Malárias humanas Plasmodium
Malária e Plasmodium : Dados históricos -Dizimou as populações desde o começo da civilização ( Mal ar ) -Parasita foi descoberto por Laveran (1880), Golgi descreveu em 1885 a esquizogonia eritrocítica, Pfeiffer reconheceu a relação biológica dos plasmódios com os outros coccídeos -Manson sugeriu a transmissão vetorial que Ross comprovou em 1898. Grassi demonstrou que somente a fêmea dos Anofelinos transmite os plasmódios -A fase hepática da infecção foi comprovada somente em 1948 por Shortt e colegas, forma hepática visualizada nos anos 80 - Foi erradicada na Europa somente depois da segunda guerra mundial - A transmissão pode se espalhar para áreas antes não acometidas com o aquecimento global, migrações e invasão de áreas florestais sem políticas públicas de prevenção
Distribuição da Malaria (Guerra et al. 2008) 1946
Distribuição da Malaria (Guerra et al. 2008) 2007
Número de casos ( x 1000) Casos de malária no Brasil vs. espécie (1970 a 2009) Aproximadamente 75% P.vivax. 700 600 500 400 300 200 100 0 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Casos P. falciparum P. vivax Fonte de dados: SISMAL e SIVEP-Malária, excluídas LVC
Casos de malária no Brasil vs. espécie (1970 a 2009)
Taxonomia dos plasmódios reino filo subfilo classe ordem subordem gênero e espécie Protozoa Apicomplexa Sporozoa Coccidia Eucoccidiida Haemosporina Plasmodiidae Plasmodium vivax P. falciparum P. ovale P. malariae P. knowlesi Vetor e hospedeiro definitivo: Anopheles spec. Na África: Anopheles gambiae No Brasíl: Anopheles darlingi
Taxonomia dos plasmódios Vetor e hospedeiro definitivo: Anopheles spec. Na África: Anopheles gambiae No Brasíl: Anopheles darlingi
Ciclo de vida do parasita Fase hepática Inseto Ciclo eritrocítico
Ciclo de vida do parasita Fase Fase hepática hepática Inseto Ciclo eritrocítico eritrocitário
A infecção Kappe et al. TIP 2003
Movimento de esporozoitas na pele Invasão de vasos sangüíneos
Esporozoítas invadem células de duas maneiras: - invasão temporária - invasão definitiva CD81 Kappe et al. TIP 2003 O contato com citossol de células é necessário para capacitar os esporozoitas à invasão definitiva da célula hepática
O desenvolvimento do esporozoíta na célula hepática ocorre dentro do vacúolo parasitóforo Dia 1 pós infecção Fluxo sangüíneo
O esporozoita se divide em um processo especial de divisão celular: a esquizogonia Dia 3 pós infecção
Dia 5 pós infecção
Sturm et al. 2006, Science 313, p 1287f Após 7-10 dias, a célula hepática morre e libera 20.000-40.000 merozoítas empacotados em merossomos ao fluxo sangüíneo
Esporozoítas de Plasmodium vivax e ovale podem não entrar em multiplicação mas ficar por semanas/meses e raramente anos em estágio dormente (hipnozoíta)? Dia 1 dia 48 dia 221 dia 225
O merozoíta Bannister et al. TIP
- A invasão da hemácia é facilitada pela secreção de enzimas contidas na róptria e nas micronemas - A interação firme/invasão depende de proteínas da superfície do merozoíta e da hemácia: P. vivax: Duffy binding protein 1 e 2 e fator Duffy* SOMENTE P. falciparum: EBA-175 (e parálogas), RH5 e glicoforinas, Basigina, respectivamente Hemácias de Negros não possuem o fator Duffy! Por isso pouco P. vivax na África (vantagem evolutiva)
O ciclo sangüíneo começa com a forma anel do parasita (P. falciparum : 2~12 horas após infecção), dentro de um vacúolo Bannister et al. TIP
No trofozoíta, o DNA começa a ser replicado e a hemácia infectada profundamente reestruturada (instalação de um sistema de secreção no citossol da hemácia), pigmento (heme polimerizado) é acumulado (14~36 h)
- Durante o crescimento do plasmódio, hemoglobina da hemácia é metabolizada para fornecimento de energia e metabolitos e para manter a pressão osmótica hemoglobina ------> aminoácidos + heme--> polímero (hemozoína) energia e/ou síntese protéica do plasmódio
- Durante o crescimento do plasmódio, hemoglobina da hemácia é metabolizada para fornecimento de energia e metabolitos e para manter a pressão osmótica hemoglobina ------> aminoácidos + heme--> polímero (hemozoína) energia e/ou síntese protéica do plasmódio
www.vtnews.vt.edu - Durante o crescimento do plasmódio, hemoglobina da hemácia é metabolizada para fornecimento de energia e metabolitos e para manter a pressão osmótica hemoglobina ------> aminoácidos + heme--> polímero (hemozoína) energia e/ou síntese protéica do plasmódio
No esquizonte, começa a formação de novos merozoítas (36-46 h) Bannister et al. TIP 2000
A liberação dos merozoítas ocorre em dois passos mediados por proteases diferentes do plasmódio -Ruptura do vacúolo parasitóforo - Ruptura da hemacia
Durante o ciclo sangüíneo alguns parasitas se desenvolvem para formas sexuadas (Gamontogonia-> gametócitos)
Eventualmente, o indivíduo infectado vai para um criadouro de Anofelinos...
...e vira jantar
Vetores e não-vetores de Plasmodium vivax e falciparum Anopheles gambiae Anopheles darlingi
Vetores e não-vetores de Plasmodium vivax e falciparum Anopheles gambiae Anopheles darlingi
Membrana peritrófica 2n
Penetração do oocineto pela matriz peritrófica é mediada por quitinases do plasmódio sangue microvilosidades OOCINETO MATRIZ PERITRÓFICA Trends in Parasitol 17:269-272, 2001 Se o parasita não sair da matriz peritrófica, é eliminado
2n Lumen intestinal Se o pernilongo melanizar esta célula antes da hora, a infecção é eliminada Time bomb model 2n R! hemolinfa O parasita interfere ativamente na resposta do mosquito contra ele!
Oocistos de Plasmodium gallinaceum SEM
Esporogonia
Lumen intestinal Interação receptorligante, MAEBL + CS + proteina Saglina hemolinfa O estouro dos oocistos é assincrônico, do gametócito até o esporozoita na glândula salivaria demora 8-15 dias
~14 dias depois, um outro indivíduo vai para um criadouro de Anofelinos...
...e é picado
Fatores importantes na transmissão - vetores competentes - condições ecológicos apropriados para os vetores - temperatura média acima 16-20 C - indivíduos infectados (-> fonte de gametócitos!)! P. falciparum : A parasitemia tem que ser mantida em indivíduos infectados! Não é zoonose
Curva de Parasitemia e febre de um paciente não-immune (Staalsoe e Hviid, Parasitology Today 1998) ---> Aquisição da imunidade protetora mas não esterilizante demora em torno de 5-10 anos
O que é uma resposta protetora encontrada em pessoas da área endémica? - Imunidade estéril naturalmente muito rara ou inexistente - Resposta humoral: Anticorpos contra determinados antígenos do merozoita: MSP1, MSP3, GLURP, EBA175 e outros, subclasses citofílicos de anticorpos - Associação não muito clara com o tipo da resposta Th1/Th2 (resposta celular vers. resposta humoral/anticorpos) - Resposta células T citotóxicas plus IFN contra antígenos do estágio hepático - Anticorpos contra a superfície da hemácia infectada (PfEMP1, RIFIN, e outros)
Estratégias do plasmódio de evitar/modular a resposta imunológica do hospedeiro - crescimento intracelular em células com pouco ou sem apresentação em MHC1 - Não deixar a hemácia infectada passar pelo baço: citoaderência (apenas P. falciparum) e variação antigênica - interferência imunológica: anergia, inibição da resposta celular contra estágios sanguíneos (o parasita não é eliminado por completo), o sistema imunológico deixa de reagir ao parasita (parecido com cancer exaustão clonal)
Plasmodium falciparum: Formas maduras não se encontram no fluxo sanguíneo
Hemácias infectadas com formas >20 h após reinvasão tem protrusões ( knobs )
Proteínas no knobs (PfEMP1s) se ligam a receptores em células endoteliais Capillary endothelial cells baço
As proteínas associadas as knobs e responsáveis pela citoaderência possuem domínios altamente variáveis, mas as regiões responsáveis pela ligação são conservadas, porém, parecem pouco imunogênicas PfEMP1
- Por genoma de Plasmodium falciparum, existem ca. 50 cópias diferentes de genes que codificam para PfEMP1s - Somente uma espécie de PfEMP1 é expressa por hemácia infectada (exclusão alélica transcripcional) - A expressão das PfEMPs varia em torno de 2% por ciclo sangüíneo 4 98 + 2 O escape imunológico contínuo evita eliminação e aumenta a chance de transmissão
Aspectos clínicos: A malária Sintomas da infecção com Plasmodium spec. em pessoas não-imunes febre cefaléia sudorese artralgia mialgia calafrios frequente: febre intermitente as vezes: esplenomegalia diarréia, vômitos anemia
Somente em infecções com P. falciparum: Malaria grave: - malaria cerebral - anemia grave - insuficiência renal - síndrome pulmonar - Malaria gestacional devido a: grande acúmulo de substâncias tóxicas, citoaderência de hemácias infectadas, tendo como consequência suboxigenação de determinados orgãos
Trends in Parasitology 2011 27, 294-299DOI: (10.1016/j.pt.2011.02.005) Copyright 2011 Elsevier Ltd Terms and Conditions
Malaria gestacional Malaria pode levar a anemia grave na gestante Aborto espontâneo Natimorto Parto prematuro Baixo peso ao nascer Deficiencias permanentes pós parto
Malaria gestacional Malaria pode levar a anemia grave na gestante Aborto espontâneo Natimorto Parto prematuro Baixo peso ao nascer Deficiencias permanentes pós parto https://doi.org/10.1371/journal.pone.0129510
Infecção com Plasmodium falciparum e vivax leva a menor peso do feto ao nascer The Lancet Infectious Diseases 2012 12, 75-88DOI: (10.1016/S1473-3099(11)70315-2) Copyright 2012 Elsevier Ltd Terms and Conditions
Markell s and Voge s Medical Parasitology
Diagnose da malária -> Detecção e discriminação de formas sangüíneas - Esfregaço de sangue, corado com corante Giemsa (quando tem muitos parasitas: >0,1% parasitemia) - Gota espessa, corado com Giemsa (quando tem poucos parasitas, <0,1% parasitemia) - QBC (quantitative buffy coat) - Dip stick tests, detectam antígenos maláricos circulantes (no campo): Histidin rich protein, Lactate dehydrogenase
Técnica de QBC Luz UV
A identificação da espécie de Plasmodium em sangue de infectados requer treinamento de microscopistas P. vivax P. falciparum
Terapia da Malaria O diagnóstico da espécie infectante é essêncial! O tratamento deve ser supervisionado SEMPRE por um médico. É necessário considerar quais estágios devem ser combatidos (Hipnozoítas, gametócitos, trofozoitas) Trofozoitas : Quinina, Cloroquina, Mefloquina, Halofantrin, Pyrimethamin, Tetraciclina, Doxiciclina, Artemisinina e derivados Estágios hepáticos: Primaquina, Proguanil, Tetraciclinas Gametócitos : Primaquina, Cloroquina, Amodiaquina Terapia de P. vivax : Cloroquina plus Primaquina Terapia de P. falciparum : Quinina + Tetraciclina ou Artemisinina + Amodiaquina Artemisinina + Lumefantrina (Coartem) Cloroquina não exerce mais nenhum efeito contra P. falciparum
Tratamento de gestantes com malaria Malaria não complicada: 7 dias com quinina e clindamicina (Pf) ou apenas quinina (Pv) Para evitar recaida (Pv): Cloroquina 1x por semana Malaria grave: Artesunato por 24 h i.m. ou i.v., depois se terapia oral for possivel, 3 dias com ACT oral (Artesunato + Lumefantrina), se possível uma dose de Primaquina (checar status G6PDH)
Balas de prata perdidas para terapia de P. falciparum - Fansidar (pirimetamina + sulfadoxina) - Cloroquina Terapéuticos com relatos de função parcial - Mefloquina, quinina, amodiaquina, primaquina...(todos os lugares) - Artemisinina (Venezuela, Cambodia)
Atualmente existem poucas drogas contra as quais não existe alguma resistência Cloroquina foi perdida para terapia de P. falciparum Resistências variadas contra diversas drogas complicam o tratamento (follow-up necessário) Novas drogas derivados de Vitamin B ( suicide drugs ) Inibidores da síntese de lipídeos Outras drogas que inibem a síntese de poliprenóides
Profilaxia - Químioprofilaxia é possível mas deve ser limitada a casos emergenciais (pessoas splenoectomizadas) - Usar repelente quando possível, uso de mosquiteiros impregnados com piretroides - Uso de luvas no tratamento cirúrgico de maláricos - Teste de contaminação de conservas em bancos de sangue - Gestantes evitar ao máximo a infecção, profilaxia com tratamento intermitente de sulfadoxina/pirimetamina - tratar os assintomáticos - Medidas ambientais - tratar igarapés com óleo (larvacido), ou criar tilápias para combater procriação de anofelinos - desmatar o terreno ao redor de moradias
Vacinas contra Malária from Good & Doolan 1998
Vacinas contra Malaria - Esporozoítas irradiadas (imunidade estéril) Revés: formas sangüíneas parecem interferir com esta resposta protetora, curta duração, logisticamente difícil - vacinas recombinantes baseadas em antígenos do esporozoita e merozoita (anti-pre-eritrocítico e antiformas sangüineas) Revés: Mutações e recombinações podem levar a escape imunológico, variantes locais - vacinas contra antígenos dos gametas ou gametócitos (anti-transmissão) (- vacinas anti-aderentes contra formas graves da infecção com P. falciparum?) - Esporozoítas transgênicos que não se desenvolvem para formas sanguíneas
Muitas aproximações estão sendo seguidas - Genoma de P. falciparum, Anopheles gambiae e Homo sapiens publicado em 2002-1. Transcriptoma e proteoma de P. falciparum em cultivo publicado em 2003 - plasmodb.org: vários proteomas, transcriptomas, genomas - Uma politica eficiente para África onde morre a maioria das pessoas infectadas é urgente 90% dos casos de malária acontecem na área subsaariana e a maioria de 450.000 de mortes são de crianças com menos de 5 anos
Literatura: Markell s & Voge s Medical Parasitology L. Rey: Parasitologia Diversos Reviews ao longo dos anos em Trends in Parasitology, Nature, Science http://plasmodb.org
Perguntas Plasmodium/ Take home message Qual forma infecta naturalmente o hospedeiro intermediário e por qual via? Como o parasita (merozoita) consegue sair da célula hepática infectada sem ser fagocitado por células Kupffer (macrófagos)? Por que não podemos ver formas maduras do parasita sanguíneo em sangue de pessoas infectadas com P. falciparum? Por que é necessário tomar primaquina ou tafenoquina quando infectado com P. vivax? O que é necessário para desencadear uma epidemia de malaria?