Apicomplexa

1 Introducción

El filo Apicomplexa es un grupo de eucariotas unicelulares que viven como parásitos obligatorios de animales. Estos protistas infectan a huéspedes metazoos que van desde invertebrados, como poliquetos (Rueckert et al., 2010), sipuncúlidos (Leander, 2006), moluscos cefalófilos (Kopečná et al., 2006), o diversos insectos (Hecker et al., 2002), hasta reptiles, anfibios y mamíferos, incluidos los humanos (Duszynski et al., 1999; Smith, 1996). Apicomplexa también contiene Plasmodium, los agentes causantes de la malaria, la enfermedad parasitaria más devastadora de los seres humanos, y el coccidium Toxoplasma gondii, probablemente el parásito más prevalente de los seres humanos con influencia propuesta en su comportamiento (Flegr, 2007). Siendo uno de los grupos de eucariotas más específicos, con una estimación de más de un millón de especies (Pawlowski et al., 2012), no es sorprendente que los apicomplejos incluyan muchos parásitos de animales salvajes y domésticos (Chartier y Paraud, 2012). Los parásitos apicomplexos pertenecen taxonómicamente a los alveolados, un grupo de protistas, que también incluye a los ciliados (Ciliophora), protistas heterótrofos generalmente de vida libre que poseen numerosos cilios en su superficie celular y un sistema genético único de macronúcleos y micronúcleos, y a los dinoflagelados mayoritariamente fototróficos (Dinophyta), algas con varios plastos complejos que tienen una gran importancia ecológica en los medios acuáticos (Adl et al., 2012).

Se sabe que la mayoría de los apicomplejos contienen un conjunto de estructuras características, en particular, el complejo apical y el apicoplasto. Mientras que el complejo apical, un sofisticado aparato normalmente compuesto por la pista conoide, los rhoptries y los micronemas, se utiliza para penetrar en la célula huésped, el apicoplasto representa un plástido secundario no fotosintético derivado de un orgánulo putativamente fotosintético. Este plástido remanente está rodeado por cuatro membranas que reflejan su complejo origen en un evento endosimbiótico secundario o terciario (revisado en Foth y McFadden, 2003; Lim y McFadden, 2010; Oborník et al., 2009; Roos et al., 1999). Su genoma está muy reducido al círculo de ADN de 35 kb de longitud (Gardner et al., 1991; Kilejian, 1975) y carece de cualquier rastro de genes implicados en la fotosíntesis. La estructura del genoma del apicoplasto, el contenido de los genes y la sintenia génica están bastante conservados entre los apicomplejos, lo que apoya un único origen de este orgánulo antiguamente fotosintético (Denny et al., 1998; Lang-Unnasch et al., 1998). Sin embargo, no todos los apicomplejos tienen un plástido. Se ha demostrado que los miembros del género Cryptosporidium, que parasitan el intestino de los vertebrados, incluidos los humanos, carecen de apicoplasto (Abrahamsen et al., 2004; Xu et al., 2004; Zhu et al., 2000a). Además, todos los intentos de detectar este orgánulo en los eugregarinos, apicomplejos primitivos ramificados con enormes células asociadas a los huéspedes invertebrados, también fracasaron (Toso y Omoto, 2007). Según la filogenia molecular (Carreno et al., 1999; Zhu et al., 2000b) y algunas sinapomorfías morfológicas (Valigurová et al., 2007), ambos grupos mencionados parecen estar estrechamente relacionados. Suponemos que estos apicomplejos perdieron su plástido poco después de su adquisición, antes de que el orgánulo se estableciera firmemente y fuera indispensable para la supervivencia del parásito (Oborník et al., 2009).

Aún así, el apicoplasto se ha encontrado en los grupos más ricos en especies y extendidos de parásitos apicomplejos, como Coccidia, Piroplasmida y Haemosporidia (Lim y McFadden, 2010; Oborník et al., 2009). En el Plasmodium falciparum mejor estudiado, se demostró que este plástido relicto es esencial para la célula, y su interrupción conduce al llamado efecto de muerte retardada (Fichera et al., 1995; He et al., 2001; Pfefferkorn et al., 1992; Ramya et al., 2007). Por lo tanto, el apicoplasto representa un nuevo objetivo prometedor, incluso un proverbial talón de Aquiles de estos patógenos (Jomaa et al., 1999; McFadden y Roos, 1999; Soldati, 1999; Wiesner y Jomaa, 2007; Wiesner et al., 2008). El descubrimiento de este orgánulo condujo a la innovadora sugerencia de que estos parásitos heterótrofos habían evolucionado a partir de un ancestro fototrófico, en concreto, un alga que albergaba un complejo plástido (McFadden et al., 1996). Aunque el apicoplasto aparentemente perdió la función principal del plástido y, por lo tanto, ya no es fotosintético, varias vías metabólicas probablemente esenciales siguen teniendo lugar en este orgánulo, como la biosíntesis del hemo (Kořený et al., 2011, 2013; van Dooren et al., 2012; Wilson, 2002; Williams y Keeling, 2003), la síntesis de ácidos grasos (Goodman y McFadden, 2008) o la ruta sintética de isoprenoides no mevalonados (Jomaa et al., 1999; revisado por Ralph et al., 2004). Se ha propuesto que, en particular, la ruta biosintética del hemo (tetrapirrol) desempeña un papel importante en las pérdidas de plástidos, que se sabe que ocurren con frecuencia, especialmente durante la evolución de los alveolados y los estramenópilos (Barbrook et al., 2006; Kořený et al., 2011, 2012; Kořený y Oborník, 2011). De hecho, se ha prestado mucha atención a la vía del hemo en la búsqueda de una diana farmacológica antipalúdica adecuada (Seeber y Soldati-Favre, 2010; van Dooren et al., 2012). Sin embargo, recientemente se ha demostrado, mediante un elegante rescate químico de Plasmodium liberado del apicoplasto, que para sus estadios eritrocíticos (= corrientes sanguíneas), el único compuesto verdaderamente esencial producido por el apicoplasto es el isopentenil pirofosfato, un producto de la vía de los isoprenoides no mevalonados (Yeh y DeRisi, 2011).

Aunque gracias a la cantidad de membranas que rodean al apicoplasto era evidente que se trata de un plástido complejo originado por un evento endosimbiótico al menos secundario (Köhler et al., 1997; McFadden et al., 1996), su origen particular dentro del linaje de los plástidos verdes o rojos había permanecido desconocido durante mucho tiempo. Hasta ahora, sólo se conocen dos grupos de algas con plástidos verdes secundarios, a saber, las Euglenophyta y Chlorarachniophyta fotosintéticas, pertenecientes a los excavados y a los rizados, respectivamente. Se supone que ambos grupos de protistas adquirieron sus plástidos hace relativamente poco tiempo (Archibald, 2012). Todos los demás grupos de algas de los que se sabe que albergan plástidos secundarios, como Stramenopila, Alveolata, Cryptophyta y Haptophyta, los obtuvieron mediante la relación endosimbiótica con un alga roja. Sin embargo, incluso dentro de los dinoflagelados, un grupo rico en especies de algas alveoladas que poseen mayoritariamente un plástido secundario rojo, se han descrito dos especies (Lepidodinium viride y L. chlorophorum) con el plástido secundario verde (Takishita et al., 2008; Watanabe et al., 1990). Antes del descubrimiento de los croméridos (Moore et al., 2008), los dinoflagelados representaban, debido a su posición hermana con los Apicomplexa, los parientes fototróficos conocidos más cercanos de estos parásitos obligatorios (Zhang et al., 2000). Desgraciadamente, dado que el apicoplasto perdió todas sus funciones fotosintéticas y que el genoma del plástido de los dinoflagelados con pigmentación de peridina se redujo a un conjunto extremadamente estrecho de genes fotosintéticos (Barbrook y Howe, 2000; Green, 2004; Zhang et al., 1999), los genomas de los plástidos de estos alveolados emparentados prácticamente no se solapan (Keeling, 2008) y, por tanto, están fuera de toda comparación significativa. Los únicos genes que comparten ambos grupos son los que codifican los ARNr; sin embargo, su extrema riqueza de AT y su divergencia hacen que un análisis filogenético fiable sea muy cuestionable (Dacks et al., 2002; Howe, 1992; Oborník et al., 2002; Zhang et al., 2000). En consecuencia, numerosos análisis filogenéticos de los genes del apicoplasto condujeron a resultados contradictorios. Mientras que los análisis basados en el gen tufA apoyaron el origen del apicoplasto dentro del linaje verde (Egea y LangUnnasch, 1995; Köhler et al., 1997), otros autores sugirieron su origen fuera del linaje verde (Blanchard y Hicks, 1999) o dentro del linaje de los plástidos rojos (Williamson et al., 1994). Este último origen se ve apoyado por la estructura del operón del superplasto del genoma del apicoplasto, la sintenia génica, que es homóloga a los genomas de los plástidos rojos más que a los verdes (Blanchard y Hicks, 1999; McFadden y Waller, 1997; Stoebe y Kowallik, 1999; Zhang et al., 2000). A pesar de ello, el escenario verde volvió a entrar en el juego, cuando se encontraron los genes cox2 divididos de forma única en los genomas nucleares tanto de apicomplejos como de leguminosas (Funes et al., 2002). Sin embargo, otros investigadores han demostrado que esta disposición ya está presente en los ciliados y que, obviamente, ha evolucionado múltiples veces durante la evolución (Waller y Keeling, 2006; Waller et al., 2003). La ambigua filogenia del apicoplasto refleja la extrema divergencia de sus genes de rápida evolución. De hecho, el contenido de AT de los genes del apicoplasto de P. falciparum puede alcanzar hasta el 97% y los análisis filogenéticos de estas secuencias sesgadas se ven muy afectados por varios artefactos filogenéticos, incluido el fenómeno de atracción de ramas largas (Dacks et al., 2002).

Sin embargo, el descubrimiento de un nuevo grupo de alveolados fotosintéticos llamado Chromerida representó un verdadero avance en este sentido (Moore et al., 2008; Oborník et al., 2012). Estas algas contienen genomas de plástidos relativamente conservados con un repertorio de genes que se solapa con los de los plástidos de apicomplejos y dinoflagelados. Además, se ha demostrado de forma inequívoca que el plástido de los cromeridos es el pariente fototrófico conocido más cercano al apicoplasto. Las pruebas acumuladas derivadas de los genes codificados en el núcleo demostraron además que los croméridos comparten una ascendencia común con los Apicomplexa (Janouškovec et al., 2010; Kořený et al., 2011; Moore et al., 2008; Oborník et al., 2009).