Giardia duodenalis , también conocida como Giardia intestinalis y Giardia lamblia , es un microorganismo protozoario parásito flagelado del género Giardia que coloniza el intestino delgado , causando una condición diarreica conocida como giardiasis . [1] [2] [3] El parásito se adhiere al epitelio intestinal mediante un disco adhesivo o ventosa , y se reproduce mediante fisión binaria . [4] La giardiasis no se propaga a otras partes del tracto gastrointestinal , sino que permanece confinada al lumen del intestino delgado. [5] El microorganismo tiene una membrana externa que le permite sobrevivir incluso fuera de su huésped , y que puede hacerlo tolerante a ciertos desinfectantes . Los trofozoítos de Giardia son anaeróbicos y absorben sus nutrientes del lumen intestinal. Si el organismo se tiñe , su patrón característico se asemeja al familiar símbolo de la " cara sonriente ". [6]
Las principales vías de infección humana incluyen la ingestión de agua potable no tratada (que es el método de transmisión más común para este parásito), [3] alimentos, suelo contaminado con heces humanas y aguas residuales , un fenómeno particularmente común en muchos países en desarrollo . [7] [3] La contaminación de las aguas naturales también ocurre en cuencas hidrográficas donde hay pastoreo intensivo .
Las infecciones por Giardia se producen en todo el mundo. Es el parásito intestinal más comúnmente identificado entre niños en guarderías, excursionistas, adultos inmunodeprimidos y sus familiares en los Estados Unidos y Canadá. En los Estados Unidos se notifican unos 20.000 casos al año. [8]
G. duodenalis adopta dos formas morfológicamente distintas durante su ciclo de vida. La forma replicativa es una célula móvil , con forma de pera y flagelada que sobrevive solo en el intestino delgado del huésped, llamada trofozoíto . [9] Los trofozoítos nadan a través del moco intestinal hasta que finalmente se adhieren al epitelio intestinal. [10] [9] Los trofozoítos adheridos luego se dividen por fisión binaria, formando más trofozoítos o la etapa de quiste no replicativo. [9] Los quistes y los trofozoítos pasan a través del intestino grueso del huésped y se eliminan en las heces. [9] Si bien los trofozoítos no pueden sobrevivir fuera del huésped, los quistes pueden sobrevivir durante meses fuera del huésped, especialmente en agua fría, porque tienen una tasa metabólica más lenta que los trofozoítos. [11] Los quistes permanecen latentes hasta que son ingeridos por un animal huésped. Cuando un nuevo huésped potencial ingiere agua o alimentos contaminados con estas heces, los quistes ingresan al tracto gastrointestinal del nuevo huésped. [12] La exquistación del quiste se desencadena por el ambiente ácido presente en el estómago . [13] En el nuevo huésped, las condiciones ambientales hacen que el quiste produzca dos trofozoítos, que luego se adhieren a las células epiteliales , comenzando el ciclo nuevamente. [9]
El trofozoíto tiene una estructura elaborada con dos núcleos y cuatro pares de flagelos que le permiten nadar dentro del lumen intestinal del huésped. También tiene un disco adhesivo en su superficie ventral que le permite adherirse al epitelio intestinal. El organismo carece de Golgi o mitocondrias pero tiene mitosomas , que probablemente evolucionaron a partir de mitocondrias. [14] Los mitosomas carecen de genomas mitocondriales pero contienen proteínas de genes mitocondriales anteriores que migraron al núcleo celular. El trofozoíto cambia a la forma de quiste cuando entra en contacto con ciertos estresores ambientales como un pH alto . La forma de quiste contiene principalmente el núcleo y carece de la mayoría de las estructuras de la forma de trofozoíto, como los flagelos y los discos adhesivos. Esto permite que el quiste permanezca inactivo hasta que es ingerido por un nuevo huésped. En ese momento, se transforma nuevamente en la forma de trofozoíto. [15]
El parásito Giardia duodenalis se puede encontrar en todo el mundo, tanto en países en desarrollo como industrializados. Sin embargo, se encuentra más comúnmente en climas tropicales y templados. [16] Giardia duodenalis es común en todo el mundo porque el parásito reside en cuerpos de agua; típicamente ríos, lagos y piscinas recreativas. [17] Además, los casos de giardiasis tienden a ser más frecuentes en los países en desarrollo, donde el saneamiento y la higiene general son más deficientes, en comparación con los países que están más desarrollados y tienen regulaciones y procedimientos sanitarios más avanzados. [18] En los países desarrollados, la giardiasis tiene una prevalencia del 2% al 5%, y en los países en desarrollo, la giardiasis tiene una prevalencia del 20% al 30%. [19] La giardiasis es la infección intestinal más común derivada de parásitos tanto en los Estados Unidos [18] como en el Reino Unido. [20] En los Estados Unidos, se ha descubierto que la mayoría de las personas infectadas por el parásito Giardia duodenalis tienden a residir en áreas más urbanas y los pacientes infectados tienen más probabilidades de vivir en el sur de los Estados Unidos. [21]
G. duodenalis causa una infección llamada giardiasis. Esta enfermedad es la causa de enfermedades endémicas y epidémicas en todo el mundo y es el parásito intestinal identificado con mayor frecuencia en los Estados Unidos y Canadá. Se estima que infecta a más de 280 millones de personas en todo el mundo cada año [19], lo que resulta en más de 500.000 muertes. El grupo demográfico más afectado son los niños de 0 a 4 años de edad. A nivel mundial, G. duodenalis es el parásito intestinal protozoario identificado con mayor frecuencia. En los países de altos ingresos, existe una tasa de infección de entre el 2 y el 5 %, y en los países de ingresos bajos y medios, una tasa de infección de entre el 20 % y el 30 %. [18] Giardia tiene patrones estacionales comunes en la distribución de las tasas de infección, con picos más altos a fines del verano y principios del otoño. [22]
El quiste puede sobrevivir durante semanas o meses en agua fría, [11] por lo que puede estar presente en pozos y sistemas de agua contaminados, especialmente fuentes de agua estancada, como estanques naturales, sistemas de almacenamiento de aguas pluviales e incluso arroyos de montaña de aspecto limpio. Los quistes también se pueden encontrar en superficies, suelo, alimentos o agua que hayan sido contaminados con heces de humanos o animales infectados. [23] También pueden aparecer en embalses de la ciudad y persistir después del tratamiento del agua, ya que los quistes son resistentes a los métodos convencionales de tratamiento del agua, como la cloración y la ozonólisis . [11] La transmisión zoonótica también es posible, por lo que la infección por Giardia es una preocupación para las personas que acampan en la naturaleza o nadan en arroyos o lagos contaminados, especialmente los lagos artificiales formados por presas de castores (de ahí el nombre popular de la giardiasis, "fiebre del castor"). [ cita requerida ]
Además de las fuentes de transmisión hídrica, las infecciones por Giardia se encuentran con mayor frecuencia en niños que en adultos, lo que se cree que se debe a la transmisión fecal-oral de los quistes. Según la zona geográfica, entre el 1 y el 68 % de los niños pueden estar infectados. Quienes trabajan con niños también corren el riesgo de infectarse, al igual que los familiares de las personas infectadas. Se encontró que el 7 % de los niños de 1 a 3 años y el 11 % de los bebés y niños pequeños examinados para su admisión en guarderías estaban infectados. [18] No todas las infecciones por Giardia son sintomáticas y muchas personas pueden ser portadoras del parásito sin saberlo. Pueden producirse reinfecciones e infecciones crónicas del parásito. [19] [ cita requerida ]
La giardia infecta a los humanos, pero también es uno de los parásitos más comunes que infectan a gatos, perros y pájaros. Los huéspedes mamíferos también incluyen docenas de especies, [24] entre ellas el ganado vacuno , las ovejas [25] y las cabras [25] .
Los gatos se pueden curar fácilmente y los corderos normalmente simplemente pierden peso, pero en los terneros, los parásitos pueden ser fatales y a menudo no responden a los antibióticos o electrolitos. Los portadores entre los terneros también pueden ser asintomáticos. Este parásito es mortal para las chinchillas , por lo que se debe tener especial cuidado proporcionándoles agua potable. Los perros tienen una alta tasa de infección, ya que se sabe que el 30% de la población menor de un año está infectada en las perreras . La infección es más frecuente en cachorros que en perros adultos. Los perros infectados pueden ser aislados y tratados, o se puede tratar presuntamente a toda la manada de una perrera. Las perreras y las áreas utilizadas para el ejercicio deben considerarse contaminadas durante al menos un mes después de que los perros muestren signos de infección, ya que los quistes pueden sobrevivir en el medio ambiente durante largos períodos de tiempo. La prevención se puede lograr mediante la cuarentena de los perros infectados durante al menos 20 días y el manejo y mantenimiento cuidadosos de un suministro de agua limpia. [ cita requerida ]
Los trofozoítos de G. duodenalis son células con forma de pera, de 10 a 20 μm de largo, 7 a 10 μm de ancho y 2 a 4 μm de espesor. [9] [10] Son móviles por medio de cuatro pares de flagelos , que impulsan a los trofozoítos a través del intestino. [10] Cabe destacar que cada célula de G. duodenalis tiene dos núcleos , los cuales transcriben genes activamente. [9] Adyacentes al núcleo, las células de G. duodenalis tienen un retículo endoplasmático que se extiende a través de gran parte de la célula. [26] Los trofozoítos a punto de diferenciarse en quistes también contienen vesículas prominentes denominadas vesículas específicas de enquistamiento que desaparecen una vez que comienza la construcción de la pared del quiste. [26] A diferencia de la mayoría de los otros eucariotas, las células de G. duodenalis no contienen mitocondrias visibles , sino que contienen un orgánulo metabólico sustancialmente reducido denominado mitosoma . [10] Además, las células parecen no contener cuerpos de Golgi , y en su lugar el sistema secretor consiste enteramente en el retículo endoplasmático y numerosas vesículas dispersas por toda la célula, denominadas vesículas periféricas. [26] Las vesículas periféricas son responsables tanto de absorber nutrientes extracelulares como de expulsar desechos fuera de la célula. [27] Cada célula también contiene un par de estructuras rígidas llamadas cuerpos medianos que forman parte del citoesqueleto de G. lamblia . [9] Los trofozoítos se adhieren a las células epiteliales del huésped a través de un orgánulo especializado en forma de disco llamado disco ventral. [9]
Los quistes son células de forma ovalada ligeramente más pequeñas que los trofozoítos. [10] Carecen de flagelos y están cubiertos por una pared quística lisa y transparente. [10] Cada quiste contiene los orgánulos para dos trofozoítos: cuatro núcleos, dos discos ventrales, etc. [10]
G. duodenalis genera su energía principalmente descomponiendo la glucosa a través de la glucólisis , así como de la vía de la arginina deiminasa . No puede sintetizar nucleótidos por sí sola, sino que los recupera de su huésped. La síntesis de grupos de hierro-azufre se realiza en un compartimento unido a una doble membrana llamado mitosoma, que probablemente sea un remanente de las mitocondrias. [14] Cada célula contiene entre 25 y 100 mitosomas divididos en dos categorías: mitosomas periféricos, que se encuentran dispersos por toda la célula, y mitosomas centrales, que se reúnen en el centro de la célula por razones desconocidas. [13] Al igual que en las mitocondrias, las proteínas con una determinada secuencia de señal peptídica se transportan e importan al mitosoma. A diferencia de las mitocondrias, los mitosomas no tienen genoma propio. Todos los genes mitosomales están codificados por el genoma nuclear de Giardia . [14]
Giardia y las otras diplomonas son únicas en su posesión de dos núcleos celulares que son similares en apariencia, contenido de ADN, transcripción y tiempo de replicación. Giardia es un organismo poliploide , con al menos cuatro, y quizás ocho o más, copias de cada uno de los cinco cromosomas por organismo. [28] El genoma ha sido secuenciado y publicado en 2007, aunque la secuencia contiene varios huecos. La secuencia tiene alrededor de 12 millones de pares de bases y contiene alrededor de 5000 genes codificadores de proteínas. [29] El contenido de GC es del 46%. Los trofozoítos tienen una ploidía de cuatro y la ploidía de los quistes es de ocho, lo que a su vez plantea la cuestión de cómo Giardia mantiene la homogeneidad entre los cromosomas del mismo núcleo y de los opuestos. Se han utilizado tecnologías de secuenciación modernas para resecuenciar diferentes cepas. [30]
Las infecciones por Giardia son autolimitadas en individuos inmunocompetentes, mientras que las personas con trastornos de inmunodeficiencia pueden desarrollar giardiasis crónica. [ cita requerida ] Durante la infección se activan diferentes mecanismos del sistema inmunológico innato y adaptativo . La primera barrera física es la capa de moco donde el organismo interactúa con células epiteliales, inmunes y algunos péptidos antimicrobianos liberados por esas células, así como óxido nítrico y citocinas inflamatorias como la interleucina 6. TLR2 y TLR4 también pueden ser activados por Giardia . [31] La respuesta de células T en la giardiasis incluye células T auxiliares y células T citotóxicas , y la producción de IgA por las células B también ayuda a eliminar la infección. [32]
Se suponía que Giardia era primitivamente asexual y que no tenía medios para transferir ADN entre núcleos. Estas suposiciones hicieron que fuera muy difícil explicar el nivel notablemente bajo de heterocigosidad alélica (< 0,01 %) en el genoma aislado, WB, pero todas esas suposiciones de asexualidad están ahora en duda, ya que la genética de poblaciones proporciona evidencia de recombinación [33] y la identificación de genes meióticos, evidencia de recombinación entre aislamientos y evidencia de intercambio de material genético entre núcleos durante el proceso de enquistamiento. [34]
Estos hallazgos sobre la sexualidad en Giardia , arriba, tienen implicaciones importantes para entender el origen de la reproducción sexual en eucariotas. Aunque la reproducción sexual está muy extendida entre los eucariotas actuales, hasta hace poco, parecía poco probable que el sexo fuera una característica primordial y fundamental de los eucariotas. Una razón probable para la opinión de que el sexo puede no ser fundamental para los eucariotas era que la reproducción sexual parecía faltar en ciertos eucariotas unicelulares patógenos humanos (por ejemplo, Giardia ) que divergieron de los ancestros tempranos en el linaje eucariota. [ cita requerida ]
Además de la evidencia citada anteriormente para la recombinación en Giardia , Malik et al. [35] informaron que muchos genes específicos de la meiosis ocurren en el genoma de Giardia , y además que los homólogos de estos genes también ocurren en otro eucariota unicelular, Trichomonas vaginalis . Debido a que estas dos especies son descendientes de linajes que son altamente divergentes entre eucariotas, Malik et al. [35] sugirieron que estos genes meióticos estaban presentes en un ancestro común de todos los eucariotas. Por lo tanto, en este punto de vista, el ancestro más antiguo de los eucariotas probablemente era capaz de reproducción sexual. Además, Dacks y Roger [36] propusieron, basándose en el análisis filogenético, que el sexo facultativo estaba presente en el ancestro común de todos los eucariotas. Bernstein et al. también revisaron la evidencia en apoyo de este punto de vista. [37]
Hasta la fecha se han reconocido ocho conjuntos de genotipos de G. duodenalis (AH). [24] La genotipificación de G. duodenalis aislada de varios hospedadores ha demostrado que los conjuntos A y B infectan la gama más amplia de especies hospedadoras y parecen ser los conjuntos principales (o posiblemente los únicos) de G. duodenalis que infectan indudablemente a sujetos humanos. [24]
Frances Gillin, de la Universidad de California en San Diego , y sus colegas cultivaron el ciclo de vida completo de este parásito en el laboratorio e identificaron señales bioquímicas en el sistema digestivo del huésped que desencadenan las transformaciones del ciclo de vida de Giardia . [38] [39] También descubrieron varias formas en las que el parásito evade las defensas del organismo infectado. Una de ellas es alterando las proteínas de su superficie, lo que confunde la capacidad del sistema inmunológico del animal infectado para detectar y combatir el parásito (lo que se denomina variación antigénica ). El trabajo de Gillin revela por qué las infecciones por Giardia son extremadamente persistentes y propensas a repetirse. Además, estos conocimientos sobre su biología y técnicas de supervivencia pueden permitir a los científicos desarrollar mejores estrategias para comprender, prevenir y tratar las infecciones por Giardia . [ cita requerida ]
En diciembre de 2008, Nature publicó un artículo que mostraba el descubrimiento de un mecanismo de interferencia de ARN que permite a Giardia cambiar las proteínas de superficie de variantes específicas para evitar la respuesta inmune del huésped. [40] El descubrimiento fue realizado por el equipo que trabaja en el Laboratorio de Bioquímica y Biología Molecular, Facultad de Medicina, Universidad Católica de Córdoba, Argentina, dirigido por el Dr. Hugo Luján. [ cita requerida ]
El principal congreso sobre Giardia es la Conferencia Internacional de Giardia y Cryptosporidium. Está disponible un resumen de los resultados presentados en la edición más reciente (2019, en Rouen , Francia). [41]
La primera descripción probable de Giardia fue en 1681 por Antonie van Leeuwenhoek , quien en una carta a Robert Hooke , describió "animálculos" parecidos a los trofozoítos de Giardia en sus heces. [9] [42] La siguiente descripción conocida de Giardia no fue hasta 1859, cuando el médico checo Vilém Lambl publicó una descripción de los estadios de trofozoítos que vio en las heces de un paciente pediátrico. Lambl denominó al organismo Cercomonas intestinalis . [43] En 1888, Raphaël Blanchard renombró al parásito Lamblia intestinalis en honor a Lambl. [43] En 1915, Charles Stiles renombró al organismo Giardia lamblia en honor a Lambl y al profesor Alfred Mathieu Giard de París. [43] [44] En 1921, Charles E. Simon publicó una descripción detallada de la morfología del parásito. [9]
