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23.4B: Protistas como patógenos humanos - Biología

23.4B: Protistas como patógenos humanos - Biología


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Muchos protistas existen como parásitos que infectan y causan enfermedades en sus huéspedes.

Objetivos de aprendizaje

  • Identificar los efectos en humanos de patógenos protistas.

Puntos clave

  • El parásito protista Plasmodium debe colonizar tanto un mosquito como un vertebrado; P. falciparum, que es responsable del 50 por ciento de los casos de malaria, se transmite a los humanos por el mosquito africano de la malaria, Anopheles gambiae.
  • Cuando P. falciparum infecta y destruye los glóbulos rojos, estallan y los desechos parásitos se filtran al torrente sanguíneo, causando delirios, fiebre y anemia en los pacientes.
  • Tripanosoma brucei es responsable de la enfermedad del sueño africana de la que el sistema inmunológico humano no puede protegerse, ya que tiene miles de posibles antígenos y cambia las glicoproteínas de la superficie con cada ciclo infeccioso.
  • Otro Tripanosoma especies, T. cruzi, habita el corazón y los tejidos del sistema digestivo, provocando desnutrición e insuficiencia cardíaca.

Términos clave

  • Tripanosoma: infecta una variedad de hospedadores y causa diversas enfermedades, incluida la fatal enfermedad del sueño africana en los seres humanos
  • plasmodio: protozoos parásitos que deben colonizar un mosquito y un vertebrado para completar su ciclo de vida.
  • patógeno: cualquier organismo o sustancia, especialmente un microorganismo, capaz de causar una enfermedad, como bacterias, virus, protozoos u hongos.

Patógenos humanos

Un patógeno es cualquier cosa que cause una enfermedad. Los parásitos viven en un organismo o sobre él y lo dañan. Un número significativo de protistas son parásitos patógenos que deben infectar a otros organismos para sobrevivir y propagarse. Los parásitos protistas incluyen los agentes causantes de la malaria, la enfermedad del sueño africana y la gastroenteritis transmitida por el agua en los seres humanos.

Especies de Plasmodium

Miembros del género Plasmodium deben colonizar tanto un mosquito como un vertebrado para completar su ciclo de vida. En los vertebrados, el parásito se desarrolla en las células del hígado y luego infecta los glóbulos rojos, saliendo y destruyendo los glóbulos con cada ciclo de replicación asexual. De los cuatro Plasmodium especies conocidas por infectar a los seres humanos, pag. falciparum representa el 50 por ciento de todos los casos de malaria y es la causa principal de muertes relacionadas con enfermedades en las regiones tropicales del mundo. En 2010, se estimó que la malaria causó entre un millón y medio de muertes, principalmente en niños africanos. Durante el curso de la malaria, P. falciparum puede infectar y destruir más de la mitad de las células sanguíneas circulantes de un ser humano, provocando anemia grave. En respuesta a los productos de desecho liberados cuando los parásitos brotan de las células sanguíneas infectadas, el sistema inmunológico del huésped genera una respuesta inflamatoria masiva con episodios de fiebre inductora de delirio mientras los parásitos lisan los glóbulos rojos, derramando desechos parásitos en el torrente sanguíneo. P. falciparum se transmite a los humanos por el mosquito africano de la malaria, Anopheles gambiae. Las técnicas para matar, esterilizar o evitar la exposición a esta especie de mosquito altamente agresiva son cruciales para el control de la malaria.

Plasmodium

Se ha demostrado que los glóbulos rojos están infectados con P. falciparum, el agente causante de la malaria. En esta imagen microscópica de luz tomada con una lente de inmersión en aceite de 100 ×, la forma de anillo pag. falciparummanchas moradas.

Tripanosomas

Trypanosoma brucei, el parásito responsable de la enfermedad del sueño africana, confunde el sistema inmunológico humano al cambiar su capa gruesa de glicoproteínas de superficie con cada ciclo infeccioso. Las glicoproteínas son identificadas por el sistema inmunológico como antígenos extraños y se monta una defensa de anticuerpos específica contra el parásito. Sin embargo, T. brucei tiene miles de posibles antígenos; con cada generación subsiguiente, el protista cambia a un recubrimiento de glicoproteína de una estructura molecular diferente. De este modo, T. brucei es capaz de replicarse continuamente sin que el sistema inmunológico logre eliminar el parásito. Sin tratamiento, T. brucei ataca a los glóbulos rojos, provocando que el paciente entre en coma y finalmente muera. Durante los períodos epidémicos, la mortalidad por la enfermedad puede ser alta. Una mayor vigilancia y medidas de control conducen a una reducción de los casos notificados; Algunas de las cifras más bajas notificadas en 50 años (menos de 10.000 casos en todo el África subsahariana) se han producido desde 2009.

En América Latina, otra especie, T. cruzi, es responsable de la enfermedad de Chagas. T. cruzi Las infecciones son causadas principalmente por un insecto chupador de sangre. El parásito habita en los tejidos del corazón y del sistema digestivo en la fase crónica de la infección, lo que provoca desnutrición e insuficiencia cardíaca debido a ritmos cardíacos anormales. Se estima que 10 millones de personas están infectadas con la enfermedad de Chagas; causó 10,000 muertes en 2008.


Evasión de la depredación fagotrófica por huéspedes protistas e inmunidad innata de los huéspedes metazoos por Legionella pneumophila

Legionella pneumophila es una bacteria ambiental ubicua que ha evolucionado para infectar y proliferar dentro de las amebas y otros protistas. Se cree que la inhalación accidental de partículas de agua contaminada por parte de los humanos es lo que ha permitido que este patógeno prolifere dentro de los macrófagos alveolares y cause neumonía. Sin embargo, los macrófagos altamente evolucionados están equipados con mecanismos de defensa innatos más sofisticados que los protistas, como la evolución de la alimentación fagotrófica en fagocitosis con procesos de defensa innatos más evolucionados. No es sorprendente que la mayoría de las proteínas involucradas en la biogénesis del fagosoma (

80%) tienen su origen en la etapa de evolución de la fagotrofia. Existe una plétora de procesos metazoarios innatos y celulares altamente evolucionados, no representados en la biología protista, que son modulados por L. pneumophila, que incluyen la señalización de TLR2, NF-κB, procesos apoptóticos e inflamatorios, modificación de histonas, caspasas y el NLRC-Naip5. inflamasomas. Es importante destacar que L. pneumophila infecta los hemocitos del invertebrado Galleria mellonella, mata las larvas de G. mellonella y prolifera y mata moscas adultas de Drosophila y Caenorhabditis elegans. Aunque la coevolución con huéspedes protistas ha proporcionado un modelo sustancial para que L. pneumophila infecte macrófagos, discutimos los aspectos evolutivos adicionales de la coevolución de L. pneumophila y su adaptación para modular varios procesos metazoarios innatos altamente evolucionados antes de convertirse en un patógeno humano.

Palabras clave: Legionella ecología inmunología infección mecanismo de acción interacción microbiana-célula.

© 2018 John Wiley & Sons Ltd.

Cifras

Manipulación de conservados evolutivamente y ...

Manipulación de procesos de defensa innatos conservados evolutivamente y específicos de metazoos por L. pneumophila .…


Estudio global de miARN y ARN pequeños derivados de ARNt del protista parasitario humano Trichomonas vaginalis

Fondo: Los ARN pequeños no codificantes desempeñan funciones reguladoras críticas en la postranscripción. Sin embargo, sus características en Trichomonas vaginalis, el agente causante de la tricomoniasis de transmisión sexual humana, aún están por determinarse.

Métodos: Se secuenciaron en profundidad pequeños transcriptomas de ARN de trofozoítos de Trichomonas utilizando el sistema Illumina NextSeq 500 y se analizaron exhaustivamente para identificar microARN de Trichomonas (miARN) y ARN de transferencia (ARNt) pequeños ARN (ARNt) derivados. Los candidatos de ARNt se confirmaron mediante PCR de transcripción inversa cuantitativa de tallo-bucle, y se predijeron los motivos para guiar la escisión de los ARNt utilizando el algoritmo GLAM2.

Resultados: Se encontró que los miARN estaban presentes en T. vaginalis pero en una abundancia extremadamente baja (0,0046%). Se identificaron tres categorías de ARNt de Trichomonas endógenos, a saber, ARN de tritismo 5 ', ARN de tritismo medio y ARN de tritismo 3, constituyendo los ARN de triciclo 5' la categoría dominante (67,63%) de los ARNt. Curiosamente, el análisis del sitio de escisión verificó ambas clases convencionales de fragmentos derivados de tRNA (tRF) y mitades de tRNA en tritsRNA, lo que indica la expresión de mitades de tRNA en la condición sin estrés. Se confirmaron experimentalmente un total de 25 tritsRNA, lo que representa el 78,1% de todos los candidatos evaluados. Se predijo que tres motivos guiarían la producción de tritsRNAs. Los resultados demuestran la expresión de tRF y mitades de tRNA en el transcriptoma de T. vaginalis.

Conclusiones: Este es el primer informe de investigación de todo el genoma de ARN pequeños, en particular ARNt y miARN, de parásitos Trichomonas. Nuestros hallazgos demuestran el perfil de expresión de los ARNt en T. vaginalis, mientras que el miARN apenas se detectó. Estos resultados pueden promover más investigaciones destinadas a comprender mejor la evolución del ARN pequeño no codificante en T. vaginalis y sus funciones en la patogenia de la tricomoniasis.

Palabras clave: Transferencia de ARN Trichomonas vaginalis Tricomoniasis tRFs ARN pequeños derivados de tRNA mitades de tRNA.


Amebas y ocupantes ilegales de vida libre en la naturaleza: características ecológicas y moleculares

Las amebas de vida libre son protistas que se encuentran con frecuencia en el agua y el suelo. Se alimentan de otros microorganismos, principalmente bacterias, y los digieren mediante fagocitosis. Se acepta que estas amebas juegan un papel importante en la ecología microbiana de estos entornos. Existe un interés renovado por las amebas de vida libre desde el descubrimiento de bacterias patógenas que pueden resistir la fagocitosis y de virus gigantes, subyacentes a que las amebas podrían desempeñar un papel en la evolución de otros microorganismos, incluidos varios patógenos humanos. Los avances recientes, utilizando métodos moleculares, permiten reunir nueva información sobre las amebas de vida libre. Esta revisión tiene como objetivo proporcionar una descripción general completa de los conocimientos recientemente recopilados sobre (1) la diversidad de amebas de vida libre, evaluada con herramientas moleculares, (2) las funciones genéticas descritas para descifrar la biología de las amebas y (3) sus interacciones con otros microorganismos en el medio ambiente.

Palabras clave: medio ambiente función genética diversidad microbiana simbiosis protista.


Los microbios conocidos como protistas están poco estudiados, pero su impacto en los ecosistemas podría ser enorme

Entre el gran elenco de jugadores del microbioma, las bacterias han estado acaparando la atención durante mucho tiempo. Pero los organismos unicelulares conocidos como protistas finalmente están obteniendo el papel protagónico que merecen.

Un grupo de científicos que estudian las interacciones entre plantas y microbios ha publicado un nuevo estudio que detalla las relaciones dinámicas entre los protistas que viven en el suelo y las plantas en desarrollo, lo que demuestra que los protistas del suelo responden a las señales de las plantas de manera muy similar a como lo hacen las bacterias.

Una enorme variedad y diversidad de microbios viven en el suelo, y estudiar cómo estos organismos interactúan entre sí y con las raíces de las plantas es un tema candente en biología, ya que tiene aplicaciones para la agricultura, la administración de la tierra y las tecnologías de resiliencia al cambio climático.

"Los protistas representan una nueva frontera en el estudio de la ecología microbiana del suelo", dijo el autor principal Javier A. Ceja Navarro, científico investigador del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab). "Aquí mostramos que este grupo de organismos realmente debe incluirse en estudios microbianos con el objetivo de comprender cómo interactúan los microbios con las plantas".

Los protistas no son un linaje distinto de organismos, sino más bien una categoría asignada a cualquier organismo eucariota unicelular (un organismo cuyas células contienen un núcleo) que no es una planta, un hongo o un animal. Este grupo diverso de más de 200,000 especies (se están descubriendo nuevas continuamente) incluye amebas, diatomeas, dinoflagelados, mohos de limo e incluso varios parásitos, como el Plasmodium que causa la malaria y el género de protozoos Giardia que causa la malaria.

Los protistas se encuentran en todo el planeta en una variedad de ecosistemas. Algunas especies, como ciertos protistas del plancton marino y los protistas que causan enfermedades humanas, se han estudiado de cerca. Sin embargo, para la mayoría de las especies, los científicos apenas están comenzando a rascar la superficie de lo que hace el organismo y cómo responde al medio ambiente. Tal es el caso de los protistas del suelo.

Según Navarro, se sabe que los protistas controlan la dinámica microbiana del suelo y el ciclo de nutrientes al alimentarse de otros microbios. Aunque existe un buen cuerpo de conocimiento sobre sus interacciones con otros miembros del microbioma del suelo, se sabe poco sobre cómo responden los protistas a los cambios en su entorno.

"Aunque los protistas son importantes y su relevancia se conoce desde hace décadas, nuestro estudio es el primero que muestra una asociación de protistas con plantas en un experimento de campo a gran escala", señaló la líder del proyecto Mary Firestone, científica de la facultad en Earth de Berkeley Lab. y del Área de Ciencias Ambientales y profesor en UC Berkeley. El proyecto fue una colaboración entre científicos de Berkeley Lab, UC Berkeley, Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), el Noble Research Institute y la University of Oklahoma.

El equipo cultivó pasto varilla, un cultivo propuesto para la producción de biocombustible a gran escala, a partir de plántulas en dos sitios de campo a gran escala, y tomó muestras del suelo que rodea las raíces de las plantas en diferentes etapas de crecimiento. Utilizaron la secuenciación del genoma de próxima generación para identificar los tipos de protistas presentes en cada muestra y la abundancia de cada especie.

"A medida que las plantas crecen, las células de sus raíces liberan metabolitos que envían señales al entorno del suelo circundante", agregó Jennifer Pett-Ridge, científica senior de LLNL. "Vimos que las comunidades de protistas se desplazan y cambian en respuesta a los efectos de la planta, de una manera similar a lo que hemos observado para las comunidades bacterianas".

"Los estudios futuros que se centren en comprender los mecanismos de establecimiento de las plantas en el suelo deberán considerar a los protistas como una parte clave del microbioma de las plantas", agregó Navarro, que forma parte del Área de Biociencias de Berkeley Lab. "Ignorar a los protistas en los estudios ecológicos terrestres dará como resultado una gran brecha de conocimiento que hará que nuestra comprensión del microbioma ambiental sea incompleta".


23.4 Ecología de los protistas

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Describe el papel que juegan los protistas en el ecosistema.
  • Describir importantes especies patógenas de protistas.

Los protistas funcionan en varios nichos ecológicos. Mientras que algunas especies protistas son componentes esenciales de la cadena alimentaria y generadoras de biomasa, otras funcionan en la descomposición de materiales orgánicos. Otros protistas son patógenos humanos peligrosos o agentes causantes de enfermedades devastadoras de las plantas.

Productores primarios / fuentes de alimentos

Los protistas son fuentes esenciales de alimento y proporcionan nutrición a muchos otros organismos. En algunos casos, como ocurre con el zooplancton, los protistas se consumen directamente. Alternativamente, los protistas fotosintéticos sirven como productores de nutrición para otros organismos. Paramecium bursaria y varias otras especies de ciliados son mixotrófico debido a una relación simbiótica con las algas verdes. Ésta es una versión temporal del cloroplasto endosimbiótico secundario que se encuentra en Euglena. Pero estas asociaciones simbióticas no se limitan a los protistas. Por ejemplo, los dinoflagelados fotosintéticos llamados zooxantelas proporcionan nutrientes para los pólipos de coral (Figura 23.32) que los albergan, dando a los corales un impulso de energía para secretar su esqueleto de carbonato de calcio. A su vez, los corales proporcionan al protista un entorno protegido y los compuestos necesarios para la fotosíntesis. Este tipo de relación simbiótica es importante en entornos pobres en nutrientes. Sin simbiontes de dinoflagelados, los corales pierden pigmentos de algas en un proceso llamado blanqueamiento de coral, y eventualmente mueren. Esto explica por qué los corales formadores de arrecifes no suelen residir en aguas a más de 20 metros de profundidad: no llega suficiente luz a esas profundidades para que los dinoflagelados realicen la fotosíntesis.

Los protistas y sus productos de la fotosíntesis son esenciales, directa o indirectamente, para la supervivencia de organismos que van desde bacterias hasta mamíferos (Figura 23.33). Como productores primarios, los protistas alimentan a una gran proporción de las especies acuáticas del mundo. (En tierra, las plantas terrestres sirven como productores primarios). De hecho, aproximadamente el 25 por ciento de la fotosíntesis del mundo es realizada por protistas fotosintéticos, particularmente dinoflagelados, diatomeas y algas multicelulares.

Los protistas no crean fuentes de alimento solo para organismos marinos. Recordemos que determinadas especies anaeróbicas de parabasálidos existen en el tracto digestivo de las termitas y cucarachas comedoras de madera, donde aportan un paso fundamental en la digestión de la celulosa ingerida por estos insectos al consumir madera.

Patógenos humanos

Como hemos visto, un patógeno es cualquier cosa que cause una enfermedad. Los organismos parásitos viven en un organismo huésped o sobre él y lo dañan. Un pequeño número de protistas son parásitos patógenos graves que deben infectar a otros organismos para sobrevivir y propagarse. Por ejemplo, los parásitos protistas incluyen los agentes causantes de la malaria, la enfermedad del sueño africana, la encefalitis amebiana y la gastroenteritis transmitida por el agua en los seres humanos. Otros patógenos protistas se aprovechan de las plantas y provocan una destrucción masiva de los cultivos alimentarios.

Plasmodium Especies

En 2015, la OMS notificó más de 200 millones de casos de malaria, principalmente en África, América del Sur y el sur de Asia. Sin embargo, no se sabe bien que la malaria también era una enfermedad prevalente y debilitante de la región centro norte de los Estados Unidos, particularmente Michigan, con sus miles de lagos y numerosos pantanos. Antes de la guerra civil y el drenaje de muchos pantanos, prácticamente todos los que inmigraron a Michigan contrajeron malaria (fiebre intermitente como se llamaba a fines del siglo XIX), y los rostros pálidos, cetrinosos e hinchados de ese período eran la regla. Los únicos rostros sanos los tenían los inmigrantes recién llegados. De hecho, hubo más muertes por malaria en Michigan que por la Guerra Civil.

Ahora sabemos que la malaria es causada por varias especies del género protista apicomplexan Plasmodium. Miembros de Plasmodium deben requerir secuencialmente tanto un mosquito como un vertebrado para completar su ciclo de vida. En los vertebrados, el parásito se desarrolla en las células del hígado (la etapa exoeritrocítica) y luego infecta los glóbulos rojos (la etapa eritrocítica), saliendo y destruyendo las células sanguíneas con cada ciclo de replicación asexual (Figura 23.34). De los cuatro Plasmodium especies conocidas por infectar a los seres humanos, PAG. falciparum representa el 50 por ciento de todos los casos de malaria y es la causa principal (y más mortal) de muertes relacionadas con enfermedades en las regiones tropicales del mundo. En 2015, se estimó que la malaria causó más de 400.000 muertes, principalmente en niños africanos. Durante el curso de la malaria, PAG. falciparum puede infectar y destruir más de la mitad de las células sanguíneas circulantes de un ser humano, provocando anemia grave. En respuesta a los productos de desecho liberados cuando los parásitos brotan de las células sanguíneas infectadas, el sistema inmunológico del huésped genera una respuesta inflamatoria masiva con episodios de fiebre inductora del delirio (paroxismos) cuando los parásitos lisan los glóbulos rojos y derraman los desechos del parásito en el torrente sanguíneo. PAG. falciparum se transmite a los humanos por el mosquito africano, Anopheles gambiae. Las técnicas para matar, esterilizar o evitar la exposición a esta especie de mosquito altamente agresiva son cruciales para el control de la malaria. Irónicamente, ha surgido un tipo de control genético en partes del mundo donde la malaria es endémica. La posesión de una copia del alelo de la beta globina HbS produce resistencia a la malaria. Desafortunadamente, este alelo también tiene un segundo efecto desafortunado cuando es homocigótico que causa la anemia de células falciformes.

Enlace al aprendizaje

Esta película describe la patogenia de Plasmodium falciparum, el agente causante de la malaria.

Tripanosomas

Trypanosoma brucei (Figura 23.35), transmitida por las moscas tsé-tsé (Glossina spp) en África, y moscas relacionadas en América del Sur, es un endoparásito flagelado responsable de la enfermedad mortal nagana en el ganado vacuno y equino, y de la enfermedad del sueño africana en humanos. Este tripanosoma confunde el sistema inmunológico humano al cambiar su capa gruesa de glicoproteínas de superficie con cada ciclo infeccioso. (Las glicoproteínas son identificadas por el sistema inmunológico como antígenos extraños y se monta una defensa de anticuerpos específica contra el parásito). T. brucei tiene miles de posibles antígenos, y con cada generación subsiguiente, el protista cambia a un recubrimiento de glicoproteína con una estructura molecular diferente. De este modo, T. brucei es capaz de replicarse continuamente sin que el sistema inmunológico logre eliminar el parásito. Sin tratamiento, T. brucei ataca a los glóbulos rojos, provocando que el paciente entre en coma y finalmente muera. Durante los períodos epidémicos, la mortalidad por la enfermedad puede ser alta. Una mayor vigilancia y medidas de control conducen a una reducción de los casos notificados, algunas de las cifras más bajas notificadas en 50 años (menos de 10.000 casos en todo el África subsahariana) se han producido desde 2009.

Enlace al aprendizaje

Esta película analiza la patogenia de Trypanosoma brucei, el agente causante de la enfermedad del sueño africana.

En América Latina, otra especie de tripanosoma, T. cruzi, es responsable de la enfermedad de Chagas. T. cruzi las infecciones son causadas principalmente por un "chinche besador" chupa sangre del género Triatoma. Estos "insectos verdaderos" pican al huésped durante la noche y luego defecan sobre la herida, transmitiendo el tripanosoma a la víctima. La víctima se rasca la herida e inocula aún más el sitio con tripanosomas en el lugar de la picadura. Después de aproximadamente 10 semanas, los individuos ingresan a la fase crónica, pero la mayoría nunca desarrolla más síntomas. Sin embargo, en aproximadamente el 30 por ciento de los casos, el tripanosoma causa más daño, especialmente en los tejidos del corazón y del sistema digestivo en la fase crónica de la infección, lo que provoca desnutrición e insuficiencia cardíaca debido a ritmos cardíacos anormales. Se estima que 10 millones de personas están infectadas con la enfermedad de Chagas y causó 10,000 muertes en 2008.

Parásitos de plantas

Los parásitos protistas de las plantas terrestres incluyen agentes que destruyen los cultivos alimentarios. El oomiceto Plasmopara viticola parasita las plantas de uva, causando una enfermedad llamada mildiú velloso (Figura 23.36). Plantas de uva infectadas con PAG. viticola parecen atrofiados y tienen hojas descoloridas y marchitas. La propagación del mildiú velloso casi colapsó la industria vinícola francesa en el siglo XIX.

Phytophthora infestans es un oomiceto responsable del tizón tardío de la papa, que hace que los tallos y tallos de la papa se descompongan en un limo negro (Figura 23.37). El tizón generalizado de la papa causado por PAG. infestados precipitó la conocida hambruna irlandesa de la patata en el siglo XIX que se cobró la vida de aproximadamente 1 millón de personas y provocó la emigración de al menos 1 millón más de Irlanda. El tizón tardío continúa plagando los cultivos de papa en ciertas partes de los Estados Unidos y Rusia, acabando con hasta el 70 por ciento de los cultivos cuando no se aplican pesticidas.

Descomponedores protistas

El protista parecido a un hongo saprobes están especializados para absorber nutrientes de materia orgánica inanimada, como organismos muertos o sus desechos. Por ejemplo, muchos tipos de oomicetos crecen en animales muertos o algas. Los protistas sapróbicos tienen la función esencial de devolver nutrientes inorgánicos al suelo y al agua. Este proceso permite el crecimiento de nuevas plantas, lo que a su vez genera sustento para otros organismos a lo largo de la cadena alimentaria. De hecho, sin las especies de saprobe, como los protistas, los hongos y las bacterias, la vida dejaría de existir ya que todo el carbono orgánico se "atrapó" en los organismos muertos.

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    • Autores: Mary Ann Clark, Matthew Douglas, Jung Choi
    • Editor / sitio web: OpenStax
    • Título del libro: Biología 2e
    • Fecha de publicación: 28 de marzo de 2018
    • Ubicación: Houston, Texas
    • URL del libro: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/1-introduction
    • URL de la sección: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/23-4-ecology-of-protists

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    Contenido

    Excavata se consideran eucariotas primitivos. Se caracterizan por un surco de alimentación con flagelos ubicados posteriormente, lo que les permite crear una corriente que captura pequeñas partículas de alimento. [4] El citostoma es la estructura especializada que permite a los protistas esta función. Este supergrupo Excavata incluye los subgrupos Diplomonads (Fornicata), Parabasálidos, y Euglenozoos. [5]

    Diplomonads Editar

    Las dipolomonas solían definirse como Fornicata, pero sus características siguen siendo las mismas a pesar de su cambio de nombre. Son protistas microaerófilos. Diplomonas anteriormente se definían por la falta de mitocondrias, pero estudios recientes han encontrado que tienen un orgánulo remanente mitocondrial no funcional llamado mitosoma. La mayoría son inofensivas a excepción de Giardia, Hexamita salmonis, y Histomonas meleagridis. Giardia causa diarrea, Hexamita salmonis es un parásito de los peces, y Histomonas meleagridis es un patógeno de pavo.

    Giardia intestinalis es un patógeno humano, que se transmite a través del agua contaminada con quistes. Provoca diarrea epidémica por agua contaminada. Puede saber que puede estar infectado por la observación de quistes o trofozoítos en las heces y la prueba ELISA (ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas). Para prevenir la contaminación, evite el agua posiblemente contaminada, y si el agua contaminada es lo único disponible para beber, se debe usar un filtro de arena lento. Un estudio encontró que la cloración del agua y la intervención nutricional no tuvieron ningún efecto sobre la infección por giardia infantil. Solo las intervenciones de lavado de manos y saneamiento higiénico redujeron las tasas de infección en los niños. [6]

    Hexamita salmonis es un patógeno común de peces flagelados. Los peces infectados están débiles, demacrados y, por lo general, nadan de costado. [7]

    Histomonas meleagridis es un patógeno común de aves que causa histomoniasis. Los signos de histomoniasis incluyen disminución del apetito, alas caídas, plumas descuidadas y excrementos fecales amarillos. [8]

    Parabasilia Modificar

    La mayoría Parabasalia son endosimbiontes flagelados de animales. Carecen de un citostoma distinto, lo que significa que deben usar la fagocitosis para engullir los alimentos. Hay dos subgrupos: Trichonympha y Trichomonadida. Trichonympha son mutualistas obligados de insectos comedores de madera como las termitas. Secretan celulasa, que se utiliza para digerir la madera. El siguiente subgrupo, Trichomonadida, no requiere oxígeno y posee hidrogenosomas. Solo se reproducen mediante reproducción asexual y algunas cepas son patógenos humanos. Hay tres tipos de parabasalia patógena: Trichomonas fetus, Dientamoeba fragilis, y tricomonas vaginalis. Feto de trichomonas provoca un aborto espontáneo en el ganado, Dientamoeba fragilis causa diarrea en humanos, y tricomonas vaginalis es una enfermedad de transmisión sexual. [1]

    Feto de trichomonas es un parásito que reside en el tracto urogenital del ganado y causa tricomoniasis bovina. La tricomoniasis es una enfermedad de transmisión sexual que causa infertilidad en las vaquillas. La mayor parte de la infertilidad se debe a la muerte embrionaria repentina. [9] Se han utilizado varios imidazoles para tratar toros infectados, pero ninguno es seguro y eficaz. El ipronidazol es probablemente más eficaz, pero con frecuencia causa abscesos estériles en los lugares de inyección. [10]

    Dientamoeba fragilis es un parásito que vive en el intestino grueso de los seres humanos. Nadie sabe como D. fragilis se contagia una posibilidad es por la ingestión de agua o alimentos contaminados. Muchas personas que están infectadas con este parásito no muestran signos de estar infectadas. A veces se puede observar la infección, los síntomas más comunes incluyen diarrea, dolores de estómago, pérdida de apetito, náuseas y fatiga. [11]

    tricomonas vaginalis es una enfermedad de transmisión sexual. Los hombres infectados rara vez presentan síntomas (asintomáticos). Las mujeres infectadas suelen mostrar signos de dolor, inflamación y enrojecimiento alrededor de la vagina y un posible cambio en el flujo vaginal. tricomonas vaginalis se puede tratar con un ciclo de antibióticos. [12]

    Euglenozoa Editar

    La mayoría de los euglenozoos son fotoautótrofos, pero algunos son quimioorganótrofos (saprofitos). Se encuentran comúnmente en agua dulce. Los miembros del filo Euglenozoa tienen una película de apoyo, una mancha de ojos rojos llamada estigma para orientar la célula hacia la luz, clorofila ayb para ayudar en el proceso de fotosíntesis, vacuolas contráctiles y flagelos.

    Uno de los principales patógenos del filo Euglenozoa es Leishmania. Leishmania Causa leishmaniasis. Los síntomas de la leishmaniasis incluyen daño sistémico y de piel / membrana. Los parásitos de Leishmania se propagan por los flebotominos de la mosca de la arena en los trópicos, subtrópicos y el sur de Europa. [13] Pueden manifestarse de forma cutánea (leishmaniasis cutánea) como llagas en la piel con una costra unas semanas después de la picadura o internamente (leishmaniasis visceral), que afectan los órganos y pueden ser potencialmente mortales. La leishmaniasis cutánea puede extenderse a las membranas mucosas y causar leishmaniasis mucosa incluso años después de la infección inicial. [14] La leishmaniasis cutánea se cura por sí sola y deja malas cicatrices. [15] Solo la anfotericina B y la miltefosina oral aprobadas por la FDA para la leishmaniasis visceral son para el diagnóstico de leishmaniasis cutánea y mucosa: muestras de tejido, médula ósea y análisis de sangre detectan anticuerpos del parásito para la leishmaniasis visceral. [16] [17]

    El segundo patógeno de este filo es Trypanosoma cruzi. Trypanosoma cruzi causa la enfermedad de Chagas y se transmite por el virus reduviid, también conocido como el "bicho de los besos". La enfermedad de Chagas se diagnostica mediante un examen físico y un análisis de sangre. [18] El único tratamiento incluye antiparasitarios únicamente de los CDC, que no están aprobados por la FDA. [19] La enfermedad de Chagas aguda tiene un inicio rápido, los tripanosomas ingresan al torrente sanguíneo, se convierten en amastigotes y se replican. La enfermedad de Chagas aguda se puede tratar con benznidazol o nifurtimox. La enfermedad de Chagas crónica es asintomática y afecta las células cardíacas y gastrointestinales. Actualmente, solo existen tratamientos en investigación para esta enfermedad. Desafortunadamente, las vacunas no son efectivas con la enfermedad de Chagas debido a la variación antigénica. Este patógeno causa daño al sistema nervioso.

    La enfermedad africana del sueño es causada por Trypanosoma brucei rhodensiense y Trypanosoma brucei gambiense, y es transmitida por la mosca tsetsé. Se diagnostica mediante un examen físico y un análisis de sangre. La enfermedad del sueño africana causa inflamación intersticial, letargo, inflamación del cerebro y la muerte en uno a tres años. Tratamiento farmacológico con eflornitina y melarsoprol pentamidina para T. gambiense y Suramin (Antrypol) para cualquiera Trypanosoma brucei rhodensiense y Trypanosoma brucei gambiense, o combinaciones de estos medicamentos, pueden ayudar a tratar esta enfermedad, pero las vacunas no se pueden usar debido a la variación antigénica.

    Amebozoos se caracterizan por el uso de pseudópodos para el movimiento y la alimentación. Estos protistas se reproducen por fisión binaria o múltiple.

    Entamoebida Modificar

    Entamoebida carece de mitocondrias y posee mitosomas. Entamoeba histolytica es un parásito patógeno conocido por causar amebiasis, que es la tercera causa principal de muerte por parásitos. [20] Se diagnostica mediante la evaluación de muestras de heces. [21] La amebiasis es causada por la ingestión de alimentos o agua contaminados con heces u otros desechos corporales de una persona infectada, que contienen quistes, la forma latente del microbio. Estos quistes al llegar a la región del íleon terminal del tracto gastrointestinal dan lugar a una masa de células en proliferación, la forma trofozoíto del parásito, por el proceso de excitación. [22] Los síntomas de esta infección incluyen diarrea con sangre y moco, y pueden alternar entre estreñimiento y remisión, dolor abdominal y fiebre. Los síntomas pueden progresar a ameboma, colitis fulminante, megacolon tóxico, úlceras colónicas que conducen a perforación y abscesos en órganos vitales como el hígado, los pulmones y el cerebro. La amebiasis se puede tratar con la administración de compuestos anti-amebianos, esto a menudo incluye el uso de metronidazol, ornidazol, cloroquina, secnidazol, nitazoxanida y tinidazol. El tinidazol puede ser eficaz para curar a los niños. [23] El uso de terapias convencionales para tratar la amebiasis a menudo se asocia con efectos secundarios sustanciales, una amenaza para la eficacia de estas terapias, agravada aún más por el desarrollo de resistencia a los medicamentos en el parásito. [20] La meningoencefalitis y queratitis amebianas es una ameba devoradora de cerebros causada por Naeglaria y Acanthomoeba. Una forma en que se puede adquirir este patógeno es sumergiendo los lentes de contacto en agua en lugar de la solución de contacto. Esto resultará en una ulceración progresiva de la córnea. [24] Este patógeno se puede diagnosticar mediante la demostración de amebas en muestras clínicas. Actualmente no existe ningún tratamiento farmacológico disponible para la meningoencefalitis y la queratitis amebianas.

    El supergrupo SAR incluye Rhizaria, Alveolata y Stramenopiles y se distingue por pseudópodos finos que pueden ser ramificados, simples o conectados.

    Stramenopila Editar

    Algunos miembros de Stramenopila son algas pardas, diatomeas y mohos de agua. Un ejemplo de Stramenopila son Peronosporomicetos. El ejemplo más conocido de Peronosporomicetos es Phytophthora infestans. This organism caused the Great Famine of Ireland in the 1850s. [25]

    Alveolata Edit

    Alveolata is a large group, which includes Dinoflagellata, Ciliophora, and Apicomplexa. [26]

    Balantidium Coli (Balantidiasis) is an example of a member of the phylum Ciliophora. Balantidiasis is the only ciliate known to be capable of infecting humans, and swine are the primary reservoir host. [27] Balantidiasis is opportunistic and rare in Western countries. [28] Apicomplexans are parasites of animals and contain an arrangement of organelles called the apical complex. One example of an apicomplexan is Malaria. Five species of plasmodium cause malaria in animals. Malaria is transmitted by the bite of an infected female mosquito. Symptoms of malaria include: periodic chills and fever, anemia, and hypertrophy of the liver and spleen. Cerebral malaria can occur in children. In order to diagnose Malaria, doctors will look for parasites in Wright-or-Giemsa-stained red blood cells and serological tests. Treatment includes antimalarial drugs, however, resistance has been observed. New vaccines are being discovered to this day. Preventative measures that can be taken include sleeping with netting and using insecticide to prevent mosquitoes. Eimeria is another example of an apicomplexan pathogen. This pathogen causes cecal coccidiosis in chickens. Coccidiosis is a parasitic disease of the intestinal tract. [29] This disease is treated by placing anticoccidials in the chickens’ feed. It also causes malabsorption, diarrhea, and sometimes bloody diarrhea in animals. Theileria parva & T. annulata are tick-borne parasites which cause fatal East Coast fever in cattle. East Coast fever is transmitted by the bite of the three-host tick Phipicephalus appendiculatus and results in respiratory failure and death in African cattle. Most hosts of P. appendiculatus succumb to pulmonary edema and die within three weeks of infection. The severity of the infection can be lessened by treatment with antiprotozoal drugs like buparvaquone. Toxoplasma causes toxoplasmosis and can be acquired from undercooked meat or cat feces containing Toxoplasma gondii. The majority of the 60 million Americans infected with T. gondii are asymptomatic. The group most vulnerable to this pathogen are the fetuses of mothers who have been infected with the parasite for the first time during pregnancy. This can result in damage to the fetus’s brain, eyes, and other organs. Treatment is available for pregnant women and the immunosuppressed. [30] Cryptosporidiosis can be contracted through contact with water, food, soil, or surfaces contaminated with feces containing the Cryptosporidium. Immunocompromised people are the most susceptible. Cryptosporidiosis causes watery diarrhea and can resolve itself without medical intervention. It is diagnosed by examining stool samples, and diarrhea can be treated using Nitazoxanide. [31]

    Rhizaria Edit

    Plasmodiophorids and Halosporidians are two examples of parasitic Rhizaria. Plasmodiophorids cause infections in crops such as Spongospora subterránea. They cause powdery scabs and galls and disrupt growth. Halosporidians cause infections in marine invertebrates such as Mikrocytos mackini in Pacific oysters. Mikrocytos mackini are abscesses or green pustules on palps and mantles of certain molluscs. [32]

    El supergrupo Archaeplastida includes red algae, green algae and land plants. Each of these three groups have multicellular species and the green and red algae have many single-celled species. The land plants are not considered protists. [33]

    Red algae are primarily multicellular, lack flagella, and range in size from microscopic, unicellular to large, multicellular forms. Algunas especies de algas rojas contienen ficoeritrinas, pigmentos accesorios fotosintéticos que son de color rojo y superan el tinte verde de la clorofila, lo que hace que estas especies aparezcan como diferentes tonos de rojo. This group doesn’t include many pathogens. [34]

    Green algae exhibit similar features to the land plants, particularly in terms of chloroplast structure. The green algae are subdivided into the chlorophytes and charophytes. It is very rare for green algae to become parasitic.

    Prototheca moriformis belongs to the subdivision Chloroplastida. P. moriformis is a green algae that lacks chlorophyll and has turned to parasitism. It is found in sewage and the soil. P. moriformis causes a disease called protothecosis. This disease mainly infects cattle and dogs. Cattle can be affected by prototheca enteritis and mastitis. [35] Protothecosis is commonly seen in dogs it enters the body through the mouth or nose and causes infection in the intestines. Treatment with amphotericin B has been reported. [36]

    Scientists have been researching new ways to fight protozoan infections, including targeting channels and transporters involved in the diseases [37] and finding the link between a persons microbiome and their ability to resist a protozoan infection [38]


    Contenido

    Viral Edit

    This type of pathogen is not cellular, and is instead composed of either RNA (Ribonucleic acid), or DNA (Deoxyribonucleic acid). Pathogenic viruses infiltrate host cells and manipulate the organelles within the cell such as the Ribosomes, Golgi Apparatus, and Endoplasmic Reticulum to reproduce a multitude of times which commonly results in the death of the host cell via cellular decay. All the virus's that were contained within the lipid bilayer of the cell membrane are then released into the intercellular matrix to infect neighboring cells to continue the cycle.

    The white blood cells are responsible for swallowing up the virus using a mechanism known as endocytosis within the extracellular matrix to reduce and fight the infection. The components within the white blood cell are responsible for destroying the virus and recycling it's components for the body to use.

    Bacterial Edit

    Although the vast majority of bacteria are harmless or beneficial to one's body, a few pathogenic bacteria can cause infectious diseases. The most common bacterial disease is tuberculosis, caused by the bacterium Tuberculosis micobacteriana, which affects about 2 million people mostly in sub-Saharan Africa. Pathogenic bacteria contribute to other globally important diseases, such as pneumonia, which can be caused by bacteria such as Estreptococo y Pseudomonas, and foodborne illnesses, which can be caused by bacteria such as Shigella, Campylobacter, y Salmonela. Pathogenic bacteria also cause infections such as tetanus, typhoid fever, diphtheria, syphilis, and Hansen's disease. They typically range between 1 and 5 micrometers in length.

    Fungal Edit

    Fungi are a eukaryotic kingdom of microbes that are usually saprophytes, but can cause diseases in humans. Life-threatening fungal infections in humans most often occur in immunocompromised patients or vulnerable people with a weakened immune system, although fungi are common problems in the immunocompetent population as the causative agents of skin, nail, or yeast infections. Most antibiotics that function on bacterial pathogens cannot be used to treat fungal infections because fungi and their hosts both have eukaryotic cells. Most clinical fungicides belong to the azole group. The typical fungal spore size is 1-40 micrometers in length.

    Other parasites Edit

    Protozoans are single-celled eukaryotes that feed on microorganisms and organic tissues. Considered as "one-celled animal" as they have animal like behaviors such as motility, predation, and a lack of a cell wall. Many protozoan pathogens are considered human parasites as they cause a variety of diseases such as: malaria, amoebiasis, babesiosis, giardiasis, toxoplasmosis, cryptosporidiosis, trichomoniasis, Chagas disease, leishmaniasis, African trypanosomiasis (sleeping sickness), Acanthamoeba keratitis, and primary amoebic meningoencephalitis (naegleriasis).

    Parasitic worms (Helminths) are macroparasites that can be seen by the naked eye. Worms live and feed in their living host, receiving nourishment and shelter while affecting the host's way of digesting nutrients. They also manipulate the host's immune system by secreting immunomodulatory products [2] which allows them to live in their host for years. Many parasitic worms are more commonly intestinal that are soil-transmitted and infect the digestive tract other parasitic worms are found in the host's blood vessels. Parasitic worms living in the host can cause weakness and even lead to many diseases. Parasitic worms can cause many diseases to both humans and animals. Helminthiasis (worm infection), Ascariasis, and enterobiasis (pinworm infection) are few that are caused by various parasitic worms.

    Prionic Edit

    Prions are misfolded proteins that are transmissible and can influence abnormal folding of normal proteins in the brain. They do not contain any DNA or RNA and cannot replicate other than to convert already existing normal proteins to the misfolded state. These abnormally folded proteins are found characteristically in many neurodegenerative diseases as they aggregate the central nervous system and create plaques that damages the tissue structure. This essentially creates "holes" in the tissue. It has been found that prions transmit three ways: obtained, familial, and sporadic. It has also been found that plants play the role of vector for prions. There are eight different diseases that affect mammals that are caused by prions such as scrapie, bovine spongiform encephalopathy (mad cow disease) and Feline spongiform encephalopathy (FSE). There are also ten diseases that affect humans such as, Creutzfeldt–Jakob disease (CJD). [3] and Fatal familial insomnia (FFI).

    Animal pathogens Edit

    Animal pathogens are disease-causing agents of wild and domestic animal species, at times including humans. [4]

    Virulence (the tendency of a pathogen to cause damage to a host's fitness) evolves when that pathogen can spread from a diseased host, despite that host being very debilitated. An example is the malaria parasite, which can spread from a person near death, by hitching a ride to a healthy person on a mosquito that has bitten the diseased person. This is called horizontal transmission in contrast to vertical transmission, which tends to evolve symbiosis (after a period of high morbidity and mortality in the population) by linking the pathogen's evolutionary success to the evolutionary success of the host organism.

    Transmission of pathogens occurs through many different routes, including airborne, direct or indirect contact, sexual contact, through blood, breast milk, or other body fluids, and through the fecal-oral route. One of the primary pathways by which food or water become contaminated is from the release of untreated sewage into a drinking water supply or onto cropland, with the result that people who eat or drink contaminated sources become infected. In developing countries, most sewage is discharged into the environment or on cropland even in developed countries, periodic system failures result in sanitary sewer overflows.


    Eukaryome and Its Relationships with Microbiome

    Eukaryotic microbes co-evolved with mammals over millions of years and are a normal component of the microbiome from an evolutionary point of view [7,11]. Many are stable, long-term colonists rather than transient invaders [25]. The eukaryome can have strong effects on the composition and dynamics of the microbiome [14], likely with cascading consequences for our health. Although less numerous than bacteria, gut-dwelling eukaryotes are much bigger and they may have a disproportionate influence, similar to large animals in other ecosystems. For example, sharks on tropical reefs and wolves in Yellowstone have a profound effect on the entire ecosystem, and removal of these keystone species has wide consequences. It is worth testing whether targeted removal of eukaryotes—potential keystone components of the gut microbiome—in industrialized countries has contributed disproportionately to the diversity loss observed in the bacterial microbiome [12] and other negative health consequences discussed above. In summary, there are many exciting prospects for investigating potential benefits of the human eukaryome, all while keeping in mind the well-documented detrimental impact of some eukaryotic symbionts, particularly when present in large numbers and in mammalian hosts experiencing food limitation [26].


    22.4 Bacterial Diseases in Humans

    Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

    • Identify bacterial diseases that caused historically important plagues and epidemics
    • Describe the link between biofilms and foodborne diseases
    • Explain how overuse of antibiotics may be creating “super bugs”
    • Explain the importance of MRSA with respect to the problems of antibiotic resistance

    To a prokaryote, humans may be just another housing opportunity. Unfortunately, the tenancy of some species can have harmful effects and cause disease. Bacteria or other infectious agents that cause harm to their human hosts are called pathogens . Devastating pathogen-borne diseases and plagues, both viral and bacterial in nature, have affected humans and their ancestors for millions of years. The true cause of these diseases was not understood until modern scientific thought developed, and many people thought that diseases were a “spiritual punishment.” Only within the past several centuries have people understood that staying away from afflicted persons, disposing of the corpses and personal belongings of victims of illness, and sanitation practices reduced their own chances of getting sick.

    Epidemiologists study how diseases are transmitted and how they affect a population. Often, they must following the course of an epidemic —a disease that occurs in an unusually high number of individuals in a population at the same time. In contrast, a pandemic is a widespread, and usually worldwide, epidemic. An endemic disease is a disease that is always present, usually at low incidence, in a population.

    Long History of Bacterial Disease

    There are records about infectious diseases as far back as 3000 B.C. A number of significant pandemics caused by bacteria have been documented over several hundred years. Some of the most memorable pandemics led to the decline of cities and entire nations.

    In the 21 st century, infectious diseases remain among the leading causes of death worldwide, despite advances made in medical research and treatments in recent decades. A disease se extiende when the pathogen that causes it is passed from one person to another. For a pathogen to cause disease, it must be able to reproduce in the host’s body and damage the host in some way.

    The Plague of Athens

    In 430 B.C., the Plague of Athens killed one-quarter of the Athenian troops who were fighting in the great Peloponnesian War and weakened Athens’s dominance and power. The plague impacted people living in overcrowded Athens as well as troops aboard ships that had to return to Athens. The source of the plague may have been identified recently when researchers from the University of Athens were able to use DNA from teeth recovered from a mass grave. The scientists identified nucleotide sequences from a pathogenic bacterium, Salmonella enterica serovar Typhi (Figure 22.20), which causes typhoid fever. 3 This disease is commonly seen in overcrowded areas and has caused epidemics throughout recorded history.

    Bubonic Plagues

    From 541 to 750, the Plague of Justinian, an outbreak of what was likely bubonic plague, eliminated one-quarter to one-half of the human population in the eastern Mediterranean region. The population in Europe dropped by 50 percent during this outbreak. Astoundingly, bubonic plague would strike Europe more than once!

    Bubonic plague is caused by the bacterium Yersinia pestis. One of the most devastating pandemics attributed to bubonic plague was the Black Death (1346 to 1361). It is thought to have originated in China and spread along the Silk Road, a network of land and sea trade routes, to the Mediterranean region and Europe, carried by fleas living on black rats that were always present on ships. The Black Death was probably named for the tissue necrosis (Figure 22.21c) that can be one of the symptoms. The "buboes" of bubonic plague were painfully swollen areas of lymphatic tissue. A pneumonic form of the plague, spread by the coughing and sneezing of infected individuals, spreads directly from human to human and can cause death within a week. The pneumonic form was responsible for the rapid spread of the Black Death in Europe. The Black Death reduced the world’s population from an estimated 450 million to about 350 to 375 million. Bubonic plague struck London yet again in the mid-1600s (Figure 22.21). In modern times, approximately 1,000 to 3,000 cases of plague arise globally each year, and a “sylvatic” form of plague, carried by fleas living on rodents such as prairie dogs and black footed ferrets, infects 10 to 20 people annually in the American Southwest. Although contracting bubonic plague before antibiotics meant almost certain death, the bacterium responds to several types of modern antibiotics, and mortality rates from plague are now very low.

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    Watch a video on the modern understanding of the Black Death—bubonic plague in Europe during the 14 th century.

    Migration of Diseases to New Populations

    One of the negative consequences of human exploration was the accidental “biological warfare” that resulted from the transport of a pathogen into a population that had not previously been exposed to it. Over the centuries, Europeans tended to develop genetic immunity to endemic infectious diseases, but when European conquerors reached the western hemisphere, they brought with them disease-causing bacteria and viruses, which triggered epidemics that completely devastated many diverse populations of Native Americans, who had no natural resistance to many European diseases. It has been estimated that up to 90 percent of Native Americans died from infectious diseases after the arrival of Europeans, making conquest of the New World a foregone conclusion.

    Emerging and Re-emerging Diseases

    The distribution of a particular disease is dinámica. Changes in the environment, the pathogen, or the host population can dramatically impact the spread of a disease. According to the World Health Organization (WHO), an emerging disease (Figure 22.22) is one that has appeared in a population for the first time, or that may have existed previously but is rapidly increasing in incidence or geographic range. This definition also includes re-emerging diseases that were previously under control. Approximately 75 percent of recently emerging infectious diseases affecting humans are zoonotic diseases. Zoonoses are diseases that primarily infect animals but can be transmitted to humans some are of viral origin and some are of bacterial origin. Brucellosis is an example of a prokaryotic zoonosis that is re-emerging in some regions, and necrotizing fasciitis (commonly known as flesh-eating bacteria) has been increasing in virulence for the last 80 years for unknown reasons.

    Some of the present emerging diseases are not actually new, but are diseases that were catastrophic in the past (Figure 22.23). They devastated populations and became dormant for a while, just to come back, sometimes more virulent than before, as was the case with bubonic plague. Other diseases, like tuberculosis, were never eradicated but were under control in some regions of the world until coming back, mostly in urban centers with high concentrations of immunocompromised people. WHO has identified certain diseases whose worldwide re-emergence should be monitored. Among these are three viral diseases (dengue fever, yellow fever, and zika), and three bacterial diseases (diphtheria, cholera, and bubonic plague). The war against infectious diseases has no foreseeable end.

    Foodborne Diseases

    Prokaryotes are everywhere: They readily colonize the surface of any type of material, and food is not an exception. Most of the time, prokaryotes colonize food and food-processing equipment in the form of a biopelícula, as we have discussed earlier. Outbreaks of bacterial infection related to food consumption are common. A foodborne disease (commonly called “food poisoning”) is an illness resulting from the consumption the pathogenic bacteria, viruses, or other parasites that contaminate food. Although the United States has one of the safest food supplies in the world, the U.S. Centers for Disease Control and Prevention (CDC) has reported that “76 million people get sick, more than 300,000 are hospitalized, and 5,000 Americans die each year from foodborne illness.”

    The characteristics of foodborne illnesses have changed over time. In the past, it was relatively common to hear about sporadic cases of botulism, the potentially fatal disease produced by a toxin from the anaerobic bacterium Clostridium botulinum. Some of the most common sources for this bacterium were non-acidic canned foods, homemade pickles, and processed meat and sausages. The can, jar, or package created a suitable anaerobic environment where Clostridium could grow. Proper sterilization and canning procedures have reduced the incidence of this disease.

    While people may tend to think of foodborne illnesses as associated with animal-based foods, most cases are now linked to produce. There have been serious, produce-related outbreaks associated with raw spinach in the United States and with vegetable sprouts in Germany, and these types of outbreaks have become more common. The raw spinach outbreak in 2006 was produced by the bacterium E. coli serotype O157:H7. A serotype is a strain of bacteria that carries a set of similar antigens on its cell surface, and there are often many different serotypes of a bacterial species. La mayoría E. coli are not particularly dangerous to humans, but serotype O157:H7 can cause bloody diarrhea and is potentially fatal.

    All types of food can potentially be contaminated with bacteria. Recent outbreaks of Salmonela reported by the CDC occurred in foods as diverse as peanut butter, alfalfa sprouts, and eggs. A deadly outbreak in Germany in 2010 was caused by E. coli contamination of vegetable sprouts (Figure 22.24). The strain that caused the outbreak was found to be a new serotype not previously involved in other outbreaks, which indicates that E. coli is continuously evolving. Outbreaks of listeriosis, due to contamination of meats, raw cheeses, and frozen or fresh vegetables with Listeria monocytogenes, are becoming more frequent.

    Biofilms and Disease

    Recall that biofilms are microbial communities that are very difficult to destroy. They are responsible for diseases such as Legionnaires’ disease, otitis media (ear infections), and various infections in patients with cystic fibrosis. They produce dental plaque and colonize catheters, prostheses, transcutaneous and orthopedic devices, contact lenses, and internal devices such as pacemakers. They also form in open wounds and burned tissue. In healthcare environments, biofilms grow on hemodialysis machines, mechanical ventilators, shunts, and other medical equipment. In fact, 65 percent of all infections acquired in the hospital (nosocomial infections) are attributed to biofilms. Biofilms are also related to diseases contracted from food because they colonize the surfaces of vegetable leaves and meat, as well as food-processing equipment that isn’t adequately cleaned.

    Biofilm infections develop gradually and may not cause immediate symptoms. They are rarely resolved by host defense mechanisms. Once an infection by a biofilm is established, it is very difficult to eradicate, because biofilms tend to be resistant to most methods used to control microbial growth, including antibiotics. The matrix that attaches the cells to a substrate and to other another protects the cells from antibiotics or drugs. In addition, since biofilms grow slowly, they are less responsive to agents that interfere with cell growth. It has been reported that biofilms can resist up to 1,000 times the antibiotic concentrations used to kill the same bacteria when they are free-living or planktonic. An antibiotic dose that large would harm the patient therefore, scientists are working on new ways to get rid of biofilms.

    Antibiotics: Are We Facing a Crisis?

    La palabra antibiotic comes from the Greek anti meaning “against” and bios meaning “life.” An antibiotic is a chemical, produced either by microbes or synthetically, that is hostile to or prevents the growth of other organisms. Today’s media often address concerns about an antibiotic crisis. Are the antibiotics that easily treated bacterial infections in the past becoming obsolete? Are there new “superbugs”—bacteria that have evolved to become more resistant to our arsenal of antibiotics? Is this the beginning of the end of antibiotics? All these questions challenge the healthcare community.

    One of the main causes of antibiotic resistance in bacteria is overexposure to antibiotics. The imprudent and excessive use of antibiotics has resulted in the natural selection of resistant forms of bacteria. The antibiotic kills most of the infecting bacteria, and therefore only the resistant forms remain. These resistant forms reproduce, resulting in an increase in the proportion of resistant forms over non-resistant ones. In addition to transmission of resistance genes to progeny, lateral transfer of resistance genes on plasmids can rapidly spread these genes through a bacterial population. A major misuse of antibiotics is in patients with viral infections like colds or the flu, against which antibiotics are useless. Another problem is the excessive use of antibiotics in livestock. The routine use of antibiotics in animal feed promotes bacterial resistance as well. In the United States, 70 percent of the antibiotics produced are fed to animals. These antibiotics are given to livestock in low doses, which maximize the probability of resistance developing, and these resistant bacteria are readily transferred to humans.

    Enlace al aprendizaje

    Watch a recent news report on the problem of routine antibiotic administration to livestock and antibiotic-resistant bacteria.

    One of the Superbugs: MRSA

    The imprudent use of antibiotics has paved the way for the expansion of resistant bacterial populations. Por ejemplo, Staphylococcus aureus, often called “staph,” is a common bacterium that can live in the human body and is usually easily treated with antibiotics. However, a very dangerous strain, methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) has made the news over the past few years (Figure 22.25). This strain is resistant to many commonly used antibiotics, including methicillin, amoxicillin, penicillin, and oxacillin. MRSA can cause infections of the skin, but it can also infect the bloodstream, lungs, urinary tract, or sites of injury. While MRSA infections are common among people in healthcare facilities, they have also appeared in healthy people who haven’t been hospitalized, but who live or work in tight populations (like military personnel and prisoners). Researchers have expressed concern about the way this latter source of MRSA targets a much younger population than those residing in care facilities. The Journal of the American Medical Association reported that, among MRSA-afflicted persons in healthcare facilities, the average age is 68, whereas people with “community-associated MRSA” ( CA-MRSA ) have an average age of 23. 4

    In summary, the medical community is facing an antibiotic crisis. Some scientists believe that after years of being protected from bacterial infections by antibiotics, we may be returning to a time in which a simple bacterial infection could again devastate the human population. Researchers are developing new antibiotics, but it takes many years of research and clinical trials, plus financial investments in the millions of dollars, to generate an effective and approved drug.

    Conexión profesional

    Epidemiologist

    Epidemiology is the study of the occurrence, distribution, and determinants of health and disease in a population. It is, therefore, part of public health. An epidemiologist studies the frequency and distribution of diseases within human populations and environments.

    Epidemiologists collect data about a particular disease and track its spread to identify the original mode of transmission. They sometimes work in close collaboration with historians to try to understand the way a disease evolved geographically and over time, tracking the natural history of pathogens. They gather information from clinical records, patient interviews, surveillance, and any other available means. That information is used to develop strategies, such as vaccinations (Figure 22.26), and design public health policies to reduce the incidence of a disease or to prevent its spread. Epidemiologists also conduct rapid investigations in case of an outbreak to recommend immediate measures to control it.