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PROTOZOARIOS PARASITOS. 45.000 especies actuales; 10.000 de ellas son parásitos de animales y, en algunos casos, de plantas.

REINO PROTISTA: Organismos eucarióticos unicelulares. Grupo 1: Flagelados (locomoción por flagelos). flagelos) • Trypanosoma cruzi, Trypanosoma brucei, Leishmania spp.

• Giardia lamblia. • Trichomonas vaginalis. Grupo 2: Amebas (locomoción por pseudópodos). • Entamoeba histolytica.

Grupo 3: Esporozoarios (Apicomplexa) (sin medios visibles de locomoción). • Plasmodium falciparum. • Toxoplasma gondii. Grupo 4: Ciliados (locomoción por cilias). • Balantidium coli.

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Estudios recientes de filogenia basados en el rRNA nuclear indican que los Protozoarios son un grupo altamente polifilético de eucariotes. El término “Protozoarios” no puede usarse en esquemas taxonómicos que busquen representar verdaderas hi historias i de d evolución l ió molecular, l l pero puede utilizarse para denominar un grupo polifilético no relacionado de organismos i eucariotas i t inferiores i f i que comparten algunas características morfológicas, reproductivas, ecológicas y bioquímicas. bioquímicas Son todos unicelulares.

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ULTRAESTRUCTURA Y METABOLISMO. Los distintos grupos de Protozoarios parásitos presentan diferencias metabólicas considerables entre ellos y con sus huéspedes. Conocer estas diferencias es importante para poder explotarlas para el diseño de agentes quimioterápicos (= medicamentos) que ataquen específicamente al parásito y no a su hospedador. Las diferencias metabólicas se relacionan en algunos casos con claras diferencias en la ultraestructura de las células de los Protozoarios.

• Glicosoma de los Trypanosomas y Leishmanias: q incompleto, p , de la g glucosa. aunque

Metabolismo muy intenso,

• Cobertura antigénica variable de Trypanosoma brucei: Evasión de la respuesta inmune del hospedador. • Hidrogenosoma Hid d Trichomonas de Ti h vaginalis: i li Producción P d ió de d H2. • Apicoplasto (cloroplasto degenerado) en Apicomplexa: Presencia de enzimas y vías metabólicas características de plantas • Carencia de mitocondrias en Entamoeba, Giardia y Trichomonas: Metabolismo fermentativo obligado; microaerofilia.

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TRYPANOSOMATIDS Flagellated Protozoa, belonging to the Order Kinetoplastida , characterized by the presence of the kinetoplast -mitochondrion complex. Parasite

Vector

Disease

Trypanosoma cruzi

Triatomine bug

Chagas disease.

Trypanosoma brucei T b i T. b. gambiense T. b. rhodesiense

Tse-Tse fly

Sleeping sickness. Nagana (cattle).

T. b. brucei

Tse-Tse Tse Tse fly

Leishmania mexicana

Sandfly

Phytomonas spp .

Phytophagous

Cutaneous leishmaniasis . Hemipterans

Plant diseases.

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PARASITOS INTRACELULARES Salvo en los casos de los bdellovibrios y los Microsporidia, que invaden células por penetración directa, los parásitos intracelulares penetran a q deja j la membrana celular intacta y resulta en la través de un pproceso que formacion de un fagosoma. El ciclo del parásito puede continuar en uno de tres compartimentos: 1) Intrafagosomal Intrafagosomal, sin fusión lisosomal y generalmente sin acidificación: Legionella pneumophila, Mycobacterium tuberculosis, Toxoplasma gondii. 2) Intrafagolisosomal, es decir después de la fusión con lisosomas: Yersinia pestis, Leishmania spp. 3) Intracitosólico (rompen la vacuola y escapan al citosol): Rickettsia spp., pp , Listeria monocytogenes, y g , Shigella g flexneri, f , Babesia bovis,, Theileria parva, Trypanosoma cruzi.

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WHY DO WE NEED NEW DRUGS FOR CHAGAS DISEASE?

The drugs g in use,, Benznidazole and Nifurtimox,, have bad side effects and are not effective in all cases.

Treatment of patients is necessary, mostly in the case of acute cases and in congenital cases, although nowadays chronic cases are also treated.

The new drugs should be more effective, less toxic, and cheap enough to be affordable by poor patients.

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En Argentina, según las últimas estimaciones de la O Organización i ió P Panamericana i d de l la S l d (OPS) Salud correspondientes al año 2006-, habría 7,3 millones de personas expuestas, 1,6 millones infectadas y más de 300.000 afectadas por cardiopatías de origen chagásico. La prevalencia de la infección en embarazadas fue de 6,8% en 2000 y de 4,2% en 2009. En base a estos datos, se estima que cada año nacen unos 1.300 niños infectados por transmisión congénita –que, si son detectados, pueden tratarse y curarse-. La L prevalencia l i media di de d infección i f ió en niños iñ menores de 14 años fue de 1,5% en 2009. Afortunadamente, 9 de cada 10 niños tratados en fase aguda y 7 de cada 10 tratados en fase crónica, se curan.

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The Chagas Disease Programme in Argentina started in 1962. Argentina is not free of vectorial transmission of the disease, despite the efforts in controlling the vector and improving housing. Triatoma infestans is still present in poor houses in the area known as the Gran Chaco, which occupies regions of Argentina (62 %of the total area, with 3.8 million people), Bolivia and Paraguay. Resistance to Deltametrin has appeared in the North of Argentina, and is present in Bolivia.

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The number of acute cases due to vectorial transmission is fairly low (7 cases reported to the Public Health authorities in 2009), but the experts of the Programme estimate that the real number of cases must be higher. Accidental transmission by blood transfusions is very unfrequent, since blood is systematically checked for antibodies. Congenital transmission,, however,, is becomingg the main cause for infection. Health authorities estimate about 1.300 cases per year; 690 newborn babies were reported as diagnosed and treated in 2009. The highest prevalence is in the Northern Provinces of Salta and Formosa, which are close to Bolivia. The infected newborns must be treated, and this is a very important reason for the search for new and better drugs. drugs

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TRYPANOSOMA BRUCEI Y LA ENFERMEDAD DEL SUEÑO

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Ciclo biológico de yp brucei. Trypanosoma No existen formas intracelulares, y están siempre en el torrente sanguíneo o en el líquido intersticial. Se protegen del huesped mediante la variación antigénica (VSGs)

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LEISHMANIA spp. Y LAS LEISHMANIASIS

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EL DNA KINETOPLASTICO. Concentrado en el kinetoplasto. Puede llegar a ser un 20 a 30 % del DNA celular total. Formado por circulos catenados, formando una malla o red. Dos clases de circulos: a) los minicírculos, que son de pequeño tamaño y pueden d ser hasta h 20 000 por kinetoplasto, 20,000 ki l y b) los l maxicírculos, i í l que son mayores, y en número mucho menor ( 20 -30 por kinetoplasto). Los maxicírculos constituyen y el verdadero DNA mitocondrial. La función de los minicirculos permaneció oscura mucho tiempo, hasta que se descubrió que codifican RNA guías para el editado de los transcriptos mitocondriales.

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EDITADO DE mRNAs MITOCONDRIALES EN LOS TRYPANOSOMATIDOS

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Algunas otras particularidades de los trypanosomátidos • • • •

Genoma carece de intrones Ausencia use c a dee promotores p o o o es cclásicos ás cos ARNP II Transcripción policistrónica Trans-splicing y poliadenilación: Todos los ARNm estudiados comienzan con la secuencia de

39 nt. Esta secuencia ME se adiciona en trans. Existen 200 ggenes ME

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Procesamiento del ARN Genes

• Todos los ARNm estudiados comienzan con la secuencia de 39 nt Transcripción pre-ARNm ME seónico adiciona en • Esta secuencia policistr trans • Existen 200 genes ME

Procesamiento del ARN policistr ónico

Trans-splicing

ME

ARNm 2 (A)n ME

(A)n

• Los procesos deARNm transmaduros -splicing splicing y poliadenilación se encuentran acoplados Poliadenilación ARN d ARN 1 (A)n ARNm (A) ME

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¿Cómo controlan la expresión de sus proteínas? • Sufren continuos cambios ambientales y morfológicos que requieren de una rápida adaptación • La transcripción de genes para proteínas es constitutiva. No existen factores que regulen la iniciación de la transcripción • Regulación postrancripcional • Proteínas de unión a ARN (RBP) intervienen en distintos aspectos del metabolismo del ARN: – Procesamiento / Transporte / Estabilidad b l d d / Traducción d

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Esquemas metabólicos

Mamífero

Trypanosoma brucei, forma sanguinea

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METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS. Trypanosomas y Leishmanias: C Consumo i igual l o menor de d glucosa l en anaerobiosis bi i comparado d con ell consumo aeróbico: falta de efecto Pasteur o aún efecto Pasteur inverso. Producción y liberación al medio de catabolitos de la glucosa parcialmente reducidos (= fermentación) aún en presencia de oxígeno: succinato, acetato, glicerol, L alanina etanol. L-alanina, etanol (= fermentación aeróbica de la glucosa). glucosa) Carecen de reserva de glucógeno, al igual que otros hemoparásitos. Las Leishmanias contienen un polímero de manosa, el manógeno, que cumple una función similar. Trichomonas vaginalis: Producción de H2 sólo en anaerobiosis. Producción de glicerol, lactato y acetato tanto en aerobiosis como en anaerobiosis. Giardia lamblia: Producción de etanol, CO2 y acetato tanto en aerobiosis como en anaerobiosis. Entamoeba histolytica: Producción de etanol y CO2 en anaerobiosis, y de etanol, CO2 y acetato en aerobiosis. Plasmodium falciparum: Las formas eritrocíticas producen lactato y no tienen un Ciclo de Krebs funcional.

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GLUCOLISIS Plasmodium

Trypanosoma brucei, forma sanguínea. sanguínea Trichomonas vaginalis Entamoeba histolytica

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Glicosoma

Succinato NAD+

Glucosa 2 ATP 2 ADP

NADH ATP

Fumarato

-oxidación de ácidos grasos Síntesis de esteroides Metabolismo de purinas y pirimidinas

Fructosa 1,6-bisfosfato L-malato NAD+ Gliceraldehído 3-fosfato NAD+

NADH Oxalacetato

PPi

NADH ATP

1,3-bisfosfoglicerato ADP

PEPCK

ADP ATP 3-fosfoglicerato

PPDK

CO2 PEP AMP

ATP

Piruvato NADH

L-Alanina NAD+

Citosol 3-fosfoglicerato

PEP

PK

Piruvato

CAT y transaminación

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T. brucei. Trypomastigotes prociclicos.

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Trypanosoma bbrucei ucei , forma sangu’nea .

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La Vía de las Pentosas Fosfato

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Protozoarios microaerofilos carentes de mitocondrias. Los mas importantes son: Entamoeba histolytica, agente de la amebiasis. Afecta al intestino delgado, causando la disentería amebiana, y puede atravesar la pared intestinal e invadir in adir órganos como el hígado, hígado produciendo prod ciendo el absceso amebiano hepático, mortal si no es tratado a tiempo. Carece de mitocondrias y no tiene otras organelas, como el hidrogenosoma. Forma de resistencia: el quiste, quiste eliminado en las heces heces. Frecuente en países tropicales. Giardia intestinalis o Giardia lamblia, agente de la giardiasis. Forma de resistencia: el quiste, eliminado en las heces. Presente en todos los países, aún los mas desarrollados. ichomonas vaginalis y Tritrichomonas it ichomonas foetus, pa parásitos ás tos de del se ser humano u a o Trichomonas y del ganado vacuno, respectivamente. Sin forma de resistencia; transmisión directa, por contagio venéreo.

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GIARDIA LAMBLIA

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Trichomonas vaginalis Tricomoniasis. Enfermedad venérea, asintomática en el hombre, flujo vaginal en la mujer. Parásitos microaerófilos, carentes de mitocondrias y que poseen una organela característica, el hidrogenosoma. Sensibles al Metronidazol o Flagil

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Organización subcelular del catabolismo de carbohidratos en eucariotes

Sin CompartamentaliSi C t t li zación (Giardia, Entamoeba)

Citosoll / Cit hidrogenosoma (Trichomonas)

Citosoll / Cit mitocondria

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METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS. Trypanosomas y Leishmanias: C Consumo i igual l o menor de d glucosa l en anaerobiosis bi i comparado d con ell consumo aeróbico: falta de efecto Pasteur o aún efecto Pasteur inverso. Producción y liberación al medio de catabolitos de la glucosa parcialmente reducidos (= fermentación) aún en presencia de oxígeno: succinato, acetato, glicerol, L alanina etanol. L-alanina, etanol (= fermentación aeróbica de la glucosa). glucosa) Carecen de reserva de glucógeno, al igual que otros hemoparásitos. Las Leishmanias contienen un polímero de manosa, el manógeno, que cumple una función similar. Trichomonas vaginalis: Producción de H2 sólo en anaerobiosis. Producción de glicerol, lactato y acetato tanto en aerobiosis como en anaerobiosis. Giardia lamblia: Producción de etanol, CO2 y acetato tanto en aerobiosis como en anaerobiosis. Entamoeba histolytica: Producción de etanol y CO2 en anaerobiosis, y de etanol, CO2 y acetato en aerobiosis. Plasmodium falciparum: Las formas eritrocíticas producen lactato y no tienen un Ciclo de Krebs funcional.

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METABOLISMO DE LA GLUCOSA POR TRICHOMONAS VAGINALIS

La produción de hidrógeno tiene lugar sólo en anaerobiosis estricta. Los demás productos finales son iguales en aerobiosis o en anaerobiosis. anaerobiosis El hidrogenosoma no es exclusivo de T. T vaginalis o Tritrichomonas foetus. Se encuentra tambien en Protistas muy distantes evolutivamente, como ciliados del rumen, que son anaerobios bi estrictos, i y tambien en algunos hongos..

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METABOLISMO DE LA GLUCOSA POR ENTAMOEBA sp. Todo el metabolismo tiene lugar en el citosol. it l

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Enzimas que utilizan pirofosfato: presentes en general en plantas y bacterias, y tambien en algunos Protozoarios.

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APICOMPLEXA

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Toxoplasma gondii – estructura y función

Secreción, invasión, gliding, egreso Formación de PV

Invasión, gliding, egreso

Baum J., et al., Nat. Rev. Microbiol., 2006.

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Toxoplasma p ggondii – Ciclo lítico Micronemas Ca++ Gliding

Gliding

Roptrias, Gránulos densos Black, M.W. & Boothroyd , J.C., Microbiol. Mol. Biol. Rev., 2000.

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TOXOPLASMA GONDII

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Toxoplasma gondii ‐ Gliding

Baum J., et al., Nat. Rev. Microbiol., 2006.

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Ciclo biológico de Eimeria spp. Coccidios. Parásitos de animales, de gran importancia económica. Afectan a pollos y a conejos, entre otros animales domésticos. El g es muy y ciclo biológico similar al de Toxoplasma, excepto que este último puede tener dos huéspedes y Eimeria tiene sólo uno. uno

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Ciclo Ci l biológico bi ló i de d Plasmodium spp. Muy específicos para huésped. Cuatro especies i capaces de d causar malaria en el hombre: P. falciparum (terciana maligna), maligna) P. P malariae (cuartana), P. vivax (terciana benigna) P. benigna), P ovale (terciana ovale).

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PIROPLASMAS

Parásitos de animales, animales con particular importancia para el ganado vacuno. vacuno Transmitidos por garrapatas.

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Ciclo biológico de Babesia spp.

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Ciclo biológico de Theileria spp. Los linfocitos invadidos son transformados, transformados induciendolos a replicarse al mismo tiempo que los parásitos. Esto causa una i f ió “explosiva”. infección “ l i ” Se S ha hablado de “completa subversión del sistema inmune” Theileria parva causa la Fiebre de la Costa Este, que mata gran cantidad d b de bovinos i en Af Africa. i

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CILIADOS: Balantidium coli

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METABOLISMO DE PROTEINAS, AMINOACIDOS, PURINAS Y PIRIMIDINAS. PROTEINASAS. Las proteinasas se clasifican, según su mecanismo de reacción, en cistein proteinasas, serin proteinasas, treonin proteinasas (el proteasoma), aspartil proteinasas y metaloproteinasas. Todas estas clases han sido encontradas en Protozoarios parásitos, parásitos aunque no todas en todos ellos. ellos Son en general importantes no sólo para la nutrición del parásito, sino que en muchos casos participan activamente en el mecanismo de patogénesis, y puede considerarselas factores de virulencia. En Trypanosomas, Leishmanias, Entamoeba, Giardia y Trichomonas, predominan las cisteín proteinasas. Las Leishmanias poseen tambien una metaloproteinasa de superficie cuantitativamente muy importante. En Plasmodium falciparum la digestión de la hemoglobina del glóbulo rojo parasitado se hace por la acción concertada de cisteín proteinasas (las falcipaínas) y aspartil proteinasas (las plasmepsinas). La inhibición de cistein proteinasas de Trypanosoma cruzi (la cruzipaína) y de Plasmodium falciparum mata al parásito o impide etapas de diferenciación en su ciclo biológico. Se están ensayando inhibidores de la cruzipaína como eventuales agentes quimioterápicos contra la enfermedad de Chagas.

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CATABOLISMO DE AMINOACIDOS. Los protozoarios parásitos toman en general los aminoácidos del hospedador, y sus capacidades sintéticas son limitadas. Los utilizan para la biosíntesis proteica, para otros procesos biosintéticos y para la generación de energía por oxidación de la cadena carbonada (en los casos en que hay un Ciclo de Krebs y una cadena respiratoria funcionales). Algunas de las vías metabólicas son apreciablemente diferentes de las presentes en el hospedador. Por ejemplo, el catabolismo de los aminoácidos aromáticos (fenilalanina, tirosina y triptofano) en los Trypanosomas es mucho mas simple que en los mamíferos, y resulta en la liberación al medio de los derivados aromáticos del lactato, a través de solo dos reacciones enzimáticas, una transaminación y una reducción.

BIOSINTESIS Y RECUPERACION DE PIRIMIDINAS Y PURINAS. Los parásitos L á it tienden ti d a simplificar i lifi su metabolismo, t b li tomando t d del d l hospedador h d d tantos t t componentes t esenciales ya formados como sea posible. Esto es particularmente claro en el caso de las bases púricas, las cuales no son sintetizadas, sino que los organismos las recuperan del medio. En el caso de las bases pirimidínicas, además de recuperación del medio, la generalidad de los Protozoarios parásitos son capaces de sintetizarlas sintetizarlas.

HEMO Los Trypanosomas y las Leishmanias son totalmente incapaces de sintetizar el hemo necesario para sus citocromos y otras hemoproteínas, p p , y deben obtenerlo del medio. Los Plasmodios tienen la necesidad de evitar los efectos tóxicos de la acumulación de hemo proveniente`de la hemoglobina digerida, y para ello lo precipitan en forma de pigmento malárico o hemozoína.

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Metabolismo de aminoácidos aromáticos en Trypanosoma cruzi. PHENYL ALANINE, TYROSINE, TRYPTOPHAN Pyruvate, oxaloacetate, -ketoglutarate

TAT alanine, aspartate, glutamate

Phenyl pyruvate, p-OH-phenyl pyruvate, Indolyl pyruvate NADH

AHADH NAD Ph l lactate, Phenyl l t t p-OH-phenyl OH h l lactate, l t t Indolyl lactate

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