti. Novità e approfondimenti. Reg. UE 2023/915; Audit e compliance nel food (Approfondimenti su ispezioni preprarazione aziendale e profilo dell'Auditor in IFS versione 8). Dotata di spiccata inclinazione ed interesse per la diagnostica di laboratorio di analisi cliniche, microbiologia clinica.

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