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Toxoplasma gondii: un parassita molto influente

7 anni fa

13 minuti

toxoplasma big

Nel 1908 Charles Nicolle e Louis Manceaux rinvennero nelle carni di un roditore nordafricano un nuovo parassita, che battezzarono Toxoplasma gondii. Pressoché ignorato agli inizi, ad oggi viene considerato uno tra quelli più diffusi e studiati, non solo da parassitologi, ma anche da biologi e psichiatri.

Nonostante ci siano voluti quasi 60 anni per caratterizzarne il ciclo sessuale, e che solo decenni dopo la scoperta se ne sia capita la rilevanza medica, questo protozoo attira tanto interesse per una sua particolare capacità, una facoltà che lo ha reso popolare anche tra i non addetti ai lavori (e che alle volte lo fa bollare riduttivamente come “il parassita-zombie”)

il Toxoplasma gondii può modificare il comportamento dell’organismo che infetta.

 

 

Due cicli vitali

Il Toxoplasma gondii (Tg d’ora innanzi) è un parassita monocellulare che, a seconda della situazione, può andare incontro a due differenti cicli vitali: uno mediante la riproduzione sessuata, possibile solo nei felidi, ed uno tramite quella asessuata, attuata in qualsiasi animale a sangue caldo, tra cui uccelli, roditori e suini.

Quando un felino consuma carne infetta, le cisti parassitarie in essa contenute vengono distrutte nello stomaco del predatore, portando ad una infezione delle cellule epiteliali intestinali.

 

Riproduzione sessuata

Dentro queste Tg si riproduce sessualmente, generando innumerevoli altre cisti (od oocisti): questo processo continua sino a che le cellule infette non esplodono, rilasciando nel lumen intestinale, e quindi nelle feci, le nuove generazioni del parassita.

Questi escrementi possono quindi contaminare il suolo e le acque, ma anche servire da pasto per altri animali, essendo una buona fonte di  acqua, sostanze organiche e lipidiche.

 

Riproduzione asessuata

Quando le oocisti vengono ingerite da un animale che non sia un felino, Tg arriva come sopra ad infettare le cellule dell’epitelio intestinale, ma qui entra nello stadio mobile e prolifico di tachizoite.

Ancora una volta, l’esagerata proliferazione (ora però asessuata) porta alla rottura delle cellule infette, ma questa volta il parassita si riversa nel flusso sanguigno, raggiungendo il resto del corpo.

La risposta immunitaria  dell’ospite spinge Tg ad entrare in un nuovo stadio, quello semi-dormiente di bradizoite, andando a formare delle cisti tissutali.

Queste generalmente si formano, e perdurano, nel cervello, negli occhi e nei muscoli striati, con alcune preferenze specie-specifiche (ad esempio nei muscoli per i suini e nel cervello per i roditori).

 

I due possibili cicli vitali del Toxoplasma gondii

I due possibili cicli vitali del Toxoplasma gondii

 

Data l’importanza evoluzionistica della riproduzione sessuata, sono i gatti gli ospiti favoriti dal parassita (ospiti definitivi), mentre gli altri (ospiti secondari) sono solo una sorta di fermata intermedia.

I roditori, in quanto prede naturali dei felini, rappresentano quindi un tipo di ospite particolarmente interessante (ospite intermedio) e per loro Tg ha un trattamento di riguardo.

il Toxoplasma gondii spinge i roditori tra le zanne del proprio cacciatore.

 

 

 

Attrazione fatale

I gatti sono predatori particolarmente attratti da oggetti esposti ed in movimento, mentre i roditori, d’altra parte, tendono a non avventurarsi in spazi aperti o poco conosciuti.

Un modo semplice per aumentare le possibilità di cattura dell’ospite intermedio è, per il Toxoplasma gondii, cambiare questa tendenza: infatti nei roditori i più evidenti effetti della infezione sono un aumento dell’attività motoria ed una diminuita avversione per gli spazi aperti o nuovi.

Ma questo può non bastare, perché un topo, anche se spericolato ed avventuroso, alla minima traccia di pericolo si da alla fuga. Mentre noi ci affidiamo prevalentemente alla vista, il senso più rilevante per i roditori è l’olfatto.

avversione innata all’odore del predatore.

Proprio l’odore di un predatore costituisce quindi uno stimolo che difficilmente viene ignorato, tant’é addirittura che animali cresciuti in laboratorio, il cui ultimo contatto con i loro cacciatori è avvenuto centinaia di generazioni prima, mostrano ancora una forte risposta avversiva se confrontati con l’urina di gatto o volpe.

Questo è un problema per Tg, ma cambiando il significato di pericolo associato a questi odori, la percezione di rischio predatorio verrebbe di conseguenza alterata.

E proprio questo è stato osservato dal gruppo di David Whyte Macdonald, università di Oxford, USA, studiando il differente comportamento dei ratti infetti dal Tg rispetto a quelli non.

Dopo aver costruito un semplice labirinto con più stanze, i ricercatori hanno posto in ciascuna di esse un odore differente: urina di ratto (quella propria di ogni soggetto testato), acqua (odore neutro), urina di coniglio (mammifero non predatore) ed urina di gatto (mammifero predatore).

Lasciando gli animali liberi di esplorare più volte la struttura, è emersa una differenza inquietante tra i due gruppi.

SN: media delle visite alle zone durante la sessione. DX: sulle Y le entrate nella cella con l’odore del felino meno le entrate in quella del coniglio, in X le varie uscite.

SN: media delle visite alle zone durante la sessione. DX: sulle Y le entrate nella cella con l’odore del felino meno le entrate in quella del coniglio, in X le varie uscite.

 

Pur mostrando pari livelli di esplorazione degli ambienti dall’odore famigliare (il proprio) o neutro (acqua e coniglio), i roditori ospiti mostrano una insolita tendenza ad esplorare gli ambienti caratterizzati dall’odore del predatore durante le varie fasi esplorative.

Il pattern in nero in figura, sopra l’asse delle ascisse, rappresenta quindi una preferenza relativa per la cella del predatore, mentre quello chiaro, sotto, una avversione ad essa, che cominciano ad essere significativamente distinte sin dalla terza esplorazione.

La percezione del pericolo non viene semplicemente diminuita, ma totalmente stravolta: l’odore del predatore diviene irresistibile.

 

 

La riscrittura di un comportamento

Alla risposta innata di fuga legata all’odore di un predatore, difensiva, nei roditori se ne accompagna anche una che, diametralmente opposta, spinge all’avvicinamento verso una femmina in estro, riproduttiva, dopo averne fiutato il particolare profumo.

Questi due comportamenti sono di cruciali per la sopravvivenza della specie, e non stupisce quindi che vengano mediati da due vie di segnalazione neurale che dal bulbo olfattivo (la prima stazione di elaborazione delle informazioni trasportate dai neuroni olfattivi) proiettano direttamente al sistema limbico (implicato, tra le varie funzioni, in modo rilevante nelle emozioni e nell’odorato), generando una risposta comportamentale rapida e predeterminata.

Le cisti di Tg avrebbero quindi gioco facile se potessero manipolarle.

 

I due odori sono processati da differenti vie di comunicazione: l’ odore dell’ estro viene processato dalla via in blu, mentre quello del predatore dalla via in rosso. Le due corrono parallele ma distinte, originando comportamenti opposti.

I due odori sono processati da differenti vie di comunicazione: l’odore dell’estro viene processato dalla via in blu, mentre quello del predatore dalla via in rosso. Le due corrono parallele ma distinte, originando comportamenti opposti.

 

L’equipe di Robert Sapolsky, Stanford, USA, ha deciso di paragonare l’attivazione di queste due vie esponendo sia ratti infetti che non ai due odori sopracitati.

Nei soggetti non infetti l’odore del gatto eccita la via di segnalazione difensiva (che passa per la porzione dorsomediale della parte dorsomediale dell’ippocampo ventromediale, in rosso), mentre quello di una femmina in estro aumenta l’attività in quella riproduttiva (che attraversa l’area postero dorsale dell’ amigdala mediale, in blu): nulla di inaspettato.

La faccenda si fa interessante nei topi infetti: l’attività dell’area postero dorsale dell’amigdala mediale (la via blu) viene riscontrata sì in presenza di un odore femminile, ma anche di quello del predatore, a livelli paragonabili a quelli dei soggetti sani esposti all’estro.

Questa attivazione anomala crea un bias nel processamento dell’odore di urina del gatto, spostandolo sulla via riproduttiva.

La risposta biologica difensiva viene diminuita, e deve competere con quella riproduttiva
Negli animali sani (sinistra) l’ odore femminile aumenta l’attività della  AMpd, paragonato all’ effetto dell’ odore del predatore, mentre resta uguale nei ratti infetti (al centro). A destra un confronto diretto tra i livelli di attivazione dell’ AMpd nelle varie condizioni

Negli animali sani (sinistra) l’odore femminile aumenta l’attività della AMpd, paragonato all’effetto dell’odore del predatore, mentre resta uguale nei ratti infetti (al centro). A destra un confronto diretto tra i livelli di attivazione dell’AMpd nelle varie condizioni

Una volta compreso su cosa agisca il parassita, rimane però da chiarire il come: di fatto, non tutti i ratti ospiti mostrano questo comportamento anomalo, e le cisti, poiché si diffondono tramite il sistema sanguigno, si presentano sempre sparse in modo aleatorio per sistema nervoso centrale.

Anni dopo, è ancora l’equipe di Sapolsky a chiarire la faccenda, esponendo numerosi ratti al parassita, testandone poi il comportamento, e localizzando infine la posizione delle cisti.

Infezione e manipolazione non sono una costante

Esposti al Tg, non tutti i ratti sviluppano una infezione cronica, e tra questi, solo alcuni di quelli che ne abbiano una dovuta alla presenza delle cisti nel prosencefalo mostrano, nel giro di 3 settimane, non solo l’attenuazione dell’avversione all’odore del predatore, ma anche modificazioni nella stima del rischio, olfattivo e memoria spaziale.

Tg riesce quindi a manipolare il proprio ospite solo se le sue cisti finiscono in specifiche zone del cervello, ma non serve che tutte queste siano raggiunte, gli basta conquistarne una parte.

Il prosencefalo è una regione anatomica piuttosto grande (grossomodo quello che comunemente chiamiamo cervello): identificando però le parti dove la presenza della cisti determinava una aberrazione comportamentale, è subito saltato all’occhio perché ciò potesse accadere.

Aree diverse, lo stesso risultato

Tra queste regioni, ad esempio, ve ne erano alcune coinvolte nel processamento emozionale dello stimolo di avvicinamento/fuga (amigdala), nel controllo della risposta relata all’ansia in risposta al predatore (cortecce prelimbica ed infralimbica), nella ricerca di gratificazione (ipotalamo laterale) e nel comportamento appetitivo maschile, quello inversamente proporzionale all’evitare il predatore (area media preoptica).

Tutti aspetti implicati nella risposta di fuga.

 

Ed ecco varie immagini di una ciste di Tg (nelle pose Le Tigre, Blue Steel, Ferrari e Magnum)

Ed ecco varie immagini di una ciste di Tg (nelle pose Le Tigre, Blue Steel, Ferrari e Magnum)

 

Data la varietà di meccanismi convergenti che possono essere coinvolti nella demolizione della reazione di fuga  scatenata dall’odore del predatore e l’interconnessione di molte di queste aree, definire un semplice rapporto lineare di causa-effetto tra la locazione delle cisti ed il comportamento è difficile.

Ricordando poi come la distribuzione delle cisti nel cervello sia casuale, questa abilità di Tg di manipolare il proprio ospite in diversi modi a seconda della zona occupata, ma sempre ottenendo il risultato finale di renderlo maggiormente a rischio di predazione, non può che colpire.

Il Toxoplasma gondii riesce a ribaltare lo svantaggio della sua diffusione casuale sfruttando l’interconnessione delle aree cerebrali e la complessità dei processi cognitivi per modificare il comportamento.

Qualcosa di simile però avviene anche in un altro animale, che può entrare in contatto con tutti gli ospiti del Tg: l’uomo.

 

 

Gli ospiti umani

La toxoplasmosi, ovvero l’infezione da Tg, può avere varie conseguenze sull’uomo (specie su donne incinte o pazienti immunodepressi), ma generalmente rimane asintomatica.

Basti pensare che si ritiene sia infettato sino ad un terzo della popolazione dei paesi sviluppati, e che le cisti del parassita possono restare nell’ospite umano per tutta la vita senza che ci se ne accorga.

 

1000 ed uno modi per divenire ospiti del Toxoplasma gondii

1000 ed uno modi per divenire ospiti del Toxoplasma gondii

 

Negli ultimi vent’anni ricerche condotte su personale militare, studenti universitari, donne gravide e donatori di sangue hanno però mostrato che questa malattia “asintomatica” ha notevoli influenze su vari aspetti della vita umana.

Correlando i risultati ottenuti in vari test psicologici per la caratterizzazione della personalità con la presenza o meno del parassita, è emerso come gli ospiti tendessero in generale a mostrare risultati uguali in alcuni tratti caratteriali come la socievolezza o la tendenza a rispettare l’autorità.

Sottoposti poi ad un apposito questionario di auto-valutazione, gli ospiti riportano di avere una reazione al pericolo lenta e passiva, e che quando attaccati, fisicamente o meno, dopo un iniziale difesa, all’improvviso perdono la voglia di rispondere all’aggressione.

Questo ricorda in parte quanto osservato sui roditori, ma la significativa tendenza dei soggetti infettati a ritenere possibile che qualcheduno abbia potere di controllare la mente altrui con l’ipnosi o mezzi simili dona alla faccenda una sfumatura a dir poco grottesca.

Anche nell’uomo il comportamento può essere alterato dal parassita.

Il cervello e la mente dell’uomo sono però ben più complessi (e sotto certi aspetti, fragili) di quelli di un topo o di un ratto.

Le alterazioni di sistema che la presenza delle cisti possono causare nel cervello del ratto possono essere quindi ben più gravi quando avvengono nel nostro.

Ad esempio, sino dagli anni ’50 è acclarato che la percentuale di pazienti affetti da schizofrenia positivi per il Tg è particolarmente alta, suggerendo che la presenza del parassita sia probabilmente una importante concausa della patologia: la correlazione di una toxoplasmosi latente con la schizofrenia è più forte di quella tra  quest’ultima e molte varianti geniche associate ad essa associate.

 

Una sovrapproduzione di Dopamina

È interessante notare come la presenza delle cisti  sia responsabile di un aumento significativo della Dopamina (di un 15% circa) nel cervello degli ospiti, sia animali che umani: proprio l’aumento di questo neurotrasmettitore in alcune aree cerebrali viene ritenuto un elemento chiave nell’insorgere e nel progredire della schizofrenia, tanto che alcune delle attuali terapie  per questo disturbo mentale prevedono l’uso di inibitori per i recettori dopaminergici.

Altri studi hanno mostrato come il profilo dei sintomi mostrati dai pazienti infetti differiscano da quelli dei non infetti, con una maggiore severità di allucinazioni e deliri, così come la toxoplasmosi sia responsabile di una differenza morfologica del cervello tra i due gruppi (locali riduzioni nel volume di materia grigia).

 

Altri problemi mentali

La toxoplasmosi è stata associata anche ad altri disturbi psichiatrici o comportamenti devianti (cioè ne stata indicata come  potenziale concausa, fattore aggravante o fattore di rischio) come il disturbo bipolare di tipo I, il disturbo di ansia generalizzato, episodi di violenza contro se stessi o pensieri sucidi.

La presenza del parassita può determinare quindi un cambiamento anche nell’ospite umano, ben diverso e forse più grave rispetto a quanto visto nei roditori.

Nell’uomo il Toxoplasma gondii può essere determinante nella presenza di disturbi psichiatrici
I pazienti infetti, confrontati con soggetti sani infetti, presentano più numerose e più vaste aree con un ridotto volume di materia grigia (in rosa), rispetto ai pazienti non infetti raffrontati con soggetti sani non infetti (in blu).

I pazienti infetti, confrontati con soggetti sani infetti, presentano più numerose e più vaste aree con un ridotto volume di materia grigia (in rosa), rispetto ai pazienti non infetti raffrontati con soggetti sani non infetti (in blu).

Il perché questo protozoo goda di tanta popolarità tra i ricercatori e gli studiosi di discipline diverse dovrebbe essere ora chiaro.

Esso è riuscito a sviluppare una eccezionale strategia per raggiungere il proprio ospite primario: capace di infettare qualsivoglia organismo a sangue caldo come ospite secondario, quando questo si trova ad essere un roditore, Tg riesce a modificarne in modo efficace e radicale il comportamento per raggiungere il proprio scopo.

La sua trasmissione all’uomo probabilmente pare al Toxoplasma essere solo un accidente, quasi un avvenimento collaterale, anche se dal nostro punto di vista le cose sono ben diverse. Col tempo, però, potrebbero cominciare ad avvenire strani suicidi presso le colonie delle gattare..

Magra consolazione, la Toxoplasmosi sembrerebbe accresce i livelli di testosterone, rendendo i soggetti generalmente più alti e con un aspetto giudicato più mascolino e dominante dalle donne.

 

 

 

Fonti

 

 

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