Apicomplexa
1 Introducere
Filoul Apicomplexa este un grup de eucariote unicelulare care trăiesc ca paraziți obligatorii ai animalelor. Acești protiști infectează gazde metazoare care variază de la nevertebrate, cum ar fi polichetele (Rueckert et al., 2010), sipunculidele (Leander, 2006), moluștele cefalice (Kopečná et al., 2006) sau diverse insecte (Hecker et al., 2002), până la reptile, amfibieni și mamifere, inclusiv oameni (Duszynski et al., 1999; Smith, 1996). Apicomplexa conține, de asemenea, Plasmodium, agenții cauzali ai malariei, cea mai devastatoare boală parazitară a oamenilor, și coccidul Toxoplasma gondii, probabil cel mai răspândit parazit al oamenilor, cu influență propusă asupra comportamentului acestora (Flegr, 2007). Fiind unul dintre cele mai specioase grupuri eucariote, cu o estimare de peste un milion de specii (Pawlowski et al., 2012), nu este surprinzător faptul că apicomplexanii includ mulți paraziți ai animalelor sălbatice și domestice (Chartier și Paraud, 2012). Paraziții apicomplexani aparțin din punct de vedere taxonomic alveolaților, un grup de protiști, care include, de asemenea, ciliatele (Ciliophora), protiști heterotrofi de obicei cu viață liberă, care posedă numeroși cili pe suprafața celulară și un sistem genetic unic de macro- și micronuclee, și mai ales dinoflagelate fototrofe (Dinophyta), alge cu diverse plastide complexe care au o importanță ecologică ridicată în mediile acvatice (Adl et al, 2012).
Se știe că majoritatea apicomplexelor conțin un set de structuri caracteristice, în special, complexul apical și apicoplastul. În timp ce complexul apical, un aparat sofisticat alcătuit, de obicei, din rinichiul conoid, rhoptrii și microneme, este utilizat pentru a pătrunde în celula gazdă, apicoplastul reprezintă un plastid secundar nefosintetic derivat dintr-un organit putativ fotosintetic. Acest plastid remanent este înconjurat de patru membrane care reflectă originea sa complexă în cadrul unui eveniment endosimbiotic secundar sau terțiar (analizat în Foth și McFadden, 2003; Lim și McFadden, 2010; Oborník et al., 2009; Roos et al., 1999). Genomul său este foarte redus la cercul de ADN cu o lungime de 35 kb (Gardner et al., 1991; Kilejian, 1975) și este lipsit de orice urmă de gene implicate în fotosinteză. Structura genomului apicoplastului, conținutul de gene și sintenia genelor sunt destul de conservate în rândul apicomplexanilor, susținând o singură origine a acestui organit care a fost fotosintetic (Denny et al., 1998; Lang-Unnasch et al., 1998). Cu toate acestea, nu toate apicomplexanii au un plastid. S-a dovedit că membrii genului Cryptosporidium, care parazitează intestinul vertebratelor, inclusiv al oamenilor, nu au apicoplast (Abrahamsen et al., 2004; Xu et al., 2004; Zhu et al., 2000a). Mai mult, toate încercările de a detecta acest organit în cazul eugregarinelor, apicomplexe timpurii ramificate cu celule uriașe asociate cu gazdele nevertebrate, au eșuat, de asemenea, (Toso și Omoto, 2007). Conform filogeniei moleculare (Carreno et al., 1999; Zhu et al., 2000b) și a unor sinapomorfii morfologice (Valigurová et al., 2007), cele două grupuri menționate mai sus par a fi strâns legate între ele. Presupunem că aceste apicomplexe și-au pierdut plastidul la scurt timp după dobândirea acestuia, înainte ca organitul să devină ferm stabilit și indispensabil pentru supraviețuirea parazitului (Oborník et al., 2009).
Cu toate acestea, apicoplastul a fost găsit în cele mai bogate în specii și cele mai răspândite grupuri de paraziți apicomplecși, cum ar fi Coccidia, Piroplasmida și Haemosporidia (Lim și McFadden, 2010; Oborník et al., 2009). La cel mai bine studiat Plasmodium falciparum, s-a demonstrat că acest plastid relict este esențial pentru celulă, întreruperea sa ducând la așa-numitul efect de moarte întârziată (Fichera et al., 1995; He et al., 2001; Pfefferkorn et al., 1992; Ramya et al., 2007). Prin urmare, apicoplastul reprezintă o nouă țintă promițătoare, chiar un proverbial călcâi al lui Ahile al acestor agenți patogeni (Jomaa et al., 1999; McFadden și Roos, 1999; Soldati, 1999; Wiesner și Jomaa, 2007; Wiesner et al., 2008). Descoperirea acestui organit a dus la sugestia revoluționară că acești paraziți heterotrofi au evoluat de la un strămoș fototrofic, în special o algă care găzduiește un plastid complex (McFadden et al., 1996). Deși se pare că apicoplastul a pierdut funcția principală de plastidă și, prin urmare, nu mai este fotosintetic, în acest organit se desfășoară încă mai multe căi metabolice probabil esențiale, cum ar fi biosinteza hemului (Kořený et al., 2011, 2013; van Dooren et al., 2012; Wilson, 2002; Williams și Keeling, 2003), sinteza acizilor grași (Goodman și McFadden, 2008) sau calea de sinteză a izoprenoidelor nonmevalonate (Jomaa et al., 1999; revizuit de Ralph et al., 2004). S-a propus ca în special calea de biosinteză a hemei (tetrapirrol) să joace un rol important în pierderile de plastide, despre care se știe că se produc frecvent, în special în timpul evoluției alveolatelor și stramenopilelor (Barbrook et al., 2006; Kořený et al., 2011, 2012; Kořený și Oborník, 2011). De fapt, s-a acordat o atenție substanțială căii hemului atunci când s-a căutat o țintă adecvată pentru medicamentele antimalarie (Seeber și Soldati-Favre, 2010; van Dooren et al., 2012). Cu toate acestea, s-a demonstrat recent, printr-o salvare chimică elegantă a Plasmodium-ului eliberat de apicoplast, că, pentru stadiile sale eritrocitare (= sânge), singurul compus cu adevărat esențial produs de apicoplast este izopentenil pirofosfatul de izopentenil, un produs al căii izoprenoide nonmevalonate (Yeh și DeRisi, 2011).
Deși datorită numărului de membrane care înconjoară apicoplastul a fost evident că acesta este un plastid complex care provine dintr-un eveniment endosimbiotic cel puțin secundar (Köhler et al., 1997; McFadden et al., 1996), originea sa particulară din cadrul liniei de plastide verzi sau roșii a rămas necunoscută pentru o lungă perioadă de timp. Până în prezent, sunt cunoscute doar două grupuri de alge cu plastidă verde secundară, și anume Euglenophyta fotosintetică și Chlorarachniophyta, aparținând excavaților și, respectiv, rizariților. Se presupune că ambele grupuri de protide și-au dobândit plastidele relativ recent (Archibald, 2012). Toate celelalte grupuri de alge cunoscute ca adăpostind plastide secundare, cum ar fi Stramenopila, Alveolata, Cryptophyta și Haptophyta, le-au obținut prin relația endosimbiotică cu o algă roșie. Cu toate acestea, chiar și în cadrul dinoflagelatelor, un grup bogat în specii de alge alveolate care posedă în principal un plastid secundar roșu, au fost descrise două specii (Lepidodinium viride și L. chlorophorum) cu plastid secundar verde (Takishita et al., 2008; Watanabe et al., 1990). Înainte de descoperirea cromeridelor (Moore et al., 2008), dinoflagelatele reprezentau, datorită poziției lor surori față de Apicomplexa, cele mai apropiate rude fototrofe cunoscute ale acestor paraziți obligatorii (Zhang et al., 2000). Din păcate, din moment ce apicoplastul și-a pierdut toate funcțiile fotosintetice și din moment ce genomul plastidei pigmentate cu peridină a dinoflagelatelor a fost redus la un set extrem de restrâns de gene fotosintetice (Barbrook și Howe, 2000; Green, 2004; Zhang et al., 1999), genomul plastidic al acestor alveolate înrudite practic nu se suprapune (Keeling, 2008) și, prin urmare, nu poate fi comparat în mod semnificativ. Singurele gene împărtășite de ambele grupuri sunt cele care codifică ARNr; cu toate acestea, bogăția și divergența lor AT extremă fac ca o analiză filogenetică fiabilă să fie foarte discutabilă (Dacks et al., 2002; Howe, 1992; Oborník et al., 2002; Zhang et al., 2000). În consecință, numeroase analize filogenetice ale genelor apicoplastului au condus la rezultate contradictorii. În timp ce analizele bazate pe gena tufA au susținut originea apicoplastului din interiorul liniei verzi (Egea și LangUnnasch, 1995; Köhler et al., 1997), alți autori au sugerat originea sa în afara liniei verzi (Blanchard și Hicks, 1999) sau în interiorul liniei plastidiilor roșii (Williamson et al., 1994). Această din urmă origine este susținută în continuare de structura operonului superplastidic al genomului apicoplastului, gena synteny, care este omoloagă cu genomul plastidic roșu mai degrabă decât cu cel verde (Blanchard și Hicks, 1999; McFadden și Waller, 1997; Stoebe și Kowallik, 1999; Zhang et al., 2000). În ciuda acestui fapt, scenariul verde a intrat din nou în joc, atunci când genele cox2 divizate în mod unic au fost găsite în genomurile nucleare atât ale apicomplexanilor, cât și ale plantelor leguminoase (Funes et al., 2002). Cu toate acestea, alți cercetători au arătat că un astfel de aranjament este prezent deja la ciliate și că, în mod evident, a evoluat de mai multe ori pe parcursul evoluției (Waller și Keeling, 2006; Waller et al., 2003). Filogenia ambiguă a apicoplastului reflectă divergența extremă a genelor sale cu evoluție rapidă. Într-adevăr, conținutul de AT al genelor apicoplastului P. falciparum poate ajunge până la 97%, iar analizele filogenetice ale unor astfel de secvențe tendențioase sunt puternic afectate de diverse artefacte filogenetice, inclusiv de fenomenul de atracție a ramurii lungi (Dacks et al., 2002).
Cu toate acestea, descoperirea unui nou grup de alveolate fotosintetice numit Chromerida a reprezentat un adevărat progres în această privință (Moore et al., 2008; Oborník et al., 2012). Aceste alge conțin genomuri plastidice relativ conservate, repertoriul de gene suprapunându-se cu cel al plastidelor apicomplexelor și dinoflagelatelor. Mai mult, s-a demonstrat fără ambiguitate că plastidul cromeridelor este cea mai apropiată rudă fototrofică cunoscută a apicoplastului. Dovezile acumulate derivate din genele codificate în nucleu au arătat în continuare că cromeridele au un strămoș comun cu Apicomplexa (Janouškovec et al., 2010; Kořený et al., 2011; Moore et al., 2008; Oborník et al., 2009).
.