Protozoer: klassificering och viktiga patogener

Protozoer är ingen monofyletisk organismgrupp utan en kliniskt användbar samlingsbeteckning för evolutionärt skilda, huvudsakligen encelliga heterotrofa eukaryoter. Humanpatogenerna omfattar bland annat Plasmodium, Toxoplasma, Giardia, Entamoeba, Cryptosporidium, Leishmania och Trypanosoma. Deras livscykler, rörelseorganeller och vävnadstropism styr såväl smittväg och sjukdomsbild som val av provmaterial, diagnostik och behandling.

Begreppet protozoer och dess avgränsning

Protozoer definierades historiskt som ”encelliga djur”: eukaryota mikroorganismer utan rigid växtcellvägg, vanligen rörliga och heterotrofa genom fagocytos eller upptag av lösta näringsämnen. Begreppet är fortfarande praktiskt inom medicinsk mikrobiologi och parasitologi, men saknar modern fylogenetisk precision. Organismer som traditionellt kallats protozoer har uppkommit i flera avlägsna eukaryota utvecklingslinjer och utgör därför en polyfyletisk, inte en monofyletisk, grupp.

Protister är ett bredare och likaledes informellt begrepp. Det omfattar eukaryoter som inte räknas till djur, landväxter eller makroskopiska svampar, inklusive heterotrofa protozoer, fotosyntetiska alger och flera svampliknande organismer. Alla protozoer kan således beskrivas som protister i bred mening, men alla protister är inte protozoer. Gränsen kompliceras ytterligare av mixotrofi och av att vissa utvecklingslinjer innehåller både fotosyntetiska och heterotrofa arter.

Den klassiska indelningen bygger på morfologi och rörelsesätt:

Indelningen motsvarar inte evolutionärt släktskap: amöboid form och flageller har utvecklats eller förlorats flera gånger. Den är ändå diagnostiskt användbar eftersom rörelsemönster, kärnmorfologi, cystor, cilier och intracellulära stadier kan identifieras mikroskopiskt. Protozoer avgränsas kliniskt från helminter, som är flercelliga parasitiska djur, från svampar med kitinhaltig cellvägg och hyf- eller jästform samt från huvudsakligen fotosyntetiska alger.

Modern klassificering och medicinskt viktiga utvecklingslinjer

Molekylär fylogeni, särskilt analys av ribosomalt RNA och senare hela genom, har visat att de medicinskt viktiga protozoerna är spridda över eukaryoternas stamträd. Apicomplexa hör till Alveolata inom SAR-gruppen och omfattar bland annat Plasmodium, Toxoplasma, Babesia, Cryptosporidium, Cyclospora och Cystoisospora. Ciliaten Balantioides coli tillhör också Alveolata men är inte nära släkt med apicomplexanerna på den nivå som den historiska morfologin antydde.

Kinetoplastiderna Leishmania och Trypanosoma tillhör Euglenozoa, vanligen placerad inom Discoba. Giardia hör till Metamonada och har starkt reducerade mitokondrier, medan Trichomonas tillhör Parabasalia och har hydrogenosomer. Entamoeba placeras i Amoebozoa. Den amöboida morfologin hos Naegleria innebär inte nära släktskap med Entamoeba; Naegleria är en heterolobose inom Discoba.

Blastocystis är en stramenopil, trots att organismen länge behandlades som en intestinal protozo. Mikrosporidier klassificerades tidigare som primitiva protozoer men betraktas nu som starkt reducerade svampar eller som en närstående systerlinje inom svampriket. Den kliniska termen protozoinfektion följer alltså inte alltid den moderna taxonomin.

Cellbiologi, morfologi och livscykelstadier

Protozoer är eukaryota celler med membranomsluten kärna, ribosomer, endoplasmatiskt retikel, Golgiapparat och cytoskelett. De flesta medicinskt relevanta former är ungefär 1–150 µm. Aeroba arter har mitokondrier, medan anaerobt anpassade linjer kan ha reducerade organeller: Giardia har mitosomer utan konventionell ATP-produktion och Trichomonas har hydrogenosomer som producerar ATP anaerobt och avger molekylärt väte.

Flageller och cilier har vanligen ett 9+2-axonem: nio perifera mikrotubulidubletter omger två centrala mikrotubuli. Dyneinmedierad glidning mellan dubletterna omvandlas till böjning. Pseudopodier bildas genom lokal aktinpolymerisation och aktin–myosinberoende kontraktion. Apicomplexaner saknar vanligen cilier och flageller i invasiva stadier och använder i stället glidmotilitet, där aktin–myosinmaskineri under cellmembranet förflyttar adhesiner bakåt och driver parasiten genom vävnad och in i värdceller.

Binär fission ger två dotterceller och förekommer bland annat hos Giardia och Trichomonas. Vid schizogoni sker upprepade kärndelningar före cytokines, så att många merozoiter frisätts samtidigt; synkron erytrocytschizogoni bidrar till malarians feberattacker. Gametogoni producerar könsstadier, medan sporogoni efter befruktning ger sporozoiter. Vilket stadium som utsöndras eller cirkulerar avgör både smittsamhet och optimal provtagning.

Transmission, vävnadstropism och patogenes

Fekal–oral smitta sker genom cystor eller oocystor i vatten, föda eller via händer och omfattar bland annat Giardia, Entamoeba och Cryptosporidium. Trichomonas vaginalis överförs sexuellt som trofozoit och saknar cyststadium. Transplacentär smitta är central vid akut maternell toxoplasmos. Blodtransfusion och transplantation kan överföra exempelvis Babesia, Plasmodium, Trypanosoma cruzi och Toxoplasma.

Vid en direkt, monoxen livscykel krävs ingen värdväxling. Indirekta cykler innefattar flera värdar. Definitiv värd är den där sexuell reproduktion sker; kattdjur är därför definitiva värdar för T. gondii och Anopheles-myggan för Plasmodium. En biologisk vektor är inte enbart transportör utan hyser obligatorisk utveckling eller förökning, såsom sandmyggor vid leishmaniasis och tsetseflugor vid afrikansk trypanosomiasis.

Patogenesen kan baseras på:

• adhesion till epitel, exempelvis Giardia och Trichomonas,
• vävnadsinvasion och proteolys, som vid E. histolytica,
• intracellulär replikation i parasitofor vakuol, som vid toxoplasmos,
• erytrocytär replikation med hemolys, som vid malaria och babesios,
• mikrovaskulär sekvestration av infekterade erytrocyter vid falciparummalaria,
• antigenvariation, särskilt VSG-byte hos T. brucei,
• reaktivering av vävnadscystor vid nedsatt T-cellsimmunitet.

Asymtomatiskt bärarskap är vanligt och kan upprätthålla transmission. Sjukdomsgraden påverkas av infektionsdos, parasitart, tidigare immunitet, graviditet och immunsuppression. Splenektomi ökar särskilt risken för hög parasitemi och fulminant babesios eftersom mjältens filtrering av förändrade erytrocyter saknas.

Plasmodium och malaria

En infekterad honmygga av släktet Anopheles injicerar sporozoiter, vilka snabbt når levern och invaderar hepatocyter. Efter preerytrocytär schizogoni frisätts merozoiter till blodet. Dessa invaderar erytrocyter och utvecklas via ringform och trofozoit till schizont; erytrocyten brister och nya merozoiter frigörs. En del parasiter differentierar till gametocyter, som tas upp av en mygga. I myggans tarm sker befruktning, ookinet- och oocystbildning samt sporogoni, varefter sporozoiter migrerar till spottkörtlarna.

P. vivax och P. ovale kan bilda vilande hypnozoiter i hepatocyter. Dessa orsakar recidiv månader eller senare efter primärinfektionen och måste eradikeras med leverstadieaktiv behandling efter kontroll av G6PD-status. Recrudescens innebär däremot kvarvarande blodparasiter, exempelvis vid otillräcklig behandling eller resistens.

P. falciparum kan ge cerebral malaria, svår hemolytisk anemi, hypoglykemi, laktacidos, njursvikt, lungödem och cirkulationssvikt. Parasiterade erytrocyter uttrycker adhesionsmolekyler och sekvestreras i mikrocirkulationen. I placenta binder särskilda varianter till kondroitinsulfat, vilket medför maternell anemi, placentadysfunktion och låg födelsevikt.

Diagnostiken ska inte fördröja behandling vid misstänkt svår malaria. Tjock droppe har hög känslighet, medan tunt utstryk möjliggör artbestämning och kvantifiering av parasitemi. Snabbtest detekterar parasitantigen men ersätter inte mikroskopi och kan inte säkert gradera parasitemin. Vid negativt initialprov och kvarstående misstanke upprepas blodprov vanligen under det följande dygnet. Behandlingen styrs av art, svårighetsgrad, smittland, resistensläge, graviditet och G6PD-status; svår malaria behandlas parenteralt med artesunat, medan okomplicerad falciparummalaria vanligen behandlas med artemisininbaserad kombination.

Toxoplasma gondii och toxoplasmos

Kattdjur är definitiva värdar och utsöndrar oocystor som sporulerar i miljön. Människan smittas genom sporulerade oocystor från jord eller vatten, genom vävnadscystor med bradyzoiter i otillräckligt upphettat kött eller mer sällan via transplantation och blodprodukter. Under akut infektion sprids snabbdelande takyzoiter hematogent. Immunförsvaret pressar därefter parasiten till långsamt replikerande bradyzoiter i vävnadscystor, framför allt i CNS, retina och muskulatur.

Immunfriska är ofta asymtomatiska eller får mononukleosliknande sjukdom med cervikal lymfadenopati. Okulär toxoplasmos ger nekrotiserande retinokoroidit. Vid avancerad T-cellsdefekt kan latent infektion reaktiveras med encefalit, ofta med multipla kontrastladdande lesioner, men även pneumonit, myokardit eller disseminerad sjukdom. Kongenital transmission blir mer sannolik med stigande gestationsålder, medan tidig fetal infektion generellt ger svårare skador, inklusive hydrocefalus, intrakraniella förkalkningar och korioretinit.

Serologi med IgG och IgM används för att bedöma exposition, men kvarstående IgM kan feltolkas som färsk infektion. Hög IgG-aviditet talar emot nyligen förvärvad infektion, särskilt när provet tas tidigt i graviditeten. PCR på fostervatten används vid misstänkt fetal infektion; PCR på likvor kan stödja diagnos vid CNS-sjukdom men har begränsad känslighet. Behandling av allvarlig eller okulär sjukdom och encefalit baseras ofta på pyrimetamin, sulfadiazin och folinsyra. Alternativ innefattar trimetoprim–sulfametoxazol eller kombinationer med klindamycin; folinsyra minskar pyrimetaminets benmärgstoxicitet.

Intestinala och pulmonella apicomplexa

Cryptosporidium, Cyclospora cayetanensis och Cystoisospora belli infekterar tunntarmsepitel och orsakar vattnig diarré. Sjukdomen är vanligen självläkande hos immunfriska men kan bli långdragen, malabsorptiv och livshotande vid uttalad T-cellsdefekt. Kryptosporidier kan även engagera gallvägar och, mer sällan, luftvägar.

Kryptosporidieoocystor är motståndskraftiga mot de klornivåer som används i många bassänger och vattenverk, vilket bidrar till vattenburna utbrott. Fördröjd sporulering hos Cyclospora och Cystoisospora gör omedelbar direkt person-till-person-smitta mindre sannolik. Inkubation och expositionsanamnes måste därför vägas samman med laboratoriefynd.

Oocystor kan påvisas med modifierad syrafast färgning, men utsöndringen varierar och morfologisk diagnostik kräver erfarenhet. Antigentest används främst för Cryptosporidium. Multiplex-NAAT har hög känslighet men kan påvisa låggradig infektion vars kliniska betydelse måste bedömas mot symtomen. Vid hivrelaterad sjukdom är effektiv antiretroviral behandling och immunrekonstitution central.

Giardia duodenalis och giardiasis

Infektion följer på intag av mogna cystor, ofta via vatten, livsmedel, förskolemiljö eller nära personkontakt. Infektionsdosen är låg. Efter passage genom ventrikeln sker excystering i duodenum, varvid trofozoiter frisätts och förökar sig genom longitudinell binär fission. Den ventrala adhesionsdisken fäster organismen till duodenal- och jejunalslemhinnan.

Giardia invaderar normalt inte vävnaden. Sjukdomen beror i stället på störd epitelbarriär, förändrade tight junctions, mikrovillusförlust och påverkan på gallsyror och digestion. Följden blir malabsorption, uppblåsthet, illaluktande fettrik diarré, viktminskning och sekundär laktosintolerans. Inkubationen är vanligen omkring en till två veckor. Kronisk infektion kan ge långvarig malabsorption, och postinfektiösa funktionella gastrointestinala besvär kan kvarstå efter eradikation.

Antigenanalys eller NAAT på feces är känsligare än enstaka mikroskopi. Vid konventionell parasitmikroskopi behövs ofta flera fecesprov eftersom cystutsöndringen är intermittent. Behandling sker med nitroimidazol, tinidazol eller annat lokalt rekommenderat medel. Recidiv kan bero på reinfektion, bristande följsamhet, kvarvarande smitta i hushållet, immundefekt eller behandlingssvikt. Genetiska assemblage har varierande värdspektrum; vissa är huvudsakligen humana och andra zoonotiska.

Entamoeba histolytica och andra tarmamöbor

Mogna cystor intas fekal–oralt och excysterar i tunntarmen, varefter trofozoiter koloniserar kolon. E. histolytica binder till epitel och mucin genom ett Gal/GalNAc-specifikt lektin. Amoebaporer skadar cellmembran och cysteinproteaser bryter ned mucin, extracellulär matrix och immunproteiner. Invasionen ger klassiskt flaskformade sår med relativt smal mukosal öppning och bred submukosal utbredning.

Kliniken varierar från asymtomatisk kolonisation till blodig kolit, buksmärta, feber och fulminant nekrotiserande kolit. Portogen spridning kan ge leverabscess, ofta i höger leverlob, med feber och smärta under höger arcus; samtidig diarré behöver inte föreligga. Ruptur till pleura, lunga eller perikardium är en allvarlig komplikation.

E. histolytica är mikroskopiskt svår eller omöjlig att skilja från vanligen icke-invasiva E. dispar och E. moshkovskii. Fagocyterade erytrocyter i trofozoiter talar starkt för E. histolytica, men fyndet har låg känslighet. NAAT eller artspecifik antigenanalys är därför att föredra. Entamoeba coli och Endolimax nana är i regel icke-patogena markörer för fekal exposition. Serologi är särskilt användbar vid leverabscess, kompletterad med ultraljud eller datortomografi. Invasiv sjukdom kräver ett vävnadsaktivt nitroimidazol följt av ett luminalt medel för att eliminera kvarvarande tarminfektion.

Kinetoplastider: Leishmania och Trypanosoma

Kinetoplasten är en specialiserad del av den enda mitokondrien och innehåller ett tätt nätverk av cirkulärt mitokondrie-DNA. Hos Leishmania injicerar sandmyggan flagellförsedda promastigoter, som fagocyteras av makrofager och omvandlas till intracellulära amastigoter. Dessa förökar sig i fagolysosomala vakuoler. Kutan leishmaniasis ger lokaliserade sår, mukokutan sjukdom destruerar naso-orofaryngeal vävnad och visceral leishmaniasis ger långvarig feber, splenomegali, pancytopeni och hypergammaglobulinemi.

Diagnosen ställs genom mikroskopi, histopatologi, odling och PCR på sårskrap, biopsi, benmärg eller annat relevant material. Art och geografiskt smittområde påverkar risken för mukosal sjukdom, spontanläkning och läkemedelskänslighet. Behandlingen kan omfatta lokal terapi, liposomalt amfotericin B, miltefosin, pentavalenta antimonföreningar eller andra artspecifika regimer.

Afrikansk trypanosomiasis överförs av tsetseflugor, Glossina. Extracellulära trypomastigoter förökar sig i blod och lymfa och undgår antikroppssvaret genom sekventiellt byte av variant surface glycoprotein, VSG. Sen CNS-fas ger sömnstörning, neuropsykiatriska symtom och medvetandepåverkan. Behandlingen är art- och fasberoende eftersom vissa medel inte passerar blod–hjärnbarriären och flera har betydande toxicitet.

Chagas sjukdom orsakas av T. cruzi. Triatominens infekterade feces inokuleras genom bettstället eller slemhinna. Intracellulära amastigoter replikerar i vävnad och blodet innehåller trypomastigoter. Akut infektion kan ge feber och myokardit; kronisk sjukdom kan efter årtionden orsaka dilaterad kardiomyopati, arytmier, apikal aneurysmbildning, megaesofagus eller megakolon. Benznidazol eller nifurtimox används främst tidigt i förloppet, med hänsyn till biverkningar och organengagemang.

Babesia och babesios

Babesia överförs vanligen med Ixodes-fästingar och replikerar direkt i erytrocyter utan föregående leverfas. I blodutstryk ses ringformer som kan likna P. falciparum. Extracellulära former och tetrader i så kallad malteserkorskonfiguration talar för babesios, men är inte alltid närvarande. Transfusionssmitta förekommer eftersom asymtomatisk parasitemi kan kvarstå.

Sjukdomen ger feber, hemolytisk anemi, ikterus, förhöjt laktatdehydrogenas och trombocytopeni. Till skillnad från malaria saknas Plasmodium-gametocyter och hemozoinpigment. Diagnostiken grundas på fästing- och geografisk exposition, blodutstryk och PCR; serologi är främst kompletterande. Malaria måste samtidigt övervägas vid relevant reseanamnes.

Lindrig till måttlig babesios behandlas vanligen med atovakvon och azitromycin. Klindamycin och kinin kan användas vid svår sjukdom men medför ofta mer toxicitet. Uttalad parasitemi, svår hemolys eller organpåverkan kan motivera erytrocytutbytestransfusion efter specialistbedömning. Splenektomerade, äldre och immunsupprimerade löper särskilt stor risk för fulminant eller persisterande infektion.

Trichomonas och övriga kliniskt relevanta intestinala protister

Trichomonas vaginalis är en sexuellt överförd parabasalid som endast förekommer som trofozoit. Den har flageller, undulerande membran och anaeroba hydrogenosomer. Adhesion, inflammation och kontaktberoende cellskada kan orsaka vaginit med flytning, dysuri och slemhinneerytem samt uretrit hos män. Många infektioner är asymtomatiska. Infektion under graviditet är associerad med ogynnsamma graviditetsutfall, även om kausaliteten och effekten av screening varierar mellan populationer.

NAAT från vaginalprov eller urin är förstahandsmetod och är betydligt känsligare än våtutstryk. Behandling ges med metronidazol eller tinidazol. Samtidig partnerbehandling och avhållsamhet tills behandlingen är avslutad minskar reinfektion. Kvarstående infektion kan bero på reinfektion, bristande följsamhet eller nitroimidazolresistens och bör då verifieras mikrobiologiskt.

Dientamoeba fragilis och Blastocystis påvisas ofta med multiplex-PCR i feces. Båda kan förekomma hos personer utan symtom, och sambandet med buksmärta, diarré eller irritabel tarm-liknande besvär är osäkert. Ett positivt fynd ska därför bedömas tillsammans med symtombild, parasitbörda, andra patogener och alternativa diagnoser. Kolonisation i sig är inte tillräcklig behandlingsindikation.

Frilevande amöbor och ciliater

Naegleria fowleri finns i varmt sötvatten. Trofozoiter tränger in genom luktepitelet när vatten pressas upp i näsan och migrerar längs nerver till CNS. Primär amöbmeningoencefalit utvecklas snabbt med svår huvudvärk, feber, meningism och encefalopati och har mycket hög mortalitet. Naegleria har trofozoit-, övergående flagell- och cyststadium, men cystor återfinns inte typiskt i human CNS-vävnad.

Acanthamoeba och Balamuthia mandrillaris kan ge subakut granulomatös amöbaencefalit och hudlesioner, framför allt vid immunsuppression men även hos immunfriska. Acanthamoeba orsakar dessutom smärtsam keratit, särskilt hos kontaktlinsbärare efter bristande linshygien eller vattenexposition. Både trofozoiter och cystor kan finnas i vävnad. Diagnostiken omfattar kornealskrap, hud- eller hjärnbiopsi, mikroskopi, histopatologi, odling och PCR. Likvor-PCR kan vara värdefull men negativt resultat utesluter inte sjukdom.

Balantioides coli är en mycket stor, cilig tarmprotist med gris som viktig reservoar. Infektionen är ovanlig hos människa men kan orsaka invasiv kolit som liknar amöbakolit. Rörliga cilier och karakteristisk makronukleus kan identifieras i färskt feces eller biopsi. För CNS-infektioner med frilevande amöbor används multidrugkombinationer, ofta med amfotericin B, miltefosin och andra medel beroende på art; evidensen bygger huvudsakligen på fallrapporter och överlevande enstaka patienter.

Laboratoriediagnostik, behandling och prevention i klinisk praktik

Valet av provmaterial ska styras av parasitens vävnadstropism och livscykel. Ett negativt prov från fel anatomisk lokal har begränsat uteslutningsvärde.

Direktmikroskopi är snabb och kan visa levande trofozoiter, men kräver färskt prov och erfaren bedömare. Koncentration ökar känsligheten för cystor och ägg, medan modifierad syrafast färgning används för intestinala koccidier. Antigenanalys är snabb men begränsad till vissa organismer. NAAT ger hög analytisk känslighet och artdifferentiering men kan detektera asymtomatisk kolonisation. Serologi visar immunologisk exposition och är särskilt relevant vid toxoplasmos, amöbal leverabscess och vissa vävnadsinfektioner, men skiljer inte alltid aktiv från genomgången infektion. Sekvensering kan användas vid ovanliga fynd eller oklar artbestämning.

Viktiga preanalytiska felkällor är intermittent fecesutsöndring, för få prov, fördröjd fixering med sönderfall av trofozoiter, låg parasitemi, provtagning efter behandling och otillräcklig mängd vävnad. Serologiska korsreaktioner och kvarstående antikroppar kan leda till överdiagnostik. Vid misstänkt malaria ska laboratoriet kontaktas akut och parasitemin följas kvantitativt.

Prevention innefattar säkert dricksvatten, hand- och livsmedelshygien, tillräcklig upphettning av kött och skydd mot fekal kontamination. Vektorburen smitta förebyggs med impregnerade nät, täckande klädsel, repellenter, fästingkontroll och lokalt anpassad vektorkontroll. Kondom och samtidig partnerbehandling minskar transmission av trichomonas. Gravida bör undvika rått kött och jord- eller kattfecesexposition. Blod- och organgivarscreening används riskbaserat eller rutinmässigt beroende på patogen och epidemiologi. Vid avancerad immunsuppression är effektiv grundsjukdomsbehandling samt indicerad profylax, exempelvis mot toxoplasmareaktivering, avgörande.

Källor

• Protozoa
• Protozoer
• Category:Protozoa
• Protozoa
• Bild: File:Protista taxonomy vs phylogeny.png — Snoteleks, CC BY-SA 4.0
• Bild: File:Leishmania tropica 7.jpg — Pathology of infectious diseases, Public domain