Акантамеба: особенности, патогенность и современные подходы к лечению.

Введение

Род простейших

Acanthamoeba – это род амеб, которые обычно выделяют из почвы, пресной воды и других сред обитания. Род Acanthamoeba имеет две стадии в жизненном цикле: метаболически активную стадию трофозоита и покоящуюся, устойчивую к неблагоприятным факторам стадию цисты. В природе виды Acanthamoeba обычно являются свободноживущими бактериофагами. Однако они также являются оппортунистическими патогенами, способными вызывать серьезные и иногда смертельные инфекции у человека и других животных.

Распространение

Acanthamoeba spp. являются одними из наиболее распространенных простейших, обитающих в окружающей среде.

Грануломатозный амебический энцефалит (ГАЭ)

Гранюлематозный амебный энцефалит (ГАЭ) вызывается амебной инфекцией центральной нервной системы (ЦНС). Он характеризуется неврологическими симптомами, включая головную боль, судороги и нарушения психического статуса. У пациента, зараженного этим заболеванием, обычно проявляются подострые симптомы, такие как изменение психического состояния, головные боли, лихорадка, ригидность затылочных мышц, судороги и очаговые неврологические признаки (например, параличи черепных нервов и кома), которые приводят к смерти в течение одной недели – нескольких месяцев. Из-за редкости этого паразита и недостатка знаний эффективных методов диагностики и лечения инфекции, вызванной *Acanthamoeba*, в настоящее время не разработано. Ранее случаи акантамоебного кератита успешно разрешались терапией, включающей атропин и некоторые другие препараты, не обладающие антимикробным действием. Недавние исследования показали, что атропин вмешивается в работу CHRM1-рецептора простейшего, вызывая гибель клеток. Инфекция часто имитирует бактериальный лептоменингит, туберкулезный менингит или вирусный энцефалит. Неправильная диагностика часто приводит к ошибочному и неэффективному лечению. В случае правильной диагностики *Acanthamoeba*, современные методы лечения, такие как амфотерицин B, рифампицин, триметоприм-сульфаметоксазол, кетоконазол, флуконазол, сульфадиазин или альбендазол, дают лишь временный эффект. Своевременная и точная диагностика, а также разработка новых методов лечения и углубленное изучение паразита являются важными факторами для улучшения прогноза при инфекции, вызванной *Acanthamoeba*. В статье, опубликованной в 2013 году, продемонстрирована значительная эффективность некоторых препаратов, одобренных FDA, с in vitro летальностью выше 90%. Это состояние чаще всего встречается у пользователей контактных линз, которые ненадлежащим образом дезинфицируют свои линзы, что усугубляется отсутствием гигиены рук перед обращением с ними. Многофункциональные растворы для контактных линз в значительной степени неэффективны против *Acanthamoeba*, в то время как растворы на основе перекиси водорода обладают хорошими дезинфицирующими свойствами. Первое успешное излечение инфекции роговицы было достигнуто в 1985 году в глазной больнице Мурфилдс. В мае 2007 года компания Advanced Medical Optics, производитель продуктов Complete Moisture Plus Contact Lens Solution, объявила об отзыве своей продукции Complete Moisture Plus. Это было связано с опасениями, что пользователи этих растворов подвергаются более высокому риску развития акантамоебного кератита, чем пользователи других растворов. Производитель отозвал продукт после того, как Центры по контролю и профилактике заболеваний США (CDC) обнаружили, что 21 человек, возможно, заразились инфекцией *Acanthamoeba* после использования Complete Moisture Plus в течение месяца, предшествовавшего постановке диагноза.

Granulomatous amoebic encephalitis (GAE) is caused by amoebic infection of the central nervous system (CNS). It is characterized by neurological symptoms including headache, seizures, and mental status abnormalities. A patient who has contracted this illness usually displays subacute symptoms, including altered mental status, headaches, fever, neck stiffness, seizures, and focal neurological signs (such as cranial nerve palsies and coma), all leading to death within one week to several months. Due to the rarity of this parasite and a lack of knowledge, no good diagnoses or treatments for Acanthamoeba infection are now known. Acanthamoeba keratitis cases in the past have resolved from a therapy consisting of atropine and some other drugs with no antimicrobial effects. Recent publications show atropine to interfere with the protist's CHRM1 receptor, causing cell death. Infection usually mimics that of bacterial leptomeningitis, tuberculous meningitis, or viral encephalitis. The misdiagnosis often leads to erroneous, ineffective treatment. In the case that the Acanthamoeba is diagnosed correctly, the current treatments, such as amphotericin B, rifampicin, trimethoprim sulfamethoxazole, ketoconazole, fluconazole, sulfadiazine, or albendazole, are only tentatively successful. Correct and timely diagnosis, as well as improved treatment methods and an understanding of the parasite, are important factors in improving the outcome of infection by Acanthamoeba. A paper published in 2013 has shown substantial effects of some FDA approved drugs with an in vitro kill rate above 90%. This condition occurs most often among contact lens wearers who do not properly disinfect their lenses, exacerbated by a failure to wash hands prior to handling the lenses. Multipurpose contact lens solutions are largely ineffective against Acanthamoeba, whereas hydrogen peroxide based solutions have good disinfection characteristics. The first cure of a corneal infection was achieved in 1985 at Moorfields Eye Hospital. In May 2007, Advanced Medical Optics, manufacturer of Complete Moisture Plus Contact Lens Solution products, issued a voluntary recall of their Complete Moisture Plus solutions. The fear was that contact lens wearers who used their solution were at higher risk of acanthamoebic keratitis than contact lens wearers who used other solutions. The manufacturer recalled the product after the Centers for Disease Control in the United States found that 21 people had possibly received an Acanthamoeba infection after using Complete Moisture Plus in the month prior to diagnosis.

Как резервуар бактерий

Несколько видов бактерий, способных вызывать заболевания у человека, также могут инфицировать и размножаться внутри видов Acanthamoeba. У некоторых из этих бактерий репликация внутри Acanthamoeba связана с усиленным ростом в макрофагах и повышенной устойчивостью к некоторым антибиотикам, а также, вероятно, способствует разложению органического вещества в почве, участвуя в микробиологическом цикле.

Роль в качестве образцового организма

Поскольку Acanthamoeba не сильно отличается на ультраструктурном уровне от клетки млекопитающих, она является привлекательной моделью для изучения клеточной биологии; она играет важную роль в клеточной микробиологии, экологической биологии, физиологии, изучении клеточных взаимодействий, молекулярной биологии, биохимии и эволюционных исследованиях благодаря универсальной роли организмов в экосистеме и их способности захватывать добычу путем фагоцитоза, служить векторами и резервуарами для микробных патогенов, а также вызывать серьезные инфекции у человека. Кроме того, Acanthamoeba широко используется для понимания молекулярной биологии клеточной подвижности и состояния покоя раковых клеток посредством углубленного изучения процесса энцистации. Недавно расшифрованная последовательность генома Acanthamoeba выявила несколько ортологов генов, используемых в мейозе половых эукариот. К этим генам относятся Spo11, Mre11, Rad50, Rad51, Rad52, Mnd1, Dmc1, Msh и Mlh. Это открытие позволяет предположить, что Acanthamoeba способна к той или иной форме мейоза и, возможно, к половому размножению. Более того, поскольку Acanthamoeba рано отделилась от эволюционного древа эукариот, эти результаты указывают на то, что мейоз присутствовал на ранних этапах эволюции эукариот. Благодаря простоте и экономичности культивирования штамм Neff A. castellanii, обнаруженный в пруду парка «Золотые Ворота» в 1960-х годах, эффективно используется в качестве классического модельного организма в области клеточной биологии. Всего из 30 литров простой среды, инокулированной A. castellanii, можно получить около 1 кг клеток после нескольких дней аэрируемой культуры при комнатной температуре. Впервые в лаборатории Эдварда Д. Корна в Национальных институтах здоровья (NIH) было обнаружено множество важных биологических молекул, а их пути были выяснены с использованием модели Acanthamoeba. Томас Дин Поллард применял эту модель в NIH, Гарвардской медицинской школе, Медицинской школе Университета Джона Хопкинса и Институте биологических исследований Солка для обнаружения и характеристики многих белков, необходимых для клеточной подвижности, не только в амебах, но и во многих других эукариотических клетках, особенно в нервной и иммунной системах человека, развивающемся эмбрионе и раковых клетках. Acanthamoeba также служила моделью для изучения эволюции определенных G-белков. Этот одноклеточный эукариот экспрессирует небольшое количество GPCR на своей клеточной мембране, которые играют жизненно важную роль для микроорганизма. Инструменты биоинформатики структурной гомологии были использованы для демонстрации наличия гомолога человеческого М1 мускаринового рецептора в A. castellanii. Блокирование этих мускариновых рецепторов в предыдущих исследованиях оказалось амебицидным для видов Acanthamoeba. Этот модельный микроорганизм изучался для понимания сложных нейродегенеративных состояний, включая болезнь Альцгеймера. Ученые выделили нейромедиатор ацетилхолин в Acanthamoeba и ферментативный аппарат, необходимый для его синтеза.

Because Acanthamoeba does not differ greatly at the ultrastructural level from a mammalian cell, it is an attractive model for cell biology studies; it is important in cellular microbiology, environmental biology, physiology, cellular interactions, molecular biology, biochemistry, and evolutionary studies, due to the organisms' versatile roles in the ecosystem and ability to capture prey by phagocytosis, act as vectors and reservoirs for microbial pathogens, and to produce serious human infections. In addition, Acanthamoeba has been used extensively to understand the molecular biology of cell motility and cancer cell dormancy by in depth exploration of the process of encystation. The recently available Acanthamoeba genome sequence revealed several orthologs of genes employed in meiosis of sexual eukaryotes. These genes included Spo11, Mre11, Rad50, Rad51, Rad52, Mnd1, Dmc1, Msh, and Mlh. This finding suggests that Acanthamoeba is capable of some form of meiosis and may be able to undergo sexual reproduction. Furthermore, since Acanthamoeba diverged early from the eukaryotic family tree, these results suggest that meiosis was present early in eukaryotic evolution. Owing to its ease and economy of cultivation, the Neff strain of A. castellanii, discovered in a pond in Golden Gate Park in the 1960s, has been effectively used as a classic model organism in the field of cell biology. From just 30 L of simple medium inoculated with A. castellanii, about 1 kg of cells can be obtained after several days of aerated culture at room temperature. Pioneered in the laboratory of Edward D. Korn at the National Institutes of Health (NIH), many important biological molecules have been discovered and their pathways elucidated using the Acanthamoeba model. Thomas Dean Pollard applied this model at the NIH, Harvard Medical School, Johns Hopkins University School of Medicine, and the Salk Institute for Biological Studies to discover and characterize many proteins that are essential for cell motility, not only in amoebae, but also in many other eukaryotic cells, especially those of the human nervous and immune systems, the developing embryo, and cancer cells. Acanthamoeba also has served as a model to study the evolution of certain G proteins. This unicellular eukaryote expresses few GPCRs over its cell membrane that serve vital role for the microorganism, structural homology bioinformatics tools have been used to show the presence of a homolog of human M1 muscarinic receptor in A. castellanii. Blocking these muscarinic receptors in past studies has proven to be amoebicidal in Acanthamoeba spp. This model microbe has been studied to understand complex neurodegenerative states including Alzheimer's disease. Scientists have isolated a neurotransmitter acetylcholine in Acanthamoeba and the enzymatic machinery needed for its synthesis.

Эндосимбионты

Acanthamoeba spp. содержат разнообразных бактериальных эндосимбионтов, сходных с патогенами человека, поэтому рассматриваются как потенциальные новые патогены, представляющие угрозу для человека. Точная природа этих симбионтов и преимущества, которые они дают амебному хозяину, требуют дальнейшего изучения. Среди них – Legionella и патогены, подобные Legionella.

Гигантские вирусы

Гигантские вирусы Мимивирус, Мегавирус и Пандоравирус инфицируют акантамебу. Представители рода Acanthamoeba примечательны тем, что служат хозяевами для разнообразных гигантских вирусов (содержащих более 1000 генов, кодирующих белки; например, Пандоравирус, геном которого включает около 2500 генов, кодирующих белки).

Разнообразие

Акантамоэбу можно отличить от других родов амеб по морфологическим признакам. Однако, дифференцировать виды Acanthamoeba друг от друга только по морфологии оказалось затруднительно. На основании секвенирования 18S рДНК, известные штаммы Acanthamoeba можно разделить на 12 групп, обозначаемых T1-T12.