I trematodi possono causare infezioni negli esseri umani quando le persone mangiano cibo contaminato dai platelminti, inclusi pesce crudo, crostacei e verdure. Sebbene questo non sia un grosso problema negli Stati Uniti, l’Organizzazione Mondiale della Sanità stima che l’infezione da trematodi di origine alimentare causa la perdita di oltre 2 milioni di anni di vita a causa di disabilità e morte ogni anno in tutto il mondo, con diverse specie che causano cancro, cirrosi epatica ed emorragia cerebrale. in casi estremi.

Alcuni trematodi infestano anche gli anfibi, contribuendo al calo medio annuo del 3,79% della loro popolazione complessiva. Trematodi come Ribeiroia ondatrae possono svolgere un ruolo in questo declino, causando gravi malformazioni nell'80-90% delle rane in alcune regioni del Nord America, secondo Dana Calhoun, ricercatrice senior associata dell'Università del Colorado a Boulder presso il Dipartimento di Ecologia e Scienze. Biologia ambientale.

La sua recente ricerca mostra che diverse specie di trematodi hanno distribuzioni diverse nel corpo di alcuni anfibi e che i parassiti si recavano in luoghi diversi nel corpo degli animali studiati. Questi risultati potrebbero aiutare gli scienziati a comprendere meglio i meccanismi dell'infezione.

Per comprendere i trematodi in modo più completo, Calhoun, insieme a Pieter Johnson, professore emerito della CU Boulder presso il Dipartimento di Ecologia e Biologia Evoluzionistica, e i ricercatori Jamie Curtis e Clara Hassan, hanno utilizzato mappe di calore per caratterizzare la distribuzione di diverse specie di trematodi nelle raganelle del Pacifico e due specie di tritoni. I loro risultati sono stati pubblicati nel Journal of Helminthology .

Il complesso ciclo di vita dei trematodi digenetici

Alcuni parassiti infettano solo gli ospiti di una singola specie mentre altri possono infettarne migliaia. Uno degli attributi che rendono i trematodi digenetici (quelli appartenenti alla sottoclasse Digenea) così speciali, afferma Calhoun, è che il loro ciclo di vita standard richiede tre ospiti per essere completato.

"L'ospite principale è chiamato ospite definitivo", spiega Calhoun. "Potrebbe essere un mammifero, una rana più grande, un pesce o un uccello. In un sistema acquatico, quell'ospite defecherebbe nell'acqua." Le uova all'interno del materiale fecale si schiudono e i trematodi cercano di farsi strada nei loro primi ospiti intermedi. "Nel sistema di acqua dolce, di solito è una lumaca", dice Calhoun.

Una volta che i trematodi sono nelle lumache, gli ospiti sopravvivono, ma vengono castrati, incapaci di riprodursi. Secondo Calhoun, ciò accade perché "il parassita si impadronisce dell'area delle gonadi e utilizza tutte le risorse della lumaca per riprodursi asessualmente. Ciò consente al parassita di rilasciare quotidianamente un paio di migliaia di cercarie a vita libera dalla lumaca."

Le cercarie sono la forma larvale dei trematodi e, dato che hanno le dimensioni di uno spermatozoo, dice Calhoun, "ce ne devono essere molte se vogliono arrivare dove devono andare entro 24 ore", soprattutto considerando che sono spesso predato in quella fase.

Successivamente, i parassiti cercheranno di entrare nel secondo ospite intermedio, che in questo caso è generalmente un anfibio ma potrebbe anche essere un pesce, un invertebrato o qualsiasi cosa che potrebbe essere mangiata dall'ospite finale, o definitivo, dice Calhoun. .

Questa fase è particolarmente interessante per i parassitologi perché i parassiti a volte alterano i loro ospiti per rendere più probabile la trasmissione all'ospite definitivo. Ad esempio, la specie Ribeiroia ondatrae è in grado di far crescere zampe extra alle rane, come menzionato nello studio di Calhoun.

I trematodi passano dall'ospite intermedio secondario all'ospite definitivo quando l'ospite definitivo mangia l'ospite secondario. Si ipotizza che gli anfibi con deformità degli arti causate dai trematodi del genere Ribeiroia vengano catturati e mangiati più spesso dagli ospiti definitivi, secondo Calhoun. I parassiti a questo punto si trovano in una posizione un po' scomoda, dato che non vogliono causare la morte dei loro ospiti ma vogliono essere mangiati per completare la fase finale del loro ciclo vitale.

I trematodi a volte possono anche avere un quarto ospite, chiamato ospite paratenico. Questi ospiti consentono ai parassiti di sopravvivere nei periodi in cui gli ospiti definitivi non sono accessibili, afferma Calhoun.

"È un residuo, dal momento che la rana alla fine lascerà l'acqua e questo renderà difficile per gli uccelli mangiarla", aggiunge. Lo sviluppo del parassita viene interrotto mentre si trova in un ospite paratenico.

"I cicli di vita semplificati sono molto più semplici", osserva Calhoun, ma il ciclo di vita dei trematodi richiede che molte fasi della vita dell'animale si svolgano in un modo particolare. "Sembra che ci siano molti modi per interrompere questo tipo di ciclo di vita, ma è ancora così comune. I trematodi sono sparsi in tutto il mondo e, per me, questo è ciò che li rende davvero speciali."

Parti del corpo diverse, parassiti diversi

Per produrre le mappe termiche finali che mostrassero dove si radunavano i parassiti nei corpi degli anfibi, i ricercatori hanno sezionato le rane e i tritoni e hanno registrato il numero e il tipo di parassiti in ciascuna cella di una griglia dei corpi degli animali.

Ciò ha rivelato che diverse specie di parassiti (Alaria marcianae, Cephalogonimus americanus, diverse specie di Echinostoma e Ribeiroia ondatrae) avevano distribuzioni diverse e che i parassiti andavano in luoghi diversi nel corpo dei tritoni rispetto a quelli delle rane.

Nelle rane, la maggior parte degli Echinostomi sono stati trovati nei reni, la maggior parte dei Ribeiroia sono stati trovati nella parte anteriore del corpo, la maggior parte degli Alaria sono stati trovati nella parte posteriore del corpo (in particolare attorno al collo) e i Cephalogonimus trematodes sono stati trovati distribuire più o meno uniformemente tra la parte anteriore e quella posteriore. Sia Ribeiroia che Cephalogonimus erano concentrati in regioni specializzate e possono quindi essere considerati parassiti specializzati.

"Gli specialisti di solito utilizzano una determinata area o microhabitat all'interno dell'ospite, oppure potrebbero addirittura specializzarsi nell'ospite stesso", afferma Calhoun. Ad esempio, uno dei parassiti da lei studiati, lo Scaphanocephalus, utilizza il falco pescatore come ospite definitivo, mentre altri trematodi possono vivere in tutti i taxa di uccelli che mangiano pesce. Per questo motivo, esiste il rischio che l'ospite intermedio venga mangiato da un uccello diverso dal falco pescatore, interrompendo il ciclo vitale del parassita.

Esiste anche il rischio che la specie ospite si estingua, il che costringerebbe il parassita a trovare un ospite diverso. Tuttavia, spiega Calhoun, gli specialisti si adattano al loro ospite definitivo, rendendo meno probabile che l'ospite li rimuova con successo o li uccida con il suo sistema immunitario. Inoltre, specializzarsi in un animale o in un'area all'interno di un animale può ridurre la concorrenza.

Lo studio ha anche dimostrato che la Ribeiroia si raggruppa in punti diversi nei tritoni rispetto alle rane. La ribeiroia era gli unici parassiti trovati nei tritoni raccolti per lo studio ed erano concentrati nei tessuti vicino alla parte anteriore del corpo piuttosto che in quelli più vicini alla parte posteriore.

Calhoun dice che ciò potrebbe essere dovuto al fatto che entrano nel corpo dei tritoni in modo diverso:"Una delle caratteristiche che differenziano gli ospiti nello studio è che i tritoni sono carnivori, quindi potrebbe darsi che stiano cercando di mangiare i parassiti quando sono nell'acqua". sistema e quindi essere infettati in questo modo."

I vantaggi dell'utilizzo delle mappe di calore

La coinfezione è l’infezione simultanea di un ospite da parte di più specie patogene. Secondo Calhoun, i ricercatori hanno osservato la coinfezione di più trematodi attraverso la dissezione di animali selvatici. Questo studio mostra che i parassiti coinfettanti spesso occupano gli stessi spazi, o microhabitat, negli ospiti.

"In una delle nostre figure", dice Calhoun, "dimostriamo che entrambi i parassiti si trovano molto comunemente nella stessa minuscola cellula della griglia. C'è l'intero derma dell'animale, ma vanno tutti nella stessa area. Le mappe di calore ci hanno permesso di farlo vederlo, ma ora dobbiamo indagare sul perché."

Calhoun afferma che le mappe di calore potrebbero essere generalmente utili per specificare le posizioni dei parassiti all'interno degli ospiti.

"Se analizzo qualcosa e trovo il parassita A nella testa e il parassita B nell'arto", spiega, "è molto ampio dire semplicemente 'nella testa' o 'nell'arto' perché quelle aree sono così grandi rispetto a i parassiti. Ciò che le mappe di calore mostrano è che si trovano nelle stesse celle 1 per 1 sulla griglia della mappa di calore, sostanzialmente impilate l'una sull'altra. Mostra che ci sono queste aree di coinfezione nell'ospite che sono attraenti per i parassiti altri luoghi. È importante che i ricercatori studino questi microhabitat, soprattutto perché più parassiti utilizzano lo stesso microhabitat."

Mentre alcuni parassiti si riuniscono negli stessi spazi, altri no. Ad esempio, Calhoun afferma che l'Echinostoma è, per la maggior parte, l'unica specie di parassita trovata nei reni degli anfibi analizzati nello studio. Ciò suggerisce che sono particolarmente adattati per entrare in questa regione del corpo.

Le mappe di calore hanno anche aiutato i ricercatori a spiegare perché le rane infette da Ribeiroia di una regione visitata dai ricercatori non presentavano malformazioni così spesso come le rane di un'altra regione.

"Nella zona della baia di San Francisco, si vedevano (rane con) sei o sette zampe, con carichi elevati di ribeiroia, ma non vedevamo lo stesso fenomeno nelle aree ad alta quota della California, quando il carico di ribeiroia era a volte raddoppiano," dice Calhoun.

"Per esplorare questa tendenza, abbiamo esaminato le mappe di calore delle infezioni da Ribeiroia in entrambe le aree e abbiamo scoperto che, per qualche motivo, la Ribeiroia ad alta quota andava alla regione della testa e (della mascella), non agli arti posteriori. Potrebbe essere correlato al In montagna fa molto più freddo e in questa zona non fa caldo fino ad agosto, quando le rane iniziano a metamorfosare. Pertanto, l'assenza di malformazioni potrebbe essere correlata al mancato rispetto dei tempi di rilascio dei parassiti e di sviluppo delle rane.

Un altro metodo prevede l'uso dell'etichettatura fluorescente. In un ambiente di laboratorio, spiega Calhoun, etichettare i parassiti con un colore prima che entrino nelle rane consentirebbe ai ricercatori di monitorare come si muovono, quali sono le conseguenze di tale movimento e se la loro posizione cambia nel tempo.

"E se usi coloranti come questo", dice, "potresti esplorare singole infezioni in un animale con Echinostoma, Cephalogonimus o Alaria, e poi aggiungere un altro parassita e vedere se la distribuzione cambia. Altri hanno dimostrato lo stesso con più parassiti , man mano che si aggiungono taxa, i parassiti si spostano in aree diverse. Ma come avviene? Dove vanno? E se li introducessimo contemporaneamente? Usando questo metodo combinato con le mappe di calore, un ricercatore potrebbe studiare il meccanismo delle infezioni. "