Лейшмания / l iː ʃ ˈ m eɪ n i ə , - ˈ m æ n -/ [1] — паразитическое простейшее , одноклеточный организм рода Leishmania , ответственный за заболевание лейшманиоз . [2] [3] [4] Они распространяются москитами рода Phlebotomus в Старом Свете и рода Lutzomyia в Новом Свете . По меньшей мере 93 вида москитов являются доказанными или вероятными переносчиками во всем мире. [5] Их основными хозяевами являются позвоночные животные ; Лейшмания обычно заражает даманов , псовых , грызунов и людей .
Представители древнего рода лейшманиоподобных паразитов, Paleoleishmania , были обнаружены у окаменелых москитов , относящихся к раннему меловому периоду. [6] Первое письменное упоминание о ярких симптомах кожного лейшманиоза появилось в Палеотропах в восточных текстах, датируемых VII веком до нашей эры (предположительно переписанных из источников на несколько сотен лет старше, между 1500 и 2000 годами до нашей эры [7] ). Из-за своей широкой и устойчивой распространенности на протяжении всей античности как загадочного заболевания с разнообразными симптоматическими исходами, лейшманиозу давали различные названия - от «белой проказы» до « черной лихорадки ». Некоторые из этих названий предполагают связь с негативными культурными верованиями или мифологией, которые до сих пор способствуют социальной стигматизации лейшманиоза. [8]
В Индии как кожный, так и висцеральный лейшманиоз вызывается Leishmania donovani . [9] [10] Первые записи о кожном лейшманиозе в Индии были сделаны британскими медицинскими работниками в начале 19 века. К тому времени эта болезнь была известна как «восточная язва» или «Делийский фурункул»; [11] в то время как висцеральную форму по-разному называли «лихорадкой Бурдвана [в честь города Бурдван ]», « кала азар» (черная лихорадка) или «лихорадкой Думдум [ города в Западной Бенгалии]». [12]
Возбудитель заболевания был идентифицирован в 1901 году Уильямом Бугом Лейшманом и Чарльзом Донованом . Они независимо друг от друга визуализировали микроскопических одноклеточных паразитов (позже названных тельцами Лейшмана-Донована), живущих в клетках инфицированных органов человека. Род паразитов позже будет классифицирован как трипаносоматидные простейшие под филогенетическим обозначением Leishmania donovani . С тех пор несколько видов были классифицированы и сгруппированы в два основных подрода, а именно Leishmania Viannia (обычно расположенные в Неотропах ) или Leishmania Leishmania (обычно расположенные в Палеотропах , за основным исключением подгруппы L. mexicana ). [13]
В настоящее время лейшманией страдают 6 миллионов человек в 98 странах. Ежегодно происходит около 0,9–1,6 миллиона новых случаев, и известно, что 21 вид вызывает заболевание у человека: это считается зоонозом .
Виды Leishmania представляют собой одноклеточные эукариоты , имеющие четко выраженное ядро и другие клеточные органеллы, включая кинетопласты и жгутики . В зависимости от стадии жизненного цикла они существуют в двух структурных вариантах: [14] [15]
Детали эволюции этого рода обсуждаются, но Leishmania, по-видимому, произошла от предковой линии трипаносом. Самая старая линия — это линия Bodonidae, за которой следует Trypanosoma brucei , причем последняя обитает на африканском континенте. Группы Trypanosoma cruzi с трипаносомами летучих мышей, южноамериканских млекопитающих и кенгуру предполагают происхождение из Южного полушария. Эти клады имеют лишь отдаленное родство.
Остальные клады этого дерева — Blastocrithidia , Herpetomonas и Phytomonas . Четыре рода Leptomonas , Crithidia , Leishmania и Endotrypanum образуют конечные ветви, что позволяет предположить относительно недавнее происхождение. Некоторые из этих родов могут быть полифилетическими и нуждаться в дальнейшем разделении. [16]
Происхождение самого рода Leishmania неясно. [17] [18] Одна теория предполагает африканское происхождение с миграцией в Америку. Другой предполагает миграцию из Америки в Старый Свет через сухопутный мост через Берингов пролив около 15 миллионов лет назад. Третья теория предполагает палеарктическое происхождение. [19] Такие миграции повлекут за собой последующую миграцию переносчика и резервуара или последовательные адаптации на этом пути. Более поздней миграцией является миграция L. infantum из стран Средиземноморья в Латинскую Америку (известная как L. chagasi ), после европейской колонизации Нового Света , где паразиты подхватили своих нынешних переносчиков Нового Света в своих соответствующих экосистемах. [20] Это причина нынешних эпидемий. Одна из недавних эпидемий Нового Света касается гончих в США. [21]
Хотя предполагалось, что Leishmania могла возникнуть в Неотропиках , [22] это, вероятно, верно для видов, принадлежащих к подродам Viannia и Endotrypanum . Однако есть данные, что первичная эволюция подродов Leishmania и Sauroleishmania происходит в Старом Свете. В то время как виды Mundinia кажутся более универсальными в своей эволюции. Одна из теорий состоит в том, что разные линии были географически изолированы в разные периоды, и именно это привело к эволюционному мозаицизму. Но нет сомнения, что Leishmaniinae — монофилетическая группа.
Большой анализ данных показывает, что лейшмания возникла 90–100 миллионов лет назад в Гондване . [23] Виды, заражающие рептилий, произошли от клад млекопитающих.
Виды Sauroleishmania первоначально были определены на основании того, что они заражают рептилий ( ящериц ), а не млекопитающих . На основании молекулярных данных они были переведены в статус подрода в составе Leishmania . Этот подрод, вероятно, произошел от группы, первоначально заразившей млекопитающих. [24]
В этом роде признано 53 вида. Статус некоторых из них оспаривается, поэтому окончательное число может отличаться. По меньшей мере 20 видов заражают человека. Чтобы еще больше усложнить ситуацию, можно использовать гибриды , как сообщалось в Бразилии о гибриде Leishmania (V.) Guyanensis и Leishmania (V.) shawi shawi . [25]
Род в настоящее время разделен на 4 подрода: Leishmania , Sauroleishmania , Mundinia и Viannia . Разделение на два подрода ( Leishmania и Viannia ) было сделано Лэйнсоном и Шоу в 1987 году на основании их расположения в кишечнике насекомых. Виды подрода Viannia развиваются в задней кишке: L. (V.) braziliensis был предложен в качестве типового вида для этого подрода. Это разделение было подтверждено всеми последующими исследованиями. Шоу, Камарго и Тейшейра создали подрод Mundinia при пересмотре Leishmaniinae в 2016 году. [26]
Endotrypanum тесно связан с Leishmania . Некоторые виды Endotypanum уникальны тем, что заражают эритроциты своих хозяев (ленивцев). Все виды приурочены к Центральной и Южной Америке. [27] Инфекция E. colombiensis была обнаружена у человека.
Первоначально Sauroleishmania была описана Ранкеном в 1973 году как отдельный род, но молекулярные исследования показывают, что на самом деле это подрод, а не отдельный род.
Предложенное в 2000 году разделение Leishmania на группы Euleishmania и Paraleishmania подчеркнуло глубокую филогенетическую дистанцию между паразитами, некоторые из которых были названы видами Leishmania . [28] В состав Euleishmania вошли виды, которые в настоящее время отнесены к подродам Leishmania , Sauroleishmania , Mundinia и Viannia . В состав предложенных Paraleishmania вошли виды Endotypanum, Leishmamnia — L. colomubensis , L.herreri , L.hertigi , а также L. deanei и L. equatorensis . В недавнем пересмотре этим видам был присвоен другой родовой статус.
В настоящее время признаны четыре подрода Leishmania — Leishmania , Sauroleishmania , Viannia и Mundinia ( комплекс L. enriettii ). Род Endotrypanum и Porcisia относятся к Paraleishmania .
Существует четыре вида Mundinia — L. (Mundinia) enriettii , L. (Mundinia) martiniquensis , L. (Mundinia) macropodum и L. (Mundinia) orientalis, который встречается в Таиланде. [29]
Особый статус L. Archibaldi не установлен, но он тесно связан с L. donovani .
L. herreri принадлежит скорее к роду Endotypanum , чем к Leishmania .
L. donovani и L. infantum тесно связаны.
Селенофермент Seltryp, по-видимому, уникален для этого отряда. [30] Он был исключен из подрода Viannia .
L. deanei и L. hertigi , которые заражают дикобразов, были перенесены в род Porcisia.
Подрод Leishmania Ross, 1903 по Сафьяновой, 1982.
Подрод Mundinia Shaw, Camargo и Teixeira 2016 г.
Подрод Sauroleishmania Ranque, 1973 по Сафьяновой, 1982.
↑ Вид, описанный как Sauroleishmania . Их развитие отличается от других представителей подрода, поэтому их таксономическое положение сомнительно.
Подрод Viannia Lainson & Shaw, 1987 г.
Отношения между Leishmania и другими родами, такими как Endotrypanum , Novymonas , Porcisia и Zelonia , в настоящее время неясны, поскольку они тесно связаны. [32] [13] Endotrypanum colombiensis , часто известный как Leishmania colombiensis, был связан как с кожным, так и с висцеральным лейшманиозом в Венесуэле. [33]
Род Эндотрипанум.
Род Novymonas Костыгов и Юрченко 2016 г.
Род Porcisia Shaw, Камарго и Тейшейра, 2016 г.
Род Зелония Шоу, Камарго и Тейшейра, 2016 г.
Биохимия и клеточная биология Leishmania аналогичны таковым у других кинетопластид . У них общие основные морфологические особенности: один жгутик с впячиванием - жгутиковым карманом - в основании; кинетопласт , который находится в одной митохондрии ; и субпеликулярный массив микротрубочек, которые составляют основную часть цитоскелета .
Leishmania имеет липофосфогликановую оболочку на внешней стороне клетки. Липофосфогликан является триггером toll-подобного рецептора 2 , сигнального рецептора, участвующего в запуске врожденного иммунного ответа у млекопитающих.
Точная структура липофосфогликана варьируется в зависимости от вида и стадии жизненного цикла паразита. Гликановый компонент особенно изменчив, и различные варианты липофосфогликанов можно использовать в качестве молекулярного маркера на разных стадиях жизненного цикла. Лектины , группа белков , которые связывают различные гликаны, часто используются для обнаружения этих вариантов липофосфогликанов. Например, агглютинин арахиса связывает особый липофосфогликан, обнаруженный на поверхности инфекционной формы L. major .
Липофосфогликан используется паразитом для обеспечения его выживания в хозяине, а механизмы, с помощью которых паразит делает это, сосредоточены вокруг модуляции иммунного ответа хозяина. Это жизненно важно, поскольку паразиты Leishmania живут внутри макрофагов и необходимо не допускать их уничтожения макрофагами. Липофосфогликан играет роль в сопротивлении системе комплемента , ингибировании реакции окислительного взрыва , индукции воспалительной реакции и предотвращении распознавания Т-клетками естественных киллеров , что макрофаги инфицированы паразитом Leishmania .
Чтобы избежать разрушения иммунной системой и процветать, лейшмания «прячется» внутри клеток хозяина. Такое расположение позволяет ему избежать действия гуморального иммунного ответа (поскольку возбудитель безопасно находится внутри клетки и вне открытого кровотока), и, кроме того, оно может препятствовать разрушению иммунной системой хозяина посредством неопасных поверхностных сигналов, которые препятствуют апоптозу . Первичными типами клеток инфильтратов Leishmania являются фагоцитирующие клетки, такие как нейтрофилы и макрофаги . [36]
Обычно фагоцитозная иммунная клетка, такая как макрофаг, поглощает патоген внутри закрытой эндосомы , а затем наполняет эту эндосому ферментами, которые переваривают патоген. Однако в случае с Leishmania эти ферменты не оказывают никакого действия, позволяя паразиту быстро размножаться. Этот неограниченный рост паразитов в конечном итоге подавляет макрофаги хозяина или другие иммунные клетки, вызывая их гибель. [37]
Передаваемые москитами , простейшие паразиты L. major могут переключать стратегию первой иммунной защиты с «поедание/воспаление/убийство» на «поедание/отсутствие воспаления/неуничтожение фагоцита хозяина » и повреждать его ради собственной выгоды. [ нужна цитация ] Они тщательно используют охотно фагоцитирующие полиморфно-ядерные нейтрофильные гранулоциты (ПМН) в качестве хитрого укрытия, где они размножаются , не распознаваемые иммунной системой, и проникают в долгоживущие макрофаги , чтобы установить «скрытую» инфекцию . [ нужна цитата ]
При микробном заражении ПМЯ выходят из кровотока через эндотелиальный слой сосудов к месту инфицированной ткани (кожной ткани после укуса мухи). Они немедленно инициируют первый иммунный ответ и фагоцитируют захватчика, распознавая чужеродные и активирующие поверхности паразита. Активированные ПМН секретируют хемокины , в частности IL-8 , для привлечения дополнительных гранулоцитов и стимуляции фагоцитоза. Кроме того, L. major увеличивает секрецию IL-8 ПМН. Этот механизм наблюдается и при заражении другими облигатными внутриклеточными паразитами . Для подобных микробов существует множество внутриклеточных механизмов выживания. Удивительно, но совместная инъекция апоптотических и жизнеспособных патогенов вызывает гораздо более молниеносное течение заболевания, чем инъекция только жизнеспособных паразитов. Когда противовоспалительный сигнал фосфатидилсерин , обычно обнаруживаемый на апоптотических клетках, оказывается на поверхности мертвых паразитов, L. major выключает окислительный взрыв , тем самым предотвращая уничтожение и деградацию жизнеспособного патогена.
В случае Leishmania потомство не генерируется в ПМЯ, но таким образом оно может выжить и персистировать незапутанным в первичном очаге инфекции. Формы промастигот также высвобождают хемотаксический фактор Leishmania (LCF) для активного рекрутирования нейтрофилов, но не других лейкоцитов , например моноцитов или NK-клеток . В дополнение к этому, при лейшмании блокируется выработка индуцируемого интерфероном гамма (IFNγ) белка 10 (IP10) PMN , что включает в себя прекращение воспалительного и защитного иммунного ответа за счет рекрутирования NK- клеток и Th1 . Патогены остаются жизнеспособными во время фагоцитоза, поскольку их первичные хозяева, PMN, обнаруживают молекулярный паттерн, ассоциированный с апоптотическими клетками (ACAMP), сигнализирующий об отсутствии патогена.
Продолжительность жизни нейтрофильных гранулоцитов довольно коротка. Они циркулируют в кровотоке в течение примерно 6-10 часов после выхода из костного мозга , после чего подвергаются спонтанному апоптозу . Сообщалось, что микробные патогены влияют на клеточный апоптоз различными способами. Очевидно, что за счет ингибирования активации каспазы 3 L. major может вызывать задержку апоптоза нейтрофилов и продлевать их продолжительность жизни как минимум на 2–3 дня. Факт увеличения продолжительности жизни очень благоприятен для развития инфекции, поскольку конечными клетками-хозяевами этих паразитов являются макрофаги, которые обычно мигрируют к местам заражения в течение двух-трех дней. Возбудители не являются дряблыми; вместо этого они берут на себя командование в первичном очаге заражения. Они индуцируют выработку PMN хемокинов MIP-1α и MIP-1β ( воспалительный белок макрофагов ) для рекрутирования макрофагов. [38]
Важным фактором продления инфекции является угнетение адаптивной иммунной системы . Это происходит особенно во время межклеточных фаз, когда амастиготы ищут новые макрофаги для заражения и более восприимчивы к иммунным ответам. Целевыми объектами являются почти все типы фагоцитов . [39] Например, было показано, что минкл является мишенью L. major . Взаимодействие минкла с белком, выделяемым паразитом, приводит к ослаблению иммунного ответа в дендритных клетках . [40]
Чтобы сохранить целостность окружающей ткани от токсичных клеточных компонентов и протеолитических ферментов , содержащихся в нейтрофилах, апоптотические ПМЯ бесшумно очищаются макрофагами. Умирающие ПМЯ обнажают сигнал фосфатидилсерин «съешь меня» , который переносится на внешний листок плазматической мембраны во время апоптоза. Благодаря отсроченному апоптозу паразиты, персистирующие в ПМЯ, поглощаются макрофагами, используя абсолютно физиологический и невоспалительный процесс. Стратегия такого «тихого фагоцитоза» имеет для паразита следующие преимущества:
Однако исследования показали, что это маловероятно, поскольку видно, что патогены покидают апотопные клетки, и нет никаких доказательств захвата макрофагов этим методом.
Важным аспектом простейших Leishmania является гликоконъюгатный слой липофосфогликана (LPG). Он удерживается вместе с помощью фосфоинозитидного мембранного якоря и имеет трехчастную структуру, состоящую из липидного домена, нейтрального гексасахарида и фосфорилированной галактозо-маннозы с окончанием в нейтральном конце. Эти паразиты не только развивают постфлеботомное пищеварение, но также считается, что оно необходимо для окислительных всплесков, что обеспечивает проход инфекции. Характеристики внутриклеточного пищеварения включают слияние эндосомы с лизосомой , высвобождение кислых гидролаз , которые разрушают ДНК , РНК , белки и углеводы .
Геномы четырех видов Leishmania ( L. major , L. infantum , L. donovani и L. braziliensis ) были секвенированы, в результате чего было выявлено более 8300 кодирующих белок и 900 генов РНК . Почти 40% генов, кодирующих белки, относятся к 662 семействам, содержащим от двух до 500 членов. Большинство меньших семейств генов представляют собой тандемные массивы из одного-трех генов, в то время как более крупные семейства генов часто рассредоточены в тандемных массивах в разных локусах по всему геному . Каждая из 35 или 36 хромосом организована в небольшое количество кластеров генов, состоящих из десятков или сотен генов на одной и той же цепи ДНК. Эти кластеры могут быть организованы по принципу «голова к голове» (дивергентная) или «хвост к хвосту» (конвергентная), причем последние часто разделены генами тРНК , рРНК и/или мяРНК . Транскрипция генов, кодирующих белок, начинается двунаправленно в дивергентных областях переключения цепи между кластерами генов и распространяется полицистронно через каждый кластер генов, а затем заканчивается в области переключения цепи, разделяющей конвергентные кластеры. Теломеры Leishmania обычно относительно небольшие и состоят из нескольких типов повторяющихся последовательностей. Можно найти доказательства рекомбинации между несколькими различными группами теломер. Геномы L. major и L. infantum содержат всего около 50 копий неактивных дегенерированных Ingi /L1Tc-родственных элементов (DIRE), тогда как L. braziliensis также содержит несколько связанных с теломерами мобильных элементов и сплайсированных ретроэлементов, связанных с лидером. Геномы Leishmania имеют общий консервативный основной протеом, состоящий из около 6200 генов, с родственными трипаносоматидами Trypanosoma brucei и Trypanosoma cruzi , но известно около 1000 специфичных для Leishmania генов, которые в основном распределены по геному случайным образом. Между тремя секвенированными геномами Leishmania существует относительно мало (около 200) видоспецифичных различий в содержании генов , но около 8% генов, по-видимому, развиваются с разной скоростью между тремя видами, что указывает на различное селективное давление, которое может быть связано с патология заболевания. Около 65% генов, кодирующих белки, в настоящее время не имеют функционального назначения. [3]
Виды Leishmania производят несколько различных белков теплового шока . К ним относятся Hsp83, гомолог Hsp90 . Регуляторный элемент в 3'-UTR Hsp83 контролирует трансляцию Hsp83 термочувствительным образом. Эта область образует стабильную структуру РНК , которая плавится при более высоких температурах. [41]
У Leishmania отсутствует промотор-зависимая регуляция, поэтому ее геномная регуляция осуществляется на посттранскрипционном уровне посредством вариаций числа копий (CNV) транскриптов - механизма, способного контролировать количество этих транскриптов в зависимости от ситуации, в которой оказывается организм. Эти процессы вызывают большую восприимчивость паразита к геномной нестабильности. Это включает в себя эпистатические взаимодействия между генами, которые приводят к этим изменениям в экспрессии генов, что приводит к компенсаторным механизмам в геноме Leishmania , которые приводят к адаптивной эволюции паразита. В ходе исследования, проведенного Джованни Буссотти и его сотрудниками в Институте Пастера при Парижском университете, полногеномное исследование ассоциаций ( GWAS ) Leishmania donovani выявило CNV в 14% кодирующих областей и в 4% некодирующих областей. -кодирование регионов. Кроме того, было проведено экспериментальное эволюционное исследование (EE Approach) на амастиготах L. donovani, полученных из клинических случаев хомяков. Извлекая эти амастиготы из инфицированных организмов и культивируя их in vitro в течение 36 недель (3800 поколений), было продемонстрировано, как нестабильность генома этого паразита способна адаптироваться к сложным ситуациям, таким как культура in vitro. Делеция размером 11 КБ была обнаружена в гене, кодирующем Ld1S_360735700, NIMA-родственную киназу с ключевыми функциями в правильном развитии митоза. С развитием поколений культуры in vitro потеря киназы становится все более известной, что снижает скорость роста паразита, но геномная нестабильность Leishmania позволяет посредством компенсаторных механизмов ослабить это снижение роста, так что культура in vitro сохраняется. . Во-первых, в качестве адаптации культуры к потере этой киназы было обнаружено увеличение экспрессии другой ортологичной киназы (Ld1S_360735800), кодирующая область которой примыкает к кодирующей области потерянной киназы. Во-вторых, наблюдалось снижение экспрессии 23 транскриптов, связанных с биогенезом жгутиков . Так адаптация у Leishmania приводит к тому, что паразит устраняет движение жгутиков из своих нужд, поскольку в культуре in vitro оно не является необходимым, сохраняя затраченную на это движение энергию для увеличения скорости роста и компенсации потери киназы. Наконец, коамплификация кластеров рибосомальных белков, рибосомальной РНК (рРНК), транспортной РНК (тРНК) и ядрышковой малой РНК.(snoRNA). Повышенная экспрессия этих кластеров приводит к усилению рибосомального биогенеза и биосинтеза белка. Наиболее очевидно это в случае малых ядрышковых РНК (мякРНК), для которых на хромосоме 33 наблюдалась амплификация большого кластера из 15 мякРНК. Функция этих нуклеиновых кислот — метилирование и включение псевдоуридина в рибосомы. При этом усиление этих модификаций наблюдалось в крупных субъединицах рибосом индивидуумов в культуре, в частности в ПТК ( пептидилтрансферазном центре) и в туннеле входа мРНК в рибосому для синтеза белка. Эти изменения приводят к усилению биогенеза рибосом, что приводит к увеличению синтеза белка и скорости роста. В заключение, потеря киназы компенсируется геномной нестабильностью Leishmania donovani за счет увеличения экспрессии другой ортологичной киназы, снижения жгутикового биогенеза и увеличения рибосомального биогенеза. Эти компенсации приводят к тому, что первоначальная потеря киназы в минимальной степени влияет на скорость роста культуры, и паразит прекрасно адаптируется к культуре in vitro, которая не является его естественной средой обитания.[42]
Репродуктивная система микробного возбудителя является одним из основных биологических процессов, обуславливающих экологию микроорганизма и распространение болезней. [43] В 2009 г. Акопьянц и др. [44] продемонстрировали, что у L. major имеется половой цикл, включающий мейотический процесс. Формируется гибридное потомство, имеющее полный геномный набор от обоих родителей. Спаривание происходит только у переносчиков москитов , а гибриды могут передаваться хозяину-млекопитающему через укус москитов. У L. braziliensis спаривания в природе происходят преимущественно между родственными особями, что приводит к крайнему инбридингу. [45] Скорость ауткроссинга между различными штаммами Leishmania среди переносчиков москитов зависит от частоты коинфекции. Такие случаи ауткроссинга, по-видимому, редки у L. major [44] и L. donovani . [46]
L. infantum продуцирует белки BRCA1 и RAD51, которые взаимодействуют друг с другом, способствуя гомологичной рекомбинационной репарации. [47] Эти белки играют ключевую роль в мейозе. Таким образом, мейотические события обеспечивают адаптивное преимущество эффективной рекомбинационной репарации повреждений ДНК, даже если они не приводят к ауткроссингу [48].
{{cite book}}
: |author=
имеет общее имя ( справка )CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: |author=
имеет общее имя ( справка )CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )