74Protozoer er encellede, eukaryote organismer. Blandt protozoer, er der mange variationer over denne cellestruktur, som vi skal se. Protozoer lever i vand og jord. I fodrings- og vækststadiet, eller trofozoit, ernærer de sig på bakterier og små partikler af næringsstoffer. Nogle protozoer er en del af den normale mikroflora hos dyr. Ildmyrer forårsager hvert år skader for millioner af dollars i USA og kan forårsage smertefulde svidende bid. Forskere ved det amerikanske landbrugsministerium, studerer en apicomplexan protozo, der reducerer ægproduktionen hos ildmyren. Af de næsten 20.000 kendte arter af protozoer, er der relativt få, der forårsager sygdom hos mennesker. De få, har dog betydelige sundhedsmæssige og økonomiske konsekvenser. Malaria er for eksempel den fjerde mest almindelige dødsårsag hos børn i Afrika.
10.4.1 Protozoers karakteristika
Udtrykket protozoer betyder ”første dyr”, er ment til at beskrive dyrisk ernæring. Men protozoer er helt forskellige fra dyr – et par er fotosyntetiske og mange har komplekse livscyklusser, der sætter dem i stand til at vandre fra en vært til den næste. Protozoer er nu klassificeret i den samme gruppe af riger som alger, baseret på DNA analyser (se tabel 10.4.1.1).
Livscyklus
Protozoer reproducerer sig ukønnet ved fission, spirende eller schizogoni. Schizogoni er multipel fission; kernen undergå flere delinger, før cellen deler sig. Efter de mange kerner er dannet, koncentrerer en lille del cytoplasma sig omkring hver kerne og herefter deles cellen til datterceller.
Kønnet reproduktion er blevet observeret hos nogle protozoer. Ciliater, som for eksempel Paramecium, reproducerer sig kønnet ved konjugation (se figur 10.4.1.1), der er meget forskellig fra den bakterielle proces af samme navn. Under protozokonjugation, smelter to celler sammen, og en haploid kerne (mikrokernen) fra hver celle migrerer til den anden celle. Forældrecellerne adskilles og hver som en befrugtet celle. Når cellen senere deler sig, producerer de datter celler med rekombineret DNA. Nogle protozoer danner kønsceller (gamocytter), der er haploide kønsceller. Under reproduktion, smelter to kønsceller sammen og danner en diploid zygote.
Cystedannelse
Under visse ugunstige betingelser, kan nogle protozoer danne en beskyttende kapsel, kaldet en cyste. En cyste tillader organismen at overleve, når næringsstoffer, fugt eller oxygen mangler, eller hvor temperaturerne ikke er egnede, eller når giftige kemikalier er nærværende. En cyste muliggør også, at parasitiske arter kan overleve uden en vært. Dette er vigtigt, fordi parasitiske protozoer kan have behov for at blive udskilt fra en vært for at vandre videre til en ny vært. En cyste dannet af medlemmerne af rækken Apicomplexa, kaldes en oocyst. Det er en reproduktiv struktur, i hvilken nye celler dannes ukønnet.
Ernæring
Protozoer er fir det meste aerobe heterotrofer, selv om mange intestinale protozoer er i stand til anaerob vækst. To klorofyl-indeholdende grupper, dinoflagellater og euglenoider, studeres ofte med alger.
Alle protozoer, lever i områder med en stor forekomst af vand. Nogle protozoer transporterer næringsstoffer over plasmamembranen. Nogle har en beskyttende beklædning, eller hinde og kræver derfor specialiserede strukturer for at kunne optage næring. Ciliater optager næringsstoffer ved at vifte deres cilier mod en mundlignende åbning, der kaldes cytostome. Amøber optager næringsstoffer, ved at omslutte det med pseudopoder og fagocyterer det. I alle protozoer, sker fordøjelsen i membranlukkede vakuoler, og affald kan elimineres gennem plasmamembranen eller gennem en specialiseret analpore.
10.4.2 Medicinsk vigtige protozoer
Protozoer er en stor og forskelligartet gruppe. Nuværende ordninger for klassificering af protozoarter i rækker, er baseret på DNA oplysninger og morfologi. Som mere information opnås, kan nogle af de rækker der her beskrives, grupperes til at danne riger.
Orale fordybninger
Encellede eukaryoter med en oral rille i cytoskelettet, er blevet anbragt i rækken Excavata. De fleste er spindel-formede og har flageller (se figur 10.4.2.1a). Dette superrige omfatter to rækker der mangler mitokondrier og rækken Euglenozoa.
En parasit uden mitokondrier er Giardia intestinalis, undertiden også kaldet G. lamblia eller G. duodenalis. Parasitten (se figur 10.4.2.1b) findes i tyndtarmen hos mennesker og andre pattedyr. Den udskilles i fæces som en cyste (se figur 10.4.2.1c) og overlever i miljøet, inden den indtages af den næste vært. Diagnose af giardiasis, en sygdom der er forårsaget af G. intestinalis, er ofte baseret på identifikation af cyster i fæces.
En anden parasit uden mitokondrier er Trichomonas vaginalis, der er vist i figur 10.4.2.1d. Ligesom nogle andre flagellater, har T. vaginalis en bølget membran, der består af en membran omkranset af en flagel. T. vaginalis har ikke en cystedannende fase og skal overføres fra vært til vært hurtigt, før udtørring forekommer. T. vaginalis findes i vagina og i de mandlige urinveje. Det overføres normalt ved samleje, men kan også overføres fra toiletfaciliteter eller håndklæder.
Euglenozoa
To grupper af flagellerede celler indgår i Euglenozoa, baseret på fælles rRNA sekvenser, skiveformede mitokondrier og fravær af kønnet reproduktion.
Euglenoider er fotoautotrofer (se figur 10.4.2.1e). Euglenoider har en halvstiv plasmamembran, kaldet en hinde og de bevæger sig ved hjælp af en flagel på den forreste ende. De fleste euglenoider har også en rød øjeplet ved den forreste ende. Dette carotenoidholdige organel, registrer lys og dirigerer cellen i den ønskede retning ved hjælp af en præemergent flagel. Nogle euglenoider er fakultativt kemoheterotrofe. I mørke, indtager de næringsstoffer gennem en cytostome. Euglenoider studeres ofte med alger, fordi de er i stand til fotosyntese.
Hæmoflagellater (blodparasitter) overføres ved bid eller stik fra blodspisende insekter og findes i kredsløbet hos en inficeret vært. For at overleve i denne tyktflydende væske, har hæmoflagellater normalt lange slanke kroppe og en bølgende membran. Slægten Trypanosoma omfatter arterne der forårsager den afrikanske sovesyge, T. brucei, der overføres af tsetsefluen. T. cruzi, der forårsager Chagas’ sygdom, overføres af ”kysseinsektet”, hvis navn den har fået fordi det bider i ansigtet. Efter at være kommet ind i insektet, multiplicerer trypanosominfektionen sig hurtigt ved schizogoni. Hvis insektet defækerer (tømmer tarmen), mens det stikker en menneske, kan det frigive trypanosomer, der kan forurene stiksåret.
Amøber
Amøben bevæger sig ved at fremstrække stumpe, fingerlignende udvidelser af cytoplasmaet, kaldet pseudopodier (se figur 10.4.2.2a). Ethvert antal pseudopodier, kan strømme fra den ene ende af amøben og resten af cellen vi herefter strømme mod pseudopodierne.
Entamoeba histolytica er den eneste patogene amøbe der findes i det menneskelige tarmsystem. Så meget som 10% af befolkningen kan være koloniseret af denne amøbe. Nye teknikker, herunder DNA analyser og lectinbinding, at amøben der menes at være E. histolytica, faktisk er to forskellige arter. Den ikke-patogene art, E. dispar, er den mest almindelige. Den invasive E. histolytica (figur 10.4.2.2b) forårsager amøbisk dysenteri. I den menneskelige tarm, anvender E. histolytica proteiner kaldet lectiner, til at fastgøre sig til galactose i plasmamembranen og foretage cellelyse. E. dispar har ikke disse galactose-bindende lectiner. Entamoeba overføres mellem mennesker ved indtagelse af cyster, der udskilles i fæces fra den smittede person. Acanthamoeba vokser i vand, herunder postevand og kan inficere hornhinden og forårsage blindhed.
Siden 1990 er Balamuthia blevet rapporteret som årsag til hjernebylder, kaldet granulomatøs amøbisk hjernebetændelse i flere lande, herunder USA. Denne amøbe inficerer oftest immunkompromitterede personer. Ligesom Acanthamoeba, er Balamuthia en fritlevende amøbe, fundet i vand og overføres ikke fra menneske til menneske.
Apicomplexa
Apicomplexa er ikke bevægelige i deres modne former og er obligate intracellulære parasitter. Apicomplexa er karakteriseret ved tilstedeværelsen af et kompleks af særlige organeller ved spidserne (apexes) af deres celler (der af rækkens navn). Organeller i disse apikale komplekser, indeholder enzymer der gennemtrænger værtens væv.
Apicomplexa har en kompleks livscyklus, der involverer overførsel mellem flere værter. Et eksempel på en apicomplexa er Plasmodium, der forårsager malaria. Malaria rammer 10% af verdens befolkning, men 300 til 500 millioner nye tilfælde hvert år. Den komplekse livscyklus gør det vanskeligt at udvikle en vaccine mod malaria.
Plasmodium reproducerer sig kønnet i Anopheles myggen (se figur 10.4.2.3). Når en Anopheles myg der bærer det infektiøse stadie af Plasmodium, kaldet en sporozoit, stikker et menneske, kan sporozoiter injiceres i mennesket. Sporozoiterne gennemgår schizogoni i leverceller og danner tusindevis af afkom kaldet merozoiter, der inficerer røde blodlegemer. Den unge trofozoit ligner en ring, hvori kernen og cytoplasmaet er synlige. Dette kaldes for ringfasen. De røde blodlegemer brister til sidst og frigiver flere merozoiter. Ved frigivelse af merozoiter, frigives også deres affaldsprodukter der forårsager feber og kulderystelser. De fleste merozoiter inficerer nye røde blodlegemer og fastholder deres cyklus af ukønnet reproduktion. Men nogle udvikler sig til mandlige og kvindelige kønsformer (gamocytter). Selv om gamocytterne selv, ikke forårsager yderligere skade, kan de opsamles ved stik fra en anden Anopheles myg; de trænger derefter til myggens tarm og begynder deres kønnede reproduktionscyklus. Deres afkom, kan herefter injiceres i en ny menneskelig vært fra den stikkende myg.
Myggen er den endelige vært, fordi den huser de kønnet reproducerende Plasmodium. Den vært, hvori parasitten undergår ukønnet reproduktion (i dette tilfælde et menneske), er den mellemliggende vært.
Malaria diagnosticeres i laboratoriet ved mikroskopisk observation af tykke blodudtrygninger for tilstedeværelsen af Plasmodium. Et særligt kendetegn ved malaria er, at intervallet mellem perioder med feber forårsaget af frigivelsen af merozoiter, altid er den samme for en given art af Plasmodium og altid er et multipla af 24 timer. Årsagen og mekanismen for en sådan præcision har fascineret forskere. Hvorfor skulle en parasit have brug for et biologisk ur? Plasmodiums udvikling, er reguleret af værtens kropstemperatur, der normalt svinger over en 24-timers periode. Parasittens omhyggelige timing, sikrer at gamocytter er modne om natten, hvor Anopheles myggen stikker og dermed letter transmissionen af parasitten til en ny vært.
En anden Apicomplexaparasit for røde blodlegemer er Babesia microti. Babesia forårsager feber og anæmi hos immunoundertrykte individer. I USA overføres den af skovflåten Ixodes scapularis.
Toxoplasma gondii er en anden apicomplexa intracellulær parasit hos mennesker. Livscyklussen for denne parasit, involverer huskatte. Trophozoiter, kaldet tachyzoiter, reproducerer sig kønnet og ukønnet i en inficeret kat og oocyster, hver indeholdende otte sporozoiter, udskilles med afføringen. Hvis oocysterne indtages af et menneske eller af andre dyr, vil sporozoiterne fremkomme som trophozoiter, der kan reproducere sig i vævet hos den nye vært. T. gondii er farlig for gravide kvinder, fordi den kan forårsage medfødte infektioner i livmoderen. Vævsundersøgelser og observation af T. gondii anvendes ved diagnose. Antistoffer kan påvises ved ELISA og ved indirekte fluorescerende antistoftests.
Cryptosporidium lever inde i cellerne der forer tyndtarmen og kan overføres til mennesker gennem afføring fra køer, gnavere, hunde og katte. Inde i værtscellen, danner hver Cryptosporidium organisme fire oocyster, der hver indeholder fire sporozoiter. Når oocysterne brydes, kan sporozoiterne inficere nye celler i værten, eller blive frigivet gennem afføring.
I løbet af 1980’erne, blev epidemier af vandbåren diarré, identificeret på alle kontinenter med undtagelse af Antarktis. Organismen der forårsagede dette, blev fejlidentificeret som en cyanobakterie, fordi udbruddene skete i de varme måneder og organismen der forårsagede sygdommen, lignede en prokaryotisk celle. I 1993 blev organismen identificeret som en Apicomplexa der lignede Cryptosporidium. I 2013, var den nye organisme Cyclospora cayetanensis, ansvarlig for 600 tilfælde af diarré i forbindelse med koriander i USA og Canada.
Ciliater
Ciliater har cilier, der ligner, men er kortere end flageller. Cilier er anbragt i nøjagtige rækker på cellen (se figur 10.4.2.4). De bevæger sig unisont for at bevæge cellen gennem sit miljø og for at bringe næringsstoffer til munden.
Den eneste ciliat, der er en parasit hos mennesker, er Balantidium coli, der forårsager en alvorlig, men sjælden type dysenteri. Når værten indtager cyster, kommer de ind i tyktarmen, hvor trophozoiter frigives. Trophozoiterne danner proteaser og andre stoffer, der ødelægger værtsceller. Trophozoiten lever af værtsceller og vævsfragmenter. Dens cyster udskilles med afføring.
Tabel 10.4.1.1 viser nogle typiske parasitære protozoer og de sygdomme de forårsager.