Desarrollo de una vacuna contra el Protozoario intestinal Giardia Lamblia basado en la manipulación del mecanismo de variación antigénica

Una característica de los parásitos es su capacidad de adaptación. Uno de los mecanismos que utiliza Giardia es la variación de sus antígenos de superficie (VSP), pudiendo así evadir la respuesta inmune del huésped. Esto es posible debido a que cada trofozoíto expresa una sola VSP en su superficie pero frente a la respuesta del huésped produce el recambio de las VSPs, evadiendo el ataque inmunológico. Nuestro grupo de trabajo investigó el mecanismo involucrado en este proceso, demostrando que la regulación de la expresión de las VSP es mediado por un mecanismo de silenciamiento posttranscripcional. Caracterizamos las enzimas involucradas en el mismo y su localización. La dilucidación del mecanismo de variación antigénica en Giardia abre las fronteras hacia la manipulación del mismo para emplearlo en la generación de una vacuna contra este parásito intestinal. Si se lograra inhibir la acción de enzimas claves no habría silenciamiento génico y todos los genes que codifican VSP se traducirían en proteínas, expresándose todas en la superficie del parásito posibilitando al hospedador generar una respuesta inmune protectiva que contrarreste la infección. En el presente proyecto se completarán los estudios relacionados al silenciamiento génico y se explicará los antígenos utilizados en los esquemas de inmunización.

ARN helicasas en dos procesos de desarrollo: variación antigénica y enquistamiento de giardia lamblia.

Además de su importancia médica y veterinaria al ser una de las mayores causas de enfermedad intestinal con origen en el consumo de agua, Giardia es un excelente modelo para estudiar la evolución de importantes procesos celulares, ya que es una de las células eucariotas más primitivas que se conocen. Giardia utiliza dos mecanismos de adaptación a los cambios ambientales que confronta durante su ciclo de vida, ya sea para sobrevivir dentro del intestino del huésped como es la variación de sus antígenos de superficie, o fuera del mismo como es la diferenciación a quiste o enquistamiento. El Objetivo General de nuestro proyecto de investigación es el de comprender los mecanismos de adaptación y diferenciación celular en Giardia lamblia y utilizar esos conocimientos para el desarrollo de metodologías que permitan evitar la enfermedad y/o la transmisión del parásito así como también para definir nuevas técnicas diagnósticas. Las ARN Helicasas están presentes en muchas Archaea, casi todas las Eubacterias y todos los organismos eucariotas, y son necesarias o están involucradas en muchos procesos diferentes del metabolismo del ARN. En células eucariotas se las ha asociado desde la transcripción hasta la degradación del ARN, incluyendo pre-ARNm splicing, exportación del ARNm, biogénesis del ribosoma, iniciación de la traducción y expresión génica en organelas. Resultados previos indican que el mecanismo por el cual Giardia regula la expresión de sus proteínas variables de superficie es a nivel post-transcripcional, utilizando un mecanismo similar a ARN de interferencia. La presencia de los complejos de doble hebra de ARN promueve la acción de ARN Helicasas y ARNasas III que cortan el dsRNA en fragmentos cortos de 21-23 nt. Sin dudas ésta es la primera evidencia de un mecanismo de este tipo que participa fisiológicamente en la regulación génica diferencial. Por otro lado, se ha descripto la interacción de helicasas con deacetilasas de histonas (HDAC), las cuales según estudios realizados en nuestro laboratorio estarían involucradas en la regulación epigenética de la variación antigénica y el enquistamiento. Se busca por lo tanto comprender la participación de ARN Helicasas en ambos procesos de adaptación del parásito, evaluando el grado e importancia de las mismas. En particular se focalizará en la localización subcelular, la interacción con otros componentes de la maquinaria regulatoria y determinación de los dominios involucrados, como también la relación entre sus niveles de expresión y los diferentes fenotipos asociados a estos procesos de adaptación del parásito.

Mecanismos de diferenciación celular en giardia lamblia.

La propuesta de investigación para el próximo período está dirigida a conocer en profundidad varios aspectos del proceso de enquistamiento de Giardia. Por otro lado, continuaremos con la dilucidación de los mecanismos involucrados en la regulación de la variación antigénica en Giardia y el desarrollo de una vacuna contra este importante patógeno intestinal. Se continuará con la profundización de los estudios inmunológicos que generan protección y se desarrollará un nuevo proyecto para la utilización de los antígenos de superficie de Giardia para la generación de una plataforma para la producción de vacunas orales contra otros agentes infecciosos.

Vías de transducción de señales implicadas en la diferenciación y variación antigénica de giardia lamblia.

Giardia lamblia (también conocido como Giardia intestinalis o Giardia duodenalis) es un protozoario parásito que habita en el intestino delgado de seres humanos y otros vertebrados, y es una de las principales causas en el mundo de enfermedad intestinal en humanos, la causa más frecuente de diarrea transmitida por agua en los países desarrollados y así como una causa común de diarrea en los centros de atención ambulatoria. Aunque el ciclo de vida de G. lamblia y las condiciones fisiológicas que provocan los procesos de enquistamiento, desenquistamiento y variación antigénica se han estudiado durante años, las vías de transducción de señales involucradas en estos procesos siguen siendo poco conocidos y serán el foco de la presente investigación. ¿Cómo un estímulo desencadena una expresión diferencial de genes durante la adaptación de G. lamblia mediante un sistema minimalista? es atractivo a la luz de la biología sintética. Por lo tanto, la realización de este proyecto responderá alguna de estas cuestiones biológicas, centrándose en los mecanismos moleculares esenciales que intervienen en los procesos de transducción de señales implicadas en la diferenciación y la variación antigénica. Los estímulos que disparan los procesos de enquistamiento, desenquistamiento ya han sido descritos en el pasado y a su vez hemos desarrollado un nuevo sistema para acelerar la tasa de variación antigénica. Por lo tanto, después de haber creado la mayor parte de las condiciones para el estudio de estos procesos, vamos a intentar contestar las siguientes preguntas generales y específicos: (A) ¿Cuáles son las vías de transducción implicadas en la diferenciación de G. lamblia y la variación antigénica? (B) Dado que G. lamblia aparentemente carece de proteínas G heterotrimericas y de receptores de membrana acoplados a estas proteínas (GPCR), ¿cómo G. lamblia transduce algunos estímulos particularmente conocidos por estar asociados a estas moléculas?. (C) ¿Cuál es la participación de la proteínas G monomericas tipo Ras en las vías de transducción de señales de G. lamblia? (D) ¿De qué manera este organismo regula sus niveles citoplasmáticos de AMP cíclico (AMPc) y cuáles son los procesos que se valen de este importante segundo mensajero?. La respuesta de estas preguntas permitirá una mejor comprensión de la fisiología de este importante agente patógeno y facilitará el control de su crecimiento y difusión. Por otra parte, la información obtenida en este proyecto pueden ser de relevancia para el control de otros patógenos y proporcionará nuevos conocimientos sobre la evolución de estos sistemas en eucariotas superiores.

Desarrollo de vacunas orales basado en las propiedades protectivas y adyuvantes de las proteínas variables de superficie (VSPS) de giardia lamblia.

El protozoario parásito intestinal Giardia lamblia es el único microorganismo que coloniza el intestino superior de vertebrados, incluyendo al hombre. Esto es posible porque el mismo está recubierto de una densa capa protectora de proteínas ricas en cisteína que evitan la “digestión” del parásito por el pH ácido del estómago y la acción de las proteasas intestinales, llamadas VSPs por su sigla en Inglés. Nuestra hipótesis de trabajo es que estas VSPs pueden ser utilizadas para transportar antígenos vacunales para su administración por vía oral. Como se sabe, la mayoría de los agentes patógenos entran al cuerpo a través de las mucosas. Por ello, ya que las VSPs son capaces de inducir una fuerte respuesta inmune mucosal se desarrollarán diferentes estrategias para verificar su potencial utilización en formulaciones vacunales orales. Se comenzará con el modelo de Influenza y luego con otras enfermedades infecciosas de relevancia social.

Mecanismos epigenéticos involucrados en regulación génica específica durante los procesos de diferenciación del protozoario intestinal giardia lamblia.

Se define como epigenética al área de la genética que estudia todos aquellos cambios heredables que no se encuentran determinados en la secuencia primaria del ADN (Albert y col., 2002). Los cambios epigenéticos son variados; los más conocidos son la metilación de bases nitrogenadas (que no existe en Giardia; Prucca y col., 2008), las modificaciones post-traduccionales de histonas y los Complejos de Remodelación de Cromatina. En los últimos años se ha avanzado en el estudio de la regulación de la expresión de genes mediante estos procesos. El mecanismo de ARNi está íntimamente relacionado con la modificaciones post-traduccionales de histonas; regulando la estructura de cromatina y permitiendo que los complejos primarios de transcripción de genes puedan o no expresar la información. Nuestra hipótesis de trabajo se basa en que cambios epigenéticos están involucrados en la regulación génica específica durante los procesos de adaptación y diferenciación de Giardia. Para responder la misma se plantean los siguientes objetivos específicos: 1. Identificar modificaciones de histonas y su relación con los procesos de diferenciación celular en Giardia. 2. Caracterizar enzimas involucradas en las modificaciones post-traduccionales de histonas. 3. Determinar qué tipo de modificaciones participan en la activación o silenciamiento de la expresión de genes específicos. 4. Manipular al parásito para aumentar o disminuir las modificaciones epigenéticas que pueden estar involucradas en los procesos de diferenciación a quiste o en la variación antigénica para una mayor comprensión de los mecanismos moleculares involucrados. 5. Determinar el estado redox de Giardia durante el enquistamiento y la variación antigénica. 6. Participación de ARN-helicasas en los Complejos Remodeladores de Cromatina.

Morfologia do Mycobacterium leprae hominis e do M. leprae muris: estudo baseado na microscopia electrônica e de contraste de fases

Hansen's Bacillus: By electron microscopy this bacillus shows membrane and halo, this being more visible when sorrounding the globi or bundles of bacilli; shows, also, free granules of various sizes which were before considered as dust of the dyes; shows external granules bound with the membrane and some times branching. By phases contrast microscopy examining leproma suspensions and subcataneous lymph at 400 x we saw many free granules with intense rotatory movement; granulated bacilli with screw, skip or stroke motion, producing slow progressive motion. All such elementes are surrounded by a halo, corresponding to the classical gloea. By a patient and delayed examination we were able to see that the internal granules are motile and help the progression of the bacilli, giving the impression that the cytoplasm is liquid. By a lasting observation we could see the larger granules form prolapse, like a pseudopode and abandon the bacilli and going in very rapid rotatory movement. There are branched bacilli; there are pedunculated fred granules like comets. The addition of a drop of formol at the preparation stops all movements. Stefansky's Bacillus: Repeated examination by RCA electron microscope, type EMU-25 of fresh suspensions of rat lepromas, led us to confirm the close relationship between human and murine leprosy agents. We examined also material from carabo (Lepra bubalorum) from Java, but due to fixation, the material was unsuitable for comparative studies. The Stefansky's bacilli showed also emmbranes and halos, internal or external granules (smaller than those of Hansen's bacillus). The bacilli shaded by chromium look thicker and shorter than those of Hansen. Due to electron bombardment both, Hansen's and Stefansky's baccilli suffer considerable alterations in their structure, showing black barrs of chromatin condensation at their extremities as also in their centers. By phase microscopy the Stefansky's bacilli showed elements with 1, 2 (bipolar), 3 or more internal small granules, developing identical movements as those of Hansen. The globi seem to be non-motile but the free bacilli appearing around the globi show intense movement. At 1000 x the examination is less satisfactory than at 400 x. The addition of formol solution in the preparation suppresses all movements, even the brownian, but the material becomes more suitable for the study of static morphology of the bacilli. CONCLUSION - The electron and phases contrast microscopy of leprous material from different types and phases of the disease may explain some of the unknown aspects of the biology and morphology of the bacilli.

Ultrastructure of Giardia duodenalis trophozoites group from hamster: some relevant aspects

Throphozoites of Giardia duodenalis group obtained from fragments or scratched of hamster's mucosa were examined by transission electron microscopy. The fine structure of the trophozoites are presented and comapred with those described for other animals. Some of the trophozoites present the cytoplasm full of glycogen, rough endoplasmic reticulum-like structures and homogeneous inclusions not enclosed by membranes, recognized as lipid drops, which had not been observed in Giardia from other animals. The adhesive disk is composed of a layer of microtubules, from which fibrous ribbons extend into the cytoplasm; these ribbons are linked by layer of crossbridge filaments that shows an intermediary dense band, described for the first time in this paper. The authors regard this band as the result of the cross-bridge filaments slinding in the medium region between adjacent fibrous ribbons, and suggest a contractile activity for them. The role of the adhesive disk on the trophozoite mechanism of attachment to host mucosa is also discussed.

Influence of Refrigeration and Formalin on the Floatability of Giardia duodenalis Cysts

Giardia duodenalis cysts obtained from fresh fecal samples, fecal samples kept under refrigeration and fecal samples treated with formalin were studied as to their floatability on sucrose solutions with the following specific gravities: 1,040 kg/m3; 1,050 kg/m3; 1,060 kg/m3; 1,070 kg/m3; 1,080 kg/m3; 1,090 kg/m3; 1,100 kgm3; 1,150 kg/m3; 1,200 kg/m3; and 1,250 kg/m3, contained within counting-chambers 0.17 mm high. Cysts that floated on and those settled down as sediments were counted, and had their percentages estimated. Sucrose solutions of 1,200 kg/m3 specific gravity (the average specific gravity of diluting liquids employed in floatation techniques) caused to float 77.7%, 78.4% and 6.6% of the G. duodenalis cysts obtained, respectively, from fresh fecal samples, fecal samples kept under refrigeration, and fecal samples treated with formalin. Cysts obtained both from fresh fecal samples and fecal samples kept under refrigeration presented similar results concerning floatability. It was observed, however, that the treatment of feces with formalin diminished the cysts floatability under the various specific gravities studied. This results should influence, the recommendations for transport and storage of fecal samples used for parasitological coproscopy.

Worm burdens in outbred and inbred laboratory rats with morphometric data on Syphacia muris (Yamaguti, 1935) Yamaguti, 1941 (Nematoda, Oxyuroidea)

Syphacia muris worm burdens were evaluated in the rat Rattus norvegicus of the strains Wistar (outbred), Low/M and AM/2/Torr (inbred), maintained conventionally in institutional animal houses in Brazil. Morphometrics and illustration data for S. muris recovered from Brazilian laboratory rats are provided for the first time since its proposition in 1935.

Occurrence of Cryptosporidial Oocysts and Giardia Cysts in Bottled Mineral Water Commercialized in the City of Campinas, State of São Paulo, Brazil

The consumption of bottled mineral water has significantly increased in Brazil so that it is in the interest of public health to determine the parasitological and microbiological status of some brands of Brazilian mineral water available in the town of Campinas, São Paulo, Brazil. For this purpose, detection of protozoa by direct immunofluorescence technique and microbiological parameters were determined for each specimen after membrane filtration. Giardia cysts were not present while cryptosporidial oocysts were detected in two samples. The counts of protozoa varied from 0.2 to 0.5 oocysts/l. The detected level of Pseudomonas aeruginosa and heterotrophic bacteria reflected the level of organic enrichment of the water.

Detection of Giardia duodenalis antigen in human fecal eluates by enzyme-linked immunosorbent assay using polyclonal antibodies

The present study developed and standardized an enzime-linked immunosorbent assay (ELISA) to detect Giardia antigen in feces using rabbit polyclonal antibodies. Giardia cysts were purified from human fecal samples by sucrose and percoll gradients. Gerbils (Meriones unguiculatus) were infected to obtain trophozoites. Rabbits were inoculated with either cyst or trophozoite antigens of 14 Colombian Giardia isolates to develop antibodies against the respective stages. The IgG anti-Giardia were purified by sequential caprylic acid and ammonium sulfate precipitation. A portion of these polyclonal antibodies was linked to alkaline phosphatase (conjugate). One hundred and ninety six samples of human feces, from different patients, were tested by parasitologic diagnosis: 69 were positive for Giardia cysts, 56 had no Giardia parasites, and 71 revealed parasites other than Giardia. The optimal concentration of polyclonal antibodies for antigen capture was 40 µg/ml and the optimal conjugate dilution was 1:100. The absorbance cut-off value was 0.24. The parameters of the ELISA test for Giardia antigen detection were: sensitivity, 100% (95% CI: 93.4-100%); specificity, 95% (95% CI: 88.6-97.6%); positive predictive value, 91% (95% CI: 81.4-95.9%); and negative predictive value, 100% (95% CI: 96.1-100%). This ELISA will improve the diagnosis of Giardia infections in Colombia and will be useful in following patients after treatment.

Protease activity in Giardia duodenalis trophozoites of axenic strains isolated from symptomatic and asymptomatic patients

We have examined by gelatin-SDS-PAGE the protease activity in cell lysates of Giardia duodenalis trophozoites of two axenic strains isolated in Brazil from a symptomatic patient (BTU-11) and an asymptomatic carrier (BTU-10), and the reference strain Portland 1 (P1). The proteolysis band patterns showed differences among strains isolated from asymptomatic and symptomatic individuals. The lysate of the strain BTU-10, showed only five hydrolysis bands, while a greater number of bands (10-11 bands) was seen in strains BTU-11 and P1. The protease activity in all lysates was inhibited by cysteine (E-64 and iodoacetamide) and serine proteases (TPCK and TLCK) inhibitors, but not by PMSF and EDTA. In general, the results revealed protease activities in G. duodenalis trophozoites of Brazilian axenic strains and the predominance of cysteine proteinases. It should be stressed the inter-strain difference in hydrolysis band patterns observed between strains isolated from symptomatic patients and the strain obtained from an asymptomatic carrier.

Giardia duodenalis: analysis of secreted proteases upon trophozoite-epithelial cell interaction in vitro

Protease secretion by Giardia duodenalis trophozoites upon interaction with epithelial cells and its association with the parasite adhesion was studied in co-cultures of parasites with IEC6 epithelial cell monolayers in the presence or absence of protease inhibitors. Proteolytic activity in supernatants from trophozoites was enhanced when they were co-cultured with IEC6 cells. This activity was strongly inhibited by pre-incubation of live trophozoites with E-64 and TPCK and a concomitant inhibition of parasite adhesion to IEC6 cells was observed. These data suggest that trophozoites secrete cysteine-type proteases that play a role in the adhesion of G. duodenalis to epithelial cells.