Trypanosoma cruzi

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Caratteristiche

Trypanosoma cruzi è un protozoo parassita flagellato responsabile della tripanosomiasi americana o malattia di Chagas. Il nome della patologia deriva dal batteriologo e igienista brasiliano Carlos Justiniano Ribeiro Chagas, che descrisse il ciclo biologico del microorganismo ai primi del 900. In quel periodo egli stava lavorando sulla malaria e sospettava che gli insetti infestanti le abitazioni rurali locali (le cimici Triatomine) trasmettessero la malattia. Dissezionando queste cimici, lo scienziato scoprì dei parassiti flagellati mobili nel tratto gastrointestinale. La denominazione della specie del parassita proviene dal mentore di Carlos, il professore Oswaldo Gonçalves Cruz.

A livello morfologico, T. cruzi, ma anche gli altri tripanosomi, è formato da una sola cellula eucariote (organismo unicellulare) dalla sagoma fusiforme e appuntita nella zona anteriore (Fig. 1). Il citoplasma è granuloso e, tra i multipli organuli che include, ce ne sono due che, al microscopio ottico, appaiono come due masse cromatiche, ovvero il nucleo e il cinetoplasto (un organulo contenente DNA organizzato in minicerchi e maxicerchi, che comprende il 30% del genoma del microorganismo). Il primo, che è di maggiori dimensioni, si colloca nella posizione centrale, mentre il secondo si trova all’estremità posteriore; da esso parte un flagello che attraversa l’intero corpo (Fig. 1A e 1B). Questa è la forma specifica dei parassiti che circolano nel sangue (tripomastigoti), ma nel momento in cui entrano negli organi e nel vettore (insetti ematofagi del genere Triatoma, Rodnius e Panstrongylus) (Fig. 2), assumono altre conformazioni di cui discuteremo più avanti.

Figura 1 – T. cruzi in uno striscio di sangue colorato con Giemsa, che mette in evidenza il nucleo e il cinetoplasto (A e B), e una raffigurazione del parassita con i vari organuli (C)
Figura 1 – T. cruzi in uno striscio di sangue colorato con Giemsa, che mette in evidenza il nucleo e il cinetoplasto (A e B), e una raffigurazione del parassita con i vari organuli (C) [www.cdc.gov / web.stanford.edu]
Figura 2 – Triatomina, vettore del T. cruzi
Figura 2 – Triatomina, vettore del T. cruzi [scienze.fanpage.it / imgur.com]

Il morbo di Chagas è endemico in 21 nazioni dell’America Centrale e Meridionale, in particolare Argentina, Brasile, Bolivia e Messico (Fig. 3). A causa dell’immigrazione, sono stati documentati dei casi anche nelle aree più a Sud degli Stati Uniti d’America, come California e Texas, e in alcuni paesi europei, come Italia, Francia e Spagna. Bisogna sottolineare che la malattia di Chagas raffigura la terza patologia parassitaria più assidua al mondo che colpisce un numero approssimativo di 30.000 persone e causa 12.000 decessi all’anno. In aggiunta a ciò, è una zoonosi, ovvero il parassita risiede in vari animali vertebrati che fungono da serbatoi (armadilli, scimmie, opossum, pipistrelli, procioni, cani, gatti, topi e ratti), e accidentalmente può infettare l’essere umano in seguito alla puntura dell’insetto vettore o all’ingestione di cibo e bevande a base di canna da zucchero contaminate dalle feci dell’insetto.

Figura 3 – Distribuzione del morbo di Chagas
Figura 3 – Distribuzione del morbo di Chagas [Leandro S. Sangenito et al., 2020]

Filogenesi

Dominio                              Eukaryota

Regno                                  Protisti

Phylum                                Euglenozoa

Classe                                  Kinetoplastea

Ordine                                 Trypanosomatida

Famiglia                               Trypanosomatidae

Genere                                 Trypanosoma

Specie                                  T. cruzi

Ciclo vitale e patogenesi

Il ciclo biologico di T. cruzi parte nel momento in cui la Triatomina punge un organismo ospite (l’essere umano in questo caso); mentre succhia il sangue, deposita le feci in cui sono presenti i parassiti aventi la conformazione di tripomastigoti metaciclici (la forma infettante), provenienti da un’infezione precedente. Questi possono immettersi nell’organismo tramite la microscopica ferita lasciata dall’insetto, oppure accedere attraverso le mucose (dal naso, dalla bocca o dagli occhi).

Una volta che i tripomastigoti sono entrati nell’ospite, invadono i macrofagi e le cellule dendritiche che si trovano vicino al sito di inoculazione; all’interno di queste cellule, si differenziano in amastigoti (Fig. 4B e 4D), che sono privi del flagello, si riproducono mediante scissione binaria e si infiltrano nelle cellule adipose e muscolari prossime alla zona di penetrazione. In questo punto si genera un nodulo eritematoso, detto chagoma, che, se è collocato a livello della congiuntiva, causa un edema perioculare e palpebrale con congiuntivite (segno di Romaña) (Fig. 5). Quando le cellule parassitate si lisano, liberano gli amastigoti neoformati, i quali si trasformano in tripomastigoti (Fig. 4A e 4D), forme non replicanti dotate di due strutture locomotrici, il flagello e la membrana ondulante; attraverso il circolo ematico, questi possono insinuarsi in qualsiasi cellula, anche se privilegiano quelle del sistema reticolo-endoteliale, muscolari striate (specialmente del miocardio) e quelle del sistema nervoso. In esse si convertono in amastigoti e si moltiplicano.

Quando un individuo infetto viene punto di nuovo da una Triatomina, questa ingerisce i tripomastigoti presenti nel torrente sanguigno. Questi, nell’intestino dell’insetto vettore, proliferano, si differenziano prima in epimastigoti (Fig. 4C e 4D) e dopo in tripomastigoti metaciclici.

Figura 4 – Forme del T. cruzi durante il ciclo. A) Tripomastigoti in uno striscio di sangue colorato con Giemsa; B) Amastigoti in una biopsia di tessuto cardiaco colorata con Ematossilina-Eosina; C) Epimastigoti provenienti da una coltura colorati con Giemsa; D) Raffigurazione schematica delle tre forme
Figura 4 – Forme di T. cruzi durante il ciclo. A) Tripomastigoti in uno striscio di sangue colorato con Giemsa; B) Amastigoti in una biopsia di tessuto cardiaco colorata con Ematossilina-Eosina; C) Epimastigoti provenienti da una coltura colorati con Giemsa; D) Raffigurazione schematica delle tre forme [www.cdc.gov / kdna.net]
Figura 5 – Edema bipalpebrale nel sito di inoculazione dei tripomastigoti
Figura 5 – Edema bipalpebrale nel sito di inoculazione dei tripomastigoti [www.reddit.com]

La malattia di Chagas è contraddistinta da tre fasi:

  • Acuta, durante la quale il numero di tripanosomi nel sangue periferico è più elevata. Spesso negli adulti è asintomatica, mentre nei bambini, dopo una o due settimane dall’esposizione, possono insorgere sintomi come febbre, malessere, linfadenopatia, epatomegalia, splenomegalia, mialgie e miocarditi. Il decesso avviene in una minima percentuale di individui, ed è dovuto a miocardite acuta con insufficienza cardiaca o meningoencefalite. Una categoria di pazienti in cui la patologia è fatale sono gli immunodepressi (come i malati di AIDS), nei quali compaiono lesioni cutanee e, di rado, lesioni cerebrali con rinforzo ad anello;
  • Indeterminata cronica, in cui non si verificano manifestazioni evidenti e non ci sono prove di compromissione del cuore o del tratto gastroenterico determinabili mediante elettrocardiografia, ecocardiogramma o radiografia toracica. Gran parte degli individui infetti vengono identificati in seguito al dosaggio degli anticorpi con test immunoenzimatici quando donano il sangue. Questa fase, che raffigura il periodo di latenza dopo la fase acuta, può rimanere asintomatica o evolvere verso la malattia cronica;
  • Cronica, che insorge nel 20-30% delle persone dopo la fase cronica indeterminata, che può protrarsi per anni o addirittura decenni. In questa fase i parassiti possono indurre dei fenomeni di autoimmunità, che contribuiscono al danno degli organi. Gli esiti primari sono la cardiomiopatia e la malattia del tratto gastrointestinale. La prima si presenta con dilatazione flaccida degli atri e dei ventricoli, aneurismi apicali e aumento delle lesioni nel sistema di conduzione (le conseguenze sono scompenso cardiaco, sincope, morte improvvisa legata al blocco cardiaco di conduzione, ad aritmia ventricolare o a tromboembolia). La seconda è distinta da sintomi che ricordano l’acalasia (perdita della peristalsi dell’esofago e mancato rilascio dello sfintere esofageo inferiore, che portano alla formazione del megaesofago) o la malattia di Hirchsprung (dovuta all’ostruzione della parte finale dell’intestino crasso, con conseguente megacolon). Il megaesofago di Chagas ha come sintomo primario la disfagia, e può provocare polmoniti dovuti all’ingresso di sostanze estranee nell’albero bronchiale o a forme severe di malnutrizione. Il megacolon, invece, comporta periodi prolungati di costipazione e volvolo intestinale (torsione anomala di un’ansa intestinale).

Oltre che attraverso gli insetti vettori, gli alimenti e le bevande contaminate, il morbo di Chagas può essere acquisito in seguito a trasfusioni o trapianti d’organo provenienti da donatori infetti, e mediante trasmissione verticale dalla madre al feto. In questo caso il neonato è sottopeso, manifesta miocardite ed alterazioni neurologiche, e sovente muore poco dopo la nascita.

Figura 6 – Ciclo biologico di T. cruzi
Figura 6 – Ciclo biologico di T. cruzi [www.cdc.gov]

Uno sguardo al processo di invasione

In questa parte discuteremo in dettaglio il pathway che i tripomastigoti di T. cruzi adottano per entrare nelle cellule non fagocitiche (cellule muscolari, adipociti), più precisamente il pathway lisosoma-dipendente. I tripomastigoti secernono una proteina che crea dei pori sulla membrana della cellula ospite consentendo l’influsso del calcio extracellulare (Fig. 7A). Ciò comporta il reclutamento dei lisosomi sulla membrana cellulare e la conseguente esocitosi, durante la quale vengono rilasciati molteplici enzimi, tra cui la sfingomielinasi acida, che agisce sulla sfingomielina presente nella membrana generando il ceramide (molecola lipidica composta da una sfingosina e un acido grasso attaccati da un legame carboamminico) sullo strato esterno (Fig. 7B). I microdomini di membrana ricchi di ceramide favoriscono l’internalizzazione dei parassiti, e la membrana dei lisosomi ancorata ai microtubuli fornisce la forza per spingere i parassiti nella cellula (Fig. 7C). A questo punto i tripomastigoti endocitati si trovano all’interno di vacuoli parassitofori ricchi di ceramide che si fondono con i lisosomi comportando la ritenzione dei parassiti nelle cellule (Fig. 7D).

Per quanto concerne l’invasione delle cellule fagocitiche, come i macrofagi, l’ingresso dei parassiti avviene per fagocitosi, mediante la quale i tripomastigoti vengono inclusi in vacuoli parassitofori, dove possono essere uccisi in seguito al rilascio di acido nitrico e del radicale libero perossinitrito.  La maturazione del vacuolo parassitoforo in fagolisosoma è fondamentale per la sopravvivenza dei tripomastigoti e la loro successiva entrata nel citoplasma, dove si verifica il differenziamento in amastogoti e la replicazione.

Figura 7 – Raffigurazione del pathway lisosoma-dipendente per l’invasione delle cellule non fagocitiche
Figura 7 – Raffigurazione del pathway lisosoma-dipendente per l’invasione delle cellule non fagocitiche [Maria Cecilia Fernandes & Norma W. Andrews, 2012]

Metodi di identificazione

Durante la fase acuta dell’infezione, i parassiti possono essere facilmente identificati mediante analisi microscopica su strisci di sangue colorati con Giemsa, in cui spesso i tripomastigoti appaiono falciformi, con il nucleo nella zona centrale, il cinetoplasto  nella regione subterminale e il flagello (Fig. 1A e 1B). Nel caso in cui carica parassitaria fosse bassa, è possibile ricorrere a metodiche che permettono di concentrare i parassiti, tra cui la goccia spessa, la centrifugazione e i tubi capillari all’arancio-acridina.

Nella fase cronica, al contrario, i tripomastigoti nel circolo ematico sono alquanti rari, possono comparire durante i rialzi febbrili. Di conseguenza bisogna ricercarli in altre sedi, come liquido cerebrospinale, linfonodi, biopsie di muscolo cardiaco, aspirati di chagoma e liquido pericardico. Tuttavia, durante questa fase sono più appropriati i test sierologici per la ricerca di anticorpi; tra questi abbiamo l’immunofluorescenza indiretta (IFA) (Fig. 8), il dosaggio immunoenzimatico (EIA) e il saggio immunoassorbente legato all’enzima (ELISA). Anche se sono metodi altamente sensibili, sono poco specifici e possono dare falsi positivi in individui affetti da altre tripanosomiasi, come la leishmaniosi; per tale ragione è necessario eseguirne almeno due, e se danno risultati discrepanti, occorre confermarli mediante Western blot.

Figura 8 – IFA positiva per gli antigeni di T. cruzi [www.cdc.gov]

Nei casi in cui si sospetta la malattia trasmessa da madre a figlio, per trasfusione di sangue, trapianto di un organo o contatto accidentale in laboratorio, si eseguono test molecolari basati sulla PCR (reazione a catena della DNA polimerasi).

Nelle aree in cui il morbo di Chagas è endemico si adoperava una metodica chiamata xenodiagnosi, che si esegue in questo modo: un paziente sospetto di essere affetto da tripanosomiasi americana viene fatto pungere da una Triatomina allevata in laboratorio. Trascorso un periodo di due settimane, la Triatomina viene dissezionata e si esamina il contenuto intestinale, al fine di scovare gli epimastigoti. Al giorno d’oggi questa tecnica è sostituita dai saggi molecolari.

Terapia e profilassi

La cura della malattia di Chagas si fonda prevalentemente sull’impiego di due farmaci, ossia il Benznidazolo e il Nifurtimox, e sulla terapia di supporto. Quest’ultima comprende il trattamento dell’insufficienza renale, l’applicazione di un pacemaker per evitare l’arresto cardiaco, la somministrazione di farmaci antiaritmici, l’iniezione della tossina botulinica nello sfintere esofageo inferiore, l’induzione della dilatazione dell’esofago e la chirurgia del tratto gastrointestinale in caso di megacolon.

Il Benznidazolo e il Nifurtimox si somministrano per via orale, e il loro meccanismo d’azione consiste nella generazione di radicali liberi che interagiscono con il DNA del parassita provocando danni. Entrambi i farmaci non sono esenti da tossicità, che incrementa in maniera proporzionale all’età, infatti negli adulti la tolleranza è minore rispetto ai bambini. Le controindicazioni riguardano malattie gravi renali o epatiche. In caso di morbo di Chagas in gravidanza, la terapia si effettua dopo il parto, e se l’infezione è stata trasmessa al neonato, questi viene curato.

Per quanto concerne la profilassi, bisogna sottolineare che gli insetti vettori risiedono nelle crepe dei muri e nei tetti di paglia delle abitazioni, quindi nelle zone rurali dei paesi in cui la patologia è endemica è opportuno applicare insetticidi nei muri e sui tetti, intonacare le pareti, riparare i tetti e ottimizzare la qualità della vita degli individui esposti. Nelle aree urbane, invece, la prevenzione consta del controllo e dell’eventuale trattamento del sangue dei donatori.

Ulteriori misure di prevenzione includono evitare di bere succo di canna da zucchero fresco (non sottoposto a trattamento decontaminante) e di ingerire alimenti potenzialmente contaminati. Per i viaggiatori che dormono in case di paglia e fango, è necessario l’impiego di zanzariere, dal momento che le Triatomine pungono soprattutto di notte. Per concludere, al fine di scongiurare l’infezione congenita, è utile lo screening delle donne in età fertile e il trattamento prima della gravidanza.

Fonti

  • Cancrini G. 2013. “Parassitologia e tecniche di laboratorio”, Lombardo Editore
  • Dawn M. Walker, Steve Oghumu, Gaurav Gupta, Bradford S. McGwire, Mark E. Drew and Abhay R. Satoskar. 2015. “Mechanisms of cellular invasion by intracellular parasites”, Cell Mol Life Sci
  • Maria Cecilia Fernandes & Norma W. Andrews. 2012. “Host cell invasion by Trypanosoma cruzi: a unique strategy that promotes persistence”, Federation of European Microbiological Societies
  • Leandro S. Sangenito, Marta H. Branquinha and André L. S. Santos. 2020. “Funding for Chagas Disease: A 10-Year (2009–2018) Survey”, Tropical Medicine and Infectious Disease

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