Corso di Zoologia - A.A. 2008-09 PROTOZOI Prof. Gianluca Polese Università degli Studi di Napoli Dipartimento di Biologia Strutturale ed Applicata Via Cinthia, MSA, 80126 Napoli E-mail: [email protected] Origine dal greco: prôtos = primo + zôion = animale Scoperti nel 1675 da Anthony Van Leeuwenhoek Anthony Van Leeuwenhoek (1632-1723) Scoprì tra il 1675 e il 1680 un mondo totalmente nuovo, quello dei protozoi. Successivamente descrisse i batteri e gli spermatozoi. Origine dal greco: prôtos = primo + zôion = animale Scoperti nel 1675 da Anthony Van Leeuwenhoek 35000 specie note, ma le stime sono approssimative I protozoi (regno Protisti) corrispondono al 2-3% rispetto al numero totale delle specie animali note. Arthropoda Mollusca Chordata Platyhelminthes Nematoda Annelida Porifera Echinodermata Other Other protozoans Apicomplexa Ciliophora Origine dal greco: prôtos = primo + zôion = animale Scoperti nel 1675 da Anthony Van Leeuwenhoek 35000 specie note, ma le stime sono approssimative Dimensioni variabili da pochi µm degli sporozoi parassiti a 3 mm in Spirostomum (ciliato d’aspetto vermiforme); i nummuliti fossili avevano gusci anche di 17 cm. In maggioranza tra 30 e 300 µm Il genere Spirostomum comprende i più grandi protozoi noti viventi. Possono raggiungere le dimensioni di 3 mm (3000 µm) e sono specie che conducono vita libera. I nummuliti (foraminiferi bentonici) sono i protozoi più grandi noti, potevano raggiungere le considerevoli dimensioni di 17 cm. Origine dal greco: prôtos = primo + zôion = animale Scoperti nel 1675 da Anthony Van Leeuwenhoek 35000 specie note, ma le stime sono approssimative Dimensioni variabili da pochi µm degli sporozoi parassiti a 3 mm in Spirostomum (ciliato d’aspetto vermiforme); i nummuliti fossili avevano gusci anche di 17 cm. In maggioranza tra 30 e 300 µm Unicellulari. Cellula eucariota complessa. Classificati tra i PROTISTI (prôtistos = primissimo). Gli organuli cellulari sono da considerare analoghi agli organi degli animali La diversità dei Protozoi deriva principalmente specializzazioni nelle membrane e negli organuli cellulari Simmetria varia: asimmetrici, sferica, raggiata o bilaterale dalle Diagnostica Organismi eucarioti unicellulari (rar. coloniali) Talvolta gusci di rivestimento Organismi rappresentativi Amebe, parameci, euglene, dinoflagellati, plasmodi della malaria, toxoplasma. La classificazione è difficile ed incerta, per cui tratteremo solo alcuni gruppi senza fare riferimento alla categoria tassonomica • Sarcodici Sarcodici: corpo di forma variabile e movimenti ameboidi Es. amebe, tecamebe, foraminiferi, radiolari e eliozoi • Flagellati • Ciliati • Apicomplexa o Sporozoi I sarcodici sono caratterizzati da una forma variabile e da movimenti ameboidi; spesso presentano gusci di rivestimento. La classificazione è difficile ed incerta, per cui tratteremo solo alcuni gruppi senza fare riferimento alla categoria tassonomica • Sarcodici Sarcodici: corpo di forma variabile e movimenti ameboidi Es. amebe, tecamebe, foraminiferi, radiolari e eliozoi • Flagellati Flagellati: presenza di flagello come organo locomotorio. Es. Euglena, Trypanosoma, Volvox • Ciliati • Apicomplexa o Sporozoi I flagellati sono caratterizzati dalla presenza di flagelli come organi locomotori. La classificazione è difficile ed incerta, per cui tratteremo solo alcuni gruppi senza fare riferimento alla categoria tassonomica • Sarcodici Sarcodici: corpo di forma variabile e movimenti ameboidi Es. amebe, tecamebe, foraminiferi, radiolari e eliozoi • Flagellati Flagellati: presenza di flagello come organo locomotorio. Es. Euglena, Trypanosoma, Volvox • Ciliati Ciliati: ciglia come organo locomotorio. Es. Paramecium, Vorticella • Apicomplexa o Sporozoi I ciliati sono caratterizzati dalla presenza di ciglia come organi locomotori o per creare un flusso d’acqua verso il citostoma. La classificazione è difficile ed incerta, per cui tratteremo solo alcuni gruppi senza fare riferimento alla categoria tassonomica • Sarcodici Sarcodici: corpo di forma variabile e movimenti ameboidi Es. amebe, tecamebe, foraminiferi, radiolari e eliozoi • Flagellati Flagellati: presenza di flagello come organo locomotorio. Es. Euglena, Trypanosoma, Volvox • Ciliati Ciliati: ciglia come organo locomotorio. Es. Paramecium, Vorticella • Apicomplexa o Sporozoi Sporozoi: presenza di un organo apicale. Es. Plasmodium, Toxoplasma Toxoplasma Cisti nel cuore Plasmodium nei globuli rossi Gli sporozoi sono protozoi parassiti di ridotte dimensioni, caratterizzati dalla presenza di un particolare organo apicale (non visibile a questi ingrandimenti). La classificazione è difficile ed incerta, per cui tratteremo solo alcuni gruppi senza fare riferimento alla categoria tassonomica • Sarcodici Sarcodici: corpo di forma variabile e movimenti ameboidi Es. amebe, tecamebe, foraminiferi, radiolari e eliozoi • Flagellati Flagellati: presenza di flagello come organo locomotorio. Es. Euglena, Trypanosoma, Volvox • Ciliati Ciliati: ciglia come organo locomotorio. Es. Paramecium, Vorticella • Apicomplexa o Sporozoi Sporozoi: presenza di un organo apicale. Es. Plasmodium, Toxoplasma p.s. Sarcodici e flagellati vengono considerati affini STRUTTURA Forma tipicamente costante (eccetto i sarcodici, amebe), variabile tra le specie (ovoidale, allungata o sferoidale) Nucleo distinto singolo o multiplo nei sarcodici unico tendente ad assumere forma discoidale. I ciliati hanno 1 o più macronuclei (funzioni vegetative) e 1 o più micronuclei (funzioni riproduttive) es. 1 macronucleo e 1 micronucleo (P. caudatum), 2 micronuclei (P. aurelia) STRUTTURA • Struttura generale ameba Plasmalemma Ectoplasma Vacuoli alimentari Endoplasma Pseudopodi Vacuolo contrattili Nucleo STRUTTURA • Struttura generale ameba Gusci di foraminiferi e radiolari Foraminiferi Radiolari Radiolari Radiolari I foraminiferi presentano un guscio di natura calcarea; i radiolari siliceo. STRUTTURA • Struttura generale ameba Gusci di foraminiferi e radiolari • Struttura Euglena e Trypanosoma Flagello Nucleo Stigma Fitoflagellati Euglena Pellicola Cloroplasti Citostoma Vacuolo contrattile Flagello Zooflagellati Trypanosoma Nucleo Membrana ondulante STRUTTURA • Struttura generale ameba Gusci di foraminiferi e radiolari • Struttura Euglena e Trypanosoma • Struttura di Paramecium e di altri ciliati Citostoma Citopigio Citofaringe Peristomio Micronucleo Macronucleo Ciglia Pellicola Vacuolo alimentare (formazione) Vacuolo alimentare Vacuolo contrattile Acineta Prorodon Didinium Euplotes Stylonychia Stentor Lacrymaria Notare differente disposizione delle ciglia Spirostomum STRUTTURA • Struttura generale ameba Gusci di foraminiferi e radiolari • Struttura Euglena e Trypanosoma • Struttura di Paramecium e di altri ciliati • Organizzazione di un un apicomplexa Organo apicale Roptrie L’organo rappresentato è caratteristico delle specie parassite endocellullari e serve per l’entrata nella cellula (coadiuvato dall’azione chimica degli enzimi contenuti nelle roptrie). Nelle specie parassite endocavitarie Micropilo l’organo apicale ha la funzione di ancoraggio. Il micropilo è il punto in cui avviene l’assunzione del cibo. METABOLISMO Richiesta ossigeno limitata. Presente il metabolismo anaerobio. I flagellati spesso sono in grado di compiere la fotosintesi con cloroplasti (autotrofia) FOTOSINTESI 6CO2 + 6H2O + energia luminosa = C6H12O6 + 6O2 METABOLISMO DEL GLUCOSIO C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + energia (ATP + calore) ALIMENTAZIONE E NUTRIZIONE Eterotrofica Olozoica: a spese di batteri, lieviti o altri protozoi (es. amebe, molti ciliati) Saprozoica: sostanze organiche disciolte nell’ambiente, residui di animali morti (es. tripanosomi) Particella alimentare Paramecium Il ciliato predatore Didinium ha parallizzato (grazie a tricocisti velenose) e sta ingerendo un paramecio Didinium Vacuolo alimentare Citopigio Lisosoma Citostoma Vacuolo alimentare Ciclosi citoplasmatiche (trasporto interno) Particella di cibo ingerita Enzimi ALIMENTAZIONE E NUTRIZIONE Eterotrofica Olozoica: a spese di batteri, lieviti o altri protozoi (es. amebe, molti ciliati) Saprozoica: sostanze organiche disciolte nell’ambiente, residui di animali morti (es. tripanosomi) Autotrofica (es. fotosintesi) Possono anche usare entrambi opportunisticamente (es. Euglena) SCAMBI GASSOSI La membrana seleziona le sostanze in entrata e in uscita: O2 e CO2 OSMOREGOLAZIONE ED ESCREZIONE La membrana seleziona le sostanze in uscita ed entrata (es. acqua, urea). Vacuolo contrattile evidente in sarcodici e ciliati (con canali radiali), assente nelle forme marine Diastole Poro escretore Serbatoio pieno Canali Reticolo endoplasmatico Ampolle Sistole Serbatoio vuoto SCAMBI GASSOSI La membrana seleziona le sostanze in entrata e in uscita: O2 e CO2 OSMOREGOLAZIONE ED ESCREZIONE La membrana seleziona le sostanze in uscita ed entrata (es. acqua, urea). Vacuolo contrattile evidente in sarcodici e ciliati (con canali radiali), assente nelle forme marine SISTEMI DI TRASPORTO INTERNO Ciclosi citoplasmatiche. TEGUMENTO E SISTEMI DI SOSTEGNO La membrana plasmatica ha un ruolo strutturale (contenimento) e funzionale (riconoscimento e selezione delle sostanze in entrata e uscita). Involucri protettivi: il plasmalemma può secernere gusci silicei, calcarei (risp. radiolari e foraminiferi) o proteici; i gusci di rivestimento possono anche essere costruiti con inorganici cementati mediante sostanze adesive secrete dalla cellula. TEGUMENTO E SISTEMI DI SOSTEGNO PELLICOLA = sottile membrana che riveste la cellula • spesso ricoperta da muco e glicoproteine protettive (glicocalice); vedi tripanosomi, • essenziali per la locomozione nei flagellati (superficie semirigida per non dissipare le forze propulsive di ciglia e flagelli) • notevolmente complessa nei ciliati; I ciliati possono presentare annessi tegumentari aggiuntivi sotto la pellicola con funzioni difensive/offensive (tricocisti). Ciglia Tricocisti Ciglia Tricocisti Le tricocisti scaricano sottili filamenti con apici a forma di lancia in risposta a stimoli chimici, meccanici, elettrici. MOVIMENTO E LOCOMOZIONE La locomozione avviene mediante: flagelli, ciglia, pseudopodi o trasporto passivo I sarcodici si muovono con pseudopodi di vari tipi Lobopodia Filopodia Axopodia Reticulopodia lobopodi o filopodi degli amebini, alcune amebe sembrano camminare con pseudopodi fissi, o con un unico grande lobopodio (vermiforme) assopodi a raggiera di radiolari e eliozoi per galleggiamento e cattura prede (struttura rigida interna, assonema) reticulopodi filiformi con con anastomosi dei foraminiferi Ectoplasma Endoplasma Direzione del movimento MOVIMENTO E LOCOMOZIONE La locomozione avviene mediante: flagelli, ciglia, pseudopodi o trasporto passivo I sarcodici si muovono con pseudopodi di vari tipi Il flagello: movimenti in 2 sensi, serve anche alla presa dell’alimento. può essere assente (es. forma amastigote Leishmania). associato ad una membrana ondulante (es. Trypanosoma) Direzione del moto Direzione onde di propagazione MOVIMENTO E LOCOMOZIONE Le ciglia: i ciliati hanno battito sincrono e movimento a spirale. la disposizione delle ciglia puo’ essere elemento di classificazione. (es. gli olotrichi hanno tutta la cellula o quasi ricoperta da ciglia come nel caso del Paramecium ed i peritrichi le cui ciglia sono concentrate intorno al citostoma e al corpo talvolts con un andamento a a spirale (es. Vorticella) Acineta Prorodon Didinium Euplotes Stylonychia Stentor Lacrymaria Notare differente disposizione delle ciglia Spirostomum MOVIMENTO E LOCOMOZIONE Le ciglia: i ciliati hanno battito sincrono e movimento a spirale. la disposizione delle ciglia puo’ essere elemento di classificazione. (es. gli olotrichi hanno tutta la cellula o quasi ricoperta da ciglia come nel caso del Paramecium ed i peritrichi le cui ciglia sono concentrate intorno al citostoma e al corpo talvolts con un andamento a a spirale (es. Vorticella) i ciliati sessili hanno un peduncolo con mionemi, il movimento delle ciglia crea un vortice esteso Peduncolo La contrazione è legata all’entrata rapida dello ione calcio Ca++. contratto COORDINAZIONE NERVOSA La membrana può condurre gli stimoli da una parte all’altra della cellula COORDINAZIONE ENDOCRINA Ovviamente assente. Alcune sostanze con funzione attrattiva sono prodotte dai coniuganti PERCEZIONE SENSORIALE • Le capacità percettive sono varie. Spesso la membrana può avere un ruolo sensoriale. • I sarcodici rispondono al contatto (tigmotattismo), alla luce e alle variazioni di temperatura in maniera positiva o negativa. • Le amebe rifuggono la salinità. • Alcuni flagellati hanno un organulo sensoriale (stigma) sensibile alla luce. Riproduzione asessuata • Scissione binaria: una cellula si divide in due cellule figlie aventi all’incirca la stessa dimensione. • n.b. flagelli e ciglia non si dividono. Ne vengono prodotti di nuovi prima della scissione Scissione trasversale Scissione longitudinale Scissione longitudinale Scissione trasversale Riproduzione asessuata • Scissione binaria: una cellula si divide in due cellule figlie aventi all’incirca la stessa dimensione. • n.b. flagelli e ciglia non si dividono. Ne vengono prodotti di nuovi prima della scissione • Multipla: sembra parassitismo. essere un adattamento al • schizogonia: forma merozoiti, precede la riproduzione sessuale • sporogonia: forma sporozoiti, segue la riproduzione sessuale. • Gemmazione: divisione diseguale; una porzione della cellula madre produce uno o più discendenti. Gli organismi che si riproducono solo asessualmente hanno un ciclo biologico semplice, caratterizzato solo da divisione mitotiche, senza scambio genetico. Sessualità • Alcuni formano gameti (riproduzione sessuale) e vi sono fenomeni di sessualità (coniugazione). aplobionti Organismi aploidi. Meiosi zigotica. Es. tutti ✓ Cicli aplobionti: gli sporozoi. Ciclo riproduttivo di Plasmodium. Cicli aplodiplobionti Cicli diplobionti La malaria (aria malsana, detta anche paludismo) • Malattia caratterizzata da periodiche crisi febbrili, determinate da un plasmodio (sporozoo) che penetra nell' uomo a seguito di puntura di zanzara del genere Anopheles. • infezione malarica per accidentale inoculo di plasmodi (malaria "indotta"): trasfusione, aghi o siringhe contaminati; trasmissione da madre a feto (malaria congenita); trapianti d'organo; per puntura di Anopheles infette accidentalmente, "importate" in zone non endemiche. La crisi febbrile corrisponde alla rottura dei globuli rossi invasi dal plasmodio che si riproduce al loro interno. Quattro specie di plasmodio determinano la malaria: Plasmodium falciparum, con crisi febbrili a giorni alterni (terzana maligna o malaria estivo-autunnale mortale) Plasmodium vivax, con ciclo ogni 48 ore (terzana benigna o malaria primaverile) Plasmodium malariae, con ciclo ogni 72 ore (quartana), Plasmodium ovale; quest' ultima specie ha un ciclo di 48 ore ed è la più rara e con distribuzione più ristretta (Africa Occidentale). La malaria (aria malsana, detta anche paludismo) • La malaria al giorno d'oggi esiste dove la popolazione delle zanzare raggiunge densità critica . • Le aree colpite sono in genere comprese nelle zone umide della fascia intertropicale dei diversi continenti (cartina in basso). • Dopo la seconda guerra mondiale la malattia è stata combattuta con il DDT contro l'anofele. • In questi ultimi anni c'è una recrudescenza della malattia perché il plasmodio è diventato resistente alla clorochina e la zanzara agli insetticidi. Plasmodium vivax Malaria – uomo Sporogonia Gametogonia Schizogonia Fase sessuale del ciclo Ciclo Oocisti sulla parete intestinale ed ulteriore Moltiplicazione asessuale Sporozoiti migrano alle ghiandole salivari zigote Gamete maschile Sporogonia Gamete femminile meiosi Ingestioni di gametociti Sporozoiti inoculati durante la puntura nella zanzara nell’uomo Trofozoiti Schizozoiti Gametociti Gametogonia Penetrazione negli eritrociti ed ulteriore divisione Femmine di culicidi del genere Anopheles Sporozoiti invadono le cellule del fegato e si moltiplicano asessualmente Schizogonia Fase asessuale del ciclo Sessualità • Alcuni formano gameti (riproduzione sessuale) e vi sono fenomeni di sessualità (coniugazione). aplobionti Organismi aploidi. Meiosi zigotica. Es. tutti ✓ Cicli aplobionti: gli sporozoi. Ciclo riproduttivo di Plasmodium. aplodiplobionti: Organismi aplo-diploidi. Meiosi ✓ Cicli aplodiplobionti intermedia. Es. foraminiferi. Ciclo riproduttivo dei foraminiferi con fase agamogonica e gamogonica (si dividono in monotalamici e politalamici). Cicli diplobionti gamonte adulto aploidi gamonte adulto aploidi agameti aploidi agameti aploidi gameti gameti zigote agamonte adulto diploide MEIOSI agamonte adulto diploide, multinucleato Sessualità • Alcuni formano gameti (riproduzione sessuale) e vi sono fenomeni di sessualità (coniugazione). aplobionti Organismi aploidi. Meiosi zigotica. Es. tutti ✓ Cicli aplobionti: gli sporozoi. Ciclo riproduttivo di Plasmodium. aplodiplobionti: Organismi aplo-diploidi. Meiosi ✓ Cicli aplodiplobionti intermedia. Es. foraminiferi. Ciclo riproduttivo dei foraminiferi con fase agamogonica e gamogonica (si dividono in monotalamici e politalamici). diplobionti Organismi dipolidi. Meiosi gametica. Es. ✓ Cicli diplobionti: tutti i ciliati. La coniugazione Sincarion diploide macronucleo poliploide micronucleo diploide Coniuganti Meiosi I macro e micronuclei si disintegrano Mitosi e scambio dei micronuclei Le cellule si separano Divisioni mitotiche nucleari scissioni binarie Differenziazione Micronuclei 4 cellule da ciascun exconiugante I ciliati sono diploidi; gli unici elementi aploidi nel loro ciclo biologico sono i nuclei gametici prodotti dalla meiosi. Sessualità • Alcuni formano gameti (riproduzione sessuale) e vi sono fenomeni di sessualità (coniugazione). aplobionti Organismi aploidi. Meiosi zigotica. Es. tutti ✓ Cicli aplobionti: gli sporozoi. Ciclo riproduttivo di Plasmodium. aplodiplobionti: Organismi aplo-diploidi. Meiosi ✓ Cicli aplodiplobionti intermedia. Es. foraminiferi. Ciclo riproduttivo dei foraminiferi con fase agamogonica e gamogonica (si dividono in monotalamici e politalamici). diplobionti Organismi dipolidi. Meiosi gametica. Es. ✓ Cicli diplobionti: tutti i ciliati. La coniugazione La riproduzione sessuale in Volvox Ciclo biologico di alcuni parassiti umani Spermatozoo Uovo Zigote Colonia figlia Cellula somatica Fase sessuale Fase asessuale Colonia parentale Le colonie si riproducono asessualmente quando le condizioni sono favorevoli per l’accrescimento Morbo di Chagas T. cruzi Leismaniosi Leishmania Triatoma Emitteri Flebotomi Ditteri Contaminazione Puntura e inoculazione fecale Cane serbatoio Armadillo Cardiomegalia, trombi, aritmie serbatoio Attaccano cellule endoteliali dei vasi: ulcere cutanee; splenomegalia, epatomegalia Amastigote Tripomastigote Epimastigote Promastigote Trypanosoma brucei gambiense Malattia del sonno Glossina palpalis (mosca tse-tse) Febbre, ipertrofia dei linfatici, cefalee, sonnolenza diurna, astenia, dimagrimento, morte. Trypanosoma brucei gambiense Malattia del sonno Striscio di sangue Amebiasi (una parassitosi umana) Il protozoo può localizzarsi nel fegato, dove si formano grosse cavità di tipo ascessuale acqua contaminata, di cibi infetti a seguito di manipolazioni o di verdure non cotte concimate con feci umane infette azione spogliatrice Diarrea , crampi addominali, nausea, vomito. È raro il quadro tipico della dissenteria amebica delle regioni tropicali, con frequenti scariche diarroiche di feci frammiste a sangue e a frammenti di mucosa necrotizzata. Sintomi lievi caratterizzati da interessamento linfoghiandolare. Forme più gravi si possono manifestare meningoencefalite, polmoniti atipiche, retinocoroidite, miocardite ed epatite. Toxoplasmosi Vivono liberamente o contraggono rapporti con altri organismi di vario tipo. Es. simbiosi Es. di relazioni simbiotiche Parassitismo: arrecano danno all’ospiti. Es. sporozoi (Plasmodium) e molti flagellati (es. tripanosomi e leismanie) e amebe (es. Entoameba hystolitica). I Parassiti si dicono monoxeni se hanno un solo ospite (es. Entoameba); eteroxeni se per concludere il loro ciclo hanno bisogno di più ospiti (es. Plasmodium). Mutualismo: traggono vantaggio entrambe le specie dall’associazione. Es. alcuni flagellati e le termiti. Flagellati e termiti: I protozoi vivono da simbionti nell’intestino delle termiti, nel quale provvedono alla digestione del legno da esse ingerito. Le termiti sono prive di enzimi digestivi. Vantaggio per entrambe le specie. Vivono liberamente o contraggono rapporti con altri organismi di vario tipo. Es. simbiosi I protozoi marini si rilevano fino a 100 m profondità max. Essi sono fondamentali per la produzione primaria (es. dinoflagellati). Li ritroviamo numerossissimi in acque dolci anche temporanee (dove producono cisti di resistenza per i periodi avversi o per la dispersione). Sono presenti anche nel suolo, nella pellicola d’acqua che circonda le particelle. Possono essere indici della qualità delle acque ed implicati nei meccanismi di depurazione Radiolari Foraminiferi