Studies on the genetics of artemisinin resistance in malaria

A existência de estirpes de Plasmodium falciparum resistentes a multiplos fármacos é um dos problemas mais graves no controlo da malária. Novos fármacos, como a artemisinina (ART) e seus derivados são cada vez mais utilizados no tratamento da malaria e muito embora até ao momento não haja registos de fármaco-resistência estável à ART o seu surgimento seria desastroso devido á falta de alternativas. A investigação apresentada nesta tese descreve a selecção de resistência estável à ART e ao artesunato (ATN) utilizando um modelo roedor de malária, o parasita Plasmodium chabaudi chabaudi (Plasmodium chabaudi). Dois clones de Plasmodium chabaudi diferentes, AS-15CQ e AS-30CQ, foram inoculados em murganhos que por sua vez foram tratados na presença de concentrações sucessivamente crescentes de ATN e ART, sendo que no final do processo de seleção de resistência, os parasitas obtidos apresentavam uma resistência de 6 e 15 vezes superior ao ATN e à ART, respectivamente, em relação aos parasitas iniciais. Os clones obtidos foram nomeados respectivamente AS-ATN (obtido a partir de AS-15CQ por seleção com pressão de ATN) e AS-ART (obtido a partir de AS-30CQ por seleção com pressão de ART). A resistência obtida durante o processo de seleção é estável após clonagem, congelamento/descongelamento, passagem sanguínea na ausência de pressão de fármaco e transmissão natural através do mosquito vector. A sequência nucleotídica e o número de cópias dos genes previamente descritos na literatura como moduladores putativos de resistência à ART e seus derivados: mdr1, cg10, tctp e atp6; foi comparada entre parasitas resistentes e sensíveis, não tendo sido encontradas nenhumas alterações, quer na sequência quer no número de cópias destes genes. Posteriormente, numa tentativa de identificar os genes envolvidos na resistância à ART e ao ATN a técnica de Linkage Group Selection (LGS) foi utilizada. Para tal dois cruzamentos genéticos foram realizados. Estes cruzamentos foram realizados entre os clones fármaco-resistentes; AS-ART e AS-ATN e um clone geneticamente distinto dos anteriores e sensível aos fármacos em estudos, AJ. Após realização do LGS quatro loci genéticos; nos cromossomas de P. chabaudi 1, 2, 6 e 8 foram encontrados associados à resistência. Atendendo a que, a selecção no cromossoma 2 era a mais forte, este locus foi submetido a subsequentes análises genéticas, tendo sido encontradas duas mutações diferentes (V739F e V770F) num gene que codifica para um enzima de desubiquitinação (gene ubp-1).

Studies on the genetics of artemisinin resistance in malaria

A existência de estirpes de Plasmodium falciparum resistentes a multiplos fármacos é um dos problemas mais graves no controlo da malária. Novos fármacos, como a artemisinina (ART) e seus derivados são cada vez mais utilizados no tratamento da malaria e muito embora até ao momento não haja registos de fármaco-resistência estável à ART o seu surgimento seria desastroso devido á falta de alternativas. A investigação apresentada nesta tese descreve a selecção de resistência estável à ART e ao artesunato (ATN) utilizando um modelo roedor de malária, o parasita Plasmodium chabaudi chabaudi (Plasmodium chabaudi). Dois clones de Plasmodium chabaudi diferentes, AS-15CQ e AS-30CQ, foram inoculados em murganhos que por sua vez foram tratados na presença de concentrações sucessivamente crescentes de ATN e ART, sendo que no final do processo de seleção de resistência, os parasitas obtidos apresentavam uma resistência de 6 e 15 vezes superior ao ATN e à ART, respectivamente, em relação aos parasitas iniciais. Os clones obtidos foram nomeados respectivamente AS-ATN (obtido a partir de AS-15CQ por seleção com pressão de ATN) e AS-ART (obtido a partir de AS-30CQ por seleção com pressão de ART). A resistência obtida durante o processo de seleção é estável após clonagem, congelamento/descongelamento, passagem sanguínea na ausência de pressão de fármaco e transmissão natural através do mosquito vector. A sequência nucleotídica e o número de cópias dos genes previamente descritos na literatura como moduladores putativos de resistência à ART e seus derivados: mdr1, cg10, tctp e atp6; foi comparada entre parasitas resistentes e sensíveis, não tendo sido encontradas nenhumas alterações, quer na sequência quer no número de cópias destes genes. Posteriormente, numa tentativa de identificar os genes envolvidos na resistância à ART e ao ATN a técnica de Linkage Group Selection (LGS) foi utilizada. Para tal dois cruzamentos genéticos foram realizados. Estes cruzamentos foram realizados entre os clones fármaco-resistentes; AS-ART e AS-ATN e um clone geneticamente distinto dos anteriores e sensível aos fármacos em estudos, AJ. Após realização do LGS quatro loci genéticos; nos cromossomas de P. chabaudi 1, 2, 6 e 8 foram encontrados associados à resistência. Atendendo a que, a selecção no cromossoma 2 era a mais forte, este locus foi submetido a subsequentes análises genéticas, tendo sido encontradas duas mutações diferentes (V739F e V770F) num gene que codifica para um enzima de desubiquitinação (gene ubp-1).

Seasonal variation of anti-resa/Pf155 Plasmodium falciparum antibodies in three localities from the state of Amapá, Brazil

Anti-RESA/Pf155 antibodies were assayed in sera of individuals from three localities (Laranjal do Jari, Vila Padaria and Vila Paraíso) in the State of Amapá, Brazil, during the long-rains and short-rains seasons. All of these had negative blood smears for malaria. Most of the sera collected were positive in Indirect Fluorescent Antibody (IFA) with P. falciparum parasites, with no seasonal variation. A high percentage of these sera (62% to 100%) was RESA positive by Modified Indirect Fluorescent Antibody (MIFA), with a significant (p < 0.05) increase of geometric mean titers during the short-rains season, when the transmission of the disease is highest. ELISA with three repetitive RESA peptides (EENV)3 (4x3), (EENVEHDA)2 (8x2) and (DDEHVEEPTVA)2(11x2) did not reveal statistically significant seasonal variations, although a small enhancement of positivity was observed in V. Padaria (15.3 to 38.8%) in the short-rains season with the 8x2 peptides, and with 4x3 and 8x2 peptides in V. Paraíso, with a decrease in 11x2. MIFA titers appeared to be correlated mainly to the peptide 4x3 and it was the immunodominant in the three localities.

In vivo and in vitro Plasmodium falciparum Resistance to Chloroquine, Amodiaquine and Quinine in the Brazilian Amazon

In order to study the chemoresistance of Plasmodium falciparum to commonly used antimalarial drugs in Brazil the authors have studied ten patients with falciparum malaria, acquired in the Brazilian Amazon region. Patients were submitted to in vivo study of drug sensitivity, after chemotherapy with either 4-aminoquinolines (chloroquine or amodiaquine) or quinine. Adequate drug absorption was confirmed by standard urine excretion tests for antimalarials. Eight patients could be followed up to 28 days. Among these in vivo resistance (R I and R II responses) was seen in all patients who received 4-amino-quinolines. One patient treated with quinine exhibited a R III response. Peripheral blood samples of the same patients were submitted to in vitro microtests for sensitivity to antimalarials. Out of nine successful tests, resistance to chloroquine and amodiaquine was found in 100% and resistance to quinine in 11.11% of isolates. Probit analysis of log dose-response was used to determine effective concentrations EC50, EC90 and EC99 to the studied drugs. Good correlation between in vivo and in vitro results was seen in six patients. The results emphasize high levels of P. falciparum resistance to 4- aminoquinolines and suggest an increase in resistance to quinine in the Brazilian Amazon region, reinforcing the need for continuous monitoring of drug sensitivity to adequate chemotherapy according to the most efficacious drug regimens

STANDARDIZATION OF PROCEDURES OF Plasmodium falciparum ANTIGEN PREPARATION FOR SEROLOGIC TESTS

The objective of the present study is to standardize the technical variables for preparation and storage of Plasmodium falciparum and of antigen components extracted with the amphoteric detergent Zwittergent. P. falciparum obtained from in vitro culture was stored at different temperatures and for different periods of time. For each variable, antigen components of the parasite were extracted in the presence or absence of protease inhibitors and submitted or not to later dialysis. Products were stored for 15, 30 and 60 days at different temperatures and immunological activity of each extract was determined by SDS-PAGE and ELISA using positive or negative standard sera for the presence of IgG directed to blood stage antigens of P. falciparum. Antigen extracts obtained from parasites stored at -20oC up to 10 days or at -70oC for 2 months presented the best results, showing well-defined bands on SDS-PAGE and Western blots and presenting absorbance values in ELISA that permitted safe differentiation between positive and negative sera.

In vitro evaluation of erythromycin in chloroquine resistant brazilian P. falciparum freshly isolates: modulating effect and antimalarial activity evidence

Erythromycin, a reversal agent in multidrug-resistant cancer, was assayed in chloroquine resistance modulation. The in vitro microtechnique for drug susceptibility was employed using two freshly isolates of Plasmodium falciparum from North of Brazil. The antimalarial effect of the drug was confirmed, with an IC50 estimates near the usual antimicrobial therapy concentration, and a significant statistical modulating action was observed for one isolate.

Epidemiologia da malária em Cabo Verde - Factores genéticos humanos e estrutura populacional do mosquito vector

A malária, doença parasitária complexa que resulta da interacção entre parasita, hospedeiros humano e vector, constitui um dos principais problemas de saúde a nível mundial. À semelhança de outras doenças parasitárias e infecciosas a malária tem um papel importante na evolução, tendo já sido demonstrado o papel da variação genética humana na resistência à infecção. Após quase meio século de controlo, a malária persiste na ilha de Santiago onde, apesar da baixa endemicidade, os indivíduos apresentam geralmente manifestações moderadas, são diagnosticadas infecções abaixo do nível detectável pela microscopia e o vector se encontra muito próximo da população supostamente susceptível, desconhecendo-se a frequência dos principais polimorfismos genéticos humanos mais relacionados com a doença e a estrutura populacional do mosquito vector. Os objectivos gerais de trabalho desta tese assentam 1) no estudo dos dois clássicos factores genéticos do hospedeiro humano relacionados com a malária, nomeadamente os afectos à anemia das células falciformes, à deficiência em G6PD e a análise dum provável envolvimento da PK e 2) na análise genética das populações do mosquito vector, tentando contribuir para a compreensão da epidemiologia da doença na Ilha, e para a escolha de medidas de controlo apropriadas. Os trabalhos incidiram na detecção do alelo responsável pela hemoglobina S, de polimorfismos no gene da G6PD e da PK em indivíduos não aparentados (Infectados e não Infectados) com análise da sua provável associação com a infecção e, ainda, na genotipagem de loci microssatélites de Anopheles arabiensis com recurso a técnicas baseadas na PCR. Relativamente à anemia falciforme, a frequência dos portadores do traço (indivíduos HbAS) e do alelo HbS foi 6% e 5%, respectivamente, e para as variantes da G6PD, 0,8% para G6PDA- e 0,0% para a G6PDMed, não tendo sido encontrado associação entre os genótipos desses dois factores e a presença de infecção. No que concerne ao gene PKLR não foi encontrada uma associação clara entre os polimorfismos analisados e o estado de infecção, mas foi detectado um acentuado desequilíbrio de linkage entre os loci, apenas nos Não Infectados, o que pode significar que essa região do gene, aparentemente conservada, tenha sido seleccionada por fornecer protecção contra a infecção e/ou doença. A diversidade genética das populações de A. arabiensis em onze loci microssatélites foi moderada com valores médio de He, variando de 0,481 a 0,522 e a Rs de 4 a 5. O valor da diferenciação genética baseado em 7 loci polimórficos foi baixo (FST=0,012; p<0,001) mas significativo, variando entre 0,001 e 0,023 entre os pares de populações. Não foram detectados os alelos de resistência associados ao gene Kdr. A baixa frequência dos alelos associados à G6PD (A- e Med) tem implicações importantes nas estratégias de controlo definidas pelo Programa Nacional de Luta contra o Paludismo (PNLP), uma vez que a primaquina pode continuar a ser administrada como complemento aos regimes terapêuticos, em caso de necessidade. A população de A. arabiensis em Santiago revelou-se relativamente homogénea e com uma estrutura reduzida o que pode, por um lado, representar uma desvantagem por permitir uma provável dispersão dos genes de resistência. Por outro lado, essa relativa homogeneidade poderá representar uma vantagem para a introdução de um programa de controlo baseado na libertação de mosquitos transgénicos.

In vitro evaluation of quinidine sensitivity in brazilian Plasmodium falciparum isolates: comparative analysis to quinine and chloroquine

Falciparum malaria represents a serious and an increasing world public health problem due to the acquired parasite's resistance to the most available drugs. In some endemic areas, quinidine, a diastereoisomer of the antimalarial quinine, has been employed for replacing the latter. In order to evaluate the use of quinidine as an alternative to the increasing loss of quinine effectiveness in Brazilian P. falciparum strains, as has been observed in the Amazon area, we have assayed quinidine, quinine and chloroquine. The in vitro microtechnique was employed. All isolates showed to be highly resistant to chloroquine. Resistance to quinine was not noted although high MIC (minimal inhibitory concentration) values have been observed. These data corroborate the decreasing sensitivity to quinine in strains from Brazil. Quinidine showed IC50 from 0.053 to 4.577 mumol/L of blood while IC50 from 0.053 to 8.132 mumol/L of blood was estimated for quinine. Moreover, clearance of the parasitemia was observed in concentrations lower than that used for quinidine in antiarrhythmic therapy, confirming our previous data. The results were similar to African isolate.

Evaluation of a rapid dipstick test, Malar-CheckTM, for the diagnosis of Plasmodium falciparum malaria in Brazil

The present study was carried out to evaluate the Malar-CheckTM Pf test, an immunochromatographic assay that detects Plasmodium falciparum Histidine Rich Protein II, does not require equipment, and is easy and rapid to perform. In dilution assays performed to test sensitivity against known parasite density, Malar-CheckTMwere compared with thick blood smear (TBS), the gold standard for diagnosis. Palo Alto isolate or P. falciparum blood from patients with different parasitemias was used. The average cut-off points for each technique in three independent experiments were 12 and 71 parasites/mm³ (TBS and Malar-CheckTM, respectively). In the field assays, samples were collected from patients with fever who visited endemic regions. Compared to TBS, Malar-CheckTMyielded true-positive results in 38 patients, false-positive results in 3, true-negative results in 23, and false-negative result in 1. Malar-CheckTMperformed with samples from falciparum-infected patients after treatment showed persistence of antigen up to 30 days. Malar-CheckTM should aid the diagnosis of P. falciparum in remote areas and improve routine diagnosis even when microscopy is available. Previous P. falciparum infection, which can determine a false-positive test in cured individuals, should be considered. The prompt results obtained with the Malar-CheckTM for early diagnosis could avoid disease evolution to severe cases.

Rapid turnover of Plasmodium falciparum var gene transcripts and genotypes during natural non-symptomatic infections

The var genes of Plasmodium falciparum code for the antigenically variant erythrocyte membrane proteins 1 (PfEMP1), a major factor for cytoadherence and immune escape of the parasite. Herein, we analyzed the var gene transcript turnover in two ongoing, non-symptomatic infections at sequential time points during two weeks. The number of different circulating genomes was estimated by microsatellite analyses. In both infections, we observed a rapid turnover of plasmodial genotypes and var transcripts. The rapidly changing repertoire of var transcripts could have been caused either by swift elimination of circulating var-transcribing parasites stemming from different or identical genetic backgrounds, or by accelerated switching of var gene transcription itself.

Susceptibility of two karyotypic forms of Anopheles aconitus (Diptera: Culicidae) to Plasmodium falciparum and P. vivax

Four laboratory-raised colonies of two karyotypic forms of Anopheles aconitus, i.e., Form B (Chiang Mai and Phet Buri strains) and C (Chiang Mai and Mae Hong Son strains), were experimentally infected with Plasmodium falciparum and P. vivax using an artificial membrane feeding technique and dissected eight and 12 days after feeding for oocyst and sporozoite rates, respectively. The results revealed that An. aconitus Form B and C were susceptible to P. falciparum and P. vivax, i.e., Form B (Chiang Mai and Phet Buri strains/P. falciparum and P. vivax) and Form C (Chiang Mai and Mae Hong Son strains/P. vivax). Comparative statistical analyses of the oocyst rates, average number of oocysts per infected midgut and sporozoite rates among all strains of An. aconitus Form B and C to the ingroup control vectors, An. minimus A and C, exhibited mostly no significant differences, confirming the high potential vector of the two Plasmodium species. The sporozoite-like crystals found in the median lobe of the salivary glands, which could be a misleading factor in the identification of true sporozoites in salivary glands were found in both An. aconitus Form B and C.

A relação entre o estatuto económico e os conhecimentos e comportamentos acerca da malária, na região de Gaza, Moçambique

RESUMO A malária é o principal problema de saúde em Moçambique, a região do Chowé é uma zona hiperendémica da malária, contribuindo os factores geográficos, a pobreza e o difícil acesso aos cuidados de saúde, para as altas taxas de mortalidade e morbilidade devidas à malária. A malária é uma doença relacionada com a pobreza e os factores económicos determinam os conhecimentos e comportamentos acerca da malária. O projecto Tisuna Muzototo – Programa de Controlo da Malária na Região de Chokwé, na província de Gaza, Moçambique e o acesso ao estudo dos Conhecimentos, Práticas e Cobertura (“KPC Study”), integrado no programa, permitiu desenvolver o estudo da relação entre o estatuto económico e os conhecimentos e comportamentos relacionados com a malária, na região do Chokwé. Este estudo é pertinente, no âmbito dos programas de controlo da malária na região, uma vez que identifica as diferenças nos conhecimentos e comportamentos relacionados com a malária mediante o estatuto económico, permitindo a integração das estratégias e recursos para as populações mais vulneráveis. O estudo é de natureza observacional, descritivo, inferencial de carácter exploratório, transversal e com uma abordagem quantitativa. A amostra, decidida pela equipa do estudo dos Conhecimentos, Práticas e Cobertura, é constituída por 887 mulheres, grávidas, mães ou cuidadoras de crianças dos 0 aos 59 meses de idade, que representam os seus agregados familiares, na Província de Gaza, nas aldeias dos distritos de Chokwè, Guijá, Massingir e Mabalane. O estatuto económico foi estudado, através do Índice de Riqueza (IR), construído segundo as recomendações de Rutstein e Jhonson (2004), a partir de variáveis que captem os padrões de vida dos agregados familiares. À semelhança do que tem sido descrito por alguns autores, construiu-se o Nível de Conhecimentos Acerca da Malária (NCAM). Através da aplicação de testes paramétricos (Teste T de Student e ANOVA) e não paramétricos (Teste Mann-Witney-Wilcoxon e Kruskall Wallis), para um nível de significância de 5%, conclui-se que: • Existe uma relação bivariada, estatisticamente significativa entre IR e: a escolaridade da mulher, a religião da mulher, a principal ocupação da mulher, a principal ocupação do marido e o meio onde habita (rural, urbano). • A um IR médio/mediano é significativamente mais elevado nas mulheres/domicílios com NCAM Alto; que utilizam métodos de prevenção da malária (independentemente da sua eficácia); que utilizam um maior número de métodos de prevenção da malária eficazes; que possuem redes mosquiteiras em geral; que possuem redes mosquiteiras permanentes e que as mantêm as redes mosquiteiras em boas condições. • Não existe uma relação estatisticamente significativa entre o IR e os comportamentos preventivos da malária na mulher durante a gravidez; os comportamentos relacionados com a gestão de casos de febre, das crianças com menos de 5 anos, pelas mulheres. Na região do Chokwé, considera-se que é importante, para a gestão dos programas de controlo da malária, a compreensão global da influência de factores socioeconómicos, demográficos e dos conhecimentos nos comportamentos protectores da malária. Pelo que se sugere o desenvolvimento de estudos multivariados com a aplicação de metodologias qualitativas e quantitativas. Palavras-chave: Malária; Índice de Riqueza; Conhecimentos; Comportamentos.

Sharing of antigens between Plasmodium falciparum and Anopheles albimanus

The presence of common antigens between Plasmodium falciparum and Anopheles albimanus was demonstrated. Different groups of rabbits were immunized with: crude extract from female An. albimanus (EAaF), red blood cells infected with Plasmodium falciparum (EPfs), and the SPf66 synthetic malaria vaccine. The rabbit's polyclonal antibodies were evaluated by ELISA, Multiple Antigen Blot Assay (MABA), and immunoblotting. All extracts were immunogenic in rabbits according to these three techniques, when they were evaluated against the homologous antigens. Ten molecules were identified in female mosquitoes and also in P. falciparum antigens by the autologous sera. The electrophoretic pattern by SDS-PAGE was different for the three antigens evaluated. Cross-reactions between An. albimanus and P. falciparum were found by ELISA, MABA, and immunoblotting. Anti-P. falciparum and anti-SPf66 antibodies recognized ten and five components in the EAaF crude extract, respectively. Likewise, immune sera against female An. albimanus identified four molecules in the P. falciparum extract antigen. As far as we know, this is the first work that demonstrates shared antigens between anophelines and malaria parasites. This finding could be useful for diagnosis, vaccines, and the study of physiology of the immune response to malaria.

A Propósito de um Caso de Malária e Gravidez

Os autores apresentam o caso clínico de uma mulher de 22 anos, raça negra, grávida de 22 semanas, residente em S. Tomé e Príncipe até há um ano, internada por anemia hemolítica grave.