Molecular epidemiology: A multidisciplinary approach to understanding parasitic zoonoses

Sound application of molecular epidemiological principles requires working knowledge of both molecular biological and epidemiological methods. Molecular tools have become an increasingly important part of studying the epidemiology of infectious agents. Molecular tools have allowed the aetiological agent within a population to be diagnosed with a greater degree of efficiency and accuracy than conventional diagnostic tools. They have increased the understanding of the pathogenicity, virulence, and host-parasite relationships of the aetiological agent, provided information on the genetic structure and taxonomy of the parasite and allowed the zoonotic potential of previously unidentified agents to be determined. This review describes the concept of epidemiology and proper study design, describes the array of currently available molecular biological tools and provides examples of studies that have integrated both disciplines to successfully unravel zoonotic relationships that would otherwise be impossible utilising conventional diagnostic tools. The current limitations of applying these tools, including cautions that need to be addressed during their application are also discussed.(c) 2005 Australian Society for Parasitology Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Peritoneal Dialysis in Acute Kidney Injury: Lessons Learned and Applied

Peritoneal dialysis (PD) is a simple, safe, gentle, and efficient renal replacement therapy (RRT) method. It is able to correct acute kidney injury (AKI)-induced metabolic, electrolytic, and acid-base disorders and volume overload both in and out the intensive care unit setting. Some PD modalities, such as high-volume PD and continuous flow PD, can provide RRT doses and efficiency comparable to extracorporeal blood purification methods. PD is particularly suitable for children, patients with refractory heart failure or hemodynamically instable, conditions where systemic anticoagulation should be avoided, patients with difficulty for vascular access and hypo- and hyperthermia conditions. In the following manuscript, PD technical aspects and the possible advantages and limitations of this RRT method will be discussed, and the more recent literature on clinical experience with PD for treatment of AKI will be reviewed.

A transposon toolkit for gene transfer and mutagenesis in protozoan parasites

Protozoan parasites affect millions of people around the world. Treatment and control of these diseases are complicated partly due to the intricate biology of these organisms. The interactions of species of Plasmodium, Leishmania and trypanosomes with their hosts are mediated by an unusual control of gene expression that is not fully understood. The availability of the genome sequence of these protozoa sets the stage for using more comprehensive, genome-wide strategies to study gene function. Transposons are effective tools for the systematic introduction of genetic alterations and different transposition systems have been adapted to study gene function in these human pathogens. A mariner transposon toolkit for use in vivo or in vitro in Leishmania parasites has been developed and can be used in a variety of applications. These modified mariner elements not only permit the inactivation of genes, but also mediate the rescue of translational gene fusions, bringing a major contribution to the investigation of Leishmania gene function. The piggyBac and Tn5 transposons have also been shown to mobilize across Plasmodium spp. genomes circumventing the current limitations in the genetic manipulation of these organisms.

Drug targets and mechanisms of resistance in the anaerobic protozoa

The anaerobic protozoa Giardia duodenalis, Trichomonas vaginalis, and Entamoeba histolytica infect up to a billion people each year. G. duodenalis and E. histolytica are primarily pathogens of the intestinal tract, although E. histolytica can form abscesses and invade other organs, where it can be fatal if left untreated. T. vaginalis infection is a sexually transmitted infection causing vaginitis and acute inflammatory disease of the genital mucosa. T. vaginalis has also been reported in the urinary tract fallopian tubes, and pelvis and can cause pneumonia, bronchitis, and oral lesions. Respiratory infections can be acquired perinatally. T. vaginalis infections have been associated with preterm delivery, low birth weight, and increased mortality as well as predisposing to human immunodeficiency virus infection, AIDS, and cervical cancer. All three organisms lack mitochondria and are susceptible to the nitroimidazole metronidazole because of similar low-redox-potential anaerobic metabolic pathways. Resistance to metronidazole and other drugs has been observed clinically and in the laboratory. Laboratory studies have identified the enzyme that activates metronidazole, pyruvate:ferredoxin oxidoreductase, to its nitroso form and distinct mechanisms of decreasing drug susceptibility that are induced in each organism. Although the nitroimidazoles have been the drug family of choice for treating the anaerobic protozoa, G. duodenalis is less susceptible to other antiparasitic drugs, such as furazolidone, albendazole, and quinacrine. Resistance has been demonstrated for each agent and the mechanism of resistance has been investigated. Metronidazole resistance in T. vaginalis is well documented, and the principal mechanisms have been defined Bypass metabolism, such as alternative oxidoreductases, have been discovered in both organisms. Aerobic versus anaerobic resistance in T. vaginalis is discussed. Mechanisms of metronidazole resistance in E. histolytica have recently been investigated ruing laboratory-induced resistant isolates. Instead of downregulation of the pyruvate:ferredoxin oxidoreductase and ferredoxin pathway as seen in G. duodenalis and T. vaginalis, E. histolytica induces oxidative stress mechanisms, including superoxide dismutase and peroxiredoxin. The review examines the value of investigating both clinical and laboratory-induced syngeneic drug-resistant isolates and dissection of the complementary data obtained. Comparison of resistance mechanisms in anaerobic bacteria and the parasitic protozoa is discussed as well as the value of studies of the epidemiology of resistance.

Cleavage of hemoglobin by hookworm cathespin D aspartic proteases and its potential contribution to host specificity

Hookworms routinely reach the gut of nonpermissive hosts but fail to successfully feed, develop, and reproduce. To investigate the effects of host-parasite coevolution on the ability of hookworms to feed in nonpermissive hosts, we cloned and expressed aspartic proteases from canine and human hookworms. We show here that a cathepsin D-like protease from the canine hookworm Ancylosotoma caninum (Ac-APR-1) and the orthologous protease from the human hookworm Necator americanus (Na-APR-1) are expressed in the gut and probably exert their proteolytic activity extracellularly. Both proteases were detected immunologically and enzymatically in somatic extracts of adult worms. The two proteases were expressed in baculovirus, and both cleaved human and dog hemoglobin (Hb) in vitro. Each protease digested Hb from its permissive host between twofold (whole molecule) and sixfold (synthetic peptides) more efficiently than Hb from the nonpermissive host, despite the two proteases' having identical residues lining their active site clefts. Furthermore, both proteases cleaved Hb at numerous distinct sites and showed different substrate preferences. The findings suggest that the paradigm of matching the molecular structure of the food source within a host to the molecular structure of the catabolic proteases of the parasite is an important contributing factor for host-parasite compatibility and host species range.

Resistance to antiparasitic drugs: The role of molecular diagnosis

Chemotherapy is central to the control of many parasite infections of both medical and veterinary importance. However, control has been compromised by the emergence of drug resistance in several important parasite species. Such parasites cover a broad phylogenetic range and include protozoa, helminths and arthropods. In order to achieve effective parasite control in the future, the recognition and diagnosis of resistance will be crucial. This demand for early, accurate diagnosis of resistance to specific drugs in different parasite species can potentially be met by modern molecular techniques. This paper summarises the resistance status of a range of important parasites and reviews the available molecular techniques for resistance diagnosis. Opportunities for applying successes in some species to other species where resistance is less well understood are explored. The practical application of molecular techniques and the impact of the technology on improving parasite control are discussed. (C) 2002 Australian Society for Parasitology Inc. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Estudo sobre malária e parasitoses intestinais em indígenas da tribo Nadëb-Maku, Estado do Amazonas, Brasil

Em março de 1983 detectou-se uma epidemia de malária por Plasmodium falciparum na tribu indígena Nadëb-Maku localizada às margens do Rio Uneiuxi, alto Rio Negro, no Estado do Amazonas (Brasil). Foram obtidas e examinadas para hematozoários amostras de sangue periférico de 76 indígenas. Vinte e sete (35,5%) dessas amostras estavam positivas para plasmódios. A infecção malárica foi tratada com Fansidar® (pirimetamina + sulfadoxina), mefloquina e/ou primaquina. A única espécie de anofelino coletada na aldeia durante o período da epidemia foi Anopheles mediopunctatus. Amostras de fezes obtidas de 49 indígenas foram examinadas para parasitas intestinais e 100% delas estavam positivas. A maioria dos indígenas estavam parasitada por mais de uma espécie de parasita.

Foco de malária no Estado de São Paulo (Brasil)

Assinala-se foco de malária instalado no período de fevereiro a abril de 1984, no Estado de São Paulo, Brasil. A transmissão teve início a partir de fonte de infecção desconhecida, em área periurbana do município de Panorama. Foram diagnosticados 10 casos, todos devidos a Plasmodium falciparum, variando o intervalo entre o aparecimento dos sintomas e o diagnóstico de 2 a 22 dias, tendo sido encontradas duas espécies transmissoras da malária: Anopheles (N) darlingi e Anopheles (N) albitarsis. São descritas a medidas que levaram à eliminação do foco destacando-se a detecção de um caso através da coleta de lâminas de investigação (gota espessa) entre 1236 moradores da área. O aparecimento desse foco permitiu avaliar o risco potencial da reintrodução da malária no Estado de São Paulo e intensificar as medidas de vigilância epidemiológica em áreas vulneráveis/receptivas.

Comprometimento pulmonar na malária (revisão)

Com uma incidência de 3 a 10% dos casos e letalidade próxima a 70%, o comprometimento pulmonar constitui uma das manifestações mais graves da malária por Plasmodium falciparum. Embora sua patogênese não esteja perfeitamente esclarecida, reconhece-se que a hiperativação do sistema imune por antígenos liberados pelo Plasmodium falciparum desempenhe um importante papel no desencadeamento e agravamento das lesões. A estrutura alvo parece ser o endotélio capilar, responsável pelo fluxo de líquidos para o espaço intersticial. Essas células são ativadas por ação de citocinas, produzidas por linfócitos e macrófagos durante a resposta imune, e passam a expressar em sua membrana celular receptores e moléculas de aderência que facilitam a sequestração de eritrócitos parasitados e também a aderência de células capazes de produzir mediadores inflamatórios. A reação inflamatória e a lesão endotelial que se seguem, juntamente com as alterações hemodinâmicas induzidas pelo bloqueio capilar devido ao acúmulo local de eritrócitos e células inflamatórias causam alterações de permeabilidade vascular e, consequentemente, acúmulo de líquido nos espaços intersticiais e alvéolos. Nos casos mais graves, as manifestações clínicas assemelham-se às do quadro da Síndrome do desconforto respiratório do adulto. Comprometimento pulmonar grave pode se instalar rapidamente em qualquer estágio da evolução clínica da malária, mesmo após a cura parasitológica, desconhecendo-se os fatores desencadeantes. Hiperparasitismo, insuficiência renal e gravidez constituem fatores predisponentes. O prognóstico dependerá da rapidez com que o diagnóstico for estabelecido e o correto tratamento instituído. Além do tratamento instituído contra o parasita, especial atenção deverá ser dispensada à monitorização hemodinâmica, se possível através de cateter de Swan-Ganz, à manutenção de adequada oxigenação e balanço hídrico, e ao controle de outras complicações, frequentemente associadas ao comprometimento pulmonar. O esclarecimento da patogenia do comprometimento pulmonar associado à malária deverá concorrer para a racionalização da conduta terapêutica e, consequentemente, melhorar o prognóstico dos indivíduos acometidos por esta complicação

Efeito dos factores do hospedeiro e parasitários na susceptibilidade à Malária e gravidade da Doença

A malária é considerada como a doença parasitária mais séria em humanos, infectando cerca de 5 a 10% da população mundial, estimando-se entre 300 a 600 milhões de casos e mais de dois milhões de mortes, anualmente. Apesar da severidade da doença, a compreensão da variabilidade da resposta do hospedeiro à infecção (traduzida desde a infecção silenciosa até formas crónicas da doença, passando por quadros clínicos potencialmente fatais), continua a ser um dos grandes desafios da investigação médica. Vários factores genéticos parasitários ou do hospedeiro, estado imune e níveis de exposição, contribuem para esta variabilidade, mas a sua importância relativa para a carga total da doença tem sido pouco estudada. Entre outros, é possível salientar como fontes importantes de variabilidade na susceptibilidade à malária e gravidade da doença, factores intrínsecos ao hospedeiro tais como polimorfismos genéticos relacionados com as células sanguíneas e factores parasitários como a composição da(s) população(ões) parasitária(s) presentes na infecção. Factores do hospedeiro humano relacionados com as células sanguíneas (drepanocitose e deficiência na glucose-6-fosfato desidrogenase - G6PD) têm sido tradicionalmente estudados e relacionados com a gravidade da malária causada por Plasmodium falciparum. Relativamente às populações parasitárias, das cinco espécies que infectam humanos, P. falciparum continua a ser responsável pela malária grave, apesar de muito recentemente alguma gravidade ser atribuída a Plasmodium vivax. Sabe-se que nas mesmas áreas outras espécies coexistem em muito maior prevalência, contrariando o que se pensava há algum tempo. Apesar de poucos estudos terem focado o tema das infecções mistas, existem alguns relatos de que eventuais interacções entre as diferentes espécies presentes simultaneamente no mesmo hospedeiro poderem afectar a susceptibilidade à doença. Com o objectivo geral de avaliar o efeito e a contribuição destes factores na susceptibilidade e gravidade da malária, analisando e comparando três grupos (estudo de caso-controlo) doentes com malária grave (MG), doentes com malária não-complicada (Mnc) e indivíduos infectados assintomáticos (IA), realizámos em Angola de 2007 a 2010, um estudo em sete das 18 províncias com distintos níveis de endemicidade. Foram obtidas 1.416 amostras de sangue periférico de 1.198 indivíduos assintomáticos e 218 doentes. O DNA obtido a partir destes isolados foi utilizado para detecção da presença de variantes genéticos relacionados com os eritrócitos (drepanocitose – análise do gene HBB, deficiência G6PD – análise do gene G6PD, antigénio Duffy-análise do gene DARC) e identificação das espécies de Plasmodium presentes, através de nested-PCR mediante a amplificação dos genes que codificam a subunidade menor do RNA ribossomal. Os resultados demonstraram prevalências superiores às anteriormente descritas em relação às seguintes espécies parasitárias: P. falciparum 98,2% vs 92,0% e Plasmodium malariae 10,7% vs 1,0% e inferior em relação a P. vivax 2,5% vs 7,0%. Foi reconfirmada a presença de Plasmodium ovale (descrita anteriormente), mas não publicada em documentos oficiais e relatada pela primeira vez em Angola a presença de infecções mistas (duplas e triplas) (15,7%) e de infecção por P. vivax em indivíduos Duffy-negativos (dados publicados). Relativamente aos polimorfismos relacionados com os genes HBB e G6PD e provável associação com a protecção à malária, os nossos resultados confirmam a associação do traço falciforme (heterozigotia HbS), com a protecção à doença (OR = 0,30; IC 95% 0,18-0,49; p<0,001). Contudo, não foi encontrada, quer nos indivíduos hemizigóticos, quer nos heterozigóticos para o alelo G6PD (A-) nenhuma evidência para a protecção a malária (MG e Mnc) (OR = 1,69; IC 95% 0,91-3,13; p=0,096). Os resultados desta investigação requerem um estudo mais aprofundado, com uma dimensão amostral maior, necessário à confirmação da nossa observação.

Malária Grave — Um Caso Clínico

Descreve-se um caso de malária grave por Plasmodium falciparum numa criança de raça negra, de 5 anos de idade, residente em Angola até 2 semanas antes do internamento. Apesar da terapêutica com quinino i.v. o quadro evoluiu com falência multiorgânica, nomeadamente coma, insuficiência renal, necrose hepática, diátese hemorrágica e rabdomiólise. Foi necessário instituir ventilação mecânica e na terapêutica de suporte recorreu-se à administração de derivados plasmáticos, aminas vasoactivas e diuréticos em altas doses, tendo havido regressão do quadro clínico. Discutem-se as complicações bem como os factores de mau prognóstico presentes neste caso.

Metabolismo do ácido fólico na malária

O estudo de 27 pacientes infectados pelo Plasmodium falciparum comparado com pessoas aparentemente sadias mostra: a) diminuição do folato no soro dos pacientes infectados; b) diminuição do folato sêrico nos primeiros 8 dias que seguiram ao tratamento, interpretados como sendo devido à mobilização pela eritropoiese compensadora; c) folato eritrocítico normal.

Comparison of vigilance methods in three houses with different Triatoma infestans densities

Através da prova de 7 dias foi estudado o grau de resistência do Plasmodium falciparum à cloroquina, amodiaquina e sulfadoxina-pirimetamina em Porto Velho, Estado de Rondônia, Brasil. Não se observaram diferenças significativas nas médias de parasitas nos dias de seguimento e nas proporções de resistência entre os três medicamentos testados, fazendo com que os autores recomendem a manutenção das 4-aminoquinoleínas como drogas a serem usadas atualmente em infecções não graves por P. falciparum na área de Porto Velho.

Quimioprofilaxia da malária com mefloquina na amazônia brasileira

Em estudo randômico dupb-cego, 122 voluntários morando em área endêmica de malária na Região Amazônica (Estado de Rondônia) foram divididos em quatro grupos para estudo da supressão malárica. O grupo 1 recebeu 500mg de mefloquina a cada quatro semanas; o grupo II 250mg de mefloquina a cada duas semanas; o grupo III um comprimido de Fansidar (500mg de sulfadoxina + 25mg de pirimetamina) por semana e o grupo IV, recebeu apenas placebo. Um ataque agudo de malária ocorreu em um indivíduo do grupo 1, em dois indivíduos do grupo II e em seis indivíduos dos grupos III e IV. A proteção verificada nos grupos em uso de mefloquina foi significantemente superior comparada ao grupo placebo. A mefloquina, em ambas as dosagens usadas, mostrou-se efetiva na supressão malárica em uma área onde o Plasmodium falciparum plurirresistente é altamente prevalente.

Imunobiossensores capacitivos interdigitais com camadas sensíveis micro e nano-estruturadas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia