Nature and specificity of the required protective immune response that develops postchallenge in mice vaccinated with the 19-kilodalton fragment of Plasmodium yoelii merozoite surface protein 1

Immunity induced by the 19-kDa fragment of Plasmodium yoelii merozoite surface protein 1 (MSP1(19)) is dependent on high titers of specific antibodies present at the time of challenge and a continuing active immune response postinfection. However, the specificity of the active immune response postinfection has not been defined. In particular, it is not known whether anti-MSP1(19) antibodies that arise following infection alone are sufficient for protection. We developed systems to investigate whether an MSP1(19)-specific antibody response alone both prechallenge and postchallenge is sufficient for protection. We were able to exclude antibodies with other specificities, as well as any contribution of MSP1(19)-specific CD4(+) T cells acting independent of antibody, and we concluded that an immune response focused solely on MSP1(19)-specific antibodies is sufficient for protection. The data imply that the ability of natural infection to boost an MSPI,g-specific antibody response should greatly improve vaccine efficacy.

Gold nanoparticle to antibody conjugates for diagnosis applications: molecular interactions and immunoassay development

Thesis for the Master degree in Structural and Functional Biochemistry

Plasmodium falciparum merozoite surface protein 2: epitope mapping and fine specificity of human antibody response against non-polymorphic domains.

BACKGROUND: Two long synthetic peptides representing the dimorphic and constant C-terminal domains of the two allelic families of Plasmodium falciparum merozoite surface proteins 2 are considered promising malaria vaccine candidates. The aim of the current study is to characterize the immune response (epitope mapping) in naturally exposed individuals and relate immune responses to the risk of clinical malaria. METHODS: To optimize their construction, the fine specificity of human serum antibodies from donors of different age, sex and living in four distinct endemic regions was determined in ELISA by using overlapping 20 mer peptides covering the two domains. Immune purified antibodies were used in Western blot and immunofluorescence assay to recognize native parasite derivate proteins. RESULTS: Immunodominant epitopes were characterized, and their distribution was similar irrespective of geographic origin, age group and gender. Acquisition of a 3D7 family and constant region-specific immune response and antibody avidity maturation occur early in life while a longer period is needed for the corresponding FC27 family response. In addition, the antibody response to individual epitopes within the 3D7 family-specific region contributes to protection from malaria infection with different statistical weight. It is also illustrated that affinity-purified antibodies against the dimorphic or constant regions recognized homologous and heterologous parasites in immunofluorescence and homologous and heterologous MSP2 and other polypeptides in Western blot. CONCLUSION: Data from this current study may contribute to a development of MSP2 vaccine candidates based on conserved and dimorphic regions thus bypassing the complexity of vaccine development related to the polymorphism of full-length MSP2.

Potential evidence of parasite avoidance in an avian malarial vector

Epidemiological studies of malaria or other vector-transmitted diseases often consider vectors as passive actors in the complex life cycle of the parasites, assuming that vector populations are homogeneous and vertebrate hosts are equally susceptible to being infected during their lifetime. However, some studies based on both human and rodent malaria systems found that mosquito vectors preferentially selected infected vertebrate hosts. This subject has been scarcely investigated in avian malaria models and even less in wild animals using natural host-parasite associations. We investigated whether the malaria infection status of wild great tits, Parus major, played a role in host selection by the mosquito vector Culex pipiens. Pairs of infected and uninfected birds were tested in a dual-choice olfactometer to assess their attractiveness to the mosquitoes. Plasmodium-infected birds attracted significantly fewer mosquitoes than the uninfected ones, which suggest that avian malaria parasites alter hosts' odours involved in vector orientation. Reaction time of the mosquitoes, that is, the time taken to select a host, and activation of mosquitoes, defined as the proportion of individuals flying towards one of the hosts, were not affected by the bird's infection status. The importance of these behavioural responses for the vector is discussed in light of recent advances in related or similar model systems.

Expression of non-TLR pattern recognition receptors in the spleen of BALB/c mice infected with Plasmodium yoelii and Plasmodium chabaudi chabaudi AS

The spleen plays a crucial role in the development of immunity to malaria, but the role of pattern recognition receptors (PRRs) in splenic effector cells during malaria infection is poorly understood. In the present study, we analysed the expression of selected PRRs in splenic effector cells from BALB/c mice infected with the lethal and non-lethal Plasmodium yoelii strains 17XL and 17X, respectively, and the non-lethal Plasmodium chabaudi chabaudi AS strain. The results of these experiments showed fewer significant changes in the expression of PRRs in AS-infected mice than in 17X and 17XL-infected mice. Mannose receptor C type 2 (MRC2) expression increased with parasitemia, whereas Toll-like receptors and sialoadhesin (Sn) decreased in mice infected with P. chabaudi AS. In contrast, MRC type 1 (MRC1), MRC2 and EGF-like module containing mucin-like hormone receptor-like sequence 1 (F4/80) expression decreased with parasitemia in mice infected with 17X, whereas MRC1 an MRC2 increased and F4/80 decreased in mice infected with 17XL. Furthermore, macrophage receptor with collagenous structure and CD68 declined rapidly after initial parasitemia. SIGNR1 and Sn expression demonstrated minor variations in the spleens of mice infected with either strain. Notably, macrophage scavenger receptor (Msr1) and dendritic cell-associated C-type lectin 2 expression increased at both the transcript and protein levels in 17XL-infected mice with 50% parasitemia. Furthermore, the increased lethality of 17X infection in Msr1 -/- mice demonstrated a protective role for Msr1. Our results suggest a dual role for these receptors in parasite clearance and protection in 17X infection and lethality in 17XL infection.

Plasmodium simium/Plasmodium vivax infections in southern brown howler monkeys from the Atlantic Forest

Blood infection by the simian parasite, Plasmodium simium, was identified in captive (n = 45, 4.4%) and in wild Alouatta clamitans monkeys (n = 20, 35%) from the Atlantic Forest of southern Brazil. A single malaria infection was symptomatic and the monkey presented clinical and haematological alterations. A high frequency of Plasmodium vivax-specific antibodies was detected among these monkeys, with 87% of the monkeys testing positive against P. vivax antigens. These findings highlight the possibility of malaria as a zoonosis in the remaining Atlantic Forest and its impact on the epidemiology of the disease.

Design, synthesis, and biological and crystallographic evaluation of novel inhibitors of Plasmodium falciparum enoyl-ACP-reductase (PfFabI).

Malaria, a disease of worldwide significance, is responsible for over one million deaths annually. The liver-stage of Plasmodium's life cycle is the first, obligatory, but clinically silent step in malaria infection. The P. falciparum type II fatty acid biosynthesis pathway (PfFAS-II) has been found to be essential for complete liver-stage development and has been regarded as a potential antimalarial target for the development of drugs for malaria prophylaxis and liver-stage eradication. In this paper, new coumarin-based triclosan analogues are reported and their biological profile is explored in terms of inhibitory potency against enzymes of the PfFAS-II pathway. Among the tested compounds, 7 and 8 showed the highest inhibitory potency against Pf enoyl-ACP-reductase (PfFabI), followed by 15 and 3. Finally, we determined the crystal structures of compounds 7 and 11 in complex with PfFabI to identify their mode of binding and to confirm outcomes of docking simulations.

The severity of malarial anaemia in Plasmodium chabaudi infections of BALB/c mice is determined independently of the number of circulating parasites

Background: Severe malarial anaemia is a major complication of malaria infection and is multifactorial resulting from loss of circulating red blood cells (RBCs) from parasite replication, as well as immune-mediated mechanisms. An understanding of the causes of severe malarial anaemia is necessary to develop and implement new therapeutic strategies to tackle this syndrome of malaria infection. Methods: Using analysis of variance, this work investigated whether parasite-destruction of RBCs always accounts for the severity of malarial anaemia during infections of the rodent malaria model Plasmodium chabaudi in mice of a BALB/c background. Differences in anaemia between two different clones of P. chabaudi were also examined. Results: Circulating parasite numbers were not correlated with the severity of anaemia in either BALB/c mice or under more severe conditions of anaemia in BALB/c RAG2 deficient mice (lacking T and B cells). Mice infected with P. chabaudi clone CB suffered more severe anaemia than mice infected with clone AS, but this was not correlated with the number of parasites in the circulation. Instead, the peak percentage of parasitized RBCs was higher in CB-infected animals than in AS-infected animals, and was correlated with the severity of anaemia, suggesting that the availability of uninfected RBCs was impaired in CB-infected animals. Conclusion: This work shows that parasite numbers are a more relevant measure of parasite levels in P. chabaudi infection than % parasitaemia, a measure that does not take anaemia into account. The lack of correlation between parasite numbers and the drop in circulating RBCs in this experimental model of malaria support a role for the host response in the impairment or destruction of uninfected RBC in P. chabaudi infections, and thus development of acute anaemia in this malaria model.

Effects of Plasmodium gallinaceum on hemolymph physiology of Aedes aegypti during parasite development

Insect disease vectors show diminished fecundity when infected with Plasmodium. This phenomenon has already been demonstrated in laboratory models such as Aedes aegypti, Anopheles gambiae and Anopheles stephensi. This study demonstrates several changes in physiological processes of A. aegypti occurring upon infection with Plasmodium gallinaceum, such as reduced ecdysteroid levels in hemolymph as well as altered expression patterns for genes involved in vitellogenesis, lipid transport and immune response. Furthermore, we could show that P. gallinaceum infected A. aegypti presented a reduction in reproductive fitness, accompanied by an activated innate immune response and increase in lipophorin expression, with the latter possibly representing a nutritional resource for Plasmodium sporozoites. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Malária no Pará: estudo do quadro clínico e laboratorial nas infecções causadas pelo Plasmodium vivax, na atualidade

A malária é considerada pela Organização Mundial de Saúde (OMS) como o maior problema de Saúde Pública na atualidade e os estudos produzidos mais recentemente, apontam para algumas mudanças em termos clínicos e padrões laboratoriais. Com o objetivo de detectar essas mudanças, foram estudadas as manifestações clínicas e laboratoriais da infecção malárica causada pelo Plasmodium vivax. O estudo caracterizou-se por ser longitudinal e prospectivo, tendo sido realizado no Instituto Evandro Chagas (IEC), na cidade de Belém, no período de novembro de 2001 a junho de 2002. A metodologia utilizada constou de diagnóstico pelo exame da gota espessa e por acompanhamento clínico e laboratorial de pacientes portadores de malária por P. vivax, durante todo o tratamento. Foram avaliados 127 pacientes nos aspectos epidemiológico, clínico e laboratorial, incluindo sexo, cor, profissão, procedência da infecção, período de incubação e persistência de cefaléia, calafrios e febre, além de outros sintomas ao final do tratamento. A avaliação laboratorial inclui densidade parasitária e exames relacionados à coagulação sangüínea, além de hemograma completo, aminotransferases, bilirrubinas, fosfatase alcalina, uréia e creatinina séricas. Dados do presente estudo demonstram uma ocorrência maior de casos entre estudantes e donas de casa como o perfil epidemiológico relacionado ao tipo de ocupação dos doentes portadores de malária atendidos em área urbana. O presente ensaio corrobora estudos anteriores relativos à ação esquizonticida da cloroquina em um tempo médio de 48 à 72 horas e revela significativa plaquetopenia até hoje não muito estudada em malária por P. vivax, e apesar deste achado, as provas de coagulação sangüíneas não mostraram alterações significantes. A palidez cutâneo-mucosa em D7 foi observada em 124 dos 127 pacientes estudados, embora este dado não tenha obrigatoriamente correlação com o achado de anemia.

Alterações clínicolaboratoriais em pacientes com malária por Plasmodium vivax e deficiência de glicose-6-fosfato desidrogenase tratados com 0,50mg/kg/dia de primaquina

O efeito adverso da primaquina na dose de 0,50mg/kg/dia foi investigado em onze pacientes com malária vivax (três com deficiência de glicose-6-fosfato desidrogenase). Alterações clínicas e laboratoriais indicaram hemólise aguda apenas nos enzimopênicos, o que fez com que o tratamento fosse interrompido. Nossos resultados sugerem a necessidade do emprego de um teste de triagem para a deficiência de G6PD em áreas endêmicas de malária vivax a fim de se evitar complicações causadas pelo uso da primaquina.

Avaliação da terapêutica da malária por Plasmodium vivax: perfil cinético da cloroquina e primaquina

Os relatos crescentes da resistência aos antimaláricos no tratamento da malária vivax direcionam a busca de novas estratégias de aperfeiçoamento do tratamento e controle da doença e ao se considerar a ausência de dados referentes a eficácia da associação cloroquina e primaquina e seus respectivos perfis cinéticos em pacientes com malária vivax no estado do Pará, este estudo objetivou avaliar as características epidemiológicas, a resposta terapêutica e as funções renal e hepática de 40 pacientes com malária vivax atendidos no Programa de Ensaios Clínicos em Malária do Instituto Evandro Chagas (Belém/Pará) no período 2008 a 2010. Houve predomínio do gênero masculino (67,5%), a faixa etária de maior incidência foi 34-42 anos (30%), as ocupações principais foram maritimos e vendedores; a maioria (85%) residente em Belém-PA; os primoinfectados representaram 42,5%. A parasitemia inicial média foi 4.485,7 ± 6.732,7 parasitos/mm3, sendo considerada baixa em 95% e média em 5% dos casos. A anemia esteve presente em 60% dos casos com faixa estária predominante entre 23 a 60 anos; 57,5% apresentaram os demais índices hematimétricos foram normais em ambos os gêneros. Os parâmetros bioquímicos foram similares nos pacientes primoinfectados e recorrentes; O perfil cinético da cloroquina demonstrou pico de concentração plasmática de1.102,15 ± 313,52 ng/mL; em D30 foram D30 foram de 98,6 ± 35,88. Os teores médios de primaquina em D2, D7 e D14 foram de 210,2 ng/mL, 345,0 ng/mL e 91,7 ng/mL, respectivamente. O seguimento clínico e laboratorial dos pacientes não detectou recidiva da infecção após o seguimento de 28 dias, e não foram evidenciadas sintomatologia clínica adicional, o que aliado ao tempo médio de clareamento da parasitemia de 80±32 horas indicam que o esquema terapêutico utilizado foi eficaz com taxa de cura de 100%, bem como a qualidade das medidas de orientação, esclarecimento e seguimento do serviço de saúde nos quais os pacientes foram diagnosticados e tratados.

Identificação molecular de espécies do complexo Anopheles albitarsis (Diptera, Culicidae, Anophelinae), coletadas em dois municípios da Amazônia brasileira, com análise de suscetibilidade natural a plasmódios humanos

Anofelinos membros de complexos de espécies crípticas podem exibir diferenças comportamentais, de susceptibilidade a infecção malárica, e resistência a inseticidas. Assim, a identificação de espécies vetoras tem relevância epidemiológica, o que nem sempre é possível por critérios morfológicos. Métodos alternativos têm sido empregados para tal, como os que analisam regiões altamente conservadas do DNA ribossômico, variável entre as espécies, conhecidas como espaçadoras internas transcritas (ITS). Considera-se atualmente que o complexo Anopheles c seja composto por seis espécies: An. albitarsis s.s., An. oryzalimnetes, An. albitarsis F, An. marajoara, An. deaneorum, e An. janconnae. Destas, pelo menos as três últimas são incriminadas como vetores de malária na Amazônia brasileira. O objetivo deste estudo foi realizar identificação molecular de espécies do complexo An. albitarsis, por análise da seqüências do ITS2 do rDNA, com vistas a analisar sua importância na transmissão de malária nos municípios de Macapá, Amapá e Peixe-Boi, Pará, inclusive investigando pela primeira vez a ocorrência do An. albitarsis F nestas duas áreas epidemiologicamente distintas: a primeira com histórico de alto risco de transmissão de malária e a segunda não. O estudo foi realizado entre janeiro de 2009 e abril de 2010, e consistiu de capturas de anofelinos de 12 horas de duração (ecostofase) no peridomicílio. Todas as fêmeas coletadas foram morfologicamente identificadas e apenas os An. albitarsis s.l. tiveram cabeça e tórax separadas para análise da infecção natural por ELISA; ovários para análise de paridade e patas, asas e carcaça para identificação molecular. Em Macapá foram realizadas seis coletas, obtendo-se um total de 584 anofelinos, sendo 366 An. albitarsis s.l. (62,7%), 167 An. darlingi (28,6%), 33 An. triannulatus s.l (5,6%), 15 An. braziliensis (2,6%) e 3 An. nuneztovari (0,5%). Pela PCR foi possível visualizar a banda específica de An. marajoara em 320 espécimes dos An. albitarsis s.l testados. Do restante, 33 foram negativos e 13 amplificaram um fragmento de ~490 pb nos iniciadores empregados, não permitindo chegar ao diagnóstico específico. O An. marajoara apresentou características biológicas e comportamentais que ratificam sua importância epidemiológica na transmissão de malária em Macapá, tais como: ser a espécie mais prevalente, com maior proporção de fêmeas paridas (73,0%), e portanto com maiores chances de se infectarem com o plasmódio, ocorrer tanto na estação menos quanto na mais chuvosa, e apresentar atividade hematofágica durante toda a ecostofase, alem disso, foi encontrado naturalmente infectado por P. vivax e P. falciparum (taxa de infecção natural de 3,1%). Em Peixe-Boi, foram capturados 43 anofelinos: An. triannulatus s.l (20 espécimes, 46,5 %), An. albitarsis s.l. (13: 30,2 %), An. darlingi (8: 18,6%), e An. nuneztovari (2: 4,7%). Todos os An. albitarsis s.l. coletados foram identificados pela ITS2 como An. oryzalimnetes. Nenhum deles foi encontrado infectado pelos plasmódios testados, e a maioria das fêmeas era parida (84,6%). São necessários levantamentos entomológicos sistemáticos que analisem a importância deste anofelino na transmissão de malária na cidade. O An. albitarsis F não foi encontrado nas duas áreas estudadas. Nossos resultados contribuem para o entendimento da epidemiologia da malária na região Amazônica brasileira.

Susceptibilidade experimental do Anopheles (Nyssorhynchus) nuneztovari Galbadon, 1940 ao Plasmodium vivax Grassi&Feletti, 1890 e Plasmodium falciparum Welch, 1897

A importância do An. nuneztovari como vetor primário de malária já foi comprovado em países da América do Sul como Venezuela, Colômbia e Peru. Na Amazônia brasileira, embora tenha sido encontrado naturalmente infectado com Plasmodium vivax e P. falciparum e em alta densidade, é ainda considerado vetor secundário desta doença. O objetivo deste presente trabalho foi avaliar a susceptibilidade do An. nuneztovari à infecção por plasmódios humanos. Para isso exemplares da geração F1, obtida em laboratório, de An. nuneztovari e An. darlingi (espécie controle) foram alimentados, em alimentador artificial, com sangue de pacientes com diagnóstico inicial de malária causada por P. falciparum, cuja revisão resultou no diagnóstico de infecção mista. Todas as amostras sangüíneas dos pacientes infectaram espécimes das duas espécies, não mostrando diferença significativa entre elas quanto à susceptibilidade. Para detecção de infecção malárica nos mosquitos foi usado o teste ELISA (Enzime – Linked Imunosorbent Assay) cujos resultados foram discordantes do diagnóstico laboratorial, já que o teste detectou infecções pelo P. falciparum, P. vivax VK210 ou P. vivax VK247entre os mosquitos positivos sugerindo que os pacientes apresentavam infecção mista. Também foi observado o curto período de desenvolvimento de oocistos e esporozoítos, de quatro a cinco dias, o que pode ser explicado pela alta temperatura (>30°C) que os mosquitos foram expostos. Assim nossos resultados sugerem possível envolvimento do An nuneztovari na transmissão de malária humana na área estudada e alertam para o papel deste, como possível vetor principal de malária humana na região amazônica brasileira.

Papel do óxido nítrico na infecção malárica por P. gallinaceum

Malária é uma das mais incidentes doenças infecciosas do mundo. Na Amazônia existem muitos casos de malária causados principalmente por duas espécies de protozoários, o Plasmodium vivax e o Plasmodium falciparum, sendo este último responsável pela maioria dos casos de malária grave, que geralmente levam a morte devido ao acometimento de múltiplos órgãos, como o cérebro. Um dos mediadores químicos amplamente estudados nessa patogênese é o Óxido Nítrico (NO), o qual apresenta papel controverso. Atualmente duas hipóteses principais são apontadas como potencializadoras na patogênese. Uma, que a MC é causa da superprodução de NO, produzido pela Óxido Nítrico Sintase Neuronal (nNOS), após um quadro de hipóxia. Outra, diz que a MC é a causa da resposta exacerbada do sistema imunológico com produção de NO pela Óxido Nítrico Sintase Induzida (iNOS), presente nos macrófagos quando ativados pro determinantes antigênicos. Devido grande relevância da doença e dificuldade em enteder a patologia, modelos experimentais têm sido estabelecidos com a finalidade de esclarecer vias potenciais da evolução para MC, dentre eles o modelo de malária aviária causada pelo Plasmodium gallinaceum. Pouco se sabe sobre o seu papel do NO em modelos de malária aviária, principalmente devido inexistência de marcadores específicos para avaliar expressão das enzimas de síntese. Diante disso é importante estabelecer protocolos de purificação da iNOS de galinhas para a produção de um possível marcador. Para tanto se faz necessário investigar o papel do NO durante a malária aviária, em modelo experimental in vivo e in vitro, com linhagens de macrófagos de galinha HD11. Animais infectados com P. gallinaceum tratados com aminoguanidina (AG), um inibidor da produção de NO, tiveram maior sobrevida, além de menores níveis de nitrito no plasma e em macrófagos derivados de monócitos do sangue periférico, sugerindo a inibição da iNOS. Nos experimentos in vitro, células HD11 tratadas com LPS mostraram produção aumentada de NO, inferindo aumento na expressão e atividade da iNOS. Na separação proteica, observamos padrões diferentes que podem ser associados a uma elevada expressão da iNOS nos macrófagos ativados com LPS. Esse estudo proporcionará o melhor entendimento do modelo de malária aviária em galinhas, incluindo a cerebral, e envolvimento do sistema nitrérgico em galinhas infectadas com P. gallinaceum.