Informatie

15.6B: Afrikaanse trypanosomiasis - biologie


Slaapziekte wordt veroorzaakt door een protozoa die wordt overgedragen door de tseetseevlieg.

leerdoelen

  • Schets de levenscyclus van Trypanosoma brucei en de transmissieroute die Afrikaanse trypanosomiasis veroorzaakt

Belangrijkste punten

  • De ziekte wordt veroorzaakt door protozoa van de soort Trypanosoma brucei, die in het bloedsysteem van zoogdieren een trypomastigoot worden en zich door het zoogdier van de gastheer verplaatsen en het ruggenmergvocht en de lymfeklieren infecteren.
  • De protozoa Trypanosoma brucei infecteert de tseetseevlieg wanneer deze zich voedt met het bloed van een besmet zoogdier. Eenmaal besmet kan een tseetseevlieg de ziekte overdragen op andere zoogdieren.
  • Aanvankelijk heeft slaapziekte veel symptomen van andere virale infecties, maar als het onbehandeld blijft, zal het het zenuwstelsel aantasten en lethargie veroorzaken.

Sleutelbegrippen

  • trypomastigoot: Een stadium in de eencellige levenscyclus, typisch trypanosomen, waarbij het flagellum zich achter de kern bevindt en door een lang golvend membraan met het cellichaam is verbonden.
  • epimastigotes: Een stadium in de eencellige levenscyclus, typisch trypanosomen, waar het flagellum zich voor de kern bevindt en het cellichaam vastmaakt door een kort membraan.

Menselijke Afrikaanse trypanosomiasis, slaapziekte, Afrikaanse lethargie of Congo-trypanosomiasis is een parasitaire ziekte van mens en dier, veroorzaakt door protozoa van de soort Trypanosoma brucei en overgedragen door de tseetseevlieg. De ziekte is endemisch in sommige regio's van Afrika bezuiden de Sahara en bestrijkt gebieden in ongeveer 37 landen met meer dan 60 miljoen mensen. Op dit moment zijn naar schatting 50-70 duizend mensen besmet, de laatste jaren is dat aantal iets afgenomen. Het aantal gemelde gevallen lag in 2009 voor het eerst in 50 jaar onder de tienduizend. Er wordt aangenomen dat veel gevallen niet worden gemeld. In 2008 stierven er ongeveer 48 duizend mensen aan. In de recente geschiedenis hebben zich vier grote epidemieën voorgedaan: één van 1896-1906, voornamelijk in Oeganda en het Congobekken, twee epidemieën in 1920 en 1970 in verschillende Afrikaanse landen en een recente epidemie in 2008 in Oeganda.

Overdragen

De tseetseevlieg (geslacht Glossina) is een grote, bruine, bijtende vlieg die zowel als gastheer als vector dient voor de trypanosoomparasieten. Tijdens het afnemen van bloed van een zoogdiergastheer injecteert een geïnfecteerde tseetseevlieg metacyclische trypomastigoten in huidweefsel. Van de beet komen parasieten eerst in het lymfestelsel en gaan vervolgens in de bloedbaan. In de zoogdiergastheer transformeren ze in bloedbaan trypomastigoten en worden ze naar andere plaatsen door het lichaam gedragen, bereiken ze andere lichaamsvloeistoffen (bijv. lymfe, ruggenmergvloeistof) en blijven ze repliceren door binaire splitsing. De hele levenscyclus van Afrikaanse trypanosomen wordt weergegeven door extracellulaire stadia. Een tseetseevlieg raakt besmet met trypomastigoten in het bloed wanneer hij een bloedmaaltijd neemt op een geïnfecteerde zoogdiergastheer. In de middendarm van de vlieg transformeren de parasieten in procyclische trypomastigoten, vermenigvuldigen zich door binaire splitsing, verlaten de middendarm en transformeren in epimastigoten. De epimastigoten bereiken de speekselklieren van de vlieg en gaan door met vermenigvuldigen door binaire splitsing. De hele levenscyclus van de vlieg duurt ongeveer drie weken.

Naast de beet van de tseetseevlieg, kan de ziekte worden overgedragen door een infectie van moeder op kind; het trypanosoom kan soms de placenta passeren en de foetus infecteren. Overdracht kan ook plaatsvinden in laboratoria door accidentele infecties; bijvoorbeeld door het hanteren van bloed van een geïnfecteerde persoon en orgaantransplantatie, hoewel dit ongebruikelijk is. Bloedtransfusies en mogelijk seksueel contact zijn twee andere oorzaken.

Symptomen

Symptomen van Afrikaanse trypanosomiasis komen in twee fasen voor. De eerste fase, bekend als de hemolymfatische fase, wordt gekenmerkt door koorts, hoofdpijn, gewrichtspijn en jeuk. Invasie van de bloedsomloop en het lymfestelsel door de parasieten gaat gepaard met ernstige zwelling van de lymfeklieren, vaak tot enorme afmetingen. Indien onbehandeld, overwint de ziekte de afweer van de gastheer en kan meer uitgebreide schade veroorzaken, waardoor de symptomen zich uitbreiden tot bloedarmoede, endocriene, hart- en nierdisfuncties. De tweede fase, de neurologische fase, begint wanneer de parasiet het centrale zenuwstelsel binnendringt door de bloed-hersenbarrière te passeren. De term "slaapziekte" komt van de symptomen van de neurologische fase. De symptomen zijn onder meer verwarring, verminderde coördinatie en verstoring van de slaapcyclus, met aanvallen van vermoeidheid afgewisseld met manische perioden, die leiden tot slaap overdag en slapeloosheid in de nacht. Zonder behandeling is de ziekte altijd dodelijk, met progressieve mentale achteruitgang die leidt tot coma en de dood. Schade veroorzaakt in de neurologische fase is onomkeerbaar.


15.6B: Afrikaanse trypanosomiasis - biologie

Trypanosoma brucei is een eencellige eencellige parasiet die wordt overgebracht door de beet van tseetseevliegen (geslacht Glossina). Verschillende soorten/ondersoorten van trypanosomen infecteren verschillende gewervelde dieren, waaronder dieren en mensen. Menselijke Afrikaanse trypanosomiasis (HAT), ook bekend als slaapziekte, wordt veroorzaakt door twee ondersoorten: Trypanosoma brucei gambiense en Trypanosoma brucei rhodesiense. In de afgelopen jaren is het aantal gemelde gevallen van HAT gestaag gedaald, tot ongeveer 6.000 in 2013 1 . Andere trypanosoomsoorten infecteren zowel huisdieren als wilde dieren en veroorzaken Afrikaanse trypanosomiasis bij dieren. De besmetting van vee heeft een grote impact op de Afrikaanse economie, waardoor de productie van melk en vlees en de ontwikkeling van de landbouw in gebieden die anders geschikt zijn voor veeteelt, worden beperkt 2 .

Trypanosomatiden zijn ook van intrinsiek wetenschappelijk belang omdat ze vroeg (>600 miljoen jaar geleden) uit elkaar gingen en zich anders hebben ontwikkeld dan andere goed bestudeerde eukaryoten 3 . T. brucei brucei (hier T. brucei genoemd), een ondersoort die niet besmettelijk is voor de mens, is verreweg het best gekarakteriseerd. In de zoogdiergastheer koloniseren T. brucei-parasieten het bloed en de interstitiële ruimten van verschillende weefsels, waaronder de hersenen, het vetweefsel en de huid 4 – 6 . De aanwezigheid van parasieten in de hersenen wordt in verband gebracht met het optreden van de slaapstoornis en neurologische symptomen die kenmerkend zijn voor latere stadia van de ziekte 1 .

In de zoogdiergastheer komen parasieten voor in twee stadia: de lange slanke vorm (B-LS) in de bloedbaan, die elke 7 uur verdubbelt door binaire splitsing, en de korte stompe vorm (B-SS), die terminaal in de celcyclus wordt gearresteerd (Figuur 1 ). De differentiatie van B-LS naar B-SS is onomkeerbaar en wordt veroorzaakt door een quorumdetectiemechanisme 7 . De B-SS-vorm is vooraf aangepast aan het leven in de middendarm van de tseetseevlieg 7 . Deze pre-aanpassingen helpen waarschijnlijk bij de efficiënte differentiatie in de replicatieve procyclische vormen (PF's). Uiteindelijk migreren PF's van de middendarm naar de proventriculus, waar ze verder differentiëren tot epimastigoten en later tot metacyclische stoffen in de speekselklieren (Figuur 1). Deze laatste zijn in de celcyclus gestopt en zijn in staat om een ​​zoogdiergastheer opnieuw te koloniseren/opnieuw te infecteren wanneer een tseetseevlieg een bloedmaaltijd neemt.

Figuur 1. Veranderingen in het metabolisme tijdens de levenscyclus van Trypanosoma brucei.

De levenscyclus van T. brucei omvat twee gastheren: een zoogdier (mens, vee, wilde dieren) en de tseetseevlieg. Omdat deze protozoaire parasiet extracellulair is, past hij zijn metabolisme aan de beschikbare extracellulaire voedingsstoffen aan. De twee stadia die beter zijn gekarakteriseerd in termen van metabolisme, zijn de lange slanke en procyclische vormen van de bloedbaan, die voornamelijk glucose en proline kataboliseren. Minder studies hebben korte, stompe vormen in de bloedbaan bestudeerd. In de zoogdiergastheer hopen parasieten zich op in de interstitiële ruimten van verschillende weefsels, voornamelijk de hersenen, de huid en het visceraal vetweefsel (adipocyten worden als voorbeeld getoond). Het metabolisme van parasieten in deze weefsels blijft grotendeels onbekend, behalve de activering van vetzuuroxidatie bij parasieten die in het vetweefsel verblijven. Het metabolisme van het metacyclische stadium is tot op heden niet gekarakteriseerd. TAO, trypanosoom alternatief oxidase.

Gedurende de levenscyclus komen parasieten in aanraking met en passen zich aan zeer verschillende omgevingen aan. In de zoogdiergastheer omvatten dergelijke aanpassingen het vermijden van het immuunsysteem van de gastheer (door gebruik te maken van antigene variatie) evenals metabolische aanpassingen om beschikbare voedingsstoffen te gebruiken. De glucosespiegels in de hersenen zijn bijvoorbeeld normaal gesproken 10�% van de bloedspiegels 8 , terwijl vetweefsel een betere bron van lipiden kan zijn. In de tseetseevliegvector worden de parasieten geconfronteerd met een proteolytische in plaats van een immuunuitdaging en moeten ze zich ook aanpassen aan een omgeving die vrij is van glucose maar rijk aan aminozuren, met name proline 9 . T. brucei herprogrammeert zijn metabolisme om te profiteren van de voedingsstoffen die beschikbaar zijn in het milieu. In deze review zullen we de metabole verschillen vergelijken die plaatsvinden tijdens de levenscyclus van T. brucei, waarbij we de vragen benadrukken die onbeantwoord blijven. Om het begrip van deze review door een niet-metabolisme-expert te vergemakkelijken, zullen we eerst de belangrijkste metabole routes samenvatten die aanwezig zijn in de meeste eukaryote cellen.

2. Basisprincipes van het eukaryote metabolisme 2.1. Meerdere koolstofbronnen voor energieproductie

Alle levende organismen gebruiken adenosinetrifosfaat (ATP) als intracellulaire energiebron. ATP wordt gegenereerd door het katabolisme (afbraak) van voedingsstoffen. De meest voorkomende voedingsstoffen of koolstofbronnen zijn koolhydraten (zoals glucose), vetzuren en aminozuren.

De meeste organismen halen energie uit de afbraak van glucose, door een proces dat bekend staat als glycolyse, een universele en evolutionair oude metabolische route, die glucose (6-koolstof) omzet in pyruvaat (3-koolstof). Onder aerobe omstandigheden kan pyruvaat verder worden afgebroken tot acetyl-co-enzym A (acetyl-CoA) (2-koolstof) en vervolgens tot koolstofdioxide (CO 2) via de tricarbonzuur (TCA) cyclus met de gelijktijdige productie van reducerende equivalentie (NADH en FADH 2) en GTP. Overdracht van elektronen van deze gereduceerde cofactoren naar zuurstof via een elektronentransportketen genereert een protonelektrochemische gradiënt over het mitochondriale binnenmembraan dat wordt gebruikt om ATP te genereren door een membraangebonden ATP-synthase, gezamenlijk een proces genaamd oxidatieve fosforylering (OXPHOS). De volledige oxidatie van elk glucosemolecuul leidt tot de productie van ongeveer 36 ATP-moleculen, wat aantoont hoe OXPHOS een zeer efficiënt mechanisme is voor het produceren van energie.

Bij afwezigheid van zuurstof kan het glycolyseproduct (pyruvaat of fosfoenolpyruvaat) door fermentatie verder worden gemetaboliseerd tot uitgescheiden eindproducten, zoals lactaat (bijvoorbeeld bij mensen tijdens het hardlopen) en ethanol (bijvoorbeeld in gist) in het cytoplasma , wat leidt tot de netto productie van twee ATP-moleculen per geconsumeerd molecuul glucose. Hoewel de flux door fermentatie erg hoog kan zijn, is de route energetisch inefficiënt in termen van ATP-productie. Bij afwezigheid van zuurstof gebruiken sommige micro-organismen nitraationen, sulfaationen en koolstofdioxide als uiteindelijke elektronenacceptoren, in een proces dat anaërobe ademhaling wordt genoemd. Het eindproduct van glycolyse kan bijvoorbeeld worden omgezet in acetyl-CoA, dat in de TCA-cyclus komt of wordt omgezet in acetaat. De elektronen worden vervolgens gedoneerd aan de uiteindelijke acceptor via de mitochondriale elektronentransportketen.

In veel organismen kunnen vetzuren worden afgebroken via β-oxidatie in de mitochondriën om opnieuw de 2-koolstofeenheid acetyl-CoA te genereren, die wordt gebruikt in de TCA-cyclus en OXPHOS. Vetzuur-oxidatie van een palmitaatmolecuul (een vetzuur met 16 koolstofatomen dat zeer overvloedig aanwezig is in adipocyten van zoogdieren) kan 106 ATP-moleculen genereren. De balans tussen het maken en afbreken van vetzuren is strak gereguleerd.

Aminozuren kunnen ook bijdragen aan de totale energieproductie door oxidatie tot ureum en CO 2. De eerste reactie is de verwijdering van de aminogroep door transaminasen. Terwijl de aminogroep de ureumcyclus binnengaat, gaan de ketozuurkoolstofskeletten typisch de TCA-cyclus in en voeden ze OXPHOS.

De relatieve hoeveelheden suikers, aminozuren en vetzuren samen met de beschikbaarheid van voldoende zuurstof om OXPHOS te gebruiken, beïnvloeden welke metabole routes bij voorkeur worden gebruikt om ATP te produceren. Het metabolische profiel van een cel is dus een gevolg van de gereguleerde expressie van route-specifieke eiwitten en geassocieerde transporters in reactie op extracellulaire voedings- en omgevingsomstandigheden 10 .

2.2. Metabolische aanpassingen bij eukaryoten

Leerboeken over metabolisme leggen uit dat in voedselrijke omstandigheden, model eencellige organismen die exponentiële groei ondergaan, vaak fermentatie gebruiken 11 . Prolifererende cellen in een meercellig organisme metaboliseren glucose ook voornamelijk door glycolyse, waarbij ethanol, lactaat of een ander organisch zuur zoals acetaat wordt uitgescheiden. Wanneer eencellige organismen geen voedingsstoffen meer hebben, schakelen ze over en vertrouwen ze voornamelijk op oxidatief metabolisme, net als terminaal gedifferentieerde cellen in een meercellig organisme. Het is geen verrassing dat er veel uitzonderingen zijn op deze algemene concepten, en zoals we hieronder (paragraaf 4) zullen beschrijven, is T. brucei een typisch voorbeeld van deze uitzonderingen.

Het metabolisme van cellen is een sterk gereguleerd proces dat wordt beïnvloed door tal van extracellulaire factoren. Gist gebruikt bijvoorbeeld glucose uit de omgeving als hun favoriete koolstofbron. Zelfs in aanwezigheid van zuurstof wordt glucose omgezet in uitgescheiden ethanol, met een lage opbrengst aan ATP-productie. Hoewel dit proces misschien verspillend lijkt, is het een zeer efficiënte manier om exponentiële groei te ondersteunen. Wanneer de glucosespiegels laag zijn, ondergaat gist een diauxische omschakeling naar een andere koolstofbron, ethanol, wat een wijziging van het mitochondriale metabolisme vereist. Door deze alternatieve koolstofbron te gebruiken, kunnen cellen blijven groeien en delen, maar met een aanzienlijk verminderde snelheid 12 .

Bij zoogdieren gebruiken de meeste niet-prolifererende gedifferentieerde cellen glycolyse en OXPHOS om ATP te genereren en glucose om te zetten in CO 2 en H 2O. De meeste prolifererende kankercellen zetten glucose echter om in pyruvaat en lactaat (3-koolstof), zelfs onder aerobe omstandigheden, een fenomeen dat bekend staat als het Warburg-effect, genoemd naar de ontdekker 11 , 13 . Hoewel dit fermentatie-achtige proces intrinsiek energetisch minder efficiënt is, gebruiken deze cellen veel hogere glycolysesnelheden om aan hun hogere metabolietvraag te voldoen, aangezien ze zich sneller delen. Door deze metabolische herprogrammering kunnen kankercellen snel de bouwstenen produceren en de totale biomassa verhogen voor een snellere voortplantingstijd 14 .

Grote metabole veranderingen vinden ook plaats wanneer immuuncellen worden geactiveerd en proliferatie initiëren. Wanneer T-cellen worden geactiveerd bij infectie of ontsteking, wordt genexpressie opnieuw geprogrammeerd, wat resulteert in snelle groei, proliferatie en de verwerving van nieuwe effectorfuncties. Effector-T-cellen zijn, net als kankercellen, afhankelijk van aerobe glycolyse wanneer ze zich vermenigvuldigen 11 . Daarentegen behouden T-cellen die bestemd zijn om geheugencellen te worden een oxidatief metabolisme, waardoor ze hun rust en een lang leven kunnen behouden. Regulerende T- (Treg)-cellen gebruiken voornamelijk OXPHOS voor ontwikkeling en overleving 15 , 16 , terwijl geactiveerde B-cellen een verhoogde glucoseopname en inductie van glycolyse vertonen 17 . Deze voorbeelden laten zien hoe kneedbaar metabolisme is, aangezien cellen reageren op omgevingsfactoren en signalen om nieuwe functies te verwerven.

3. Trypanosomen hebben ongebruikelijke stofwisselingskenmerken 3.1. Trypanosomen hebben een enkel mitochondrion en glycosomen

Trypanosomen worden gekenmerkt door de aanwezigheid van een dicht netwerk van cirkelvormige in elkaar grijpende ringen van mitochondriaal DNA, de kinetoplast genaamd, die zich in het grote, enkele mitochondrion van de cel bevinden. Het enkele mitochondrion in PF's heeft een sterk gedefinieerde vertakte structuur met schijfvormige cristae, terwijl in de B-LS-vormen het organel een minder goed ontwikkelde smalle buisvormige structuur is met een acristaatmorfologie die vergelijkbaar is met die van het promitochondrion van anaërobe gist 18 , 19 . T. brucei bevat ook peroxisoomachtige organellen, glycosomen genaamd, die de eerste zes (PF) of zeven (B-LS) glycolytische enzymen bevatten 3 . Omdat het glycosomale membraan ondoordringbaar is voor ATP, vindt er geen netto ATP-productie plaats in deze organellen. De netto ATP-productie uit glycolyse vindt dus plaats tijdens de cytoplasmatische stappen (Figuur 2).

Figuur 2. Meerdere routes om ATP te produceren in trypanosomen.

Katabolisme van de meest voorkomende koolstofbronnen in procyclische vorm gekweekt in glucosearme (A) of glucosebevattende (B) omstandigheden en in lange slanke vorm (C) in de bloedbaan. Uitgescheiden eindproducten van glucose- en proline-afbraak (pyruvaat, acetaat, succinaat en alanine) zijn onderstreept. Pijlen met verschillende diktes geven voorlopig de metabole flux bij elke enzymatische stap weer. In (B) is de richting van ADP/ATP-uitwisseling tussen het cytosol en het mitochondrion (stap 14) onbekend en wordt weergegeven door dubbele pijlen. Belangrijkste enzymatische stappen: 1a, glycosomaal fosfoglyceraatkinase 1b, cytosolisch fosfoglyceraatkinase 2, pyruvaatkinase 3, fosfoenolpyruvaatcarboxykinase 4, glycosomaal malaatdehydrogenase 5, cytosol-fumarase (voor vereenvoudiging wordt deze reactie in de 7, pyruvaatfosfaat dikinase 8, acetaat:succinaat co-enzym A-transferase, of ASCT 9, acetyl-co-enzym A thioesterase 10, succinyl-co-enzym A synthetase 11, trypanosoom alternatief oxidase 12, ademhalingsketen 13, F 0F 1-ATP-synthase 14, mitochondriale ADP/ATP-wisselaar. AcCoA, acetyl-co-enzym A DHAP, dihydroxyacetonfosfaat G3P, glyceraldehyde 3-fosfaat Gly3P, glycerol 3-fosfaat MAL, malaat PEP, fosfoenolpyruvaat PYR, pyruvaat SUC, succinaat.

Daarentegen kunnen ADP- en ATP-moleculen worden uitgewisseld tussen de cytosolische en mitochondriale compartimenten via de TbMCP5 mitochondriale ADP/ATP-wisselaar 20 . Deze uitwisselaar is vereist omdat oxidatieve fosforylering niet optreedt in B-LS en er dus geen ATP wordt gegenereerd in dit organel. Om de elektrochemische gradiënt van het mitochondriale proton over het mitochondriale membraan te behouden, werkt de F1F0-ATPase in de omgekeerde richting, waarbij ATP wordt gehydrolyseerd tot ADP (Figuur 2). Deze ongebruikelijke manier om een ​​mitochondriaal potentieel te genereren impliceert ook dat er een functionele fosfaat/H+-wisselaar aanwezig moet zijn.

Significante differentiële expressie van mitochondriale en glycosomale eiwitten vindt plaats tijdens de levenscyclus 21 . Inderdaad, tijdens de differentiatie van B-LS tot PF's, wordt de afbraak van glycosomen waarschijnlijk via autofagie versterkt en worden nieuwe glycosomen met verschillende enzymatische inhoud geproduceerd, zodat parasieten snel metabolisch worden aangepast aan de nieuwe gastheeromgeving 22 . In feite is de differentiële expressie van glycosomale en mitochondriale eiwitten een duidelijke indicator van het verschil in metabolische levensstijlen tussen de twee belangrijkste levenscyclusstadia van T. brucei.

3.2. Trypanosomen hebben specifieke routes en unieke enzymen

Kinetoplastida zijn van groot intrinsiek wetenschappelijk belang, aangezien ze zeer vroeg zijn afgeweken in vergelijking met de meeste bestudeerde eukaryote modellen (bijvoorbeeld gist, planten en dieren), waarop de fundamenten van de moleculaire, biochemische en cellulaire biologie zijn gebouwd. Cytochroomoxidase (COX) is het terminale oxidase van de elektronentransportketen van zoogdieren en is verantwoordelijk voor de reductie van zuurstof tot water. T. brucei bezit echter een extra plantaardig, niet-energiebesparend terminaal oxidase dat alternatieve oxidase (TAO) wordt genoemd. Inderdaad, B-LS-formulieren zijn uniek in die zin dat ze geen COX gebruiken, maar vertrouwen op TAO (stap 11 in figuur 2C). TAO wordt 100 keer meer tot expressie gebracht in B-LS dan in PF's en wordt dus beschouwd als een potentieel doelwit voor geneesmiddelen 23 .

Sphingolipiden zijn een klasse van lipiden die belangrijk zijn bij celherkenning en signaaloverdracht. Tot op heden is T. brucei het enige organisme waarvan bekend is dat het alle drie de soorten sfingolipiden (sfingomyeline, inositolfosfoceramide en ethanolamine-fosfoceramide) maakt. Deze lipiden worden gesynthetiseerd via vier sfingolipidesynthasen (SLS's) die worden gecodeerd door genen die in een tandemreeks zijn georganiseerd. De synthese van sfingolipiden wordt tijdens de ontwikkeling sterk gecontroleerd: een speciale inositolfosfoceramidesynthase (SLS1) wordt sterk opgereguleerd in B-SS-parasieten en wordt gehandhaafd in PF's 24 . Als gevolg van het feit dat er meer ceramide wordt gebruikt voor de synthese van inositolfosfoceramide, wordt de synthese van sfingomyeline verminderd, wat een verandering in de niveaus van fosfatidylinositolsoorten veroorzaakt.

4. Metabolische aanpassingen tijdens de levenscyclus van Trypanosoma brucei

De bloedbaan van een zoogdiergastheer is een zeer rijke omgeving, met 5 mM glucose, 95% tot 99% zuurstofverzadigingsniveaus en 0,6 tot 0,8 g/ml eiwitten, inclusief lipoproteïnen (low-density lipoproteïne en high-density lipoproteïne). Wanneer parasieten daarentegen tijdens een bloedmaaltijd door de tseetsee worden ingenomen, komen ze terecht in een glucosearme maar aminozuurrijke omgeving die heel anders is dan de bloedbaan van zoogdieren. Aangezien we deze groeiomstandigheden in vitro kunnen nabootsen, is de meeste van onze kennis over metabole veranderingen tijdens de levenscyclus van T. brucei afkomstig van de vergelijking tussen B-LS en PF's.

4.1. Aminozuren: een overvloedige koolstofbron in de middendarm van de vlieg

De middendarm van de tseetseevlieg heeft een temperatuur van ongeveer 28°C en een variabele pH en bevat nauwelijks glucose, maar is rijk aan aminozuren, zoals proline (ongeveer 100 μM) 9 . Het is algemeen aanvaard dat PF's in een glucosearme omgeving voornamelijk proline gebruiken voor hun energieproductie 25, 26 (Figuur 1), maar katabolisme van andere aminozuren, zoals threonine en leucine, wordt ook gebruikt 27, 28. Deze laatste aminozuren voeden de vetzuurbiosynthese en/of gaan de mevalonaatroute binnen om de bouwstenen te produceren om essentiële lipiden te genereren, waaronder isoprenoïden en sterolen. Proline wordt afgebroken in het mitochondrion en uit de cel uitgescheiden als het eindproduct alanine, met de productie van verschillende gereduceerde cofactoren, die opnieuw worden geoxideerd in de ademhalingsketen voor ATP-productie door OXPHOS (Figuur 2A). Als er echter glucose wordt geleverd, passen PF's hun metabolisme aan en produceren ze het grootste deel van hun ATP via glucoseafbraak (glycolyse), zelfs in de aanwezigheid van proline (Figuur 2B) 25, 29. Deze bevindingen benadrukken dat deze parasieten, net als de meeste andere eukaryoten, extreem flexibel zijn in het aanpassen van hun centrale metabolisme aan hun omgeving.

4.2. Glucose: verschillen in consumptiesnelheid en efficiëntie van ATP-productie

Tot dusver is de enige koolstofbron voor ATP-productie die is beschreven voor replicatieve bloedbaanparasieten glucose, dat wordt omgezet via glycolyse (Figuur 1 en Figuur 2C). In tegenstelling tot proliferatieve gist- en tumorcellen ondergaat B-LS op zich geen fermentatie. In feite, in plaats van te worden gemetaboliseerd en ethanol of lactaat te genereren, wordt het meeste pyruvaat in B-LS onmiddellijk uitgescheiden en wordt slechts ongeveer 1% gefermenteerd tot succinaat30, 31. Om het tijdens de glycolyse geproduceerde NADH terug te oxideren tot NAD+, verbruikt B-LS grote hoeveelheden zuurstof die fungeren als elektronenacceptor in een reactie die wordt gekatalyseerd door het ongebruikelijke TAO. Dit type glucosemetabolisme komt niet vaak voor en past niet in de leerboekkennis. Interessant is dat B-LS-cellen ook anaërobe omstandigheden tolereren waarin ze glucose omzetten in equimolaire hoeveelheden glycerol en pyruvaat, met een tweevoudige verlaging van de ATP-productiesnelheid.

Zoals hierboven vermeld, geven PF's, hoewel ze in vivo afhankelijk zijn van proline, de voorkeur aan glucose om ATP25 te produceren. Interessant is dat de snelheid van glucoseafbraak ongeveer 10 keer hoger is in B-LS dan in PF's 30, 32. Dit aanzienlijke verschil is waarschijnlijk te wijten aan metabole aanpassingen die door B-LS zijn ontwikkeld als reactie op een veel hogere ATP-vraag in vergelijking met PF's. Ten eerste repliceren B-LS sneller dan PF's (verdubbelingstijden van respectievelijk ongeveer 7 en ongeveer 12 uur), wat betekent dat B-LS theoretisch een 1,5-voudig hogere ATP-productie zou moeten vertonen. Ten tweede is het geschatte aantal geproduceerde ATP-moleculen per verbruikte glucose ongeveer twee keer lager in B-LS. Dit verschil wordt verklaard door de verschillende strategieën die door B-LS en PF's worden gebruikt om glucose af te breken tot uitgescheiden eindproducten, die voornamelijk pyruvaat in B-LS zijn (Figuur 2C) en acetaat plus succinaat in PF's (Figuur 2B) 33 . Inderdaad, aan het einde van de glycolyse zetten PF's pyruvaat om in acetaat en ATP door de acetaat:succinaat-CoA-transferase (ASCT)/succinyl-CoA-synthetasecyclus 34, 35. Deze route die verantwoordelijk is voor ongeveer 70% van de glycolytische flux in PF's wordt teruggebracht tot 5% in B-LS30. Bovendien verbeteren de glycosomale succinaatfermentatieroute (stappen 3𠄶 in figuur 2B), pyruvaatfosfaatdikinase (stap 7) en cytosolische lokalisatie van fosfoglyceraatkinase (stap 1b in figuur 2B) de snelheid van ATP-productie in het cytosol van PFs 29, 36.

Ten derde en waarschijnlijk de belangrijkste reden voor een hogere snelheid van glucoseafbraak in B-LS is dat sommige biologische processen meer ATP in B-LS vereisen in vergelijking met PF's. Dit is het geval bij endocytose, die in B-LS ten minste ongeveer 10 keer opgereguleerd is in vergelijking met PF's en andere trypanosomatiden 37, 38. De hoge endocytische activiteit die wordt waargenomen in B-LS is vereist voor snelle recycling van glycosylfosfatidylinositol (GPI)-verankerde variant oppervlakteglycoproteïne (VSG) aan het celoppervlak voor internalisatie en verwijdering van gebonden antilichamen, waardoor ontsnapping uit de immuunafweer van de gastheer wordt vergemakkelijkt, maar ook voor nutriënten. wegvangen van de zoogdiergastheer. Knockdown van actine resulteerde in een significante afname (>70%) in endocytische activiteit en klaring van anti-VSG-antilichamen door B-LS-vormen, maar had geen significante invloed op cellulaire ATP-niveaus 38, 39. Verrassend genoeg onthulde meting van de snelheden van pyruvaatproductie en zuurstofverbruik, onder omstandigheden die identiek zijn aan die gebruikt voor de ATP- en transferrine-opname-assays, een afname van ongeveer viervoudige in beide snelheden na een knockdown van 15 uur (DP Nolan, niet-gepubliceerde gegevens ). Hoewel de consumptie van glucose niet werd gemeten, suggereren deze gegevens dat membraantransport in de B-LS een significante extra ATP-vraag kan vertegenwoordigen in vergelijking met de PF's en zelfs nog verrassender dat de snelheid van ATP-gebruik ook de productiesnelheid ervan via glycolyse kan beïnvloeden . Het uitschakelen van actine leidde echter ook tot een snelle stopzetting van de celdeling en uiteindelijke celdood, dus de implicaties van deze voorlopige metabole onderzoeken zijn misschien niet zo eenvoudig.

Interessant is dat, hoewel B-SS in een glucoserijke omgeving leven, ze morfologische en genexpressieveranderingen ondergaan die consistent zijn met een voorbereiding om te overleven in de tseetsee-middendarmomgeving 7, 24 (Figuur 1). Deze aanpassingen omvatten ook een verhoogde gevoeligheid voor specifieke signalen uit de omgeving die de toegang tot de tseetseevliegvector signaleren, evenals resistentie tegen extracellulaire zure en proteolytische stress40, 41. Aangezien B-SS niet-proliferatief is en alleen voorkomt in pleomorfe stammen, is het moeilijker om grote en zuivere hoeveelheden van dit levenscyclusstadium in vitro te verkrijgen. Als gevolg hiervan is het metabolisme minder gekarakteriseerd. Desalniettemin weten we dat B-SS glucose consumeert en pyruvaat en intermediaire niveaus van acetaat produceert 42 , wat suggereert dat het metabolisme vooraf wordt aangepast aan de omstandigheden waarin procyclische vormen in de tseetsee-darm zullen leven. Transcriptomische studies hebben de neerwaartse regulatie bevestigd van verschillende genen die coderen voor componenten van de glycosomen en die betrokken zijn bij de opname en afbraak van glucose 24 . Genen die zijn opgereguleerd in B-SS omvatten TAO, fructose-2,6-bifosfatase, specifieke membraaneiwitten en specifieke lipide biosynthesische genen, waaronder TbSLS1 die betrokken zijn bij de synthese van inositolfosfoceramide. Verdere biochemische studies zullen nodig zijn om het B-SS-metabolisme te karakteriseren en beter te begrijpen.

4.3. Lipiden: inspelen op een grote vraag naar myristaat

In de bloedbaan kunnen trypanosomen extracellulair overleven in de zoogdiergastheer omdat ze zijn bedekt met een dichte homogene laag van GPI-verankerde VSG's. VSG-jassen worden periodiek uitgewisseld door een mechanisme van antigene variatie, waardoor parasieten worden beschermd tegen de aangeboren en adaptieve immuunresponsen van de gastheer 43 . In B-LS-vormen bevatten GPI-ankers uitsluitend twee myristaatmoleculen (14 koolstofvetzuur), maar myristaat is in zeer lage niveaus aanwezig in de bloedbaan van zoogdieren, wat niet aan de B-SL-vraag kon voldoen 44 . Zo werd aanvankelijk gedacht dat de novo synthese van myristaat plaatsvond via een type II prokaryotisch-achtig synthase 45, 46, maar deze synthese is niet voldoende voor de GPI-vereiste 47 . Daarom is ontdekt dat T. brucei vier microsomale elongasen gebruikt, met verschillende specificiteiten, om vetzuren stapsgewijs te synthetiseren 47 . Deze elongasen zijn verantwoordelijk voor het merendeel van de de novo vetzuursynthese in T. brucei. In bloedstroomvormen verklaart neerwaartse regulatie van de elongase 3 in de route (die C14 in C18 omzet) de hoge productie van myristaat die nodig is voor GPI-ankers.

Trindade et al. hebben aangetoond dat parasieten in vetweefsel en bloed op RNA-niveau heel verschillend zijn en dat veel genen die met het metabolisme zijn geassocieerd, differentieel tot expressie worden gebracht 6 . Met behulp van pulse-chase-experimenten met stabiel isotoop-gelabeld myristaat, toonden de auteurs aan dat de eerste drie enzymatische stappen van vetzuur-oxidatie actief waren in parasieten die het vetweefsel bezetten. In deze route wordt een vetzuurmolecuul omgezet in acetyl-CoA en een korter vetzuur. Het lot van elk van deze moleculen blijft onbekend. Het meest "klassieke" scenario zou zijn dat vetzuren verschillende cycli van oxidatie ondergaan, waarbij acetyl-CoA vrijkomt, dat in de TCA-cyclus zou kunnen komen, wat leidt tot de productie van NADH en FADH 2, wat zou kunnen resulteren in de productie van ATP door OXPHOS. Deze hypothese impliceert echter dat complexen III en IV van de ademhalingsketen actief zijn, en dit is tot dusver niet waargenomen in zoogdiervormen van T. brucei. Een alternatief scenario is dat de vetzuurketens (normaal, 16 koolstofpalmitaat) die vrijkomen door adipocyten worden verkort door β-oxidatie om een ​​anabool proces in te gaan om complexe lipiden te produceren. Het resulterende acetyl-CoA kan worden omgezet in acetaat en leiden tot de productie van één ATP-molecuul door de werking van het ASCT-enzym.

Tryponosoma cruzi infecteert ook adipocyten (gespecialiseerde cellen van vetweefsel) en kan opgeslagen lipiden consumeren 48 . Het is onduidelijk hoe T. brucei, een extracellulaire parasiet, toegang krijgt tot lipiden die zijn opgeslagen in adipocyten, die de grootste opslag van lipiden in een zoogdiergastheer vormen. In adipocyten kunnen de opgeslagen triglyceriden via lipolyse worden omgezet in vetzuren en glycerol, die uiteindelijk worden uitgescheiden. Tijdens een T. brucei-infectie verliezen dieren doorgaans gewicht en vertoont het serum hyperlipidemie 6, 49. We speculeren dat tijdens een T. brucei-infectie de lipolyse wordt verhoogd, wat leidt tot de afscheiding van vetzuren, die gemakkelijk kunnen worden opgenomen en gebruikt door parasieten.

5. Concluding remarks and future perspectives

Fields such as immunometabolism emerged because of the development of highly sensitive metabolomic approaches, including untargeted metabolomic analysis, stable isotope labelling, mass spectrometry, and nuclear magnetic resonance 50 – 52 . Researchers discovered that during immune cell activation, the levels of many metabolites undergo alterations and these changes are directly linked to immune cell effector functions. In a way, the life cycle of a pathogen is a series of irreversible differentiation steps, in which the cells adapt to a new environment to perform new functions. In addition, the use of modern metabolomics approaches has revealed that T. brucei uses an incomplete TCA cycle in PFs 53 and that proline has a different fate in PFs depending upon high- or low-glucose availability in the medium and has allowed the identification of the carbon and nitrogen sources of essential metabolites 53 – 56 .

However, much remains to be discovered. Some questions for the future are the following:

Besides the known glucose and proline transporters, what are the transporters of other essential nutrients?

What is the signalling cascade that coordinates metabolism remodelling? In most eukaryotes, two key kinases are involved in nutrient sensing: target of rapamycin protein (TOR) and AMP-activated kinase (AMPK). T. brucei , the eukaryote with the most complex network of TOR proteins described so far, is composed of four TOR proteins 57 , which are necessary for cell proliferation. Interestingly, knockdown of one of these proteins, TbTOR4, which appears to be kinetoplastid-specific, caused irreversible differentiation of the B-LS form into a quiescent form with properties very similar to those of the B-SS form, which suggested that TbTOR4 negatively regulates the slender-to-stumpy transition 58 . Activation of AMPK also triggers differentiation to the quiescent B-SS forms 59 . It is likely that some of these kinases are directly involved in remodelling metabolism during the T. brucei life cycle. It is interesting that changes in inositol metabolism lead to perturbations in VSG gene expression, suggesting that inositol metabolites are important for the control of this B-LS-specific process 60 .

What is the metabolism of other stages of the life cycle? With the possibility of generating in vitro multiple stages of tsetse life cycle by overexpressing RBP6 61 , it may be possible in the near future to understand metabolism of epimastigotes and metacyclics.

Do other trypanosome species undergo similar or different metabolic adaptations during their life cycle as they encounter different environments?

What is the metabolism of slender and stumpy forms when these occupy other tissues within the mammalian host? Trindade et al . have shown that at the RNA level, parasites in adipose tissue and blood are quite different and that many genes associated with metabolism are differentially expressed 6 . It will be important in the future, perhaps for drug development, to confirm these observations at protein and metabolite levels not only in visceral adipose tissue but also in the skin and importantly in the brain.

What are the consequences of a T. brucei infection in the host? Trypanosomiasis is characterised by decreased levels of aromatic amino acids, especially tryptophan, in the host and these levels are accompanied by the excretion of abnormal amounts of aromatic ketoacids, such as indole-3-pyruvate 62 . It was recently shown that B-LS generates indole-3-pyruvate by transamination of tryptophan and secretes significant amounts of this aromatic ketoacid. Indole-3-pyruvate appears to be able to modulate the host inflammatory responses, which may prolong host survival and thereby potentiate transmission of the parasite to the tsetse fly vector and ensure completion of the life cycle 62 . The roles of other secreted parasite metabolites that can possibly modify the host’s metabolism remain to be established.

How does the parasite metabolism change during the day? We have recently shown that, in T. brucei , many genes that encode for metabolic enzymes are circadianly regulated 63 . This cycling expression pattern leads to two peaks of intracellular ATP concentration, indicating that metabolism is indeed under circadian control. How is this control achieved? Which metabolic pathways are affected? Does this adaptation reflect the circadian variation of nutrients in the host?

The interplay between the host and pathogen and the influences upon their respective metabolisms is likely to be complex but is probably very significant since adaptation to nutrient availability is a major driving force during evolution. With the help of new and more sensitive biochemical and metabolic methodologies, it should be possible to use systems biology approaches to simultaneously characterise the metabolic changes undergone by parasites and host during an infection and within different tissues.


[article]

Lamour Thierry, Ulmer Philippe, Watier-Grillot Stéphanie, Ginesta Jacques. Trypanosomose dans un effectif de chiens militaires en Côte d’Ivoire Canine trypanosomiasis in military working dogs in Ivory Coast. In: Bulletin de l'Académie Vétérinaire de France tome 157 n°3, 2004. pp. 67-74.

Stier. Acad. Vét. France — 2004 -Tome 157 -N° 3 www. academie-veterinaire-france. fr 67 Trypanosomose dans un effectif de chiens militaires en Côte d’Ivoire

Canine trypanosomiasis in military working dogs in Ivory Coast

Par Thierry LAMOUR(1), Philippe ULMER(2), Stéphanie WATIER(3) et Jacques GINESTA(1)

(communication présentée le 17 juin 2004)

(1) Service vétérinaire du 132e Bataillon cynophile de l’armée de terre, 51601 Suippes Cedex. (2) Direction du service de santé en RTNE. BP 18, 57998 Metz armées. (3) École d’application du service de santé des armées, 1 Place A. Laveran, 75230 Paris cedex 05.


Toegangsopties

Krijg volledige toegang tot tijdschriften voor 1 jaar

Alle prijzen zijn NET prijzen.
De btw wordt later bij het afrekenen toegevoegd.
De belastingberekening wordt definitief tijdens het afrekenen.

Krijg beperkte of volledige toegang tot artikelen op ReadCube.

Alle prijzen zijn NET prijzen.


Anaemia Associated with Trypanosomes Infections in Cattle of West Gojjam Zone, Northwest Ethiopia

Achtergrond. African animal trypanosomosis is a major veterinary problem over a large area of the tsetse belt region of Africa. Anaemia is a cardinal sign of trypanosome infections. The mechanism of anaemia due to trypanosomosis is complex and multifactorial in origin. Packed cell volume (PCV) usually gives an indication of the anaemia and disease status of a trypanosome-infected animal. Methoden:. A cross-sectional study was conducted from December 2017 to January 2018 in West Gojjam zone, Northwest Ethiopia, to determine the trypanosome infections rate and the possible correlation between parasitic infection and anaemia using the dark ground buffy coat technique, Giemsa-stained thin blood smear, and PCV reading on a haematocrit reader. Resultaten. The overall trypanosomosis prevalence was 7.81%, 95% CI = 7.45–8.17. Trypanosoma congolense (4.25%) and T. vivax (3.56%) were the trypanosomes species identified in the studied area. PCV for all sampled cattle was analysed to estimate the degree of anaemia. From the total examined animals (N = 730), 356 (48.77%) were anaemic and 374 (51.23%) were nonanaemic. The mean PCV of parasitemic cattle was significantly lower (21.09%, 95% CI = 20.13–22.05) than that of aparasitemic ones (25.96%, 95% CI = 25.68–26.24). There was a positive association between trypanosome infection and anaemia. Although both trypanosome species are significantly associated with a decreased herd mean PCV (<24), the mean PCV of cattle infected with T. congolense (19.45%) was lower than that of infected with T. vivax (23.04%). The herd mean PCV was not significantly associated to locations, age, and sex of the studied animals. conclusies. The study confirms that the prevalence of trypanosomes infections and herd mean PCV has a significant association. The mean herd PCV can be a useful cheap tool to screen for possible trypanosome infection. However, there were cattle positive for trypanosomes having mean PCV within the reference interval and negative animals with anaemia. Furthermore, PCV reading should be confirmed by other diagnostic techniques to accurately conclude that trypanosomosis is the only cause of anaemia.

1. Inleiding

African animal trypanosomosis is a major veterinary problem over a large area of the tsetse belt region of Africa. It is a chronically debilitating protozoan disease of livestock, which is of great economic importance in sub-Saharan Africa. Six trypanosomes species were reported in Ethiopia, although the vascular trypanosomes T. congolense en T. vivax are the most pathogenic, economically very important, and widely distributed in the country [1, 2].

The trypanosomes that cause this disease are extracellular protozoan parasites that have developed efficient immune escape mechanisms to manipulate the entire host immune response to allow parasite survival and transmission. Anaemia is a cardinal sign of trypanosome infections [3]. The mechanism of anaemia due to trypanosomosis is complex and multifactorial in origin [4]. The rate at which anaemia develops is influenced by energy intakes and protein gain [5].

The interplay of several factors acting either individually or synergistically contributes to the development of haemolytic anaemia in human and animal trypanosomosis. Most common among these factors are increased intravascular red blood cells destruction caused by lashing action of trypanosome flagella, undulating pyrexia, platelet aggregation, toxins and metabolites from trypanosomes, lipid peroxidation, and malnutrition. Meanwhile, idiopathic serum and tumour necrosing factors are responsible for dyserythropoieses [6].

PCV usually gives an indication of the anaemia and disease status of a trypanosome-infected animal and is correlated with animal production and reproduction performance. Reports indicated that the prevalence of trypanosome infections and herd mean PCV has a relationship. PCV is expected to decrease with the increasing prevalence of trypanosomosis. Hence, the relationship between the prevalence of trypanosomes infections and herd mean PCV could be a useful tool in the management of trypanosomosis and planning of its control. However, this relationship has not been quantified in Northwest Ethiopia, specifically West Gojjam zone. Therefore, this study aimed at determining the relationship between trypanosomes infection rates and occurrence of anaemia and estimating the prevalence of bovine trypanosomosis in West Gojjam zone, Northwest Ethiopia.

2. Methoden:

2.1. Study Area Description

West Gojjam zone is bordered on the south by the Abay River, which separates it from Oromia and Benishangul Gumuz regions, on the west by Awi zone, on the northwest by Northern Gondar, on the north by Lake Tana and the Abay River that separates it from South Gondar, and on the east by East Gojjam. The study was conducted in Debub Achefer and Semen Achefer (Figure 1). The area of the zone is 13,312 square kilometres.

The climate of the area is tropical. The annual mean temperature in West Gojjam ranges 12.9–29.5°C. The area is characterized by a mixed type of farming systems. The climate alternates with long summer rainfall (June–September) and winter dry season (October–May) with mean annual rainfall [7]. The mean annual rainfall in the West Gojjam is 1352.9 millilitres. The cattle in the study areas are local indigenous zebu breed that are kept under traditional extensive husbandry systems with communal herding.

2.2. Study Design and Sampling Methods

A cross-sectional study was conducted from December 2017 to January 2018 to determine the relationship between trypanosomes infection rates and occurrence of anaemia and to estimate the prevalence of bovine trypanosomosis in West Gojjam zone, Northwest Ethiopia. Two districts, Debub Achefer and Semen Achefer, were purposively selected based on farmers’ complaints of trypanosomosis problems. Then, the study sites were selected based on the accessibility of roads and the availability of sampling animals. Simple random sampling was employed to select individual study animals. The age of study animals was estimated based on dentition techniques given by De Lahunte and Habel [8] and information from owners. The sample size was determined considering 50% expected prevalence and 5% absolute desired precision at 95% confidence level based on the formula given by Thrusfield [9]. Accordingly, 384 study animals were needed however, the sample from 730 cattle were collected, processed, and examined.

2.3. Blood Sampling and Examination

Paired blood samples were collected by puncturing the marginal ear vein of each animal into heparinized microhaematocrit capillary tubes (Deltalab SL, Barcelona, Spain). After sealing one end of capillary tubes with crystal sealant (Hawksley Ltd., Lancing, United Kingdom (UK)), samples were centrifuged using a microhematocrit centrifuge (Hawksley and Sons, UK) at 12000 revolutions per minute for 5 minutes. Anaemia was estimated by measuring PCV using the haematocrit reader. Animals with PCV less than 24% were considered anaemic, and the mean PCV between 24% and 48% was considered as normal threshold [10–12]. The contents of the capillary tubes including about 1 mm above and below the buffy coat were smeared on microscopic slides, covered with 22 ×× 22 cover slips, and examined under a ×40 objective of microscope using a dark ground buffy coat technique to detect the presence of motile trypanosomes. For positive samples, Giemsa stain of thin blood smears were made, fixed with methanol for 5 minutes, and examined under oil immersion using ×100 objective to identify the species of trypanosomes based on morphological characteristics [13].

2.4. Gegevensanalyse

All statistical analyses were performed using STATA software version 12 (Stata Corporation, Texas, USA). The prevalence was calculated for all data as the number of infected individuals divided by the number of individuals examined and multiplied by 100. The association between trypanosome infection and anaemia (PCV <24%) was assessed by the chi-square test. The associations between the prevalence of trypanosomosis and associated risk factors such as districts, age groups, and sexes were assessed by the chi-square (χ 2 ) test, whereas the t-test (two-group mean comparison test) was used to assess the difference in the mean PCV between trypanosome positive and negative animals, the trypanosome species, sex, and age groups. A statistically significant association between variables was said to exist if the

value is <0.05 at 95% confidence level.

3. Resultaten

3.1. Parasitological Findings

The overall trypanosomosis prevalence was 7.81% and 95% CI = 7.45–8.17, in the studied area. Trypanosome infection was not associated with geographical district, age, or sex of the animals (Table 1).

3.2. Haematological Findings

The mean PCV of all examined cattle was 25.58 ± 3.95. The mean PCV in trypanosome positive (21.09%) and negative (25.96%) was significantly different (Table 2).

DF, 728 DF, degree of freedom.

From the total N = 730 examined animals, 356 (48.77%) had a mean PCV below the reference interval (PCV <24%) and 374 (51.23%) had a mean PCV within the reference interval (24–48%) the infection was significantly associated with the anaemic state (Table 3). The mean PCV of cattle infected with T. congolense is lower than T. vivax. No difference in the PCV value was detected between male and female cattle and between young and adult cattle (Table 4).

4. Discussie

The study was conducted from December 2017 to January 2018 in West Gojjam zone, Northwest Ethiopia. The overall prevalence of bovine trypanosomosis in the studied area was 7.81% and 95% CI = 7.45–8.17. This value was in line with the reports of Abebe et al. [14] who reported trypanosome prevalence of 7.80% in Omo-Ghibe tsetse fly belt, South Ethiopia, and Tafese et al. [15] in East Wollega zone who reported trypanosomosis prevalence of 8.50%. The result of the current study was lower than a range of studies conducted previously in Ethiopia. Mekuria and Gadissa [16] reported 12.41% trypanosomosis prevalence in Metekel and Awi zones of Northwest Ethiopia and Afework et al. [17] in Metekel district reported 17.20%. Such variations may exist because of differences in agroclimates, distributions and density of vectors, season, and vectors control applications that may hinder the epidemiology of trypanosomosis.

Twee Trypanosoma species, namely, T. congolense en T. vivax were identified in the studied area. These two trypanosomes species were also reported by Denbarga et al. [18] in the same studied area. Duguma et al. [19] and Cherinet et al. [20] also showed that these two trypanosomes species were encountered frequently in the country. T. congolense infection (4.25%) was higher than that of T. vivax (3.56%). This could be because the capacity of tsetse fly is probably more efficient in transmitting T. congolense dan T. vivax [21]. Trypanosomosis prevalence was not significantly associated to districts, age, and sex of animals, which is in line with the report of Lelisa et al. [22] in West Ethiopia. Mulaw et al. [23] also described that there was no significant variation in trypanosomosis prevalence between sex and study sites in Northwest Ethiopia.

The mean PCV in trypanosome positive and negative cattle was 21.09 and 25.96%, respectively. Similar values were reported by different authors. Biyazen et al. [24] reported a mean PCV value of 22.36 and 27.86% in parasitaemic and aparasitaemic animals, respectively, in Western Ethiopia. Dagnachew et al. [25] reported mean 24.29% in trypanosome positive and 27.46% in Northwest Ethiopia. Desta et al. [26] also reported a mean PCV of 22.96% and 25.46% in trypanosome positive and negative, respectively. Degneh et al. [27] reported a mean PCV of 20.48% and 25.77% in positive and negative cattle. Waisma and Katunguka-Rwakishaya [28] reported 22.3% and 29.0% mean PCV in positive and negative cattle, respectively, in southwestern Uganda.

The mean PCV value in trypanosome-infected cattle was significantly lower than in the noninfected cattle population. Furthermore, as the development of anaemia is one of the cardinal signs of trypanosomosis [29], PCV decrease with the increasing prevalence of trypanosomosis is expected. The intensity of anaemia evidenced by declining PVC values was reported to be an indicator of the severity of trypanosomosis and correlates with the loss of production performance in susceptible or infected animals [6, 30–34].

However, there were anaemic cattle that were not infected with trypanosomes that would be due to clearance of the parasites from circulation with trypanocidal drugs and inadequacy of detection methods used (dark ground buffy coat technique). In addition, other factors, alone or in combinations, may induce anaemia in absence of trypanosomosis. Fasciolosis and gastrointestinal parasites that cause haemorrhagic anaemia, blood parasites [35, 36], and other diseases that cause erythrocyte haemolysis or specific nutritional deficiencies [37] may result in occurrence of anaemia.

The occurrence of positive animals with PCV of greater than 24% might be as a result of recent infection and may be due to animals that tolerated parasitaemia without showing anaemia [38]. There was no previous report on the multifactorial anaemia in the studied area, and their contribution cannot be ruled out. The current study indicated that PCV alone could not be utilized as a tool to diagnose trypanosomosis and agreed with the findings of Coetzer et al. [39] and Van den Bossche and Rowlands [40] who indicated measuring PCV could be not a confirmatory for diagnosis of trypanosomosis.

Beide T. congolense en T. vivax were associated with lower PCV. Awa and Ndamkou [41] also showed that the mean PCV value was significantly affected by both T. congolense en T. vivax. PCV was significantly affected by trypanosome species. Cattle infected with T. congolense had a mean PCV lower than that infected with T. vivax. Sekini et al. [42] indicated that T. congolense is more pathogenic than T. vivax and cause severe parasitaemia and anaemia. In contrast to this finding, Achukwi and Musongong [43] showed that PCV is not affected by trypanosome species.

The occurrence of anaemia between the districts, age, and sex groups was not significant. This finding was in agreement with the report that revealed Ethiopian cattle breed of any sex and age did not show a significant difference in anaemia prevalence [44].

5. Conclusies

The prevalence of bovine trypanosomosis was 7.18%. Trypanosome infection and the anaemic state has a significant association Nevertheless, since there were animals that were positive for trypanosomes having mean PCV within the normal threshold and negative animals with anaemia, measuring PCV alone cannot be a confirmatory for diagnosis of trypanosomosis.

Beschikbaarheid van data

The datasets that support the findings of this study are available from the corresponding author upon request.

Ethische goedkeuring

The National Institute for the Control and Eradication of Tsetse Fly and Trypanosomosis, Ministry of Agriculture, Ethiopia, authorized the fieldwork.

Toestemming

The purpose of the study was clearly explained to the cattle owners` and veterinary officers and informed consents were obtained through verbal consent from Institute Technique Committee.

Belangenverstrengeling

The authors declare that they no conflicts of interest.

Bijdragen van auteurs

Both Kumela Lelisa and Behablom Meharenet contributed equally to this work.

Referenties

  1. B. Stijlemans, P. De Baetselier, S. Magez, J. A. Van Ginderachter, and C. De Trez, “African trypanosomiasis-associated anemia: the contribution of the interplay between parasites and the mononuclear phagocyte system,” Frontiers in Immunology, vol. 9, p. 218, 2018. View at: Publisher Site | Google geleerde
  2. G. J. Losos and B. O. Ikede, “Review of pathology of diseases in domestic and laboratory animals caused by Trypanosoma congolense, T. vivax, T. brucei, T. rhodesiense and T. gambiense,” Veterinary Pathology, vol. 9, nee. 1_suppl, pp. 1–79, 1972. View at: Publisher Site | Google geleerde
  3. P. H. Holmes, E. Katunguka-Rwakishaya, J. J. Bennison, G. J. Wassink, and J. J. Parkins, “Impact of nutrition on the pathophysiology of bovine trypanosomiasis,” Parasitologie, vol. 120, nee. 7, pp. 73–85, 2000. View at: Publisher Site | Google geleerde
  4. J. Naessens, H. Kitani, Y. Nakamura, Y. Yagi, K. Sekikawa, and F. Iraqi, “TNF-alpha mediates the development of anaemia in a murine Trypanosoma brucei rhodesiense infection, but not the anaemia associated with a murineTrypanosoma congolense infection,” Clinical and Experimental Immunology, vol. 139, no. 3, pp. 405–410, 2005. View at: Publisher Site | Google geleerde
  5. J. Cnops, C. De Trez, B. Stijlemans et al., “NK-, NKT-and CD8-derived IFNγ drives myeloid cell activation and erythrophagocytosis, resulting in trypanosomosis-associated acute anemia,” PLoS-pathogenen, vol. 11, nee. 6, Article ID e1004964, 2015. View at: Publisher Site | Google geleerde
  6. O. O. Akinbamijo, J. J. Bennison, J. Jaitner, and L. Dempfle, “Haematological changes in N'Dama and Gobra Zebu bulls during Trypanosoma congolense infection maintained under a controlled feeding regimen,” Acta Tropica, vol. 69, no. 3, pp. 181–192, 1998. View at: Publisher Site | Google geleerde
  7. L. Tadesse, K. V. Suryabhagavan, G. Sridhar, and G. Legesse, “Land use and land cover changes and soil erosion in yezat watershed, north western Ethiopia,” International Soil and Water Conservation Research, vol. 5, nee. 2, pp. 85–94, 2017. View at: Publisher Site | Google geleerde
  8. A. D. Lahunta and R. E. Habel, Applied Veterinary Anatomy, WB Saunders, Philadelphia, PA, USA, 1986.
  9. M. Thrusfield and R. Christley, Veterinary Epidemiology, Wiley Online Library, Hoboken, NJ, USA, 9600 ed edition, 2005.
  10. G. d'Ieteren and K. Kimani, “Indigenous genetic resources: a sustainable and environmentally friendly option for livestock production in areas at risk from trypanosomes,” Science in Africa, vol. 1, 2001. View at: Google Scholar
  11. A. M. Erkelens, R. H. Dwinger, B. Bedane, J. H. W. Slingenbergh, and W. Wint, “Selection of priority areas for tsetse control in Africa a decision tool using GIS in Didessa Valley, Ethiopia, as a pilot study,” in Animal Trypanosomosis: Diagnosis and Epidemiology. Results of a FAO/IAEA Co-Ordinated Research Programme on the Use of Immunoassay Methods for Improved Diagnosis of Trypanosomosis and Monitoring Tsetse and Trypanosomosis Control Programmes, International Atomic Energy Agency, Vienna, Austria, 2000. View at: Google Scholar
  12. A. Kessell, “Bovine haematology and biochemistry,” in Bovine Medicine, pp. 146–160, John Wiley & Sons, Ltd, Hoboken, NJ, USA, 2015. View at: Publisher Site | Google geleerde
  13. M. Murray, P. K. Murray, and W. I. M. McIntyre, “An improved parasitological technique for the diagnosis of African trypanosomiasis,” Transactions of the Royal Society of Tropical Medicine and Hygiene, vol. 71, nee. 4, pp. 325-326, 1977. View at: Publisher Site | Google geleerde
  14. R. Abebe, S. Gute, and I. Simon, “Bovine trypanosomosis and vector density in Omo-Ghibe tsetse belt, South Ethiopia,” Acta Tropica, vol. 167, pp. 79–85, 2017. View at: Publisher Site | Google geleerde
  15. W. Tafese, A. Melaku, and T. Fentahun, “Prevalence of bovine trypanosomosis and its vectors in two districts of East Wollega Zone, Ethiopia,” Onderstepoort Journal of Veterinary Research, vol. 79, no. 1, pp. 1–4, 2012. View at: Publisher Site | Google geleerde
  16. S. Mekuria and F. Gadissa, “Survey on bovine trypanosomosis and its vector in Metekel and Awi zones of Northwest Ethiopia,” Acta Tropica, vol. 117, nee. 2, pp. 146–151, 2011. View at: Publisher Site | Google geleerde
  17. Y. Afewerk, P.-H. Clausen, G. Abebe, G. Tilahun, and D. Mehlitz, “Multiple-drug resistant Trypanosoma congolense populations in village cattle of Metekel district, north-west Ethiopia,” Acta Tropica, vol. 76, nee. 3, pp. 231–238, 2000. View at: Publisher Site | Google geleerde
  18. Y. Denbarga, O. Ando, and R. Abebe, “Trypanosoma species causing bovine trypanosomosis in south Achefer District, Northern Ethiopia,” Journal of Veterinary Advance, vol. 2, nee. 2, pp. 108–113, 2012. View at: Google Scholar
  19. R. Duguma, S. Tasew, A. Olani et al., “Spatial distribution of glossina sp. and trypanosoma sp. in south-western Ethiopia,” Parasieten en vectoren, vol. 8, nee. 1, blz. 430, 2015. View at: Publisher Site | Google geleerde
  20. T. Cherenet, R. A. Sani, N. Speybroeck, J. M. Panandam, S. Nadzr, and P. Van den Bossche, “A comparative longitudinal study of bovine trypanosomiasis in tsetse-free and tsetse-infested zones of the Amhara Region, northwest Ethiopia,” Veterinary Parasitology, vol. 140, nee. 3-4, pp. 251–258, 2006. View at: Publisher Site | Google geleerde
  21. S. Leta, G. Alemayehu, Z. Seyoum, and M. Bezie, “Prevalence of bovine trypanosomosis in Ethiopia: a meta-analysis,” Parasites and Vectors, vol. 9, nee. 1, blz. 139, 2016. View at: Publisher Site | Google geleerde
  22. K. Lelisa, S. Shimeles, J. Bekele, and D. Sheferaw, “Bovine trypanosomosis and its fly vectors in three selected settlement areas of Hawa-Gelan district, Western Ethiopia,” Onderstepoort Journal of Veterinary Research, vol. 81, nee. 1, pp. 1–5, 2014. View at: Publisher Site | Google geleerde
  23. S. Mulaw, M. Addis, and A. Fromsa, “Study on the prevalence of major trypanosomes affecting bovine in tsetse infested Asosa District of Benishangul Gumuz Regional State, Western Ethiopia,” Global Veterinaria, vol. 7, no. 4, pp. 330–336, 2011. View at: Google Scholar
  24. H. Biyazen, R. Duguma, and M. Asaye, “Trypanosomosis, its risk factors, and anaemia in cattle population of Dale Wabera District of Kellem Wollega Zone, Western Ethiopia,” Journal of Veterinary Medicine, vol. 2014, Article ID 374191, 6 pages, 2014. View at: Publisher Site | Google geleerde
  25. S. Dagnachew, H. Girma, and G. Abebe, “A cross-sectional study on bovine trypanosomosis in Jawi district of Amhara Region, Northwest Ethiopia,” Ethiopian Veterinary Journal, vol. 15, 2011. View at: Publisher Site | Google geleerde
  26. M. Desta, D. Beyene, and S. Haile, “Trypanosome infection rate of Glossina pallidipes and trypanosomosis prevalence in cattle in Amaro Special District of Southern Ethiopia,” Journal of Veterinary Medicine and Animal Health, vol. 5, nee. 6, pp. 164–170, 2013. View at: Google Scholar
  27. E. Degneh, W. Shibeshi, G. Terefe, K. Asres, and H. Ashenafi, “Bovine trypanosomosis: changes in parasitemia and packed cell volume in dry and wet seasons at Gidami District, Oromia Regional State, Western Ethiopia,” Acta Veterinaria Scandinavica, vol. 59, nee. 1, pp. 1–8, 2017. View at: Publisher Site | Google geleerde
  28. C. Waiswa and E. Katunguka-Rwakishaya, “Bovine trypanosomiasis in south-western Uganda: packed-cell volumes and prevalences of infection in the cattle,” Annals of Tropical Medicine & Parasitology, vol. 98, nee. 1, pp. 21–27, 2004. View at: Publisher Site | Google geleerde
  29. T. Marcotty, H. Simukoko, D. Berkvens, J. Vercruysse, N. Praet, and P. Van den Bossche, “Evaluating the use of packed cell volume as an indicator of trypanosomal infections in cattle in eastern Zambia,” Preventive Veterinary Medicine, vol. 87, no. 3-4, pp. 288–300, 2008. View at: Publisher Site | Google geleerde
  30. S. Tasew and R. Duguma, “Cattle anaemia and trypanosomiasis in western Oromia State, Ethiopia,” Revue de Médecine Vétérinaire, vol. 163, no. 12, pp. 581–588, 2012. View at: Google Scholar
  31. M. Murray and T. M. Dexter, “Anaemia in bovine African trypanosomiasis. a review,” Acta Tropica, vol. 45, pp. 389–432, 1988. View at: Google Scholar
  32. C. C. Ohaeri and M. C. Eluwa, “Abnormal biochemical and haematological indices in trypanosomiasis as a threat to herd production,” Veterinary Parasitology, vol. 177, no. 3-4, pp. 199–202, 2011. View at: Publisher Site | Google geleerde
  33. J. C. M. Trail, G. D. M. d'Ieteren, A. Feron, O. Kakiese, M. Mulungo, and M. Pelo, “Effect of trypanosome infection, control of parasitaemia and control of anaemia development on productivity of N'Dama cattle,” Acta Tropica, vol. 48, nee. 1, pp. 37–45, 1990. View at: Publisher Site | Google geleerde
  34. J. C. Trail, G. D. d'Ieteren, M. Murray et al., “Measurement of trypanotolerance criteria and their effect on reproductive performance of N'Dama cattle,” Veterinary Parasitology, vol. 45, nee. 3-4, pp. 241–255, 1993. View at: Publisher Site | Google geleerde
  35. T. Sitotaw, F. Regassa, F. Zeru, and A. G. Kahsay, “Epidemiological significance of major hemoparasites of ruminants in and around Debre-Zeit, Central Ethiopia,” Journal of Parasitology and Vector Biology, vol. 6, nee. 2, pp. 16–22, 2014. View at: Google Scholar
  36. J. W. Magona and J. S. P. Mayende, “Occurrence of concurrent trypanosomosis, theileriosis, anaplasmosls and helminthosis in Friesian, Zebu and Sahiwal cattle in Uganda,” Onderstepoort Journal of Veterinary Research, vol. 69, no. 2, pp. 133–140, 2002. View at: Google Scholar
  37. O. M. Radostitis, C. C. Gay, K. W. Hinchcliff, and P. Contable, Veterinary Medicine: A Textbook of the Diseases of Cattle, Horses, Pigs, Sheep and Goat, Elsevier Saunders, Philadelphia, PA, USA, 2007.
  38. G. J. Rowlands, W. Mulatu, S. M. Nagda, and G. D. M. d'Ieteren, “Variations in packed red cell volume and trypanosome prevalence and relationships with reproductive traits in East African Zebu cows exposed to drug-resistant trypanosomes,” Acta Tropica, vol. 59, nee. 2, pp. 105–116, 1995. View at: Publisher Site | Google geleerde
  39. J. A. W. Coetzer, G. R. Thomson, and R. C. Tustin, “Infectious diseases of livestock with special reference to Southern Africa,” Journal of the South African Veterinary Association, vol. 66, nee. 2, p. 106, 1995. View at: Google Scholar
  40. P. Van den Bossche and G. J. Rowlands, “The relationship between the parasitological prevalence of trypanosomal infections in cattle and herd average packed cell volume,” Acta Tropica, vol. 78, nee. 2, pp. 163–170, 2001. View at: Publisher Site | Google geleerde
  41. D. N. Awa and C. N. Ndamkou, “Response of Trypanosoma vivax and Trypanosoma congolense in zebu cattle in North Cameroon to prophylactic treatment with two formulations of isometamidium,” Preventive Veterinary Medicine, vol. 76, nee. 1-2, pp. 90–96, 2006. View at: Publisher Site | Google geleerde
  42. V. O. Sekoni, D. I. Saror, C. O. Njoku, J. Kumi-Diaka, and G. I. Opaluwa, “Comparative haematological changes following Trypanosoma vivax and T. congolense infections in Zebu bulls,” Veterinary Parasitology, vol. 35, nee. 1-2, pp. 11–19, 1990. View at: Publisher Site | Google geleerde
  43. M. D. Achukwi and G. A. Musongong, “Trypanosomosis in the Doayo/Namchi (bos Taurus) and zebu white fulani (bos indicus) cattle in faro division, north Cameroon,” Journal of Applied Biosciences, vol. 15, pp. 807–814, 2009. View at: Google Scholar
  44. J. Stein, “Trypanotolerance and phenotypic characteristics of four Ethiopian cattle breeds,” Acta Universitatis Agriculturae Sueciae, Uppsala, Sweden, 2011, Ph.D. thesis. Bekijk op: Google Scholar

Auteursrechten

Copyright © 2021 Kumela Lelisa and Behablom Meharenet. Dit is een open access-artikel dat wordt gedistribueerd onder de Creative Commons Attribution-licentie, die onbeperkt gebruik, distributie en reproductie in elk medium toestaat, op voorwaarde dat het originele werk correct wordt geciteerd.