Site Overlay

Twee afzonderlijke groeifasen tijdens de ontwikkeling van Leishmania in zandvliegen: implicaties voor het begrijpen van de levenscyclus | Chopper

Discussie

De resultaten van dit onderzoek tonen aan dat twee soorten parasieten van het subgenus Leishmania (Leishmania), L. mexicana en L. infantum, twee onafhankelijke cycli van vermenigvuldiging hebben tijdens de ontwikkeling in Lutzomyia longipalpis: de eerste als procyclische promastigoten (bloedmeelfase) en de tweede als leptomonad promastigoten (suikermeelfase). Deze twee cycli blijken zowel in tijd als in ruimte gescheiden te zijn. Ze zijn met elkaar verbonden door niet-delende nectomonad promastigoten, die ook na de bloedmeelfase de infectie in de zandvlieg tot stand brengen (Sacks en Kamhawi, 2001), en die ook verantwoordelijk zijn voor de anterieure migratie van de infectie (Rogers et al., 2002). Leptomonad promastigoten die ophouden met delen differentiëren zich in metacyclische promastigoten, die een strikt niet-delende fase vormen. Op basis van deze gegevens wordt een herziene levenscyclus voor deze Leishmania (Leishmania)-soorten voorgesteld (Fig. 3).

Herziene levenscyclus van Leishmania (Leishmania)-soorten in Lutzomyia longipalpis. Replicatie van parasieten vindt plaats op drie punten: amastigoten in macrofaagfagolysosomen; procyclische promastigoten in de abdominale midgut; en leptomonadische promastigoten in de thoracale midgut. Deze groeicycli zijn met elkaar verbonden door verschillende niet-delende of transmissiestadia zoals getoond.

De huidige studie levert een aantal interessante punten op. De algemene opeenvolging van ontwikkelingsvormen was goed geconserveerd tussen L. mexicana en L. infantum ondanks belangrijke biologische verschillen tussen de parasieten: ze veroorzaken verschillende soorten ziekte, cutane en viscerale leishmaniasis, ze worden op natuurlijke wijze overgebracht door verschillende vectoren, Lutzomyia olmeca olmeca en Lutzomyia longipalpis, en ze hebben verschillende dierlijke reservoirgastheren, waarvan bosknaagdieren en gedomesticeerde honden respectievelijk de belangrijkste zijn. Deze instandhouding van het ontwikkelingspatroon wijst erop dat het waarschijnlijk ook van toepassing is op andere soorten binnen het subgenus Leishmania, hoewel dit nog experimenteel moet worden geverifieerd, met name voor soorten die zich ontwikkelen in zandvliegen van Phlebotomus. Tegenover dit gemeenschappelijke ontwikkelingskader werden bij vergelijking van de resultaten van de twee Leishmania-soorten diverse verschillen in prevalentie en persistentie van de verschillende stadia geconstateerd. De precieze redenen voor dergelijke verschillen zijn momenteel onbekend, maar vermoedelijk weerspiegelen zij de aanpassing van elke soort om de waarschijnlijkheid van transmissie onder natuurlijke omstandigheden te maximaliseren. Dit is een complex verschijnsel dat afhankelijk is van verschillende factoren, waaronder: de noodzaak om voldoende metacyclische promastigoten te genereren op de juiste plaats en op het juiste tijdstip om samen te vallen met het voedingsgedrag van de vector; de noodzaak om de promastigote secretorische gelprop te genereren om de transmissie te ondersteunen (Rogers et al, 2002); de natuurlijke levensduur van de zandvliegvector in kwestie; en de invloed van infectie op de levensduur (Hurd, 2003).

Gemeenschappelijke barrières voor ontwikkeling die alle tot nu toe geïdentificeerde Leishmania binnen zandvliegen ondervinden, hebben te maken met de invloed van de fysiologie van de vertering van bloedmeel. In hoofdzaak gaat het om de invloed van proteolytische enzymen die worden afgescheiden door het middendarmepitheel en het verlies van parasieten door uitwerpselen van onverteerde bloedmeelresten (Sacks en Kamhawi, 2001). Wat enzymen betreft, is aangetoond dat transformerende amastigoten gevoelig zijn voor de aanwezigheid van trypsine in het middendarmkanaal (Pimenta et al., 1997). Er zijn echter aanwijzingen dat Leishmania in staat is de spijsvertering van de zandvlieggg-gastheer te moduleren (Schlein en Romano, 1986; Borovsky en Schlein, 1987; Dillon en Lane, 1993; Schlein en Jacobson, 1998), waardoor de overleving mogelijk wordt bevorderd. Bovendien wordt de overleving na de bloedmaaltijd vergemakkelijkt door de aanhechting van nectomonad promastigotes aan het epitheel van het middendarmkanaal (Killick-Kendrick et al., 1974a; Sacks and Kamhawi, 2001). Daarom kan het ontwikkelingsprogramma van Leishmania tot op zekere hoogte een afspiegeling zijn van de aanpassing aan deze barrières binnen de zandvlieg, zoals blijkt uit de overeenkomst tussen de in vivo en in vitro ontwikkeling die in deze studie is aangetoond. Verder kan het vermogen van leptomonad promastigotes om zich te herstellen door replicatie een noodzaak zijn voor het genereren van overdraagbare infecties in de vector.

Een ander interessant verschil tussen L. mexicana en L. infantum was de sterkere groei van de eerstgenoemde in vivo. In kweek is dit typisch en wordt gewoonlijk toegeschreven aan variatie in de geschiktheid van in vitro omstandigheden voor de groei van verschillende soorten, maar bij Lutzomyia longipalpis zou het omgekeerde voorspeld kunnen worden, aangezien dit een natuurlijke gastheer is voor L. infantum en dus verondersteld wordt gunstig te zijn voor de ontwikkeling van deze parasiet. Deze resultaten wijzen er dus eerder op dat de totale groeisnelheid (in vivo of in vitro) een intrinsiek verschil is tussen de soorten, en een mogelijke verklaring is dat L. infantum zijn eigen groei op een lager niveau reguleert dan L. mexicana, ondanks het feit dat deze soort aan vergelijkbare omstandigheden wordt blootgesteld. Als dit waar is, kan dit het optreden verklaren van mechanismen die doen denken aan geprogrammeerde celdood bij Leishmania (Zangger et al., 2002). Dergelijke mechanismen kunnen door de parasieten worden gebruikt om hun eigen groei te reguleren als onderdeel van hun geprogrammeerde aanpassing aan het leven in een bepaalde zandvliegvector. Het kan bijvoorbeeld gunstig zijn voor de parasiet om de infectiedruk op de zandvlieg gastheer te beïnvloeden en zo de kans op transmissie te vergroten (Hurd, 2003).

De ontwikkeling van zowel L. mexicana als L. infantum (L. chagasi) is eerder onderzocht in zandvliegen en, hoewel de verschillende vormen beschreven in deze eerdere studies niet volledig gekwantificeerd waren, zijn deze eerdere bevindingen consistent met de huidige studie (Lawyer et al., 1987; Walters et al., 1987; 1989). De door Lawyer et al. (1990) ingevoerde nomenclatuur was een belangrijke en nuttige vooruitgang ten opzichte van eerdere systemen, die wij nu voorstellen te herzien op basis van de in deze studie gepresenteerde gegevens en die van Rogers et al. (2002). Zo beschrijven Lawyer et al. (1987), werkend met L. mexicana, korte, eivormige, licht beweeglijke promastigotes (= procyclische vormen), lange slanke nectomonad vormen, korte breed scheidende promastigotes (= leptomonad vormen), en metacyclische promastigotes. Evenzo beschrijven Walters et al. (1987) nectomonad-vormen en korte promastigotes (= leptomonad-vormen) van L. mexicana. Evenzo beschrijven Walters et al. (1989) in een studie van L. infantum (chagasi) delingstadium I en II promastigoten (= procyclische vormen), nectomonade vormen, en metacyclische promastigoten. Het is belangrijk op te merken dat er nog onopgeloste kwesties zijn en dat er morfologische vormen bestaan die in het in figuur 3 getoonde schema moeten worden opgenomen. Twee daarvan verdienen bijzondere vermelding: haptomonad-vormen en paramastigoten. Haptomonad promastigotes werden oorspronkelijk zo genoemd door Killick-Kendrick et al. (1974b) om twee populaties te beschrijven: kleine, brede elektron-lucide vormen die vrij in het darmlumen kunnen worden aangetroffen en andere met een soortgelijk uiterlijk die via hemidesmosome-achtige uitbreidingen van de flagellar tip aan cuticulaire oppervlakken van de darm vastzitten. Dergelijke vormen kunnen, afhankelijk van de Leishmania-soort, worden aangetroffen vastgehecht aan de achterdarm, de stomodeale klep of de voordarm van de zandvlieg. Deze aangehechte haptomonad-vormen vormden een significante maar numeriek minder belangrijke populatie in L. mexicana en L. infantum, zodat het nog niet mogelijk is gebleken hun ontwikkelingsoorsprong vast te stellen, hoewel het waarschijnlijk is dat zij zijn afgeleid van leptomonad- of nectomonad-vormen (Rogers et al., 2002; huidige studie). Interessant is dat de haptomonaden die werden waargenomen, zeer zelden in deling waren, in tegenstelling tot de leptomonadenpopulatie. Het is echter belangrijk op te merken dat andere auteurs de term haptomonaden zijn blijven gebruiken om kleine niet-vastgehechte vrijzwemmende promastigoten te beschrijven (Lawyer et al, 1987, 1990, Saraiva et al. 1995, Nieves and Pimenta 2000), die volgens de huidige studie leptomonad-promastigoten zouden worden genoemd. Om etymologische redenen (leptos = klein; haptos = vastgehecht) geven wij er echter de voorkeur aan en bevelen wij aan voor deze vormen de term leptomonad promastigote te gebruiken, en ze te onderscheiden van de vastgehechte haptomonad-vormen die waarschijnlijk een andere functie hebben en waarvan de precieze oorsprong nog moet worden vastgesteld. Paramastigoten zijn nog raadselachtiger en worden op verschillende manieren beschreven als infectueuze stadia, een van haptomonaden afgeleide vorm van promastigoten of gedegenereerde vormen. Gewoonlijk worden zij in de voormaag aangetroffen in latere stadia van de infectie en kunnen zij zowel vrij zwemmend als vastgehecht worden aangetroffen. Net als de haptomonad-vormen vormen ze een relatief kleine subpopulatie en hun rol in de levenscyclus, als die al bestaat, is onzeker.

Twee niet-delende vormen werden geïdentificeerd in de huidige studie: nectomonad promastigoten en metacyclische promastigoten. Aangezien de verschillende stadia van de levenscyclus niet ogenblikkelijk van de ene vorm in de andere overgaan, was het niet verwonderlijk dat een klein aantal delende nectomonad-vormen werd aangetroffen. Deze waren echter zeldzaam en de algemene conclusie is dat het hier in wezen om een niet-delend stadium gaat. Interessant is dat is gesuggereerd dat blootstelling aan speeksel en/of verarming van het bloedmeel met hemine de differentiatie van procyclische promastigoten tot niet-delende nectomonaden teweeg kan brengen, zoals het geval kan zijn wanneer deze vormen uit de peritrofe matrix ontsnappen en aan hun anterieure migratie beginnen (Charlab en Ribeiro 1993, Charlab et al. 1995). De aanleiding voor de hervatting van de groei als leptomonaden in de voorste middendarm is onbekend, maar blootstelling aan suikermaaltijden is een mogelijkheid. Het is niet onmogelijk dat een kleine populatie in rijpe infecties, bijvoorbeeld procyclische promastigoten, aanleiding zou kunnen geven tot metacyclische vormen. De in de huidige studie gepresenteerde gegevens en die van Rogers et al. (2002) ondersteunen echter sterk de conclusie dat leptomonad promastigoten de voorlopers zijn van metacyclische promastigoten. Metacyclische promastigoten werden nooit in divisie aangetroffen, in overeenstemming met de consensus die door vele studies wordt ondersteund (Walters 1993, Sacks en Kamhawi 2001). Verder is het zeer waarschijnlijk dat metacyclische promastigoten volledig gecommitteerd zijn voor amastigote differentiatie en niet opnieuw kunnen groeien als promastigoten.

Concluderend geven deze gegevens een nieuwe interpretatie van de levenscyclus van Leishmania (Leishmania) soorten in hun zandvlieg-gastheren. De volgende taak is het identificeren van moleculaire of biochemische merkers die kunnen helpen om deze stadia in andere soorten te definiëren en die meer inzicht zullen geven in hun rol in de ontwikkeling.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.