Giardia lamblia, unul dintre cei mai comuni paraziți umani din Statele Unite, provoacă peste 20.000 de infecții intestinale pe an, adesea prin contactul cu apă potabilă sau de înot contaminată. În numărul din 28 septembrie al Science, o echipă internațională condusă de cercetători de la MBL (Marine Biological Laboratory) descrie genomul complet (secvența genetică) a Giardiei, care ar putea duce la dezvoltarea de noi medicamente pentru combaterea acestei infecții persistente, numită giardioză.

giardia

"Chiar dacă există tratamente disponibile acum, o serie de persoane suferă de giardioză cronică, care este dificil de eliminat. Deci, există interes pentru noi tratamente", spune Hilary Morrison, Ph.D., al Centrului pentru comparare Josephine Bay Paul MBL. Molecular Biology and Evolution, primul autor al lucrării.

Parazitul Giardia trăiește în intestinul uman într-o formă de înot și hrănire numită trofozoit, care este în cele din urmă expulzat prin scaune. În afara corpului, Giardia ia forma unui chist extrem de infecțios care poate trăi săptămâni întregi în apă, sol, alimente sau pe alte suprafețe.

Giardiaza este cea mai frecventă în rândul copiilor, în special a celor care sunt expuși la schimbarea scutecului. Înotătorii, excursioniștii, camperii și alții care beau apă netratată sunt, de asemenea, predispuși la infecție (de aici și porecla „boala rucsacului” sau „febra castorului”), la fel ca călătorii internaționali. Simptomele frecvente includ diaree, greață, crampe stomacale și gaze și persistă de obicei două până la șase săptămâni. Deoarece parazitul se agață de celulele intestinale care absorb grăsimile și nutrienții, giardioza poate duce la complicații severe, cum ar fi absorbția slabă a nutrienților și pierderea în greutate.

Giardia își petrece o fază a ciclului său de viață în mediu și cealaltă în intestinul unui animal sau animal sălbatic infectat. Pentru a menține această dublă existență, parazitul are două forme microscopice radical diferite.

În apă, Giardia există ca un chist rezistent, foarte infecțios, care poate supraviețui luni întregi, chiar și în apă dulce lipsită de toți nutrienții. În intestin, Giardia există într-o formă de înot și hrănire cunoscută sub numele de trofozoit.

Trezirea chistului latent are loc rapid după ce cineva înghite apă sau alimente contaminate. După ce chisturile întâlnesc sucurile calde acide din stomac, acestea se transformă în trofozoite. În aproximativ două ore, acești trofozoizi vor înota în intestine.

Spre deosebire de mulți alți paraziți, trofozoizii nu invadează țesuturile sau celulele. În schimb, ele se atașează pur și simplu de celule, beau în substanțe nutritive și se înmulțesc. Parazitul evită sistemul imunitar și persistă în intestin prin mutarea proteinelor pe care le afișează pe suprafețele sale.

Medicamentele existente pot trata în mod eficient persoanele cu infecții cu Giardia, boala cunoscută sub numele de giardioză, dar majoritatea infecțiilor se rezolvă de la sine. Când trofozoizii se detașează de peretele intestinal, pot înota și se pot atașa la celule intestinale noi sau pot trece în tractul digestiv și în intestine, se transformă înapoi în chisturi și pot fi trecuți prin scaune.

"Deși nu pune viața în pericol, Giardia este un parazit destul de fastidios și destul de important din punct de vedere economic la nivel mondial și în Statele Unite, unde constituie o cauză majoră a bolii diareice la copiii din grădinițe", spune Mitchell Sogin, Ph.D., director al Centrului Josephine Bay Paul și lider al studiului Giardia.

Analiza genomului Giardia a relevat mai multe proteine ​​neobișnuite, care sunt ținte promițătoare pentru medicamente, spune Morrison. „Aceste proteine ​​sunt suficient de diferite de proteinele umane încât, dacă le afectați cu un medicament, nu le va afecta pe omologii umani”, spune ea. Pot fi concepute medicamente care să interfereze cu capacitatea parazitului de a se replica, de a se mișca sau de a se lega în intestinul subțire sau de a exista deloc.

Istoria evolutivă

Echipa a investigat, de asemenea, istoria evolutivă a acestui parazit antic. Giardia este un eucariot unicelular, ceea ce înseamnă că celula sa are un nucleu, la fel ca celulele oamenilor și cele mai multe alte organisme multicelulare. Dar genomul Giardia este compact în comparație cu alte eucariote, cu mașini simplificate pentru mai multe procese de bază, cum ar fi replicarea ADN și procesarea ARN.

Dacă genomul Giardia ar fi fost inițial complex și ar fi suferit pierderi de gene în timpul evoluției, spune Morrison, ne-am aștepta să vedem părți ale utilajului intacte și părți lipsă. Totuși, acest lucru nu a fost cazul. „Se pare că genomul a fost mai simplu pentru început”, spune ea. Autorii fac ipoteza că Giardia a diferit de alte eucariote în urmă cu mai bine de un miliard de ani.

„Ne-am angajat în acest proiect al genomului datorită importanței sale pentru sănătatea umană și a sugestiilor din analizele moleculare anterioare că Giardia reprezintă o descendență foarte devreme în istoria evoluției eucariotelor”, spune Sogin. „Conținutul și arhitectura genomului Giardia susțin aceste teorii despre caracterul ancestral al parazitului”.

Organismele eucariote sunt atât de diverse încât includ de la amibă la om. Dar chiar și într-o gamă atât de largă, Giardia este neobișnuită. În forma sa de trofozoit, are două nuclee în loc de cel mai obișnuit. Când devine chist, își înmulțește materialul genetic în patru nuclee identice. Dar, în ciuda faptului că are aceste copii multiple ale nucleilor săi, Giardia este într-adevăr un minimalist genetic. Are mai puține și mai simple componente genetice decât majoritatea celorlalte eucariote.

De ce? Potrivit unei teorii, Giardia este simplă, deoarece a pierdut complexitatea: presiunea evolutivă favorizează paraziții care elimină genele care codifică funcțiile pe care le pot împrumuta de la gazdele lor infectate. O teorie alternativă susține că parazitul ar fi putut fi întotdeauna simplu deoarece a divergat de alte organisme eucariote în urmă cu mai mult de un miliard de ani, cu mult înainte de apariția complexelor eucariote moderne.

Hilary Morrison, Ph.D., și Mitchell Sogin, Ph.D., de la MBL, care a condus studiul, spun că descoperirile lor susțin această din urmă teorie. O analiză atentă a genomului relevă faptul că mecanismele moleculare ale Giardiei - chiar și pentru cele mai elementare procese de obicei împărtășite de alte eucariote - sunt simple prin comparație. Acest lucru sugerează că a fost întotdeauna așa. Nișa sa parazitară i-a permis să își mențină structura genetică simplă timp de miliarde de ani - cu mult înainte de a începe să apară la centrele de zi.

O altă constatare importantă, spune Sogin, este că genele care permit Giardiei să se sustragă de răspunsul imun al omului sunt organizate diferit decât în ​​alți paraziți. În intestinul gazdă, Giardia evită un atac al sistemului imunitar prin mutarea proteinelor pe care le afișează pe suprafețele sale. Genele acestor proteine ​​de suprafață sunt împrăștiate în genomul Giardia, mai degrabă decât găsite în grupuri, ca și în alți paraziți.

Împreună cu doctorii. Morrison, Sogin și colegii lor MBL, colaboratori la proiect au inclus cercetători de la Universitatea din California, San Diego; Universitatea din Texas la El Paso, Universitatea din Arizona College of Medicine; Universitatea din Illinois la Urbana - Champaign; Universitatea Uppsala din Suedia, Universitatea din Zürich; Universitatea din Boston Școala de Medicină Dentară Goldman; Institutul suedez pentru controlul bolilor infecțioase; Institutul Salk pentru Studii Biologice; și Universitatea din Pennsylvania.

Cercetarea a fost finanțată de Institutul Național de Alergii și Boli Infecțioase (NIAID), unul dintre Institutele Naționale de Sănătate (NIH).