Giardia duodenalis , también conocida como Giardia intestinalis y Giardia lamblia , es un microorganismo protozoario parásito flagelado del género Giardia que coloniza el intestino delgado , provocando una afección 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 a la luz del intestino delgado. [5] El microorganismo tiene una membrana externa que le permite sobrevivir incluso cuando está fuera de su huésped y que puede hacerlo tolerante a ciertos desinfectantes . Los trofozoítos de Giardia son anaeróbicos y absorben sus nutrientes de la luz intestinal. Si el organismo está teñido , 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 más común de transmisión de 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 donde se produce pastoreo intensivo .
Las infecciones por Giardia ocurren en todo el mundo. Es el parásito intestinal más comúnmente identificado entre los niños de las guarderías, los excursionistas, los adultos inmunocomprometidos y sus familiares en los Estados Unidos y Canadá. Se reportan alrededor de 20.000 casos por año en los Estados Unidos. [8]
G. duodenalis adopta dos formas morfológicamente distintas durante su ciclo de vida. La forma replicativa es una célula flagelada , móvil , con forma de pera que sobrevive sólo en el intestino delgado del huésped, llamada trofozoíto . [9] Los trofozoitos nadan a través del moco intestinal hasta que finalmente se adhieren al epitelio intestinal. [10] [9] Los trofozoítos adheridos luego se dividen mediante fisión binaria, formando más trofozoítos o la etapa de quiste no replicativo . [9] Los quistes y trofozoitos 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 inactivos 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] 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 de nuevo. [9]
El trofozoíto tiene una estructura elaborada con dos núcleos y cuatro pares de flagelos que le permiten nadar dentro de la luz intestinal del huésped. También presenta 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 las mitocondrias. [13] Los mitosomas carecen de genomas mitocondriales, pero contienen proteínas de genes mitocondriales anteriores que migraron al núcleo celular. El trofozoito cambia a forma de quiste cuando entra en contacto con ciertos factores estresantes 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 sea ingerido por un nuevo huésped. En ese momento, se transforma nuevamente en la forma de trofozoíto. [14]
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. [15] Giardia duodenalis es común en todo el mundo porque el parásito reside en cuerpos de agua; típicamente ríos, lagos y piscinas recreativas. [16] Además, los casos de giardiasis tienden a ser más frecuentes en los países en desarrollo, donde el saneamiento y la higiene general son peores, en comparación con los países que están más desarrollados y tienen regulaciones y procedimientos sanitarios más avanzados. [17] 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%. [18] La giardiasis es la infección intestinal más común derivada de parásitos tanto en los Estados Unidos [19] 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 [22], provocando 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 ingresos altos, hay una tasa de infección de entre el 2% y el 5%, y en los países de ingresos bajos y medianos hay una tasa de infección de entre el 20% y el 30%. [23] Giardia tiene patrones estacionales comunes en la distribución de las tasas de infección con picos más altos desde finales del verano hasta principios del otoño. [24]
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 en fuentes de agua estancada, como estanques naturales, sistemas de almacenamiento de aguas pluviales e incluso arroyos de montaña de apariencia limpia. . Los quistes también se pueden encontrar en superficies, suelo, alimentos o agua que han sido contaminados con heces de humanos o animales infectados. [25] También pueden ocurrir 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 represas de castores (de ahí el nombre popular de la giardiasis, "fiebre del castor") . [ cita necesaria ]
Además de las fuentes transmitidas por el agua, las infecciones por Giardia se encuentran más comúnmente en niños que en adultos; se cree que esto se debe a la transmisión fecal-oral de los quistes. Dependiendo de la zona geográfica, entre el 1% y el 68% de los niños pueden estar infectados. Quienes trabajan con niños también corren 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. [26] No todas las infecciones por Giardia son sintomáticas y muchas personas, sin saberlo, pueden ser portadoras del parásito. Puede ocurrir reinfección e infecciones crónicas del parásito. [27] [ cita necesaria ]
Giardia infecta a los humanos, pero también es uno de los parásitos más comunes que infecta a gatos, perros y pájaros. Los huéspedes mamíferos también incluyen docenas de especies, [28] incluidas vacas , ovejas , [29] y cabras . [29]
Los gatos se pueden curar fácilmente y los corderos generalmente simplemente pierden peso, pero en los terneros, los parásitos pueden ser fatales y a menudo no responden a los antibióticos ni a los electrolitos. Los portadores entre 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 se infecta en las perreras . La infección es más frecuente en cachorros que en perros adultos. Los perros infectados se pueden aislar y tratar, o se puede tratar presuntamente a toda la manada en una perrera. Las perreras y las áreas utilizadas para hacer 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 ambiente durante largos períodos de tiempo. La prevención se puede lograr poniendo en cuarentena a los perros infectados durante al menos 20 días y gestionando y manteniendo cuidadosamente un suministro de agua limpia. [ cita necesaria ]
Los trofozoítos de G. duodenalis son células con forma de pera, de 10 a 20 μm de largo, de 7 a 10 μm de ancho y de 2 a 4 μm de espesor. [9] [10] Son móviles a través de cuatro pares de flagelos , que impulsan los trofozoítos a través del intestino. [10] En particular, 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 endoplásmico que se extiende por gran parte de la célula. [30] Los trofozoitos 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. [30] 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 cambio, el sistema secretor consiste enteramente en el retículo endoplasmático y numerosas vesículas dispersas por toda la célula, denominadas vesículas periféricas. [30] Las vesículas periféricas son responsables tanto de absorber nutrientes extracelulares como de expulsar los desechos fuera de la célula. [31] Cada célula también contiene un par de estructuras rígidas llamadas cuerpos medianos que forman parte del citoesqueleto de G. lamblia . [9] Los trofozoitos 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 un poco más pequeñas que los trofozoítos. [10] Carecen de flagelos y están cubiertos por una pared quística lisa y clara. [10] Cada quiste contiene los orgánulos de dos trofzoítos: cuatro núcleos, dos discos ventrales, etc. [10]
G. duodenalis genera principalmente su energía descomponiendo la glucosa mediante la glucólisis , así como por la vía de la arginina deiminasa . No puede sintetizar nucleótidos por sí solo, sino que los recupera de su huésped. La síntesis de grupos de hierro y azufre se realiza en un compartimento unido por una doble membrana llamado mitosoma, que probablemente sea un remanente de mitocondrias. [13] Cada célula contiene de 25 a 100 mitosomas divididos en dos categorías: mitosomas periféricos, que están dispersos por toda la célula, y mitosomas centrales, que se reúnen en el centro de la célula por razones desconocidas. [32] Al igual que en las mitocondrias, las proteínas con una determinada secuencia de señal peptídica se transportan y se 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 . [13]
Giardia y las otras diplomonas son únicas por poseer 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. [33] El genoma ha sido secuenciado y publicado en 2007, aunque la secuencia contiene varias lagunas. La secuencia tiene aproximadamente 12 millones de pares de bases y contiene aproximadamente 5000 genes codificadores de proteínas. [34] El contenido de GC es del 46%. Los trofozoítos tienen una ploidía de cuatro y la ploidía de los quistes es ocho, lo que a su vez plantea la cuestión de cómo Giardia mantiene la homogeneidad entre los cromosomas del mismo núcleo y los opuestos. Se han utilizado tecnologías de secuenciación modernas para volver a secuenciar diferentes cepas. [35]
Las infecciones por Giardia son autolimitadas en individuos inmunocompetentes, mientras que las personas con trastornos de inmunodeficiencia pueden desarrollar giardiasis crónica. [ cita necesaria ] Durante la infección se activan diferentes mecanismos del sistema inmunológico innato y adaptativo . La primera barrera física es la capa mucosa donde el organismo interactúa con las células epiteliales, inmunes y algunos péptidos antimicrobianos liberados por esas células, así como con el óxido nítrico y las citocinas inflamatorias como la interleucina 6 . TLR2 y TLR4 también pueden ser activados por Giardia . [36] La respuesta de las células T en la giardiasis incluye células T colaboradoras y células T citotóxicas , y la producción de IgA por las células B también ayuda a eliminar la infección. [37]
Se había asumido que Giardia era primitivamente asexual y no tenía medios para transferir ADN entre núcleos. Estas suposiciones hicieron muy difícil explicar el nivel notablemente bajo de heterocigosidad alélica (< 0,01%) en el genoma aislado, WB, pero todas esas suposiciones de asexualidad ahora están en duda, y la genética de poblaciones proporciona evidencia de la recombinación [38] y la identificación. de genes meióticos, evidencia de recombinación entre aislados y evidencia de intercambio de material genético entre núcleos durante el proceso de enquistamiento. [39]
Estos hallazgos sobre la sexualidad en Giardia , arriba, tienen implicaciones importantes para comprender 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 fue que anteriormente parecía faltar la reproducción sexual en ciertos eucariotas unicelulares patógenos humanos (por ejemplo, Giardia ) que divergían de los primeros ancestros del linaje eucariota. [ cita necesaria ]
Además de la evidencia citada anteriormente sobre la recombinación en Giardia , Malik et al. [40] 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 muy divergentes entre los eucariotas, Malik et al. [40] sugirieron que estos genes meióticos estaban presentes en un ancestro común de todos los eucariotas. Por lo tanto, desde este punto de vista, el ancestro más antiguo de los eucariotas probablemente era capaz de reproducirse sexualmente. Además, Dacks y Roger [41] propusieron, basándose en análisis filogenéticos, que el sexo facultativo estaba presente en el ancestro común de todos los eucariotas. Bernstein et al. También revisó la evidencia que respalda esta opinión. [42]
Hasta la fecha se han reconocido ocho conjuntos de genotipos de G. duodenalis (AH). [28] El genotipado de G. duodenalis aislado de varios huéspedes ha demostrado que los ensamblajes A y B infectan la mayor variedad de especies de huéspedes, y parecen ser los principales (o posiblemente únicos) ensamblajes de G. duodenalis que innegablemente infectan a sujetos humanos. [28]
Frances Gillin, de la Universidad de California en San Diego , y sus colegas cultivaron todo el ciclo de vida 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 . [43] [44] También descubrieron varias formas en 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 (llamada variación antigénica ). El trabajo de Gillin revela por qué las infecciones por Giardia son extremadamente persistentes y propensas a reaparecer. 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 necesaria ]
En diciembre de 2008, Nature publicó un artículo que muestra el descubrimiento de un mecanismo de interferencia de ARN que permite a Giardia cambiar proteínas de superficie específicas de variantes para evitar la respuesta inmune del huésped. [45] El descubrimiento fue realizado por el equipo que trabaja en el Laboratorio de Bioquímica y Biología Molecular de la Facultad de Medicina de la Universidad Católica de Córdoba, Argentina, dirigido por el Dr. Hugo Luján. [ cita necesaria ]
El principal congreso sobre Giardia es la Conferencia Internacional sobre Giardia y Cryptosporidium. Está disponible un resumen de los resultados presentados en la edición más reciente (2019, en Rouen , Francia). [46]
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] [47] La siguiente descripción conocida de Giardia no fue hasta 1859, cuando el médico checo Vilém Lambl publicó una descripción de las etapas de trofozoitos que vio en las heces de un paciente pediátrico. Lambl denominó al organismo Cercomonas intestinalis . [48] En 1888, Raphaël Blanchard cambió el nombre del parásito Lamblia intestinalis en honor a Lambl. [48] En 1915, Charles Stiles cambió el nombre del organismo a Giardia lamblia en honor tanto a Lambl como al profesor Alfred Mathieu Giard de París. [48] [49] En 1921, Charles E. Simon publicó una descripción detallada de la morfología del parásito. [9]
