Введение

Паразитический микроорганизм, вызывающий лямблиоз.

Giardia duodenalis, также известная как Giardia intestinalis и Giardia lamblia, – это жгутиковый паразитический простейший микроорганизм рода Giardia, который колонизирует тонкую кишку, вызывая диарейное заболевание, известное как лямблиоз. Паразит прикрепляется к эпителию кишечника с помощью присоскообразного диска и размножается бинарным делением. Лямблиоз не распространяется на другие отделы желудочно-кишечного тракта, а остается локализованным в просвете тонкой кишки. Микроорганизм имеет внешнюю мембрану, позволяющую ему выживать даже вне организма хозяина и обеспечивающую устойчивость к некоторым дезинфицирующим средствам. Трофозоиты Giardia анаэробны и поглощают питательные вещества из просвета кишечника. При окрашивании микроорганизма его характерный рисунок напоминает знакомый символ "улыбающееся лицо". Основным путем заражения человека является употребление необработанной питьевой воды (это наиболее распространенный способ передачи этого паразита).

Жизненный цикл

G. duodenalis принимает две морфологически различные формы в течение своего жизненного цикла. Репликативная форма – подвижная, грушевидная клетка с жгутиками, которая выживает только в тонком кишечнике хозяина и называется трофозоитом. Трофозоиты перемещаются в слизистой оболочке кишечника, пока не прикрепятся к эпителию кишечника. Кисты остаются в состоянии покоя до тех пор, пока не будут проглочены животным-хозяином. Когда новый потенциальный хозяин употребляет воду или пищу, загрязненную этими фекалиями, кисты попадают в желудочно-кишечный тракт нового хозяина. В новом хозяине факторы окружающей среды стимулируют кисту к образованию двух трофозоитов, которые затем прикрепляются к эпителиальным клеткам, запуская цикл заново. Митосомы не содержат митохондриальных геномов, но включают белки из бывших митохондриальных генов, которые переместились в ядро клетки. Трофозоит превращается в кисту при контакте с определенными стрессовыми факторами окружающей среды, такими как высокая pH. Форма кисты преимущественно содержит ядро и лишена большинства структур трофозоита, таких как жгутики и адгезивные диски. Это позволяет кисте оставаться в состоянии покоя до момента проглатывания новым хозяином, когда она вновь превращается в трофозоит.

Географическая распространенность Giardia duodenalis

Паразит Giardia duodenalis встречается по всему миру, как в развивающихся, так и в индустриально развитых странах. Однако, он наиболее распространен в тропическом и умеренном климате. Широкое распространение Giardia duodenalis обусловлено тем, что паразит обитает в водоемах, таких как реки, озера и бассейны для купания. Кроме того, случаи гиардиоза чаще регистрируются в развивающихся странах, где санитарные условия и общая гигиена хуже, чем в развитых странах с более совершенными санитарными нормами и процедурами. В развитых странах распространенность гиардиоза составляет 2–5%, а в развивающихся – 20–30%. Гиардиоз – наиболее распространенная паразитарная кишечная инфекция как в Соединенных Штатах, так и в Соединенном Королевстве. В США установлено, что большинство инфицированных Giardia duodenalis проживают в городских районах, а пациенты, заболевшие гиардиозом, чаще встречаются в южных штатах.

Распространенность и эпидемиология

G. duodenalis вызывает инфекцию, называемую лямблиозом. Это заболевание является причиной как эндемических, так и эпидемических вспышек по всему миру и является наиболее часто выявляемым кишечным паразитом в Соединенных Штатах и Канаде. По оценкам, ежегодно в мире заражается более 280 миллионов человек, что приводит к более чем 500 000 смертей. Наиболее уязвимой группой являются дети в возрасте от 0 до 4 лет. В глобальном масштабе G. duodenalis является наиболее часто выявляемым протозойным кишечным паразитом. В странах с высоким уровнем дохода распространенность инфекции составляет от 2 до 5%, а в странах с низким и средним уровнем дохода – от 20 до 30%. У лямблий наблюдаются общие сезонные закономерности в распространении заболеваемости, с наибольшими пиками в конце лета – начале осени. Цисты могут выживать в холодной воде в течение нескольких недель или месяцев. Они также могут присутствовать в городских водохранилищах и сохраняться после водоподготовки, поскольку цисты устойчивы к традиционным методам очистки воды, таким как хлорирование и озонолиз. Не все инфекции лямблиями проявляются симптоматически, и многие люди могут бессимптомно переносить паразита. Возможны повторные заражения и хронические инфекции.

Экология

Гиардия заражает людей, но также является одним из самых распространенных паразитов, инфицирующих кошек, собак и птиц. Среди млекопитающих насчитываются десятки видов, включая крупный рогатый скот и овец. Кошек можно легко вылечить, а ягнята обычно просто теряют вес, но у телят паразиты могут быть смертельными и часто не поддаются лечению антибиотиками или электролитами. Телята-носители также могут быть бессимптомными. Этот паразит смертелен для шиншилл, поэтому необходимо проявлять особую осторожность, обеспечивая их безопасной водой. У собак высокий уровень заражения: известно, что 30% особей в возрасте до одного года инфицированы в питомниках. Инфекция более распространена у щенков, чем у взрослых собак. Зараженных собак можно изолировать и лечить, либо предположительно лечить всю стаю в питомнике одновременно. Питомники и площадки для выгула следует считать загрязненными как минимум в течение месяца после появления признаков инфекции у собак, поскольку цисты могут долгое время выживать в окружающей среде. Профилактика достигается карантином инфицированных собак на срок не менее 20 дней и тщательным контролем и поддержанием чистоты водоснабжения.

Биологические исследования

Трофозоиты G. duodenalis – это грушевидные клетки длиной от 10 до 20 мкм, шириной от 7 до 10 мкм и толщиной от 2 до 4 мкм. Они подвижны благодаря четырем парам жгутиков, которые продвигают трофозоиты по кишечнику. Трофозоиты, готовящиеся к дифференцировке в цисты, также содержат заметные везикулы, называемые специфическими для энцистации везикулами, которые исчезают с началом формирования стенки цисты. Каждая клетка также содержит пару жестких структур, называемых медианными тельцами, которые являются частью цитоскелета G. lamblia. Подобно митохондриям, белки с определенной последовательностью пептидного сигнала транспортируются и импортируются в митосому. В отличие от митохондрий, митосомы не имеют собственного генома. Все гены митосом кодируются ядерным геномом Giardia. Геном был секвенирован и опубликован в 2007 году, хотя в последовательности присутствуют некоторые пробелы. Последовательность насчитывает около 12 миллионов пар оснований и содержит около 5000 генов, кодирующих белки. Содержание GC составляет 46%. Трофозоиты имеют плоидность четыре, а цисты – восемь, что, в свою очередь, ставит вопрос о том, как Giardia поддерживает гомогенность между хромосомами одного и того же и противоположных ядер. Современные технологии секвенирования используются для повторного секвенирования различных штаммов.

Иммунология

Инфекции, вызванные Giardia, обычно самоограничиваются у иммунокомпетентных людей, в то время как у людей с иммунодефицитными состояниями может развиться хронический гиардиаз. В ходе инфекции активируются различные механизмы как врожденного, так и адаптивного иммунитета. Первым физическим барьером является слизистый слой, где организм взаимодействует с эпителиальными и иммунными клетками, а также с некоторыми антимикробными пептидами, выделяемыми этими клетками, оксидом азота и воспалительными цитокинами, такими как интерлейкин-6. Giardia также может активировать TLR2 и TLR4. Т-клеточный ответ при гиардиазе включает Т-хелперы и цитотоксические Т-клетки, а продукция IgA В-клетками также способствует элиминации инфекции.

Эволюция

Долгое время считалось, что лямблии размножаются исключительно бесполым путем и не способны к передаче ДНК между ядрами. Эти представления затрудняли объяснение крайне низкого уровня аллельной гетерозиготности (<0,01%) в геномном изоляте WB, однако все эти предположения об асексуальности теперь поставлены под сомнение. Популяционная генетика предоставляет доказательства рекомбинации и идентификации генов мейоза, рекомбинации между изолятами, а также обмена генетическим материалом между ядрами в процессе образования цист. Эти данные о половом размножении у лямблий имеют важное значение для понимания происхождения полового размножения у эукариот. Хотя половое размножение широко распространено среди современных эукариот, до недавнего времени половое размножение казалось маловероятной изначальной и фундаментальной характеристикой эукариот. Вероятно, причиной такого мнения было то, что половое размножение ранее не наблюдалось у некоторых одноклеточных эукариот, являющихся патогенами человека (например, у лямблий), которые отделились от ранних предков в эволюционной линии эукариот. Помимо вышеупомянутых доказательств рекомбинации у лямблий, Малик и соавторы сообщили об обнаружении в геноме лямблий множества генов, специфичных для мейоза, а также о наличии гомологов этих генов у другого одноклеточного эукариота – Trichomonas vaginalis. Поскольку эти два вида происходят из сильно дивергирующих линий эукариот, Малик и соавторы, основываясь на филогенетическом анализе, предположили, что факультативное половое размножение присутствовало у общего предка всех эукариот. Бернштейн и соавторы также представили доказательства в поддержку этой точки зрения. На сегодняшний день выделено восемь генотипических групп G. duodenalis (A-H). Кроме того, исследователи обнаружили несколько способов, которыми паразит обходит защитные механизмы инфицированного организма. Один из них заключается в изменении белков на своей поверхности, что затрудняет распознавание и уничтожение паразита иммунной системой инфицированного животного (антигенная вариация). Работы Гиллина объясняют, почему инфекции лямблиями чрезвычайно устойчивы и склонны к рецидивам. Более того, эти знания о биологии и механизмах выживания лямблий могут помочь ученым разработать более эффективные стратегии для понимания, профилактики и лечения инфекций, вызываемых лямблиями. В декабре 2008 года журнал Nature опубликовал статью, посвященную открытию механизма интерференции РНК, позволяющего лямблиям переключать варианты специфических поверхностных белков, чтобы избежать иммунного ответа хозяина. Это открытие было сделано командой исследователей из Лаборатории биохимии и молекулярной биологии Медицинского факультета Католического университета Кордовы (Аргентина) под руководством доктора Уго Лужана. Главная конференция, посвященная лямблиям, – Международная конференция по лямблиям и криптоспоридиям. Доступен обзор результатов, представленных на последнем мероприятии (2019 год, Руан, Франция).

История

Первое вероятное описание лямблий было сделано в 1681 году Антонием ван Левенгуком, который в письме Роберту Гуку описал "животных", напоминающих трофозоиты лямблий, обнаруженные в его стуле. Следующее известное описание лямблий относится к 1859 году, когда чешский врач Вилем Ламбль опубликовал описание стадий трофозоита, которые он наблюдал в стуле педиатрического пациента. Ламбль назвал этот организм Cercomonas intestinalis. В 1888 году Рафаэль Бланшар переименовал паразита в Lamblia intestinalis в честь Ламбля. В 1921 году Чарльз Э. Саймон опубликовал детальное описание морфологии паразита.