Plasmodium knowlesi — паразит, вызывающий малярию у людей и других приматов. Он встречается по всей Юго-Восточной Азии и является наиболее распространенной причиной малярии у людей в Малайзии . Как и другиевиды Plasmodium , P. knowlesi имеет жизненный цикл, требующий заражения как комара, так и теплокровного хозяина. Хотя естественными теплокровными хозяевами P. knowlesi, вероятно, являются различные обезьяны Старого Света , люди могут быть инфицированы P. knowlesi , если ими питаются инфицированные комары. P. knowlesi — эукариот из типа Apicomplexa , рода Plasmodium и подрода Plasmodium . Он наиболее тесно связан с человеческим паразитом Plasmodium vivax, а также с другими видами Plasmodium , которые заражают нечеловекообразных приматов.
У людей, инфицированных P. knowlesi , может развиться неосложненная или тяжелая малярия, похожая на ту, которую вызывает Plasmodium falciparum . Диагностика инфекции P. knowlesi затруднена, поскольку P. knowlesi очень похож на другие виды, которые инфицируют людей. Лечение похоже на лечение других типов малярии, обычно рекомендуется комбинированная терапия хлорохином или артемизинином . Малярия, вызванная P. knowlesi, является новым заболеванием, которое ранее считалось редким у людей, но все чаще признается серьезным бременем для здравоохранения в Юго-Восточной Азии.
P. knowlesi был впервые описан как отдельный вид и как потенциальная причина человеческой малярии в 1932 году. Он недолго использовался в начале 20-го века для вызывания лихорадки в качестве лечения нейросифилиса . В середине 20-го века P. knowlesi стал популярным как инструмент для изучения биологии плазмодия и использовался для фундаментальных исследований, исследований вакцин и разработки лекарств. P. knowlesi до сих пор используется в качестве лабораторной модели малярии, поскольку он легко заражает модельного примата макаку-резус и может выращиваться в клеточной культуре в крови человека или макаки.
Как и другие паразиты Plasmodium , P. knowlesi имеет жизненный цикл, который требует, чтобы он передавался туда и обратно между хозяевами-млекопитающими и хозяевами-насекомыми. Приматы заражаются через укус инфицированного комара Anopheles , который переносит стадию паразита, называемую спорозоитом, в своих слюнных железах. Спорозоиты следуют по кровотоку в печень примата, где они развиваются и размножаются в течение пяти-шести дней, прежде чем лопнуть, высвобождая тысячи дочерних клеток, называемых мерозоитами, в кровь (в отличие от родственного P. vivax , P. knowlesi не производит латентных гипнозоитов в печени). [1] [2] Мерозоиты в крови прикрепляются к эритроцитам примата и проникают в них . Внутри эритроцита паразит проходит несколько морфологически различимых стадий, называемых кольцевой стадией, трофозоитом и шизонтом. Зараженные шизонтом эритроциты в конечном итоге лопаются, высвобождая до 16 новых мерозоитов в кровоток, которые заражают новые эритроциты и продолжают цикл. [1] [3] P. knowlesi завершает этот цикл эритроцитов каждые 24 часа, что делает его уникально быстрым среди видов Plasmodium , заражающих приматов (которые обычно занимают 48 или 72 часа). [2] Иногда паразиты, которые проникают в эритроциты, вместо этого вступают в половой цикл, развиваясь примерно за 48 часов в отдельные половые формы, называемые микрогаметоцитами или макрогаметоцитами. [1] [3] Эти гаметоциты остаются в крови, чтобы быть проглоченными комарами. [1] [3]
Комар поглощает гаметоциты, когда он получает кровь от зараженного хозяина-примата. Попав в кишечник комара, гаметоциты развиваются в гаметы , а затем сливаются, образуя диплоидную зиготу. [1] Зигота созревает в оокинету , которая мигрирует через стенку кишечника комара и развивается в ооцисту . [ 1] [4] Затем ооциста выпускает тысячи спорозоитов, которые мигрируют через комара в слюнные железы. [1] Весь этот процесс у комара занимает от 12 до 15 дней. [2]
P. knowlesi во многом напоминает другие виды Plasmodium по своей клеточной биологии. Его геном состоит из 23,5 мегабаз ДНК, разделенных на 14 хромосом . [5] Он содержит около 5200 генов, кодирующих белки, 80% из которых имеют ортологов, присутствующих в P. falciparum и P. vivax . [5] Геном содержит два больших семейства генов, которые являются уникальными для P. knowlesi : семейство SICAvar (вариант агглютинации клеток, инфицированных шизонтом), которое участвует в отображении различных антигенов на поверхности паразита для уклонения от иммунной системы, и семейство Kir (перемежающийся повтор knowlesi), участвующее в прикреплении паразитированных эритроцитов к стенкам кровеносных сосудов. [5]
Как апикомплексан , P. knowlesi имеет несколько отличительных структур на своем апикальном конце , которые специализированы для вторжения в клетки хозяина. Они включают в себя большие луковичные роптрии , меньшие микронемы и рассеянные плотные гранулы , каждая из которых секретирует эффекторы для проникновения и изменения клетки хозяина. [6] [7] Как и другие апикомплексаны, P. knowlesi также имеет две органеллы эндосимбиотического происхождения : одну большую митохондрию и апикопласт , обе из которых участвуют в метаболизме паразита . [8]
Несмотря на морфологическое сходство с P. malariae , P. knowlesi наиболее тесно связан с P. vivax, а также с другими видами плазмодиев , которые заражают нечеловекообразных приматов. [9] Последний общий предок всех современных штаммов P. knowlesi жил примерно от 98 000 до 478 000 лет назад. [9] Среди человеческих паразитов P. knowlesi наиболее тесно связан с P. vivax , от которого он отделился между 18 и 34 миллионами лет назад. [5] [10] Ниже показано филогенетическое дерево , сравнивающее виды плазмодиев , которые заражают людей: [5]
Популяция паразитов P. knowlesi генетически более разнообразна, чем P. falciparum или P. vivax . Внутри P. knowlesi есть три генетически различных субпопуляции. [5] Две из них присутствуют в одних и тех же районах малазийского Борнео и могут заражать разных комаров. [5] Третья была обнаружена только в лабораторных изолятах, происходящих из других частей Юго-Восточной Азии. [5] Популяции P. knowlesi, изолированные от макак, генетически неотличимы от популяций, изолированных от человеческих инфекций, что позволяет предположить, что одни и те же популяции паразитов могут заражать людей и макак взаимозаменяемо. [11]
Три подвида P. knowlesi были описаны на основе различий в их внешнем виде в окрашенных мазках крови: P. knowlesi edesoni , P. knowlesi sintoni и P. knowlesi arimai , которые были выделены из Малайзии, Явы и Тайваня соответственно. [2] [12] Связь между этими описанными подвидами и популяциями, описанными в современной литературе, не ясна. [2]
Plasmodium knowlesi встречается по всей Юго-Восточной Азии , где он в первую очередь заражает длиннохвостых макак , свинохвостых макак и суматранских сурков , а также комаров-переносчиков Anopheles hackeri на полуострове Малайзия и Anopheles latens в Сараваке . [1] Длиннохвостые макаки в дикой природе могут быть инфицированы P. knowlesi [13] без какой-либо видимой болезни, даже если они одновременно инфицированы различными другими видами Plasmodium . [2] [10] P. knowlesi редко встречается за пределами Юго-Восточной Азии, вероятно, потому, что заражаемые им комары ограничены этим регионом. [11]
P. knowlesi может вызывать как неосложненную , так и тяжелую малярию у людей. Инфицированные почти всегда испытывают лихорадку и озноб . [14] Люди с неосложненной малярией P. knowlesi часто также испытывают головные боли, боли в суставах, недомогание и потерю аппетита. [14] Реже люди жалуются на кашель, боли в животе, диарею, тошноту и рвоту. [14] Лабораторные анализы инфицированных людей почти всегда показывают низкий уровень тромбоцитов , хотя это редко приводит к проблемам с кровотечением. [14] В отличие от других видов человеческой малярии, малярия P. knowlesi , как правило, сопровождается лихорадкой, которая поднимается каждые 24 часа, и поэтому ее часто называют ежедневной или «ежедневной» малярией. [14] [15] Неосложненную малярию P. knowlesi можно лечить противомалярийными препаратами . [14]
По крайней мере, у 10% людей, инфицированных P. knowlesi, развивается тяжелая малярия. [11] Тяжелая малярия, вызванная P. knowlesi, напоминает тяжелую малярию, вызванную P. falciparum . У людей с тяжелой формой заболевания могут возникнуть одышка, боли в животе и рвота. [14] По мере прогрессирования заболевания паразиты размножаются до очень высоких уровней в крови, что может вызвать острое повреждение почек, желтуху , шок и респираторный дистресс. [14] [16] Метаболический ацидоз встречается редко, но может возникать в особенно тяжелых случаях. [16] В отличие от малярии, вызванной P. falciparum , тяжелая малярия, вызванная P. knowlesi , редко вызывает кому или тяжелую анемию . [14] [16] Примерно 1-2% случаев заканчиваются летальным исходом. [11]
Малярия традиционно диагностируется путем изучения окрашенных красителем Гимза мазков крови под микроскопом; однако дифференциация P. knowlesi от других видов плазмодиев таким образом является сложной задачей из-за их схожего внешнего вида. [11] Паразиты кольцевой стадии P. knowlesi, окрашенные красителем Гимза, напоминают кольцевые стадии P. falciparum , выглядя как круг с одной или двумя темными точками хроматина . [17] Более старые трофозоиты выглядят более рассеянными, образуя прямоугольную форму, распределенную по клетке-хозяину, называемую «полосчатой формой», которая напоминает аналогичную стадию у P. malariae . [17] На этой стадии иногда появляются точки поперек эритроцита хозяина, называемые «пунктиром Синтона и Маллиганса». [17] Шизонты выглядят, как и другие виды плазмодиев , как скопления фиолетовых мерозоитов, окружающих центральный темный пигмент. [17]
Из-за морфологического сходства между видами Plasmodium , распространена ошибочная диагностика инфекции P. knowlesi как P. falciparum , P. malariae или P. vivax . [16] Хотя некоторые быстрые диагностические тесты могут обнаружить P. knowlesi , они, как правило, имеют низкую чувствительность и специфичность и, следовательно, не всегда надежны. [16] [18] Обнаружение нуклеиновой кислоты с помощью ПЦР или ПЦР в реальном времени является наиболее надежным методом обнаружения P. knowlesi и дифференциации его от других видов инфекций Plasmodium . Однако из-за относительно медленной и дорогой природы ПЦР, это недоступно во многих эндемичных районах. [11] Методы петлевой изотермической амплификации обнаружения P. knowlesi также были разработаны, но пока не получили широкого распространения. [11]
Поскольку P. knowlesi требуется всего 24 часа, чтобы завершить свой эритроцитарный цикл, он может быстро привести к очень высокому уровню паразитемии со смертельными последствиями. [16] Для людей с неосложненной малярией Всемирная организация здравоохранения рекомендует лечение с помощью комбинированной терапии на основе артемизинина (ACT) или хлорохина . [19] Для людей с тяжелой малярией Всемирная организация здравоохранения рекомендует введение внутривенного артесуната в течение как минимум 24 часов с последующим лечением ACT. [16] Кроме того, ранние испытания лекарственных средств показали, что комбинации хлорохина и примахина , артезуната и мефлохина , артеметера и люмефантрина , а также хлорохина в отдельности могут быть эффективными методами лечения неосложненной малярии, вызванной P. knowlesi . [16] Нет никаких доказательств того, что P. knowlesi развивает устойчивость к современным противомалярийным препаратам. [16]
P. knowlesi является наиболее распространенной причиной малярии в Малайзии [5], и случаи малярии, вызванной P. knowlesi, были зарегистрированы в большинстве стран Юго-Восточной Азии, а также у путешественников из этого региона [11] .
Инфекция P. knowlesi связана с социально-экономическими факторами и образом жизни, которые заставляют людей находиться в густых лесах, где обычно встречаются хозяева комаров. [14] В частности, те, кто работает в лесу или на его окраине, такие как фермеры, охотники и лесорубы, подвергаются повышенному риску заражения. [14] Вероятно, по этой причине мужчины заражаются чаще, чем женщины, а взрослые заражаются чаще, чем дети. [14]
P. knowlesi давно используется в качестве исследовательской модели для изучения взаимодействия паразита и хозяина, а также для разработки противомалярийных вакцин и лекарств. [10] Его полезность в качестве исследовательской модели отчасти обусловлена его способностью заражать макак-резусов, обычных лабораторных модельных приматов. Макаки-резусы очень восприимчивы к P. knowlesi и могут быть инфицированы укусом комара, инъекцией спорозоитов или инъекцией паразитов на стадии крови. [2] [10] У инфицированных обезьян развиваются некоторые отличительные признаки человеческой малярии, включая анемию и увеличение селезенки и печени. [2] Инфекция, как правило, смертельна, если ее не лечить, а причиной смерти, по-видимому, является недостаточность кровообращения , характеризующаяся адгезией инфицированных эритроцитов к стенкам кровеносных сосудов . [2] Обезьян можно вылечить от инфекции путем лечения противомалярийными препаратами; повторное заражение с последующим излечением приводит к тому, что у обезьян вырабатывается некоторый иммунитет к инфекции, тема, которая также была предметом существенных исследований. [2]
P. knowlesi также используется для исследований in vitro биологии клеток плазмодия . Изолированные спорозоиты могут инфицировать первичные гепатоциты резуса , что позволяет проводить in vitro изучение стадии печени паразита. [10] Кроме того, P. knowlesi и P. falciparum являются единственными видами плазмодия , которые могут непрерывно поддерживаться в культивируемых эритроцитах, как резусных, так и человеческих. [10] Для облегчения исследований в области молекулярной биологии геном P. knowlesi был секвенирован и доступен на PlasmoDB и других онлайн-репозиториях. [10] P. knowlesi можно генетически модифицировать в лаборатории путем трансфекции либо в модельной системе макаки-резуса, либо в культуре клеток крови. [10] [20] Стадии заражения крови и спорозоиты можно хранить в течение длительного времени путем замораживания с глицеролитом, что позволяет сохранять интересующие штаммы. [1]
Итальянский врач Джузеппе Франчини впервые описал то, что могло быть P. knowlesi, в 1927 году, когда он заметил паразита, отличного от P. cynomolgi и P. inui, в крови длиннохвостой макаки. [21] [22] В 1931 году паразит был снова обнаружен у длиннохвостой макаки Х. Г. М. Кэмпбеллом во время его работы над кала-азаром ( висцеральным лейшманиозом ) в Калькутте ; коллега Кэмпбелла Лайонел Эверард Напье взял кровь у пораженной обезьяны и привил ее трем лабораторным обезьянам, одной из которых была макак-резус, у которой развилась тяжелая инфекция. [3] [23] Кэмпбелл и Напье передали зараженную обезьяну Бирадж Мохану Дасу Гупте , который смог поддерживать паразита путем последовательного пассажа через обезьян. [24] В 1932 году Дас Гупта и его руководитель Роберт Ноулз описали морфологию паразита в крови макаки и продемонстрировали, что он может заразить трех пациентов-людей (в каждом случае он использовался для того, чтобы вызвать лихорадку в надежде вылечить другую инфекцию). [3] [25] Также в 1932 году Джон Синтон и Х. У. Маллиган дополнительно описали морфологию паразита в клетках крови, определили, что это отдельный вид от других описанных, и назвали его Plasmodium knowlesi в честь Роберта Ноулза. [3]
Вскоре после этого, в 1935 году CE Van Rooyen и George R. Pile сообщили об использовании инфекции P. knowlesi для лечения общего паралича у психиатрических пациентов. P. knowlesi продолжали использовать в качестве общего жаропонижающего средства при различных заболеваниях, в частности, нейросифилисе , для лечения которого он использовался по крайней мере до 1955 года. [24] Хотя Сирил Гарнхэм предположил в 1957 году, что P. knowlesi может естественным образом заражать людей, [26] первый задокументированный случай естественного заражения человека P. knowlesi произошел в 1965 году у инспектора армии США, у которого развился озноб и лихорадка после пятидневного развертывания в Малайзии. [24] [27] Основываясь на этом открытии, группа из Института медицинских исследований в полуостровной Малайзии провела обследование людей, живущих поблизости от макак, но не смогла найти доказательств того, что обезьянья малярия передавалась людям. [24]
В 1960-х и 1970-х годах научно-исследовательские группы использовали P. knowlesi в качестве исследовательской модели для совершения основополагающих открытий в области малярии. В 1965 и 1972 годах несколько групп охарактеризовали, как антигенная изменчивость P. knowlesi способствовала уклонению от иммунитета и хронической инфекции. [24] В 1975 году Луис Х. Миллер и другие показали, что P. knowlesi требуется фактор Даффи на поверхности эритроцитов, чтобы проникнуть в них ( годом позже они продемонстрировали то же самое требование для P. vivax ). [24]
Работа над P. knowlesi как человеческим малярийным паразитом возобновилась в 2004 году, когда Балбир Сингх и другие использовали ПЦР, чтобы показать, что более половины группы людей, у которых диагностирована малярия P. malariae в Малайзии на Борнео, на самом деле были инфицированы P. knowlesi . [24] [28] В течение следующего десятилетия несколько исследователей использовали молекулярные методы обнаружения, способные отличать P. knowlesi от морфологически похожих паразитов, чтобы приписать растущую долю случаев малярии P. knowlesi по всей Юго-Восточной Азии. [29] Работа с архивными образцами показала, что заражение этим паразитом произошло в Малайзии, по крайней мере, с 1990-х годов. [30]
