Transglutaminases do mosquito Anopheles gambiae: Caracterização genética, bioquímica e funcional durante a infecção por Plasmodium berghei

A malária constitui um problema de saúde pública, que tem vindo a agravar-se, sendo crescente a necessidade de estratégias renovadas para o seu controlo, como a interrupção do ciclo esporogónico. Deste modo, é essencial compreender as respostas imunológicas de Anopheles anti-Plasmodium. Demonstrou-se anteriormente, que a inibição de transglutaminases, enzimas que participam em vários processos biológicos ao catalisarem a formação de ligações covalentes entre péptidos, agrava a infecção em mosquitos pelo parasita. O presente trabalho tem por objectivo caracterizar as transglutaminases AGAP009098 e AGAP009100 de Anopheles gambiae. Os métodos utilizados para este efeito foram: a sequenciação de regiões dos genes AGAP009098 e AGAP009100; a clonagem molecular de fragmentos da região codificante do gene AGAP009098, usando o vector plasmídico pET–28a(+) e Escherichia coli como sistema de expressão; e PCR em Tempo Real para analisar a expressão relativa dos genes AGAP009098 e AGAP009100 nos diferentes os estádios de desenvolvimento. AGAP009098 é expressa ubiquamente e AGAP009100 a partir do estádio pupa. Estes resultados apontam para a conclusão de que AGAP009098 e AGAP009100 poderão desempenhar funções em processos biológicos relevantes, por exemplo na defesa imunitária, ou no desenvolvimento. Os péptidos recombinantes, obtidos a partir da clonagem com sucesso de fragmentos da região codificante do gene AGAP009098, constituem uma ferramenta importante para averiguar a função destas TGases, no futuro.

Identification of plasmodium vivax proteins with potential role in invasion using sequence redundancy reduction and profile hidden markov models

Background: This study describes a bioinformatics approach designed to identify Plasmodium vivax proteins potentially involved in reticulocyte invasion. Specifically, different protein training sets were built and tuned based on different biological parameters, such as experimental evidence of secretion and/or involvement in invasion-related processes. A profile-based sequence method supported by hidden Markov models (HMMs) was then used to build classifiers to search for biologically-related proteins. The transcriptional profile of the P. vivax intra-erythrocyte developmental cycle was then screened using these classifiers. Results: A bioinformatics methodology for identifying potentially secreted P. vivax proteins was designed using sequence redundancy reduction and probabilistic profiles. This methodology led to identifying a set of 45 proteins that are potentially secreted during the P. vivax intra-erythrocyte development cycle and could be involved in cell invasion. Thirteen of the 45 proteins have already been described as vaccine candidates; there is experimental evidence of protein expression for 7 of the 32 remaining ones, while no previous studies of expression, function or immunology have been carried out for the additional 25. Conclusions: The results support the idea that probabilistic techniques like profile HMMs improve similarity searches. Also, different adjustments such as sequence redundancy reduction using Pisces or Cd-Hit allowed data clustering based on rational reproducible measurements. This kind of approach for selecting proteins with specific functions is highly important for supporting large-scale analyses that could aid in the identification of genes encoding potential new target antigens for vaccine development and drug design. The present study has led to targeting 32 proteins for further testing regarding their ability to induce protective immune responses against P. vivax malaria.

New evidence for the antiquity of the intestinal parasite Trichuris (whipworm) in Europe

The whipworm, Trichuris trichiura L., is one of the most common human intestinal parasites worldwide, yet little is known of its origin and global spread. Archaeological records for this nematode have all been of Neolithic or later date, suggesting a possible association between the spread of pastoral farming and human acquisition of whipworm. This paper reports the discovery of eggs of the genus Trichuris in late Mesolithic deposits from south Wales, indicating that whipworm was present in Europe before the arrival of agriculture. This raises the possibility that human infection by Trichuris arose through contact with wild animals in parts of the landscape frequented by both human and animal groups.

The pathology of Plasmodium chabaudi infection is not ameliorated by the secreted filarial nematode immunomodulatory molecule, ES-62

ES-62 is a phosphorylcholine-containing glycoprotein secreted by filarial nematodes. This molecule has been shown to reduce the severity of inflammation in collagen-induced arthritis (CIA) in mice, a model of rheumatoid arthritis, via down-regulation of anti-collagen type 1 immune responses. Malaria parasites induce a pro-inflammatory host immune response and many of the symptoms of malaria are immune system-mediated. Therefore we have asked whether the immunomodulatory properties of ES-62 can down-regulate the severity of malaria infection in BALB/c mice infected with Plasmodium chabaudi. We have found that ES-62 has no significant effect on the course of P. chabaudi parasitaemia, and does not significantly affect any of the measures of malaria-induced pathology taken throughout infection.

Mosquito (Diptera: Culicidae) Diversity of a Forest-Fragment Mosaic in the Amazon Rain Forest

To study the impact of Amazonian forest fragmentation on the mosquito fauna, an inventory of Culicidae was conducted in the upland forest research areas of the Biological Dynamics of Forest Fragments Project located 60 km north of Manaus, Amazonas, Brazil. The culicid community was sampled monthly between February 2002 and May 2003. CDC light traps, flight interception traps, manual aspiration, and net sweeping were used to capture adult specimens along the edges and within forest fragments of different sizes (1, 10, and 100 ha), in second-growth areas surrounding the fragments and around camps. We collected 5,204 specimens, distributed in 18 genera and 160 species level taxa. A list of mosquito taxa is presented with 145 species found in the survey, including seven new records for Brazil, 16 new records for the state of Amazonas, along with the 15 morphotypes that probably represent undescribed species. No exotic species [Aedes aegypti (L.) and Aedes albopictus (Skuse)] were found within the sampled areas. Several species collected are potential vectors of Plasmodium causing human malaria and of various arboviruses. The epidemiological and ecological implications of mosquito species found are discussed, and the results are compared with other mosquito inventories from the Amazon region.

Population genetic analysis of large sequence polymorphisms in Plasmodium falciparum blood-stage antigens

Plasmodium falciparum, the causative agent of human malaria, invades host erythrocytes using several proteins on the surface of the invasive merozoite, which have been proposed as potential vaccine candidates. Members of the multi-gene PfRh family are surface antigens that have been shown to play a central role in directing merozoites to alternative erythrocyte receptors for invasion. Recently, we identified a large structural polymorphism, a 0.58 Kb deletion, in the C-terminal region of the PfRh2b gene, present at a high frequency in parasite populations from Senegal. We hypothesize that this region is a target of humoral immunity. Here, by analyzing 371 P. falciparum isolates we show that this major allele is present at varying frequencies in different populations within Senegal, Africa, and throughout the world. For allelic dimorphisms in the asexual stage antigens, Msp-2 and EBA-175, we find minimal geographic differentiation among parasite populations from Senegal and other African localities, suggesting extensive gene flow among these populations and/or immune-mediated frequency-dependent balancing selection. In contrast, we observe a higher level of inter-population divergence (as measured by F(st)) for the PfRh2b deletion, similar to that observed for SNPs from the sexual stage Pfs45/48 loci, which is postulated to be under directional selection. We confirm that the region containing the PfRh2b polymorphism is a target of humoral immune responses by demonstrating antibody reactivity of endemic sera. Our analysis of inter-population divergence suggests that in contrast to the large allelic dimorphisms in EBA-175 and Msp-2, the presence or absence of the large PfRh2b deletion may not elicit frequency-dependent immune selection, but may be under positive immune selection, having important implications for the development of these proteins as vaccine candidates. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Sequence diversity and evolutionary dynamics of the dimorphic antigen merozoite surface protein-6 and other Msp genes of Plasmodium falciparum

Immune evasion by Plasmodium falciparum is favored by extensive allelic diversity of surface antigens. Some of them, most notably the vaccine-candidate merozoite surface protein (MSP)-1, exhibit a poorly understood pattern of allelic dimorphism, in which all observed alleles group into two highly diverged allelic families with few or no inter-family recombinants. Here we describe contrasting levels and patterns of sequence diversity in genes encoding three MSP-1-associated surface antigens of P. falciparum, ranging from an ancient allelic dimorphism in the Msp-6 gene to a near lack of allelic divergence in Msp-9 to a more classical multi-allele polymorphism in Msp-7 Other members of the Msp-7 gene family exhibit very little polymorphism in non-repetitive regions. A comparison of P. falciparum Msp-6 sequences to an orthologous sequence from P. reichenowi provided evidence for distinct evolutionary histories of the 5` and 3` segments of the dimorphic region in PfMsp-6, consistent with one dimorphic lineage having arisen from recombination between now-extinct ancestral alleles. In addition. we uncovered two surprising patterns of evolution in repetitive sequence. Firsts in Msp-6, large deletions are associated with (nearly) identical sequence motifs at their borders. Second, a comparison of PfMsp-9 with the P. reichenowi ortholog indicated retention of a significant inter-unit diversity within an 18-base pair repeat within the coding region of P. falciparum, but homogenization in P. reichenowi. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Intraerythrocytic stages of Plasmodium falciparum biosynthesize menaquinone

Herein, we show that intraerythrocytic stages of Plasmodium falciparum have an active pathway for biosynthesis of menaquinone. Kinetic assays confirmed that plasmodial menaquinone acts at least in the electron transport. Similarly to Escherichia coli, we observed increased levels of menaquinone in parasites kept under anaerobic conditions. Additionally, the mycobacterial inhibitor of menaquinone synthesis Ro 48-8071 also suppressed menaquinone biosynthesis and growth of parasites, although off-targets may play a role in this growth-inhibitory effect. Due to its absence in humans, the menaquinone biosynthesis can be considered an important drug target for malaria. (c) 2010 Federation of European Biochemical Societies. Published by Elsevier B. V. All rights reserved.

Diagnóstico morfológico, sorológico e molecular de Plasmodium spp. em primatas neotropicais na Ilha de São Luís, Estado do Maranhão, Brasil

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estrutura populacional de Anopheles darlingi em diferentes localidades de Rondônia ao longo do Rio Madeira através da genotipagem de microssatélites

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

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.

In vitro antimalarial activity of six Aspidosperma species from the state of Minas Gerais (Brazil)

Informações etnomédicas mostram que algumas espécies de Aspidosperma (Apocynaceae) são utilizadas contra a malária no Brasil e motivaram a avaliação de 6 espécies que foram coletadas no Estado de Minas Gerais: A. cylindrocarpon Müll. Arg., A. parvifolium A. DC., A. olivaceum Müll. Arg., A. ramiflorum Müll. Arg., A. spruceanum Benth. ex Müll. Arg. and A. tomentosum Mart. Um total de 23 extratos de diferentes partes das plantas, em diferentes solventes, foram testados in vitro contra cepas de Plasmodium falciparum resistente a cloroquina (W2) e sensível a cloroquina (3D7). Todos os extratos mostraram-se ativos apresentando valores de CI₅₀ na faixa de 5,0 ± 2,8 µg/mL a 65,0 ± 4,2 µg/ mL. O perfil por CCD dos extratos revelou a presença de alcalóides nas 6 espécies avaliadas. Esses resultados parecem confirmar o uso popular de espécies de Aspidosperma no tratamento da malária humana no Brasil e parecem indicar os alcalóides como possíveis compostos ativos das espécies testadas.

Marcadores de estresse oxidativo em pacientes com malária por Plasmodium vivax, durante o tratamento com primaquina e cloroquina

No Brasil, o P. vivax representa a maioria dos casos de malária, totalizando quase 90% dos registros nos estados da Amazônia Legal. Vários estudos objetivaram compreender a relação do estresse oxidativo nos pacientes infectados pelo Plasmodium spp com as respostas clínica e parasitológica, pois o papel protetor ou deletério das espécies reativas de oxigênio e nitrogênio geradas por diferentes mecanismos no decurso da infecção é controverso na fisiopatogenia da malária humana. Entretanto, não há estudos que associem os danos oxidativos e as defesas antioxidantes do hospedeiro na malária vivax não complicada na Amazônia. Portanto, o objetivo deste estudo foi avaliar marcadores de estresse oxidativo no decorrer da fase aguda da malária por P. vivax, caracterizando o envolvimento das vias redox, a resposta do hospedeiro humano e a influência da quimioterapia, a fim de testar as hipóteses que os biomarcadores de estresse oxidativo não são alterados no decurso da fase aguda da malária vivax não complicada e a introdução da quimioterapia não contribui para o estresse oxidativo nestes sujeitos. Foi realizado estudo quantitativo longitudinal de casos constituídos por 38 sujeitos com malária por P. vivax adultos, de ambos os gêneros, os quais foram analisados antes, durante e após a instituição da terapia (D0, D2 e D7), comparados a grupo controle de 15 voluntários saudáveis, pareados por gênero e idade. Foram determinados por técnicas espectrofotométricas os teores de metemoglobina, a peroxidação lipídica, a capacidade antioxidante não enzimática total, a atividade da superóxido dismutase, os níveis eritrocitários de glutationa reduzida e da glutationa total plasmática. Comparado ao grupo controle, de maneira significativa, os teores de glutationa reduzida (p=0,004) foram inferiores e a peroxidação lipídica (p<0,001) foi superior, respectivamente. Entretanto, alterações significativas não foram observadas nos teores de metemoglobina, na capacidade antioxidante não enzimática total e na atividade da superóxido dismutase comparados ao grupo controle. Entretanto, com o decorrer do tratamento foram notados aumento significativo dos teores de metemoglobina (p<0,001) e da atividade da superóxido dismutase (p=0,038); porém os níveis de glutationa reduzida eritrocitária estava reduzidos (p=0,007). Além disso, não houve alterações significativas nos níveis da capacidade antioxidante não enzimática total e da glutationta total plasmática com a introdução dos antimaláricos. O nível de estresse oxidativo não foi obtido, uma vez que não foi significativa a correlação da peroxidação lipídica com a capacidade antioxidante não enzimática total durante o tratamento. Conclui-se que o aumento da peroxidação lipídica resultante do dano oxidativo foi contraposto pelo consumo de glutationa eritrocitária antes da introdução da terapia, sugerindo a participação das vias redox na malária vivax não complicada. A instituição da quimioterapia, provavelmente, interferiu no ciclo redox intraeritrocitário, o que foi caracterizado pelo continuo aumento da metemoglobina e da atividade da superóxido dismutase, bem como pela redução dos teores de glutationa reduzida nos eritrócitos.

Plasmodium vivax Duffy binding protein: baseline antibody responses and parasite polymorphisms in a well-consolidated settlement of the Amazon Region

Objective To investigate risk factors associated with the acquisition of antibodies against Plasmodium vivax Duffy binding protein (PvDBP) a leading malaria vaccine candidate in a well-consolidated agricultural settlement of the Brazilian Amazon Region and to determine the sequence diversity of the PvDBP ligand domain (DBPII) within the local malaria parasite population. Methods Demographic, epidemiological and clinical data were collected from 541 volunteers using a structured questionnaire. Malaria parasites were detected by conventional microscopy and PCR, and blood collection was used for antibody assays and molecular characterisation of DBPII. Results The frequency of malaria infection was 7% (6% for P. vivax and 1% for P. falciparum), with malaria cases clustered near mosquito breeding sites. Nearly 50% of settlers had anti-PvDBP IgG antibodies, as detected by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) with subjects age being the only strong predictor of seropositivity to PvDBP. Unexpectedly, low levels of DBPII diversity were found within the local malaria parasites, suggesting the existence of low gene flow between P. vivax populations, probably due to the relative isolation of the studied settlement. Conclusion The recognition of PvDBP by a significant proportion of the community, associated with low levels of DBPII diversity among local P. vivax, reinforces the variety of malaria transmission patterns in communities from frontier settlements. Such studies should provide baseline information for antimalarial vaccines now in development.