Plasmodium

Plasmodium (česky někdy zimnička) je rod prvoků z kmene výtrusovci (Apicomplexa) a třídy krvinkovky (Haematozoea), jehož zástupci jsou známí jako původci malárie. Plasmodia představují prakticky celosvětově rozšířené parazity, přičemž jako jejich mezihostitelé vystupují výhradně plazi, ptáci a savci včetně člověka. Definitivními hostiteli a současně přenašeči jsou zejména komárovití (Culicidae), ačkoli některé druhy využívají i jiný bodavý dvoukřídlý hmyz, například flebotomy.

Během sání infikovaný komár do mezihostitele uvolňuje infekční stádia - sporozoity, kteří se následně v buňkách mezihostitele začnou nepohlavně množit. Tato tzv. +more merogonie probíhá v červených krvinkách, prvotně však v jiných buňkách, v případě všech lidských plasmodií v hepatocytech. Výslední merozoiti infikují další buňky mezihostitele. Do krvinek je vyjma merogonie situován též vznik nezralých sexuálních stádií, samčích a samičích gametocytů, čekajících na nasátí definitivním hostitelem. V jeho střevě následně dozrávají na gamety a dochází k pohlavními rozmnožování, jehož výsledkem je pohyblivý ookinet. Ookinet migruje střevní tkání, až se nakonec vyklene do dutiny hemocoelu v podobě tenkostěnné oocysty. Zde se vyvíjejí noví sporozoiti, již migrují do slinných žláz komára.

Tradiční rod Plasmodium zřejmě není monofyletický, ale odvozují se v rámci něj i další, často nepodobné rody malarických parazitů. Svůj původ má celý tento komplex pravděpodobně v ptácích. +more Plasmodia, u nichž neprobíhala dlouhodobá koevoluce s jejich hostiteli, mohou být obzvlášť virulentní. Tuto skutečnost demonstruje například drastický dopad ptačí malárie na havajské ptactvo, relativně nedávný „přeskok“ se předpokládá i u nejnebezpečnějšího lidského plasmodia, P. falciparum. V případě člověka platí, že malárie představuje nejsilnější známý nedávný selekční tlak na jeho genom.

Historie a taxonomie

Ačkoli malárie provází lidstvo již od prehistorických dob, jejího původce v krvi nakažených pacientů poprvé pozoroval teprve francouzský vojenský lékař Charles Louis Alphonse Laveran na konci 19. století. +more Pozorovaného malarického prvoka, konkrétně P. falciparum, pojmenoval Oscillaria malariae a své poznatky předložil Francouzské akademii lékařských věd v roce 1880. Navzdory prvotní skepsi se během několika let Laveranovy závěry dočkaly širokého uznání a za práci týkající se významu protozoí jako příčin nemocí byl Laveran roku 1907 oceněn Nobelovou cenou. Laveranův současník, ukrajinský vědec Vasilij Danilewskij, pozoroval krevní stádia plasmodií u ptáků okolo roku 1885. Zjištění, že vektorem plasmodií jsou komárovití, uskutečnil Ronald Ross v roce 1897. Přenos poprvé popsal na ptačích plasmodiích a i on za svůj přínos obdržel Nobelovu cenu (1902).

Za popisnou autoritu rodového jména Plasmodium jsou pokládáni italští lékaři Ettore Marchiafava a Angelo Celli (1885). Rod Plasmodium se řadí do řádu výtrusovců Haemosporida a v rámci něj do čeledi Plasmodiidae. +more Zástupci řádu Haemosporida se vyznačují přenosem na mezihostitele prostřednictvím vektoru z hmyzího řádu dvoukřídlých (Diptera) a mají pohyblivou zygotu, jež se transformuje v tenkostěnnou oocystu. Alespoň prekurzory pohlavních buněk, tzv. gametocyty, jsou svým vývojem vázány na krevní buňky mezihostitelského organismu. Nutno dodat, že obecný termín „malarický parazit“ a jiné podobné nemusejí být ve zdrojích využívány striktně pro označení rodu Plasmodium, ale i jiných protist řádu Haemosporida.

Vzhledem k tomu, že tradiční systematika řádu Haemosporida se zakládala na srovnání vzhledu krevních nátěrů, hostitelských druzích či geografické poloze, řád i jemu podřazené taxony prošly dosti košatou taxonomickou historií. Zřejmě i kvůli této skutečnosti byly nové nižší taxony popisovány častěji jako podrody v rámci již dobře definovaných rodů spíše než jako rody nové. +more V případě rodu Plasmodium první podrody vymezili Corradetti, Garnham & Laird (1963), konkrétně pro ptačí plasmodia. Bray (1963) popsal dva podrody plasmodií primátů zahrnující i lidské patogeny, konkrétně podrod Laverania pro P. falciparum a P. reichenowi a podrod Plasmodium pro ostatní druhy. Další podrody postupně následovaly. Následující seznam podrodů včetně jejich mezihostitelů vychází ze seznamu publikovaného v práci Perkins (2014):.

* Plasmodium Bray 1963 emend. Garnham, 1964 (primáti) * Laverania Bray, 1963 (hominoidi) * Vinckeia Garnham, 1964 (savci) * Bennettinia Valkiūnas, 1997 (ptáci) * Giovannolaia Corradetti et al. +more, 1963 (ptáci) * Haemamoeba Grassi & Feletti, 1890 (ptáci) * Huffia Corradetti et al. , 1963 (ptáci) * Novyella Corradetti et al. , 1963 (ptáci) * Asiamoeba Telford, 1988 (ještěři) * Carinamoeba Garnham, 1966 (ještěři) * Lacertamoeba Telford, 1988 (ještěři) * Ophidiella Garnham, 1966 (hadi) * Paraplasmodium Telford, 1988 (ještěři) * Sauramoeba Garnham, 1966 (ještěři).

Plasmodia od ostatních hemosporidií odlišuje nepohlavní rozmnožování (merogonie) v krvi mezihostitele, tvorba pigmentu hemozoinu a vývoj gametocytů v erytrocytech, resp. jejich prekurzorech - retikulocytech. +more Na základě molekulárně-fylogenetických studií nicméně tradičně definovaný rod Plasmodium zřejmě není monofyletický, nezahrnuje tedy společného předka a všechny jeho potomky (problematika evoluce rodu Plasmodium je rozebrána v kapitole Hostitelé a fylogeneze). Tradiční definice rodu Plasmodium si však přesto zachovává výrazné praktické výhody i historické opodstatnění.

Na základě dat uváděných CDC bylo k březnu 2024 známo více než 156 druhů plasmodií napadajích různé druhy obratlovců. Ke studiu diverzity těchto protist se nicméně v současnosti často využívají i molekulární znaky, konkrétně úsek mitochondriálního genu pro cytochrom b. +more Podobný přístup prokázal historicky nerozpoznanou celosvětovou rozmanitost linií („druhů“) s odlišnými sekvencemi pro cytb, je však jen stěží použitelný pro klasickou taxonomii. Linie však mohou pro praktické využití shrnovat specializované databáze, jako je MalAvi vytvořená pro malarické parazity ptáků.

Popis

upright 1. +more4 Plasmodia představují eukaryotní neboli jaderné organismy střídající ve svém životním cyklu různé vývojové formy žijící buďto v buňkách obratlovčích mezihostitelů (typicky v červených krvinkách neboli erytrocytech), anebo v těle definitivního hostitele, jímž bývají komáři. Nákazu obratlovčího hostitele způsobuje infekční, jednobuněčná vřetenovitě protáhlá forma označovaná jako sporozoit.

Buňka plasmodia si vesměs zachovává typickou eukaryotní kompartmentalizaci, sporozoit tak zahrnuje jediné buněčné jádro, endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát a jednu mitochondrii, protaženou či rozvětvenou - nikoli hydrogenozom či mitozom, typický pro některé jiné známé parazitické prvoky. Na mitochondrie eukaryot vázaný citrátový cyklus je nezbytný pro dokončení životního cyklu, nikoli však pro nepohlavní rozmnožování v mezihostiteli. +more Uhlíkové kostry pro citrátový cyklus poskytuje glukóza a zvláště glutamin. Specifickou organelou, sdílenou i dalšími zástupci výtrusovců, je tzv. apikoplast, jenž má původ v sekundární endosymbióze, konkrétně vznikl pohlcením ruduchy. Apikoplast ztratil schopnost fotosyntézy, nicméně zprostředkovává různé nezbytné metabolické dráhy, včetně syntézy izoprenoidů, mastných kyselin, hemu a železo-sirných klastrů. Každá buňka obsahuje vždy jediný apikoplast ležící v blízkosti mitochondrie.

Sdíleným znakem výtrusovců je pelikula tvořená vnější membránou a dvojicí dalších membrán, jež vytvářejí plochý měchýřek neboli alveolus. Ten podkládá plazmatickou membránu s výjimkou předního a zadního pólu buňky a tzv. +more mikropóru, jenž slouží jako buněčná ústa (cytostom) a v případě plasmodií je prostřednictvím nich transportován hemoglobin z infikovaných červených krvinek. U forem pronikajících do hostitelských buněk se objevuje apikální komplex, další typický znak skupiny výstrusovců, jenž zprostředkovává invazi a modifikaci hostitelských buněk a v případě plasmodií je tvořen mikrotubulárním polárním prstencem a specializovanými sekrečními „žlázkami“ (dvěma kyjovitými rhoptriemi a vláskovitými mikronémami). V apikálním komplexu chybí cytoskeletární válcovitý útvar zvaný konoid, jenž sice obecně schází u krvinkovek, ale je typický pro jiné zástupce výstrusovců. S částmi apikálního komplexu funkčně souvisí sekreční denzní granula, kulovité útvary rozptýlené v buňce. Buněčnou membránu volných forem kryje povrchový proteinový plášť („coat“), který zprostředkovává počáteční kontakt s erytrocyty.

S výjimkou krátké diploidní fáze spojené s pohlavním rozmnožováním v definitivním hostiteli představují plasmodia po většinu svého životního cyklu haploidní organismy. Jaderný genom zahrnuje 14 chromozomů, přičemž jeho velikost se pohybuje v rozmezí od zhruba 20 do 35 Mbp, s výrazně odlišným množstvím GC párů napříč jednotlivými druhy. +more Homologické geny se u jednotlivých druhů nacházejí v konzervovaných blocích, jež však mohou být rozptýleny v různém pořadí na různých chromozomech. Velikost mitochondriální DNA činí pouhých 6 kbp. Plasmodia mají ve srovnání s ostatními jadernými organismy mitochondriální genom značně redukovan a postrádají mnoho genů typických pro jiná eukaryota. Mitochondriální genom kóduje pouze tři proteiny (cytochrom b a podjednotky I+III cytochrom c oxidasy) a chybí rovněž všechny geny pro tRNA. Vlastní genetickou informaci nese apikoplast, jehož kódavací kapacita činí asi 35 kbp a kóduje asi 30 proteinů zapojených do výše zmíněných metabolických drah.

Životní cyklus

+more6|thumb'>Životní cyklus lidských plasmodiíPlasmodia cyklují mezi svými definitivními hostiteli - nejčastěji komáry - a obratlovčími mezihostiteli. Během sání infikovaného definitivního hostitele na mezihostiteli se do mezihostitele spolu se slinami dostává infekční dávka sporozoitů, kteří se následně v jeho buňkách začnou nepohlavně množit. Tento proces se označuje jako merogonie či schizogonie a případné patologické projevy s tím spojené pak jako malárie. Merogonie probíhá v červených krvinkách, ačkoli jí předchází tzv. exoerytrocytární merogonie v jiných buňkách, v případě všech lidských plasmodií v hepatocytech. Výsledek merogonie představují merozoiti, jejichž účelem je infikovat další buňky mezihostitele.

Do erytrocytů je po několika dnech situován též vznik nezralých sexuálních stádií, samčích a samičích gametocytů, které zde čekají na nasátí definitivním hostitelem. V jeho střevě následně dozrávají na gamety a dochází k pohlavními rozmnožování, jehož výsledkem je pohyblivý ookinet. +more Ookinet migruje střevní tkání, až se nakonec vyklene do dutiny hemocoelu v podobě tenkostěnné oocysty. Zde se vyvíjejí noví sporozoiti, již po prasknutí oocysty migrují hemolymfou do slinných žláz definitivního hostitele.

Vývoj v mezihostiteli

Histopatologie jaterní exoerytrocytární formy Během sání se do těla mezihostitele dostávají sporozoiti spolu se slinami přenašeče. +more V případě lidských plasmodií zůstávají na místě bodnutí asi 5-15 minut a následně pronikají do krevního oběhu, odkud mizí po asi 60 minutách. Exoerytrocytární vývoj lidských (savčích) plasmodií následně probíhá v hepatocytech, přičemž povrchový circumsporozoitový protein (CSP) sporozoitů zajišťuje interakci s heparan-sulfátovými proteoglykany (HSPG) jaterních buněk. Jakmile se sporozoiti dostanou do oběhového systému, rychle pronikají do jaterních sinusoid a před samotnou infekcí hepatocytů zřejmě procházejí přes Kupfferovy buňky. Než sporozoit napadne konkrétní hepatocyt, může zároveň procházet cytosolem dalších jaterních buněk, aniž by muselo dojít k jejich poškození. V infikované mezihostitelské buňce si plasmodia kolem sebe vytvářejí uzavřenou růstovou komůrku, tzv. parazitoforní vakuolu, kterou tvoří vchlípená membrána napadené buňky modifikovaná proteiny z rhoptrií a denzních granul; tato strategie je typická i pro všechny ostatní vnitrobuněčné parazity ze skupiny výtrusovců. Ze sporozoita v parazitoforní vakuole se stává tzv. meront, mnohojaderná forma, která se pak prostřednictvím merogonie rozpadá na jednojaderné merozoity, označované v takovém případě termínem EE-merozoiti.

Infikované hepatocyty se zvětšují, jejich jádro je zatlačeno ke straně. Běžně se uvádí, že hepatocyty podléhají ruptuře, nicméně tento krok nikdy nebyl přímo pozorován. +more U P. berghei bylo popsáno pučení specializovaných váčků naplněných merozoity, což je pro parazita výhodné, neboť tyto tzv. merosomy se odvozují od hostitelské membrány a snáze unikají imunitní reakci hostitele. Souběžně bylo zjištěno, že ačkoli hepatocyt vykazuje apoptotické rysy, na svém povrchu nevystavuje fosfatidylserin, který signalizuje fagocytům, aby danou buňku pozřeli. V případě lidských plasmodií jeden hepatocyt produkuje až 20 tisíc EE-merozoitů, u některých plasmodií může být navíc exoerytrocytární vývoj opakován. Konečně, sporozoiti některých druhů plasmodií (P. vivax, P. ovale) mohou ustrnout v podobě klidových stádií, jednojaderných hypnozoitů dlouhodobě perzistujících v játrech a reaktivujících se i po několika měsících, resp. letech od infekce. Podobný relaps nelze zaměnit s tzv. rekrudescencí, návratu infekce z některých přežívajících krevních stádií. elektronového mikroskopu Ne všechna plasmodia však volí podobný exoerytrocytární vývoj. Sporozoiti ptačích plasmodií, konkrétně P. relictum, napadají retikulární buňky sleziny či kůže, kde se vyvíjejí v tzv. kryptozoity, odlišující se od EE-merozoitů savčích plasmodií tím, že nemohou napadat erytrocyty. Místo toho procházejí druhým exoerytrocytárním vývojem, kdy se jejich cílem stávají makrofágy v mnoha orgánech. Výslední tzv. metakryptozoiti mohou buďto konečně podstoupit merogonii v červených krvinkách (resp. zde vytvořit gametocyt), anebo vstoupit do cyklu reinfikujícího další makrofágy, anebo napadat endoteliální buňky v mnohých orgánech včetně mozku a jater. Endoteliální zoiti - fanerozoiti - mohou vytvářet klidové formy přetrvávající v těle napadeného ptáka teoreticky až do konce jeho života.

Průnik merozoitů do erytrocytů probíhá dvoukrokově. Zatímco počáteční kontakt se uskutečňuje náhodně a je reverzibilní, jakmile se merozoit pohybovým manévrem orientuje apikálním pólem směrem k membráně erytrocytu, apikální spojení se stává ireverzibilní v důsledku interakcí parazitárních receptorů se specifickými ligandy v erytrocytární membráně (např. +more proteiny vázající retikulocyty RBP-1 a 2, merozoitový povrchový protein MSP-1 vázající zbytky kyseliny sialové aj. ). Na invaginaci membrány erytrocytu a tvorbě parazitoforní vakuoly se podílejí jak sekrece produktů apikálního komplexu, tak vlastní pohyb merozoitu. Kolonizace erytrocytů je výhodná z toho pohledu, že na svém povrchu postrádají molekuly hlavního histokompatibilní komplexu rozpoznávaného cytotoxickými T-lymfocyty. Protilátkové odpovědi se plasmodia brání změnou antigenů, které vystavují na povrchu červených krvinek. Erytrocytární membránový protein P. falciparum (PfEMP1) navíc brání degradaci červených krvinek ve slezině tím, že je adheruje k endotelu cév (s čímž se však pojí těžké patologie). vlevoBěhem časné fáze infekce tvoří plasmodium tzv. stádium „prstýnku“, pojmenované na základě podobnosti s tímto šperkem. Pomyslnou obroučku představuje cytoplazma s ribozomy, pomyslný kámen buněčné jádro (diskovité nebo protáhlé) a dutinu prstýnku méně denzní cytoplazma s centrální vakuolou. Prstýnek postupně získává nepravidelný amébovitý tvar (trofozoit), v centrálních vakuolách se ukládá žlutohnědý pigment hemozoin, produkt trávení hemoglobinu, jenž parazit pohlcuje pomocí cytostomů. Intraerytrocytární forma parazita, která následně prochází opakovaným jaderným dělením, se označuje jako schizont, výsledný útvar pak jako rozeta či segmenter. Navazující cytokineze musí být spojena nejen se správnou segregací jader, ale i dalších buněčných komponent. Apikoplast i mitochondrie se během jaderného dělení stávají vysoce rozvětvenými a následně se rozdělí na mnohačetné organely, společně přesně segregující do dceřiných merozoitů.

Asexuální rozmnožování v erytrocytech nakonec dává vzniknout nové generaci merozoitů (E-merozoiti), jejichž počet závisí na druhu, v případě lidských plasmodií činí 8 až 64 na krvinku. Merozoiti opouštějí erytrocyt typicky jeho rupturou, během níž se uvolní i tzv. +more reziduální tělísko s krystaly malarického pigmentu. Merozoiti následně pronikají do dalších erytrocytů, nikoli však do hepatocytů (v případě savčích plasmodií). Ruptura jednotlivých erytrocytů v organismu je vzájemně synchronizována, nastává vždy po několika dnech. Někteří merozoiti se po průniku do erytrocytů diferencují do odlišného vývojového stadia zvaného gametocyt, které nedorůstá ve schizonta, zaokrouhluje se a chybí mu centrální vakuola. Jde o prekurzor samčích, respektive samičích gamet, v obou těchto případech jsou si gametocyty vzhledově podobné. Čas, kdy dochází k tvorbě gametocytů, je mezi jednotlivými plasmodii proměnlivý. Zatímco některá produkují gametocyty už během prvních cyklů nepohlavního rozmnožování v erytrocytech, u jiných se gametocyty objevují až po větším množství erytrocytárních generací.

Vývoj v definitivním hostiteli

Kolorovaný snímek ze skenovacího elektronového mikroskopu znázorňující Plasmodium gallinaceum invadující střevo komáraErytrocyty se zralými gametocyty kolují v periferní krvi mezihostitele. +more Gametocyty zde v G1 fázi buněčného cyklu čekají na nasátí definitivním hostitelem, v opačném případě po několika dnech degenerují. V lumen středního střeva definitivního hostitele se gametocyty z červených krvinek uvolňují a pouze jejich zralé formy pokračují v dalším vývoji za vzniku samčích mikrogamet a samičích makrogamet. Samčí mikrogamety jsou bičíkaté, přičemž vznikají z gametocytu, jenž prochází trojí replikací DNA (jeden samčí gametocyt tak produkuje 8 mikrogamet).

Mikrogameta je pohyblivá a jejím splynutím s makrogametou vzniká zygota, jediné diploidní stádium v životním cyklu plasmodia. Nezbytná mitochondrie a apikoplast se dědí ze strany samičích makrogamet. +more Zygota brzy podstupuje meiózu a stává se z ní pohyblivý červovitý ookinet se čtyřmi haploidními genomy v buněčném jádru, jenž následně proniká stěnou střeva a usazuje se na jeho vnějším povrchu. Tento krok však prvně vyžaduje překročení nebuněčné chitinózní peritrofické membrány, která u hmyzu obaluje přijímanou potravu a slouží jako fyzická bariéra před patogeny či jako ochrana proti mechanickému poškození trávicí trubice od přijímané potravy. Plasmodia peritrofickou membránu umí rozrušit díky produkovaným chitinázám, respektive aspartyl-proteázám. V případě P. gallinaceum představuje produkovaná chitináza proenzym aktivovaný teprve proteázami ve střevě komára.

Ookinet následně invaduje střevní epitel, první kontakt zprostředkovávají lektiny vázající glykoproteiny na epiteliálních buňkách. Doba průniku epitelem je v tomto případě časově omezená - napadené epiteliální buňky totiž spouštějí dráhy programované buněčné smrti. +more Úspěšný ookinet se následně usazuje na vnější straně epitelu pod bazální laminou, jejíž složky (kolagen, laminin) zřejmě spouštějí jeho diferenciaci do oocysty. V oocystě, jež je navíc kryta ochranným pouzdrem, prostřednictvím nepohlavního rozmnožování (sporogonie) vzniká velké množství nových sporozoitů, přičemž diferencovaná oocysta zaujímá přibližně 1000násobek svého původního objemu. Zralé oocysty se rozpadají, možná aktivitou specifických proteáz, a sporozoiti se uvolňují do hemolymfy, kterou migrují až ke slinným žlázám definitivního hostitele. Průnik specificky probíhá v distálních laterálních a mediálních lalocích slinné žlázy, během invaze slinné žlázy sporozoiti vytvářejí pouze dočasné parazitiforní vakuoly. Zajímavostí je, že sporozoiti neproniknuvší do slinných žláz jsou pro obratlovčího hostitele prakticky neinfekční, neboť tento krok u nich spouští rozsáhlé změny v genové expresi. U plasmodií způsobujících lidskou malárii může druhá část životního cyklu od gametocytů po nové sporozoity trvat 10-18 dnů.

Populace plasmodií v definitivním hostiteli prochází dvěma koly výrazné redukce. Ačkoli definitivní hostitel může nasát tisíce červených krvinek s gametocyty, vzniká z nich pouhých 50-100 ookinet, přičemž zdaleka ne všechny se úspěšně usadí na vnější stěně střeva. +more Při předpokladu maximálně 5 úspěšně vytvořených oocyst, které nepohlavním rozmnožováním dají vzniknout 50 000 sporozoitů, se při sání dostává do nového mezihostitele pouze 15-80 sporozoitů.

Hostitelé a fylogeneze

Sající samice druhu Anopheles stephensi, přenašeče plasmodií v jižní Asii Plasmodia v klasickém pojetí (tedy v souladu s kapitolou Historie a taxonomie) představují prakticky celosvětově rozšířené parazity, přičemž jejich mezihostitele představují výhradně suchozemští obratlovci etablovaní z plazů, ptáků a savců. +more Savčí a plazí plasmodia bývají více hostitelsky specifická než plasmodia ptačí.

Plazí plasmodia většinou infikují různé druhy ještěrů, pouze jediný uznávaný podrod, Ophidiella, infikuje hady. U krokodýlů nebyla přítomnost plasmodií prokázána. +more Ptačí plasmodia napadají extrémně široké množství různých ptačích linií, s největší diverzitou v případě hrabavých, měkkozobých a pěvců (naproti tomu chybí záznamy např. u pštrosů, myšáků a trogonů). Prakticky celosvětově rozšířený a ekologicky významný druh představuje P. relictum, napadající více než 400 různých druhů ptáků ze 70 různých čeledí a jeden z hlavních agens ptačí malárie. Významným zástupcem je i P. gallinaceum napadající drůbež. Značné množství různých linií ptačích plasmodií (resp. malarických parazitů v širším smyslu) shrnuje databáze MalAvi. Komár Culex malariager zachovaný v jantaru byl infikován plasmodiem pojmenovaným Plasmodium dominicanaKlasické podrody Laverania a Plasmodium napadají primáty, podrod Vinckeia i další řády savců, včetně hlodavců, letounů či sudokopytníků. Plasmodia izolovaná z afrických lesních hlodavců slouží jako experimentální modely přenosné na laboratorní zvířata, etablují se mezi nimi druhy jako P. berghei, P. chabaudi či P. yoelli. Nejvýznamnějšími primátími plasmodii jsou zástupci infikující člověka, tj. P. falciparum, P. vivax, P. malariae, P. ovale. P. falciparum se řadí v rámci podrodu Laverania, zbylé v rámci podrodu Plasmodium a zatímco nejhojnější druh představuje P. vivax, infekce P. falciparum doprovází nejvyšší míra smrtnosti. K této kanonické čtveřici se může přiřazovat i původně opičí P. knowlesi, jež CDC považuje stále za zoonotické; mezi další zoonotická plasmodia patří např. P. cynomolgi, P. simium a P. brasilianum. Malárie představuje již od prehistorických dob snad nejvýznamnější infekční onemocnění člověka a ještě k roku 2019 přibylo více než 229 milionů nových klinických případů, z toho 368 000 úmrtí. Malárie se omezuje na tropické a subtropické oblasti, v minulosti byla rozšířena i v Severní Americe, Evropě, dokonce i v částech severní Asie.

Definitivního hostitele a vektora plasmodií představuje dvoukřídlý hmyz. Drtivá většina známých plasmodií využívá jako přenašeče komárovité (Culicidae), navzdory této široce rozšířené informaci však nikoli všechna. +more Plazí rod Paraplasmodium se přenáší prostřednictvím flebotomů, drobnějšího dvoukřídlého hmyzu z čeledi koutulovitých (Psychodidae), známějšího především v úloze vektora parazitických protist rodu Leishmania. Přenos ostatních plazích plasmodií zůstává navíc jen špatně probádán. V případě ptačích plasmodií vystupují jakožto přenašeči komáři z podčeledi Culicinae, jako jsou rody Culex, Aedes a Culiseta. Komáři z podčeledi Anophelinae, včetně slavného rodu Anopheles, infikují primárně savce, přičemž vektory lidské malárie představuje asi čtyřicet různých druhů, respektive druhových komplexů anofelů a další desítky sporadických přenašečů. V experimentálních podmínkách mohou v anofelech dokončit vývoj i ptačí plasmodia.

Hypotéza fylogeneze na základě Galen & kol., 2018 (klíčové však je, že rod Plasmodium nepředstavuje monofylum)

Předpokládaná fylogeneze řádu Haemosporida je dlouhodobě nestabilní, přičemž situaci komplikuje jak nedostatečné taxonomické pokrytí, tak nedostatečné množství znaků pro robustní fylogenetické hypotézy. Pravděpodobnější je zřejmě původ v ptácích, některé studie však podporovaly hluboký rozkol mezi klady infikujícími savce a sauropsidy. +more Významné rody řádu Haemosporida se mohly diverzifikovat současně s radiací jejich hostitelských obratlovčích řádů po začátku terciéru před asi 66 miliony lety. Klad zahrnující pro člověka nejnebezpečnější P. falciparum se zřejmě odchýlil od kladu zahrnujícího zbylé druhy plasmodií infikující člověka, resp. zejména úzkonosé opice, a to možná v době divergence podčeledi Homininae. Nález infikovaného komára konzervovaného v jantaru potvrzuje, že plasmodia existovala a komáry ke svému přenosu využívala již v polovině terciéru.

Tradičně chápaný rod Plasmodium podle molekulární fylogenetiky není monofyletický a je zřejmě součástí širšího kladu s rody Hepatocystis, Nycteria a Polychromophilus (napadající letouny i jiné savce). Postavení výše zmíněných rodů nicméně zůstává sporné. +more Pozice rodu Hepatocystis se může různit v souvislosti se zahrnutím diverzifikovaného kladu lemuřích plasmodií, sdílejících společného předka s jinými plasmodii afrických primátů; rod Polychromophilus může sdílet společného předka s malarickými parazity nalezenými u kopytníků; rod Nycteria může vystupovat v kladu se savčími plasmodii plus rodem Hepatocystis, nebo jako sesterská skupina k plazím plasmodiím. Studie z roku 2018 spekuluje, že komplex zahrnující Polychromophilus, Nycteria, Hepatocystis a Plasmodium se odvozuje z předka infikujícího sauropsidy, který přeskočil na savčí hostitele a z nich zpětně na sauropsidní linie (šupinatí, ptáci), významnou roli v diverzifikaci malarických parazitů přičemž mohli hrát letouni. Pozoruhodné je, že výše zmíněné rody postrádají charakteristické znaky tradičních plasmodií; například rod Hepatocystis nepodstupuje erytrocytární merogonii a coby jeho vektor vystupují spíše pakomárcovití z rodu Culicoides.

Virulence a ekologicko-evoluční souvislosti

left Infekcí krevních buněk představují plasmodia zajímavý paradox: příbuzné rody Haemoproteus, Leucocytozoon či savčí Hepatocystis (jenž se však v rámci tradičních plasmodií odvozuje) využívají krevní buňky pouze k šíření pohlavních stádií, nikoli k nepohlavnímu rozmnožování. +more Cyklické malarické záchvaty představují přímý důsledek synchronizovaného rozpadu červených krvinek, jenž vyvolává silnou reakci imunitního systému, navíc pouze malá část klonů se přemění na gametocyty, takže z tohoto pohledu vypadá strategie plasmodií jako nevýhodná. Hypotéz vysvětlující tento paradox existuje vícero. Podle klasického výkladu mohou asexuální stádia svým množstvím „odvádět pozornost“ imunitního systému od gametocytů, jiné hypotézy operují s potlačením imunitní odpovědi, například proti exoerytrocytárním formám s možným usnadněním reinfekcí prostřednictvím hypnozoitů. Klinické projevy zároveň mohou usnadnit samotné šíření parazita z toho pohledu, že hostitel může být pro komáry atraktivnější - minimálně se hůře brání jejich útokům. Manipulační aktivity parazita prostřednictvím podobných nespecifických patologických projevů však bývají jen těžko rozpoznatelné.

Úroveň virulence se zároveň u jednotlivých druhů plasmodií liší. V případě lidských plasmodií představuje relativně mírného zástupce P. +more vivax - napadá výhradně retikulocyty (prekurzory zralých erytrocytů), normálně tvořící jen asi 2 % krevního obrazu. P. malariae napadá erytrocyty na konci jejich životnosti, spolu s nízkou parazitémií (0,2 %) ji to rovněž předurčuje k relativně benigním infekcím. Kvůli schopnosti adherovat krvinky ke stěnám cév a napadat erytrocyty různého stáří je naopak nejnebezpečnější P. falciparum. P. falciparum se kvůli své vysoké virulenci uplatňuje zejména v tropech, kde jsou její přenašeči aktivní v průběhu celého roku, zatímco v subtropech či mírných oblastech s periodičtější aktivitou komárů výhodu získávají spíše plasmodia schopná tvořit hypnozoity či ta s dlouhou inkubační dobou.

Fylogeneze parazitů často zrcadlí fylogenezi jejich hostitelských druhů (Fahrenholzovo pravidlo). V případě plasmodií případ podobných ko-speciačních událostí dokumentovala například studie zkoumající plasmodia madagaskarských lemurů. +more Zvlášť vysokou virulenci mohou mít plasmodia, s nimiž hostitel neměl možnost v průběhu historie interagovat. Například ptačí plasmodia jsou obzvláště nebezpečná pro tučňáky chované v zajetí, kteří se v přirozených podmínkách s těmito jinak prakticky celosvětově rozšířenými patogeny nesetkali. Drastický dopad měla ptačí malárie na ptactvo Havajských ostrovů, kde představuje hlavní příčinu vyhynutí širokého spektra původních druhů, jako jsou šatovníci. Populace přežívajících druhů byly zároveň vytlačeny z nížin do vyšších nadmořských výšek, kde schází vektor P. relictum, zavlečený komár Culex quinquefasciatus. Srovnávací studie z roku 1995 zjistila, že zatímco jediné bodnutí infikovaným komárem stačilo na zabití 9 z 10 studovaných šatovníků šarlatových (Drepanis coccinea), u nepůvodní panenky muškátové (Lonchura punctulata) nepropuklo onemocnění ani v jednom případě. V případě zmíněného P. falciparum se očekává, že jeho původního hostitele představovaly gorily a k přenosu na člověka došlo teprve před několika tisíci lety (historicky byl zvažován i přeskok z ptačích hostitelů). U goril přičemž infekce opět nepůsobí významné patologie.

Jednou z klíčových adaptací, která plasmodiím umožňuje obcházet imunitní systém, je přítomnost variabilních multigenových rodin kódujících širokou paletu povrchových antigenů vystavovaných na povrchu červených krvinek. Hnací sílu pro generování nových genových variant představují zřejmě specifické metody opravy DNA (dvouřetězcové zlomy DNA jsou například opravovány výhradně podle podobné „předlohy“ na jiných chromozomech, tj. +more homologní rekombinací). Jiný typ evolučních závodů ve zbrojení demonstruje P. vivax, jež na erytrocytech typicky vyžaduje přítomnost specifického antigenu Duffy, některé kmeny se ale adaptovaly i na Duffy-negativní jedince. Komplikaci při vývoji léčiv představuje zase selektování rezistentních linií, a některé starší medikamenty (chlorochin) jsou proto k léčbě malárie již neúčinné.

Hostitel může být nakažen více různými klony či druhy plasmodií, s relativně různorodým výsledkem vzájemných interakcí: někdy ústí ve vzájemnou konkurenci, jindy je však alespoň pro jednu stranu taková situace výhodná. Infekce P. +more agamae například vede ke zvýšení počtu retikulocytů, jež může ve svém životním cyklu využít P. giganteum. Naproti tomu P. falciparum brání tvorbě retikulocytů a potlačuje tak možnost superinfekce s P. vivax. V některých případech přináší výhody, když je hostitelský imunitní systém vystaven většímu množství konspecifických klonů - takové klony se pak mohou přenášet společně a způsobovat koinfekce. Nákaza větším počtem různých klonů stejného druhu zároveň může vychylovat poměr samčích a samičích gametocytů; oproti infekci klonem jediným se totiž vyplatí produkovat větší množství samčích gametocytů, které mohou hypoteticky oplodnit všechny budoucí samičí gamety. Konečně, na hostitele může mít dopad nejen infekce plasmodii, ale i jejich interakce s jinými symbionty. V případě havajských ptáků bývají, možná v důsledku společného přenosu, malarické infekce doprovázeny ptačími neštovicemi, jejichž původce představuje DNA virus rodu Avipoxvirus. Souvislosti mezi ptačí malárií a ptačími neštovicemi však zůstávají jen špatně probádány. Nákazu P. falciparum doprovází zvýšená náchylnost vůči střevním bakteriálním infekcím (netyfoidní salmonelly), stejný patogen společně s EB virem platí za hlavní rizikový faktor pro endemický Burkittův lymfom. Naproti tomu aktivita střevní mikroflóry snižuje úroveň infekce plasmodii u komárů (zjištěno u Anopheles gambiae).

V rámci komárů se plasmodiální infekce obecně neprojevuje příliš vysokou virulencí, neboť samotný vývoj v komárovi běžně trvá 1 až 2 týdny a zkrácení doby jeho života by mohlo být pro přenos parazita fatální. Infekce plasmodii obecně snižuje biologickou zdatnost komárů, nicméně aktivace imunitních reakcí může mít na jejich biologickou zdatnost týž efekt, takže je možné, že se prostřednictvím vzájemné koevoluce jako stabilní ukázala být strategie, kdy komáři přenášejí relativně nízký počet potomstva plasmodií. +more Infekce plasmodii může dokonce zvyšovat délku života definitivního hostitele (což je pro parazita výhodné), ale současně se snižuje plodnost. Komáři jsou svými parazity zároveň cíleně manipulováni, aby maximalizovali jejich přenos a jsou i častěji přitahováni na infikované hostitele. Konkrétně studie z roku 2017 popsala, že jeden z metabolitů P. falciparum, (E)-4-hydroxy-3-methyl-but-2-enylpyrofosfát, způsobuje zvýšené uvolňování CO2, aldehydů a monoterpenů z lidských erytrocytů, čímž činí takového mezihostitele atraktivnějšího pro komáry. Komáři s přítomností sporozoitů ve slinných žlázách se zároveň stávají útočnějšími a pokoušejí se přijímat větší množství krve ve srovnání se svými neinfikovanými protějšky. Tato skutečnost může vysvětlovat, proč se do hostitele dostane jen zlomek sporozoitů ze slinných žláz, protože ti plní i manipulační roli. Během samotného vývoje oocyst se naopak komáři stávají méně útočnými. V případě plazího P. mexicanum bylo zjištěno, že manipuluje s chováním svého vektora, flebotoma Lutzomyia vexator, tím způsobem, aby preferoval teplotu výhodnou pro rychlejší vývoj parazita. Rychlý vývoj je nutný, neboť samice Lutzomyia vexator jsou relativně krátkověké a krev z hostitelů získávají maximálně třikrát za život. Rozšíření malárie (vlevo) a srpkovité anémie (vpravo) na africkém kontinentu Malárie představuje nejsilnější známý nedávný selekční tlak na lidský genom (P. falciparum se rozšířilo teprve v souvislosti s neolitickou revolucí). U lidských populací se vyvinuly nezávisle na sobě různé alely udělující svým nositelům různou míru rezistence vůči infekci plasmodii, přičemž prostřednictvím selekce ve prospěch heterozygotů se mohou rozšiřovat dokonce i alely, jejichž vliv je pro homozygoty fatální. Učebnicový příklad představuje problematika srpkovité anémie, jejímž původcem je mutace genu pro hemoglobin, v homozygotním genotypu vedoucí ke smrti (kombinace SS), ale v populaci přesto udržována na vyšších hodnotách v důsledku skutečnosti, že heterozygoti s jednou alelou normální a jednou mutovanou (AS) jsou rezistentní vůči málarii ve srovnání s homozygoty se dvěma normálními alelami (AA). Zajímavý příklad výsledku selekčního tlaku ze strany plasmodií může představovat i rudá hlava jihoamerické opice uakariho šarlatolícího (Cacajao calvus), podle některých hypotéz právě indikátor dobrého zdravotního stavu, ačkoli podobné intepretace zůstávají předmětem vědeckých debat. Populace určitých druhů však mohou z přítomnosti plasmodií naopak těžit, pokud tito parazité zasahují do kompetičních vztahů s jejich konkurenty. Plasmodium azurophilum například umožňuje koexistenci dvou druhů leguánovitých ještěrů na ostrově Svatý Martin: Anolis gingivinus představuje lepšího kompetitora než příbuzný A. wattsi, nicméně jen v oblastech bez P. azurophilum (jež zároveň jen zřídka napadá A. wattsi).

Odkazy

Reference

Externí odkazy

Kategorie:Lékařská parazitologie Kategorie:Parazitičtí protisté Kategorie:Plasmodiidae Kategorie:Malárie