TAJNÉ NÁSTROJE PARAZITOV NA PREŽITIE U ČLOVEKA

17. Jún 2022
Article image

Parazity sú všade okolo nás a každý rok sú priamo zodpovedné za viac ako 1 milión ľudských úmrtí na celom svete. Títo hlavní manipulátori používajú rôzne stratégie na zmenu hostiteľského prostredia, aby podporili svoje vlastné prežitie, pričom sa vyhýbajú imunitnému systému hostiteľa. Odhaduje sa, že celkovo až 40 percent známych zvierat na Zemi sú parazity a to sú len tie, ktoré boli opísané. Vedci sa domnievajú, že je to asi len 10 percent všetkých parazitov, takže potenciálne milióny ďalších ešte len čakajú na svoje objavenie. To nás privádza k zásadným otázkam, akým spôsobom s nami parazity interagujú a čo všetko od nich môžeme očakávať. Odpovede získavame nielen ich štúdiom, ale aj komplexným pozorovaním imunopatologických procesov, ktoré svojou prítomnosťou u nás vyvolávajú. Tieto poznatky napĺňajú vedcov po celom svete úžasom, pretože je obdivuhodné, akými rôznorodými a nesmierne sofistikovanými spôsobmi si parazity dokážu zabezpečiť nielen svoje prežitie, ale aj prenos na ďalších hostiteľov.


Úvod

Mnohé ničivé choroby v tropických oblastiach sveta sú výsledkom infekcií parazitmi. Kombinácia klímy a chudoby v týchto regiónoch významne prispieva k prenosu parazitárnych chorôb. Niektoré parazity, ako napríklad malária, sú v spomínaných oblastiach bežnou príčinou úmrtí, zatiaľ čo iné, ako napríklad parazitické hlístovce, môžu viesť k znetvoreniu, slepote a k vážnym ekonomickým problémom. Nedávna správa Svetovej zdravotníckej organizácie (WHO) o hlavných príčinách smrti na celom svete ukazuje, že jedna tretina všetkých úmrtí je spôsobená infekčnými a parazitárnymi chorobami (1).

Parazity sú súčasťou veľkej skupiny organizmov nazývaných eukaryota. Líšia sa od baktérií alebo vírusov, pretože ich bunky zdieľajú mnoho znakov s ľudskými bunkami vrátane definovaného jadra. Zvyčajne sú väčšie ako baktérie, hoci niektoré formy odolné voči nepriaznivým podmienkam životného prostredia sú takmer rovnakých rozmerov. Určité parazity sa replikujú iba v hostiteľskom organizme, zatiaľ čo niektoré sa môžu voľne množiť aj v prostredí. Parazity môžu byť jednobunkové, ako napríklad Giardia intestinalis, alebo mnohobunkové, ako napríklad parazitické červy (2).

Postavenie parazitológie vo vede

Lekárska parazitológia študuje organizmy, ktoré parazitujú na ľuďoch. Podľa tejto širokej definície môžu parazity zahŕňať vírusy, baktérie, huby, prvoky a metazoá (mnohobunkové organizmy), ktoré infikujú ich hostiteľské druhy. Avšak z historických dôvodov sú posledné dve skupiny v rámci mikrobiológie osobitne vyčlenené. Parazitológia učí, že prvoky (jednobunkové živočíchy), helminty (červy) a článkonožce (hmyz a pavúkovce), ktorých existencia závisí od dostupnosti hostiteľských zvierat, sú obligátne parazity. Niektoré vzácne parazity sa nazývajú fakultatívne, pretože môžu prežívať a rozmnožovať sa aj bez hostiteľa, ale je len veľmi málo tých, ktoré infikujú ľudí a patria do tejto skupiny (napríklad voľne žijúce améby). Hmyz ako skupina patrí do disciplíny entomológie, zatiaľ čo kliešte a roztoče sú predmetom záujmu akarológie. Ďalším spôsobom, ako rozlíšiť parazity, je označiť ich ako ektoparazity (žijúce na povrchu tela hostiteľa) a endoparazity (žijúce v jeho vnútri) (3).

Parazity v etiológii chorôb

Existujú tri hlavné triedy parazitov, ktoré spôsobujú choroby u ľudí: helminty, napríklad Ascaris lumbricoides – pôvodca askariózy, prvoky, napríklad Plasmodium falciparum – pôvodca malárie či Trypanosoma brucei – pôvodca spavej choroby a ektoparazity, napríklad Sarcoptes scabiei – pôvodca svrabu (4).

Rozvoj ochorenia ako takého závisí od faktorov hostiteľa (citlivosť alebo rezistencia) a od faktorov parazitov (patogenita či virulencia). Ukázalo sa, že mnohí hostitelia sú náchylnejší na choroby z viacerých dôvodov. Napríklad vek (novorodenci a geriatrickí pacienti), pohlavie (ženy, najmä počas tehotenstva a dojčenia), stav výživy (podvyživení), fyziologického stavu („stresovaní" hostitelia) a imunologickej kompetencie (imunosuprimovaní alebo imunokompromitovaní hostitelia). Z pohľadu parazitov je hlavným dôležitým determinantom pre rozvoj ochorenia patogenita parazita (druhová vlastnosť) alebo virulencia (vlastnosť konkrétneho organizmu), teda schopnosť vyvolať ochorenie vrátane vzájomne súvisiacich faktorov invazivity (motilita, sekrécia enzýmov, prítomnosť špecifických tkanivových receptorov, indukcia fagocytózy), fertilita (rýchlosť produkcie potomstva), spôsob úniku z hostiteľa, stimulácia a/alebo potlačenie imunity a zápalu, produkcia exo- a endotoxínov a odolnosť voči obrane hostiteľa. Takéto determinanty virulencie často priamo korelujú so schopnosťou parazita prežiť a rozmnožovať sa, ale môžu tiež nepriaznivo ovplyvniť prežitie a plodnosť hostiteľa (3).

Parazitárne stratégie prežitia

Parazity sa vyvíjajú a prežívajú v prostredí, ktoré je pre nich často nepriateľské. V agresívnych podmienkach môžu parazity využívať rôzne a zložité stratégie, aby prežili. Echinococcus granulosus, Toxocara canis, Pneumocystis jirovecii, Entamoeba histolytica či Toxoplasma gondii sa v stresových podmienkach (imunologických alebo neimunologických) dokážu v prostredí izolovať. Zdá sa, že špecifické antigény, ktoré počas krátkeho časového obdobia prejavujú funkčnú aktivitu, sú v tomto rozhodujúcom momente pred imunitným útokom skryté (5).

Pribúdajúce dôkazy naznačujú, že parazity využívajú v komunikácii medzi bunkami aj viacúčelové extracelulárne vezikuly, aby mohli pretrvávať vo svojom hostiteľovi. Tieto vezikuly hrajú významnú úlohu vo fascinujúcom životnom cykle mnohých parazitov vrátane ich rastu a vývoja, prenosu faktorov virulencie, adhézie parazitov k hostiteľským tkanivám a vyhýbania sa imunitným reakciám. Parazity majú často zložité životné cykly, niektoré zahŕňajú viac ako jedného hostiteľa, do ktorého sa prenášajú vektorom (agens, ktorý prenáša infekčný patogén, napríklad komár) v rôznych prostrediach. Iné životné cykly zahŕňajú obdobie vegetačného pokoja, ktoré môže trvať roky, zatiaľ čo iné zahŕňajú akútnu infekciu (4).

Pri mechanizmoch odolávania liekom vyvinutých u parazitov by mohli hrať úlohu transmembránové transportéry opísané u mnohých prvokov alebo parazitujúcich hlístovcov. Okrem toho opis enzýmov špecifických pre parazity, ktoré sú schopné chrániť ich pred škodlivými účinkami kyslíkových radikálov, naznačuje, že parazity sú potenciálne schopné vyvinúť si fenomén rezistencie voči liekom pôsobiacim prostredníctvom oxidačného vzplanutia (5).

Mechanizmy parazitov slúžiace na prežitie u hostiteľa sú znázornené v Tabuľke č. 1.

Tabuľka č. 1: Mechanizmy parazitov slúžiace na prežitie u hostiteľa (prevzaté a preložené z: D. Camus et al. The art of parasite survival, Brazilian Journal of medical and biological research, 1995, 28: 399-413, ISSN 0100-879X)


Parazitárne infekcie vyvolávajú imunitné reakcie u hostiteľa, ktoré eliminujú napádajúce parazity. Tie sa však vyvinuli, aby vytvorili mnoho stratégií, ako sa vyhnúť imunitným útokom hostiteľa a prežiť v nepriateľskom prostredí. Systém komplementu pôsobí ako prvá línia imunitnej obrany na elimináciu invazívnych parazitov vytvorením membránového útočného komplexu (MAC) a podporou zápalovej reakcie na povrchu invazívnych parazitov. Doteraz bola dráha aktivácie komplementu presne vymedzená, avšak spôsob, akým parazity unikajú útoku komplementu, ako stratégia prežitia v hostiteľovi, nie je stále dostatočne pochopený. Čoraz viac dôkazov naznačuje, že parazity vyvíjajú sofistikované stratégie, aby unikli komplementom sprostredkovanému zabíjaniu – napríklad expresiou proteínov špecificky zameraných na rôzne zložky komplementu, aby sa inhibovala jeho funkcia a tvorba MAC. Môžeme teda povedať, že efektívny únik pred útokom komplementu hostiteľa je kľúčovým krokom pre prežitie parazitov v hostiteľovi (6).

Intracelulárny parazitizmus sa objavil len niekoľkokrát počas dlhého vývoja parazitických prvokov vrátane rôznych skupín, ako sú mikrosporídie, kinetoplastidy a apikomplexa. Stratégie používané na získanie vstupu do buniek sa značne líšia, od injekcie (napr. mikrosporídie) cez aktívnu penetráciu do hostiteľskej bunky (napr. Toxoplasma gondii), nábor lyzozómov do poškodenej plazmatickej membrány (napr. Trypanosoma cruzi) až po fagocytózu sprostredkovanú hostiteľskými bunkami (napr. Leishmania spp.) (7).

Niektoré parazity sa môžu izolovať v prostredí, keď sa nedokážu ďalej rozvíjať alebo keď sú stresované okolitými faktormi. Tvorba hydatidóznej cysty Echinococcus granulosus u jeho medzihostiteľov predstavuje charakteristický príklad izolácie. Červ, ktorý nie je schopný pokračovať vo svojom vývoji, je dokonale izolovaný od imunitného útoku a môže prežiť roky v rôznych orgánoch. Skutočnosť, že parazity vo vnútri cýst sú chránené pred imunitnými efektorovými mechanizmami, neznamená, že je encystácia vyvolaná vždy imunitnou odpoveďou. Napríklad cysty Pneumocystis jirovecii sa tvoria u hlboko imunodeprimovaných jedincov a zdá sa, že tieto cysty sú schopné odolať zvýšenému osmotickému tlaku, čo by mohlo pomôcť parazitovi prežiť a množiť sa v pľúcnom surfaktante. Toxocara canis je tiež schopná izolovať sa na niekoľko mesiacov a čakať na priaznivé podmienky nezávisle od imunologického stavu hostiteľa (5).

Makrofágy v procese parazitárnej infekcie

Počas infekcií intracelulárnymi mikróbmi majú makrofágy dve úlohy. Na jednej strane sú dôležitými efektorovými bunkami na kontrolu a ničenie vnútrobunkových baktérií a parazitických prvokov oxidačnými a neoxidačnými mechanizmami. Na druhej strane môžu makrofágy slúžiť aj ako dlhodobé hostiteľské bunky, ktoré uľahčujú replikáciu a prežitie patogénov, napríklad ich ochranou pred toxickými zložkami extracelulárneho prostredia.

Dnes poznáme viaceré mechanizmy, pomocou ktorých intracelulárne protozoálne parazity, ako sú Leishmania spp., Trypanosoma cruzi a Toxoplasma gondii, dokážu využiť makrofágy ako bezpečné cieľové bunky (8).

Leishmanie sú schopné pretrvať mnoho rokov vo svojom ľudskom hostiteľovi tým, že sa skryjú vo vnútri makrofágov, pričom sú schopné vyhnúť sa smrtiacim účinkom týchto bielych krviniek a tajne rásť v hostiteľských bunkách, prípadne tvoria veľké granulómové lézie, ktoré môžu viesť k otvoreným vredom, orgánovému poškodeniu a v niektorých prípadoch až k smrti, a to zvlášť u imunokompromitovaných jedincov (9).

Obrovské množstvo štúdií skúmalo spôsoby, akými parazity napádajú hostiteľské bunky a ako sa vyhýbajú spusteniu smrtiacich mechanizmov makrofágmi (5). Zhrnutie týchto procesov je zobrazené v Tabuľke č. 2.

Tabuľka č. 2: Stratégie a mechanizmy prežitia parazitických prvokov v makrofágoch (prevzaté a preložené z: C. Bogdan and M. Röllinghoff, How do Protozoan Parasites Survive inside Macrophages? Parasitology Today, vol. 15, no. 1, 1999)


Dnes už vieme, ako dormantné formy parazitického prvoka Toxoplasma gondii v mozgu manipulujú so svojimi hostiteľskými bunkami, aby si zabezpečili vlastné prežitie. Austrálski výskumníci dokázali, že parazity boli schopné ležať spiace a nezistené vo vnútri neurónov a svalových buniek uvoľňovaním proteínov, ktoré vypínajú schopnosť buniek upozorniť imunitný systém. Ukázali, že spiace parazity (nazývané bradyzoity) exportovali proteíny, aby umlčali imunitnú signalizáciu v infikovaných hostiteľských bunkách a nepozorovane sa skryli. Tento objav by mohol pripraviť cestu pre nové spôsoby liečby chronickej toxoplazmózy. Jej pôvodca si vytvára svoje vlastné molekuly a proteíny, ktoré exportuje do hostiteľskej bunky, aby sa chránil pred detekciou imunitným systémom (10).

Cirkadiánne rytmy u parazitov

Cyklus dňa a noci spôsobený otáčaním Zeme okolo svojej osi, je jednou z najvýraznejších čŕt sveta, v ktorom žijeme. Aby došlo k zosúladeniu, mnohé druhy vykazujú každodenné zmeny vo svojom správaní a/alebo fyziológii. Synchronizácia organizmu s prostredím je rozhodujúca pre jeho prežitie a nesúlad v cirka-
diánnych rytmoch môže viesť k tomu, že organizmus nebude schopný prežiť (11).

Predpokladá sa, že u živočíchov sa tieto biologické rytmy vyvinuli, aby im umožnili organizovať svoje aktivity podľa predvídateľných cyklov Zeme. Avšak je zložitejšie vysvetliť, prečo parazity, ktoré žijú výlučne v telách iných organizmov, majú tiež biologické rytmy. Vyvoláva to predstavu, že na načasovaní, kedy a ako hostitelia a parazity interagujú, záleží. A následne tieto interakcie môžu vplývať aj na prenos či závažnosť chorôb. Predpokladá sa, že parazity so zmenenými rytmami sa môžu vyhnúť účinkom kontrolných imunitných mechanizmov, čo podčiarkuje potrebu pochopiť, ako tieto organizmy biologické rytmy vykazujú (12).

Jednobunkové parazity spôsobujúce choroby, ako sú napr. Plasmodium spp., ktoré žijú v komároch a ľuďoch a spôsobujú maláriu, majú denné rytmy v génovej expresii a ukázalo sa, že ovplyvňujú citlivosť na lieky. Nikdy predtým však neboli tieto rytmy skúmané u mnohobunkových parazitov, akým je Schistosoma mansoni. Až neskôr sa ukázalo, že tento červ spôsobujúci schistosomiázu má tiež cirkadiánny rytmus, ktorý ovplyvňuje, ktoré gény sú zapnuté v rôznych časoch (11).

Parazitárny oportunizmus

Oportunistické mikroorganizmy sú definované svojimi patogénnymi schopnosťami v imunokompromitovaných hostiteľoch. V tomto smere sú Toxoplasma gondii, Pneumocystis jirovecii alebo Candida albicans predstaviteľmi oportunistov. Pozorovanie, že vzniku niektorých infekčných ochorení môžu napomôcť nesúvisiace sprievodné imunodepresívne infekcie, vyvoláva otázku možného vplyvu jedného parazitárneho ochorenia na vznik druhého. Tento aspekt je dôležitý ako pre zvieratá, tak pre ľudí, ktorí sú často infikovaní súčasne rôznymi parazitmi (5).

Iný aspekt oportunizmu môžeme vidieť u parazitov ako Schistosoma mansoni alebo Trypanosoma brucei, ktoré odhaľujú úžasné oportunistické správanie, keď na svoj vlastný vývoj používajú cytokíny hostiteľského pôvodu vyvolané infekčným procesom (5).

Interferón a Toxoplasma gondii

Interferón je kľúčový nástroj v boji proti chorobám. Predstavuje čosi ako majákovú molekulu imunitného systému, ktorá vydáva „blikajúce” znamenie oznamujúce imunitnému systému, že telo bolo infikované celým radom mikroorganizmov vrátane toxoplazmy. Prefíkaný parazit sa však v latentnom období snaží tento signál vypnúť, pretože len tak môže prežiť. Zatiaľ čo imunitný systém je odhodlaný zbaviť sa infekcie, parazit má „na mysli” iba svoje prežitie. Takže je to v podstate akoby preťahovanie lanom, „molekulárny zápas” (10).

Prínos parazitov

Takmer polovica všetkých známych zvierat na Zemi sú parazity a podľa jednej štúdie môže byť desatina z nich už v najbližších 50 rokoch odsúdená na vyhynutie v dôsledku klimatických zmien, straty hostiteľov či zámerných pokusov o ich eradikáciu. Nie všetky parazity však svojim hostiteľom spôsobujú značné škody a len malé percento postihuje ľudí.

Nielenže sa dnes môžeme veľa dozvedieť o parazitoch a spôsoboch, ako ich využiť pre naše vlastné potreby, ale tiež začíname chápať, že zohrávajú kľúčovú úlohu v rôznych ekosystémoch a udržiavajú populácie pod kontrolou a zároveň pomáhajú nasýtiť iné formy života (13).

Ukazuje sa, že väčšina druhov je cieľom mnohých parazitov. Napríklad človek. Napriek našej snahe byť voči parazitom nehostinní, sme vynikajúci hostitelia. V priebehu evolúcie sa vyvinulo viac ako sto rôznych parazitov, ktorí žijú v nás alebo na nás, pričom mnoho z nich je teraz závislých od nás, pokiaľ ide o ďalšiu existenciu ich druhu.

Parazitizmus sa v priebehu miliárd rokov znova a znova vyvinul ako spôsob života, od najmenších a najjednoduchších mikróbov až po najzložitejšie stavovce. Existujú parazitické rastliny, vtáky, mätúce množstvo parazitických červov a hmyzu a dokonca aj parazitický cicavec – netopierí upír, ktorý saje krv z kráv a iných cicavcov (13).

Ani ľudskému zdraviu by ničenie parazitov úplne neprospelo. V rozvinutých krajinách, kde sme zlikvidovali väčšinu črevných parazitov, máme rozšírené autoimunitné ochorenia, o ktorých na miestach, kde má každý stále nejakého parazita, prakticky nikto nepočul. Podľa jedného myšlienkového smeru sa ľudský imunitný systém vyvinul spolu so skupinou červov a parazitických prvokov a keď sme ich zabili, náš imunitný systém začal útočiť na nás samých (13).

Aktuálne tendencie

Prepuknutie choroby je dôsledkom interakcií medzi tromi zložkami systému hostiteľ – parazit: infekčným agensom, hostiteľom a prostredím. Napriek desaťročiam výskumu vzťahov virulencie a prenosu nemáme stále dostatočný konsenzus o smerovaní toho, ako a či spolu virulencia a prenos parazitov súvisia, najmä pokiaľ ide o spôsoby prenosu mimo priamy kontakt (14).

Pri štúdiu parazitov sa treba zamerať aj na biochemické mechanizmy, ktoré sú základom procesu ich prežitia a patogenézy chorôb. Vedci nadobúdajú poznatky o funkciách a zložkách hlavných signálnych dráh, ako sú kinázová či vápniková signalizácia a signalizácia založená na cyklických nukleotidoch, ktoré slúžia rôznym aspektom parazitického asexuálneho štádia a zdôrazňujú Toll-like receptory. Ďalej glykozylfosfatidylinozitolom sprostredkovaná signalizácia a molekulárne deje v cytoadhézii, ktoré vyvolávajú imunitnú odpoveď hostiteľa (15). Jednoducho zhrnuté, naše poznatky o parazitoch a ich spôsoboch prežitia v človeku, ako aj o prenose na ďalších hostiteľov sa stále rozširujú a ukazujú nám neprebádané zákutia zložitých biochemicko-imunologicko-patofyziologických procesov. Je to dobrodružná cesta plná neočakávaných zvratov a prekvapení, ktorá robí vedu takou krásnou a príťažlivou. Tieto poznatky nie sú samoúčelné, veda nie je nikdy jalová, slúži ľuďom, aby tí mohli slúžiť druhým.

Záver

Ako to už v živote býva, máločo je čierno-biele. Ani pri parazitoch nejde o tolkienovský stret medzi dobrom a zlom, pretože aj tieto organizmy môžu byť svojmu hostiteľovi v zložitých interakciách rôznymi spôsobmi prínosné.

Viktor E. Frankl povedal, že život človeka je neustále hľadanie zmysluplnej existencie. Môžeme dodať, že nielen tej svojej. Parazity boli, sú a budú neoddeliteľnou súčasťou našich životov. Charles Darwin a Friedrich Nietzsche sa v jednej veci úplne zhodli: definujúcim znakom všetkých organizmov je večný zápas. Aj parazity si neustále hľadajú svoje miesto v obrovskom ekosystéme života, tak ako my, ľudia.



Literatúra

  1. https://www.neb.com/tools-and-resources/feature-articles/parasitic-infections-in-humans
  2. https://microchemlab.com/information/introduction-bacteria-viruses-fungi-and-parasites/
  3. https://parasite.org.au/para-site/introduction/introduction-essay.html
  4. Yifat Ofir-Birin and Neta Regev-Rudzki: Extracellular vesicles in parasite survival. 2019. Science 363 (6429), 817-818. DOI: 10.1126/science.aau4666
  5. D. Camus et al. The art of parasite survival, Brazilian Journal of medical and biological research, 1995, 28: 399-413, ISSN 0100-879X
  6. Shao S, Sun X, Chen Y, Zhan B and Zhu X (2019) Complement Evasion: An Effective Strategy That Parasites Utilize to Survive in the Host. Front. Microbiol. 10:532. doi: 10.3389/fmicb.2019.00532
  7. L. David Sibley: Invasion and intracellular survival by protozoan parasites. Immunological Reviews 2011 Vol. 240: 72 – 91
  8. C. Bogdan and M. Röllinghoff, How do Protozoan Parasites Survive Inside Macrophages? Parasitology Today, vol. 15, no. 1, 1999
  9. University of York. "Sweet success of parasite survival could also be its downfall." ScienceDaily. ScienceDaily, 16 September 2019.
  10. https://www.wehi.edu.au/news/toxoplasma-parasites-manipulate-brain-cells-survive
  11. https://www.sanger.ac.uk/news_item/human-parasites-daily-rhythms-could-be-targeted-for-better-treatments/
  12. Reece et al. Evolutionary ecology of parasite rhythms. Journal of biological rhythms, Vol. 32 No. 6, December 2017 516–533 DOI: 10.1177/0748730417718904
  13. https://www.nationalgeographic.com/science/article/parasites-are-going-extinct-heres-why-we-need-to-save-them
  14. Turner WC, Kamath PL, van Heerden H, Huang Y-H, Barandongo ZR, Bruce SA, Kausrud K. 2021 The roles of environmental variation and parasite survival in virulence– transmission relationships. R. Soc. Open Sci. 8: 210088. https://doi.org/10.1098/rsos.210088
  15. Soni R, Sharma D, Rai P, Sharma B and Bhatt TK (2017) Signaling Strategies of Malaria Parasite for Its Survival, Proliferation, and Infection during Erythrocytic Stage. Front. Immunol. 8:349. doi: 10.3389/fimmu.2017.00349
inVitro image
Tento článok sa nachádza v čísle invitro 02/2022

Parazity a človek

Parazitom – na prvý pohľad nepríjemnej téme – sme venovali letné číslo magazínu inVitro. Síce niekedy pomerne jednoduché organizmy, ale s o to dômyselnejšími stratégiami prežitia, môžu byť v tomto…

Výber článkov PDF
author

MUDr. Jozef Ficik

Všetky články autora