Plasmodium falciparum Welch, 1897 è un protozoo parassita unicellulare, una delle specie di Plasmodium che causano nell'uomo la malaria. Il parassita viene trasmesso attraverso la puntura di una zanzara femmina del genere Anopheles e causa la forma più pericolosa della malattia, la malaria falciparum. È responsabile di circa il 50% di tutti i casi di malaria. Il P. falciparum è quindi considerato il parassita più mortale per l'uomo. È inoltre associato allo sviluppo di tumori del sangue (linfoma di Burkitt) ed è classificato come cancerogeno di Gruppo 2A (probabile).
Storia La specie ha avuto origine dal parassita della malaria Laverania presente nei gorilla, circa 10.000 anni fa.
La malaria è causata da un'infezione da protozoi del genere Plasmodium. Il nome "malaria", da "mala aria" in italiano, significa "aria cattiva", e deriva dall'ipotetico legame con i vapori velenosi delle paludi. La parola "falciparum", deriva dal latino "falx", che significa "forma di falce", e "parum" che significa "nascita" o "nascite multiple".
Il protozoo parassita fu scoperto da Laveran il 6 novembre 1880 in un ospedale militare a Costantina (Algeria), quando scoprì una microgametocite flagellante. Manson nel 1894 ipotizzò che le zanzare fossero in grado di trasmettere la malaria. Questa ipotesi venne confermata sperimentalmente nel 1898 e indipendentemente, da Giovanni Battista Grassi e da Ronald Ross. Grassi nel 1900 propose una fase esoeritrocitica nel ciclo vitaleDef. Sapere: "Quando il plasmodio della malaria si annida nelle cellule del fegato o della milza o del midollo (ciclo esoeritrocitico) dove si moltiplica per suddivisione (schizogonia) invadendo nuove cellule", poi confermata da Garnham, Covell e Shute nel 1948 che trovarono il Plasmodium vivax nel fegato umano.
In tutto il mondo, la malaria è la malattia parassitaria più dannosa per gli esseri umani, e uccide più bambini in tutto il mondo di qualsiasi altra malattia infettiva. A partire dal 1900, l'area del mondo esposta alla malaria si è dimezzata, ma due miliardi di persone sono correntemente esposte. La morbilità e la mortalità sono significative.
Mentre non esistono vaccini efficaci per nessuna delle almeno sei specie di Plasmodium che causano la malaria, da secoli sono impiegati farmaci a base di chinino. Nel 1640, Huan del Vego impiegò per la prima volta la tintura di corteccia di Cinchona per il trattamento della malaria: gli indiani nativi del Perù e dell'Ecuador lo utilizzarono anche in precedenza per il trattamento delle febbri. Nel 1650 Thompson introduce questa corteccia "Gesuita" in Inghilterra: il suo primo impiego registrato fu nel 1656 da parte del dottor John Metford di Northampton. Morton nel 1696 ha presentato la prima descrizione dettagliata del quadro clinico della malaria e del suo trattamento con la cinchona. Gize nel 1816 ha studiato l'estrazione del chinino cristallino dalla corteccia del cinchona e nel 1820, Pelletier e Caventou in Francia, hanno utilizzato l'estratto puro di alcaloidi di chinina, chiamato il chinino e il Cinchonine. Origine ed evoluzione P. falciparum è ora generalmente accettato come evoluto da specie del sottogenere Laverania (un sottogenere di Plasmodium presente nelle scimmie antropomorfe) che si trovano nei gorilla dell'Africa occidentale.
La diversità genetica indica che il protozoo umano è emerso circa 10.000 anni fa. Il parente più stretto di P. falciparum è P. praefalciparum, un parassita dei gorilla, come dimostrato dalle sequenze del DNA mitocondriale, apicoplastico e nucleare. Queste due specie sono strettamente imparentate con il parassita degli scimpanzé P. reichenowi, che in precedenza si pensava fosse il parente più stretto di P. falciparum. In passato si credeva anche che P. falciparum avesse avuto origine da un parassita degli uccelli.
I livelli di polimorfismo genetico all'interno del genoma di P. falciparum sono estremamente bassi rispetto a quelli delle specie di Plasmodium che infettano le scimmie antropomorfe (incluso P. praefalciparum). Questo suggerisce che l'origine di P. falciparum negli esseri umani sia recente, poiché un singolo ceppo di P. praefalciparum ha acquisito la capacità di infettare l'uomo.
Le informazioni genetiche di P. falciparum indicano una recente espansione che coincide con la rivoluzione agricola. È probabile che lo sviluppo dell'agricoltura estensiva abbia aumentato la densità della popolazione di zanzare creando più siti di riproduzione, il che potrebbe aver innescato l'evoluzione e l'espansione di P. falciparum.
Struttura P. falciparum non ha una struttura fissa ma subisce continui cambiamenti durante il suo ciclo vitale. Uno sporozoita ha una forma fusiforme e misura 10-15 µm di lunghezza. Nel fegato, si trasforma in uno schizonte ovoidale di 30-70 µm di diametro. Ogni schizonte produce merozoiti, ciascuno lungo circa 1,5 µm e con un diametro di 1 µm. Nel globulo rosso, i merozoiti formano una struttura ad anello, diventando trofozoiti. Un trofozoita si nutre di emoglobina e forma un pigmento granulare chiamato emozoina.
A differenza di quelli di altre specie di *Plasmodium*, i gametociti di *P. falciparum* sono allungati e a forma di mezzaluna, grazie ai quali possono essere identificati. Un gametocita maturo misura 8-12 µm di lunghezza e 3-6 µm di larghezza. L'ookinete è anch'esso allungato, misurando circa 18-24 µm. Un oocisti è arrotondato e può crescere fino a 80 µm di diametro.
L'esame microscopico di un vetrino di sangue rivela solo trofozoiti giovani (a forma di anello) e gametociti nel sangue periferico. Trofozoiti o schizonti maturi non si trovano nel sangue periferico, poiché di solito sono sequestrati nei tessuti. A volte si osservano deboli puntini rossi a forma di virgola sulla superficie degli eritrociti. Questi puntini sono le fenditure di Maurer, organelli secretori che producono proteine ed enzimi essenziali per l'assorbimento dei nutrienti e i processi di evasione immunitaria.
L'apice complesso, che è in realtà una combinazione di organelli, è una struttura importante. Contiene organelli secretori chiamati roptrie e micronemi, fondamentali per la mobilità, l'adesione, l'invasione delle cellule ospiti e la formazione della vacuola parassitofora.
Come apicomplesso, ospita un plastide chiamato apicoplasto, simile ai cloroplasti delle piante, probabilmente acquisito inglobando (o essendo invaso da) un'alga eucariotica e mantenendo il plastide algale come un organello distintivo incapsulato in quattro membrane. L'apicoplasto è coinvolto nella sintesi di lipidi e altri composti ed è un target promettente per lo sviluppo di farmaci. Durante la fase asessuata dell'infezione nel sangue, una funzione essenziale dell'apicoplasto è la produzione dei precursori degli isoprenoidi, isopentenil pirofosfato (IPP) e dimetilallil pirofosfato (DMAPP), tramite il percorso MEP (non-mevalonato).
Genoma Nel 1995 è stato istituito il Malaria Genome Project per sequenziare il genoma di *P. falciparum*. Il genoma del mitocondrio è stato riportato nel 1995, quello del plastide non fotosintetico noto come apicoplasto nel 1996,e la sequenza del primo cromosoma nucleare (cromosoma 2) nel 1998. La sequenza del cromosoma 3 è stata pubblicata nel 1999 e l'intero genoma è stato completato il 3 ottobre 2002.
Il genoma, di circa 24 megabasi, è estremamente ricco di AT (circa l'80%) ed è organizzato in 14 cromosomi. Sono stati descritti poco più di 5.300 geni. Molti geni coinvolti nella variazione antigenica sono localizzati nelle regioni subtelomeriche dei cromosomi, suddivisi nelle famiglie var, rif e stevor. All'interno del genoma, esistono 59 geni var, 149 geni rif e 28 geni stevor, insieme a numerosi pseudogeni e troncamenti. Si stima che 551, ovvero circa il 10%, delle proteine nucleari previste siano dirette verso l'apicoplasto, mentre il 4,7% del proteoma è indirizzato ai mitocondri.
Trasmissione e effetti Viene trasmesso dalla femmina della zanzara Anopheles. La specie Plasmodium falciparum è la più pericolosa di queste, avendo il tasso più elevato di complicanze e di mortalità. Nel 2006 le infezioni da P. falciparum rappresentavano il 91% delle 247 milioni di infezioni malariche umane (il 98% in Africa). Nella maggior parte dei paesi africani, oltre il 75% dei casi sono dovuti a Plasmodium falciparum, mentre - negli altri paesi ove è presente la malaria - predominano altre specie di Plasmodium.Una mappa in base alla incidenza segnalata nel 2007, è disponibile all'indirizzo http://www.map.ox.ac.uk/explorer/.
Gli esseri umani sono gli ospiti intermedi in cui avviene la riproduzione asessuale, mentre le zanzare anofele femmine sono gli ospiti definitivi che ospitano la fase di riproduzione sessuale.
Nel 2022, circa 249 milioni di casi di malaria in tutto il mondo hanno causato circa 608.000 decessi, di cui l’80% di età pari o inferiore a 5 anni. Quasi tutti i decessi per malaria sono causati da P. falciparum, e il 95% di questi casi si verifica in Africa. Nell'Africa subsahariana, quasi il 100% dei casi è dovuto a P. falciparum, mentre nella maggior parte delle altre regioni in cui la malaria è endemica predominano altre specie plasmodiali meno virulente.
Infezione nella zanzara Nel tratto intestinale della zanzara, il processo di maturazione del gamete femminile comporta lievi cambiamenti morfologici, diventando più grande e sferico. Il gametocita maschile subisce una rapida divisione nucleare in circa 15 minuti, producendo otto microgameti flagellati attraverso un processo chiamato esflagellazione.
Il microgamete flagellato feconda il macrogamete femminile per produrre una cellula diploide chiamata zigote. Lo zigote si sviluppa successivamente in un ookinete, una cellula mobile capace di invadere altri organi della zanzara. Attraversa la membrana peritrofica dell'intestino medio della zanzara e supera l'epitelio intestinale. Una volta attraversato l'epitelio, l'ookinete entra nella lamina basale e si trasforma in un oocisti immobile. Per diversi giorni, l'oocisti subisce 10 o 11 cicli di divisione cellulare per creare una cellula sinciziale (sporoblasto) contenente migliaia di nuclei. La meiosi avviene all'interno dello sporoblasto, producendo oltre 3.000 cellule figlie aploidi chiamate sporozoiti sulla superficie della cellula madre.
Gli sporozoiti immaturi rompono la parete dell'oocisti e si liberano nell'emolinfa. Migrano quindi verso le ghiandole salivari della zanzara, dove subiscono un ulteriore sviluppo e diventano infettivi per l'uomo.
Effetti dei metaboliti secondari delle piante su P. falciparum È noto che le zanzare si nutrono del nettare delle piante per ottenere zuccheri, che rappresentano la principale fonte di energia e nutrienti per la loro sopravvivenza e per processi biologici come la ricerca di ospiti per il pasto di sangue o di siti per la deposizione delle uova.
Recentemente, i ricercatori hanno scoperto che le zanzare sono molto selettive riguardo alle fonti di zuccheri. Ad esempio, le zanzare del genere Anopheles preferiscono alcune piante rispetto ad altre, in particolare quelle che contengono composti che ostacolano lo sviluppo e la sopravvivenza dei parassiti della malaria all'interno della zanzara.
Questa scoperta offre l'opportunità di indagare su cosa possa influenzare questi cambiamenti comportamentali nelle zanzare e scoprire cosa ingeriscono quando si nutrono delle piante selezionate. Altri studi hanno dimostrato che le fonti di zucchero e alcuni metaboliti secondari, come la ricinina, hanno effetti contrastanti sulla capacità delle zanzare di trasmettere i parassiti della malaria.
Meiosi