Site Overlay

Två separata tillväxtfaser under utvecklingen av Leishmania i sandflugor: konsekvenser för förståelsen av livscykeln | Chopper

Diskussion

Resultaten av denna undersökning tyder på att två arter av parasiter av undersläktet Leishmania (Leishmania), L. mexicana och L. infantum, har två oberoende multiplikationscykler under utvecklingen i Lutzomyia longipalpis: den första som procykliska promastigoter (blodmjölsfasen) och den andra som leptomonad promastigoter (sockermjölsfasen). Dessa två cykler verkar vara åtskilda både i tid och rum. De är sammanlänkade av icke-delande nectomonad-promastigoter, som också verkar för att etablera infektionen hos sandflugan bortom blodmjölsfasen (Sacks och Kamhawi, 2001), och som också är den form som är ansvarig för infektionens främre migration (Rogers et al., 2002). Leptomonad promastigoter som slutar dela sig differentieras till metacykliska promastigoter, som är ett strikt icke-delande stadium. Baserat på dessa data föreslås en reviderad livscykel för dessa Leishmania (Leishmania)-arter (fig. 3).

Reviderad livscykel för Leishmania (Leishmania)-arter i Lutzomyia longipalpis. Replikation av parasiterna sker på tre ställen: amastigoter i makrofagernas fagolysosomer, procykliska promastigoter i abdominala midgut och leptomonad promastigoter i thorakala midgut. Dessa tillväxtcykler är sammankopplade genom olika icke-delande eller överföringsstadier som visas.

Flera intressanta punkter framkommer i den aktuella studien. Den övergripande sekvensen av utvecklingsformer var väl bevarad mellan L. mexicana och L. infantum trots viktiga biologiska skillnader mellan parasiterna: de orsakar olika typer av sjukdomar, kutan och visceral leishmaniasis, de överförs naturligt av olika vektorer, Lutzomyia olmeca olmeca och Lutzomyia longipalpis, och de har olika animaliska reservoarvärdar, skogsgnagare respektive tamhundar är de viktigaste. Detta bevarande av utvecklingsmönstret tyder på att det är troligt att det kan tillämpas på andra arter inom undersläktet Leishmania, även om detta återstår att verifiera experimentellt, särskilt när det gäller arter som utvecklas i Phlebotomus sandflugor. Överlagrat på denna gemensamma utvecklingsram noterades olika skillnader i prevalensen och persistensen av de olika stadierna när man jämförde resultaten från de två Leishmania-arterna. De exakta orsakerna till dessa skillnader är för närvarande okända, men förmodligen återspeglar de varje arts anpassning för att maximera sannolikheten för överföring under naturliga förhållanden. Detta är ett komplext fenomen som är beroende av flera faktorer, bl.a. behovet av att generera tillräckligt många metacykliska promastigoter på rätt plats och vid rätt tidpunkt för att sammanfalla med vektorernas matningsbeteende, behovet av att generera promastigotens sekretoriska gelplugg för att underlätta överföringen (Rogers et al, 2002), den naturliga livslängden hos sandflugan i fråga och infektionens inverkan på livslängden (Hurd, 2003).

Gemensamma hinder för utveckling som alla hittills identifierade Leishmania inom sandflugor upplever har att göra med påverkan av fysiologin för blodmjölssmältning. Det handlar främst om påverkan av proteolytiska enzymer som utsöndras av midgut-epitelet och förlusten av parasiter genom avföring av osmälta blodmjölsrester (Sacks och Kamhawi, 2001). När det gäller enzymer har transformerande amastigoter visat sig vara mottagliga för närvaron av trypsin från mellangärdet (Pimenta et al., 1997). Det finns dock en mängd bevis som visar att Leishmania kan modulera sandflugornas värdars matsmältningsförmåga (Schlein och Romano, 1986; Borovsky och Schlein, 1987; Dillon och Lane, 1993; Schlein och Jacobson, 1998) och på så sätt potentiellt främja dess överlevnad. Dessutom underlättas överlevnaden efter blodmålet av att nectomonad promastigoter fäster vid midgut-epitelet (Killick-Kendrick et al., 1974a; Sacks och Kamhawi, 2001). Därför kan Leishmanias utvecklingsprogram i viss mån återspegla anpassningen till dessa hinder som sandflugan möter, vilket framgår av den likhet mellan in vivo- och in vitro-utvecklingen som visats i den här studien. Vidare kan Leptomonad promastigotes förmåga att återhämta sig genom replikation vara en nödvändighet för att generera överförbara infektioner i vektorn.

En annan intressant skillnad mellan L. mexicana och L. infantum var den kraftigare tillväxten hos den förstnämnda in vivo. I kulturer är detta typiskt och brukar tillskrivas variation i in vitro-förhållandenas lämplighet för tillväxt av olika arter, men hos Lutzomyia longipalpis skulle man kunna förutsäga det omvända, eftersom detta är en naturlig värd för L. infantum och därmed antas vara gynnsamt för utveckling av denna parasit. Dessa resultat tyder därför snarare på att den totala tillväxten (in vivo eller in vitro) är en inneboende skillnad mellan arterna, och en möjlig förklaring är att L. infantum reglerar sin egen tillväxt på en lägre nivå än L. mexicana, trots att den utsätts för liknande förhållanden. Om detta är sant kan det förklara förekomsten av mekanismer som påminner om programmerad celldöd hos Leishmania (Zangger et al., 2002). Sådana mekanismer kan användas av parasiterna för att reglera sin egen tillväxt som en del av deras programmerade anpassning till livet i en viss sandflugevektor. Det kan till exempel vara fördelaktigt för parasiten att påverka infektionsbördan hos sandflugan som värd och på så sätt förbättra chansen till överföring (Hurd, 2003).

Utvecklingen av både L. mexicana och L. infantum (L. chagasi) har tidigare undersökts i sandflugor och även om de olika formerna som beskrevs i dessa tidigare studier inte var fullt ut kvantifierade stämmer dessa tidigare fynd överens med den aktuella studien (Lawyer et al., 1987; Walters et al., 1987; 1989). Den nomenklatur som infördes av Lawyer et al. (1990) var ett viktigt och användbart framsteg i förhållande till tidigare system, som vi nu föreslår att revidera utifrån de uppgifter som presenteras i denna studie och Rogers et al. (2002). Lawyer et al. (1987) som arbetar med L. mexicana beskriver således korta, äggformade, svagt rörliga promastigoter (= procykliska former), långa slanka nectomonadformer, korta breda delande promastigoter (= leptomonadformer) och metacykliska promastigoter. På samma sätt beskriver Walters et al. (1987) nectomonadformer och korta promastigoter (= leptomonadformer) hos L. mexicana. I en studie av L. infantum (chagasi) beskriver Walters et al. (1989) promastigoter i delningsstadium I och II (= procykliska former), nectomonadformer och metacykliska promastigoter. Det är viktigt att notera att det fortfarande finns olösta frågor och att det finns morfologiska former som måste införlivas i det schema som visas i figur 3. Två av dessa förtjänar att särskilt nämnas: haptomonadformer och paramastigoter. Haptomonad promastigoter benämndes ursprungligen av Killick-Kendrick et al. (1974b) för att beskriva två populationer: små, breda elektronlucida former som kunde hittas fria i tarmlumen och andra med liknande utseende som var fästa vid tarmens kutikulära ytor via hemidesmosomliknande expansioner av flagellarspetsen. Sådana former kan hittas på sandflugans baktarm, stomodealventil eller förtarm, beroende på Leishmania-art. Dessa bifogade haptomonadformer var en betydande men numeriskt liten population i L. mexicana och L. infantum, därför har det ännu inte visat sig möjligt att fastställa deras utvecklingsmässiga ursprung, även om det är troligt att de härstammar från leptomonad- eller nectomonadformer (Rogers et al., 2002; aktuell studie). Intressant nog var de haptomonader som observerades mycket sällan i delning, till skillnad från leptomonadpopulationen. Det är dock viktigt att notera att andra författare har fortsatt att använda termen haptomonad för att beskriva små icke-anslutna fritt simmande promastigoter, (Lawyer et al, 1987, 1990, Saraiva et al. 1995, Nieves och Pimenta 2000), som enligt den aktuella studien skulle kallas leptomonad promastigoter. Vi föredrar och rekommenderar dock användningen av leptomonad promastigot för sådana former av etymologiska skäl (leptos = liten; haptos = fäst) och för att skilja dessa från de fästade haptomonadformerna som troligen har olika funktioner och vars exakta ursprung återstår att fastställa. Paramastigoter är ännu mer gåtfulla och har på olika sätt beskrivits som infektiva stadier, en form som härrör från promastigoter från haptomonader eller degenererade former. Typiskt sett hittas de i förloppet i senare skeden av infektionen och kan hittas både fritt simmande och fastsittande. Liksom haptomonadformerna är de en relativt liten subpopulation och deras eventuella roll i livscykeln är osäker.

Två icke-delande former identifierades i den aktuella studien: nectomonad promastigoter och metacykliska promastigoter. Eftersom de olika livscykelstadierna inte omedelbart övergår från en form till en annan var det inte förvånande att hitta ett litet antal delande nectomonadformer. Dessa var dock sällsynta, och den allmänna slutsatsen är att dessa i huvudsak är ett icke-delande stadium. Intressant nog har det föreslagits att exponering för saliv och/eller utarmning av hemin från blodsmeten kan utlösa differentiering av procykliska promastigoter till icke-delande nectomonader, vilket kan inträffa när dessa former flyr från den peritrofa matrisen och påbörjar sin främre migration (Charlab och Ribeiro 1993, Charlab et al 1995). Den utlösande faktorn för att tillväxten återupptas som leptomonadformer i det främre mellangärdet är okänd, men exponering för sockermat är en möjlighet. Det är inte omöjligt att en mindre population i mogna infektioner, till exempel procykliska promastigoter, kan ge upphov till metacykliska former. De uppgifter som presenteras i den aktuella studien och Rogers et al. (2002) stöder dock starkt slutsatsen att leptomonad promastigoter är föregångare till metacykliska promastigoter. Metacykliska promastigoter hittades aldrig i divisionen, vilket stämmer överens med den konsensus som stöds av många studier (Walters 1993, Sacks och Kamhawi 2001). Vidare är det mycket troligt att metacykliska promastigoter är fullt engagerade i differentiering av amastigoter och inte kan återuppta tillväxten som promastigoter.

Slutsatsen är att dessa data ger en ny tolkning av Leishmania (Leishmania)-arternas livscykel i sina värdar hos sandflugor. Nästa uppgift är att identifiera molekylära eller biokemiska markörer som kan hjälpa till att definiera dessa stadier i andra arter och som kommer att ge ytterligare insikter om deras roll i utvecklingen.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.