The Duffy binding protein as a key target for a Plasmodium vivax vaccine: lessons from the Brazilian Amazon

Plasmodium vivax infects human erythrocytes through a major pathway that requires interaction between an apical parasite protein, the Duffy binding protein (PvDBP) and its receptor on reticulocytes, the Duffy antigen/receptor for chemokines (DARC). The importance of the interaction between PvDBP (region II, DBPII) and DARC to P. vivax infection has motivated our malaria research group at Oswaldo Cruz Foundation (state of Minas Gerais, Brazil) to conduct a number of immunoepidemiological studies to characterise the naturally acquired immunity to PvDBP in populations living in the Amazon rainforest. In this review, we provide an update on the immunology and molecular epidemiology of PvDBP in the Brazilian Amazon - an area of markedly unstable malaria transmission - and compare it with data from other parts of Latin America, as well as Asia and Oceania.

The behaviour of mosquitoes in relation to humans under holed bednets: the evidence from experimental huts

The physical integrity of bednets is a concern of national malaria control programs, as it is a key factor in determining the rate of replacement of bednets. It is largely assumed that increased numbers of holes will result in a loss of protection of sleepers from potentially infective bites. Experimental hut studies are valuable in understanding mosquito behaviour indoors, particularly as it relates to blood feeding and mortality. This review summarises findings from experimental hut studies, focusing on two issues: (i) the effect of different numbers or sizes of holes in bednets and (ii) feeding behaviour and mortality with holed nets as compared with unholed nets. As might be expected, increasing numbers and area of holes resulted in increased blood feeding by mosquitoes on sleepers. However, the presence of holes did not generally have a large effect on the mortality of mosquitoes. Successfully entering a holed mosquito net does not necessarily mean that mosquitoes spend less time in contact with the net, which could explain the lack in differences in mortality. Further behavioural studies are necessary to understand mosquito behaviour around nets and the importance of holed nets on malaria transmission.

Notes on the holotype of Anopheles marajoara Galvão & Damasceno (Diptera, Culicidae)

During studies on the dynamics of malaria transmission in Marajó Island, State of Pará, Brazil, Galvão & Damasceno (1942) collected a single specimen of a new species that they named Anopheles (Nyssorhynchus) marajoara Galvão & Damasceno, 1942. Now, examining genitalia slide associated to the holotype, we observed that the ventral claspette of the male genitalia is distinct from those of all other species of the Argyritarsis Section and consequently from members of the complex Anopheles albitarsis Lynch Arribalzaga, 1878. The male genitalia of the slide belong to a specimen of Anopheles aquasalis Curry, 1932, nevertheless, it was originally labeled as Anopheles marajoara. To solve this problem, we are setting aside the male genitalia slide associated with the holotype of Anopheles marajoara and excluding it from the type material. Illustrations of the male genitalia and adult male are included.

Insight into Anopheles (Nyssorhynchus) (Diptera: Culicidae) Species from Brazil

Anopheles (Nyssorhynchus) benarrochi s.l., Anopheles (Nyssorhynchus) oswaldoi s.l., and Anopheles (Nyssorhynchus) konderi s.l. collected in Acrelandia, state of Acre, Brazil, were identified based on morphological characters of the male genitalia, fourth-instar larvae, and pupae. Morphological variation was observed in the male genitalia of these species in comparison with specimens from other localities in Brazil. DNA sequence from the nuclear ribosomal second internal transcribed spacer of individuals identified as An. benarrochi s.l. by using male genitalia characteristics showed that the various morphological forms are conspecific but are distinct from An. benarrochi B from Colombia. Anopheles konderi s.l. and An. oswaldoi s.l. both misidentified as An. oswaldoi s.s. (Peryassu) throughout Brazil, may actually comprise at least two undescribed species. Diagnostic morphological characteristics of the male genitalia are provided to distinguish Anopheles benarrochi s.l., Anopheles oswaldoi s.l., and Anopheles konderi s.l. from morphologically similar species. Incrimination of An. oswaldoi s.s. in malaria transmission in Brazil needs further investigation because other undescribed species from Acre may have been confounded with this taxon.

Fitness of transgenic Anopheles stephensi mosquitoes expressing the SM1 peptide under the control of a vitellogenin promoter

Three transgenic Anopheles stephensi lines were established that strongly inhibit transmission of the mouse malaria parasite Plasmodium berghei. Fitness of the transgenic mosquitoes was assessed based on life table analysis and competition experiments between transgenic and wild-type mosquitoes. Life table analysis indicated low fitness load for the 2 single-insertion transgenic mosquito lines VD35 and VD26 and no load for the double-insertion transgenic mosquito line VD9. However, in cage experiments, where each of the 3 homozygous transgenic mosquitoes was mixed with nontransgenic mosquitoes, transgene frequency of all 3 lines decreased with time. Further experiments suggested that reduction of transgene frequency is a consequence of reduced mating success, reduced reproductive capacity, and/or insertional mutagenesis, rather than expression of the transgene itself. Thus, for transgenic mosquitoes released in the field to be effective in reducing malaria transmission, a driving mechanism will be required.

Naturally Acquired Antibodies to Plasmodium vivax Duffy Binding Protein (DBP) in Rural Brazilian Amazon

Duffy binding protein (DBP), a leading malaria vaccine candidate, plays a critical role ill Plasmodium vivax erythrocyte invasion. Sixty-eight of 366 (18.6%) subjects had IgG anti-DBP antibodies by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) in a community-based cross-sectional survey ill the Brazilian Amazon Basin. Despite Continuous exposure to low-level malaria transmission, the overall seroprevalence decreased to 9.0% when the Population was reexamined 12 months later. Antibodies from 16 of 50 (360%) Subjects who were ELISA-positive at the baseline were able to inhibit erythrocyte binding to at least one of two DBP variants tested. Most (13 of 16) of these subjects still had inhibitory antibodies when reevaluated 12 months later. Cumulative exposure to malaria was the strongest predictor of DBP seropositivity identified by Multiple logistic regression models in this population. The poor antibody recognition of DBP elicited by natural exposure to P. vivax in Amazonian populations represents a challenge to be addressed by vaccine development strategies.

Recurrent Parasitemias and Population Dynamics of Plasmodium vivax Polymorphisms in Rural Amazonia

Clinical trials documented alarming post-treatment Plasmodium vivax recurrence rates caused by recrudescence of surviving asexual blood stages, relapse from hypnozoites, or new infections. Here we describe high rates of P vivax recurrence (26-40% 180 days after treatment) in two cohorts of rural Amazonians exposed to low levels of malaria transmission after a vivax malaria episode treated with chloroquine-primaquine. Microsatellite analysis of 28 paired acute infection and recurrence parasites showed only two pairs of identical haplotypes (consistent with recrudescences or reactivation of homologous hypnozoites) and four pairs of related haplotypes (sharing alleles at 11-13 of 14 microsatellites analyzed). Local isolates of P vivax were extraordinarily diverse and rarely shared the same haplotype, indicating that frequent recurrences did not favor the persistence or reappearance of clonal lineages of parasites in the Population. This fast haplotype replacement rate may represent the typical population dynamics Of neutral polymorphisms in parasites from low-endemicity areas.

Evaluation of the Naturally Acquired Antibody Immune Response to the Pv200L N-terminal Fragment of Plasmodium vivax Merozoite Surface Protein-1 in Four Areas of the Amazon Region of Brazil

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

Polystyrene-type resin used for peptide synthesis: application for anion-exchange and affinity chromatography

This paper deals with an unusual application for a copolymer of styrene-1 % divinylbenzene bearing high amount of aminomethyl groups for anion-exchange and affinity chromatography. The so-called aminomethyl resin (AMR), to date only employed for peptide synthesis, swelled appreciably in water and was used successfully to purify negatively charged peptides. By correlating swelling degree of beads with pH of the media, it was possible to estimate that the AMR amino group pK(a) is approximately 5.5. In addition, the synthesized acetyl-(NANP)(3)-AMR succeeded in the affinity interaction with large antibody molecules related to malaria transmission and raised previously against this dodecapeptide sequence. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

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.

A importância do Anopheles darlingi Root, 1926 e Anopheles marajoara Galvão e Damasceno, 1942 na transmissão de malária no município de Macapá/AP - Brasil

A malária no município de Macapá é principalmente peri urbana, áreas estas caracterizadas por ressaca, pela presença de fragmentos de floresta e assentamentos desordenados (invasões). O objetivo deste estudo foi verificar a importância dos Anopheles darlingi e Anopheles marajoara na transmissão de malária em Macapá. O estudo foi realizado de outubro de 2007 a setembro de 2008, na comunidade de Lagoa dos Índios, Macapá. Foram coletados 4.601 mosquitos, dos quais 3.029 foram Anopheles marajoara (65,8%), 917 Anopheles darlingi (19,9%), 429 Anopheles braziliensis (9,3%), 208 Anopheles triannulatus (4,5%), 18 Anopheles peryassui (0,4%) e cinco Anopheles nuneztovari (0,1%). Apenas 32,8% dos espécimes foram coletadas no intradomicilio (1.511) e 67,2% no peridomicilio (3.090). O Indice de Picada Homem Hora do An. darlingi no intradomicilio variou entre 0 a 6,5 e no peridomicilio de 0 a 22 picadas homem hora. Já para o An. marajoara a variaçao foi de 0 a 22 no intradomicilio e de 0 a 175,5 no peridomicilio. A analise das exúvias e da dissecção de genitália resultaram na confirmaçao das duas espécies estudadas, An. darlingi e An. marajoara, e que o An. marajoara é a única espécie do complexo albitarsis circulante na área. A abundância dos vetores flutuou associada com o padrão sazonal das chuvas. An. darlingi é mais abundante no final e inicio das chuvas, enquanto o An. marajoara esteve presente em alta densidade durante todo o período de chuvas. Dos 4.601 mosquitos testados, 100 foram positivos para plasmódios humanos pelo método de ELISA, resultando em uma taxa de infecção de 2,17%. Dos 3.029 An. marajoara testados 71 (2,34%) foram positivos e dos 917 An. darlingi, 28 (3,05%). Este estudo demonstrou que as duas espécies estudadas mantêm a transmissão de malária durante todo o ano, ratificando assim a importância das mesmas.

Identificação das fontes alimentares de mosquitos transmissores da malária na Amazônia brasileira pela técnica de Bloodmeal ELISA

O ensaio imunoenzimático para identificação de repastos sangüíneos apresenta especificidade até nível de gênero, sensibilidade para identificação de repastos sangüíneos parciais e detecção de repastos múltiplos. Foram identificadas as fontes alimentares de 82% dos anofelinos coletados em campo. Foram testados seis anticorpos monoclonais (humano, suíno, cão, bovino, rato e galinha) e destes, apenas o anti- IgG bovino apresentou instabilidade. Obteve-se 55,7% (519/932) dos repastos positivos para sangue humano, o que demonstra, a preferência alimentar destes anofelinos por humanos. Dos 206 mosquitos que apresentaram repasto único, 27,6% foi em humanos. O Anopheles darlingi apresentou 41% dos repastos em humanos e o Índice de Sangue Humano (HBI) no intradomicílio foi de 0,71. An. marajoara apresentou 51,3% dos repastos em humanos, embora tenha sido encontrada em grande quantidade no ambiente extradomiciliar e apresentando HBI no intradomicílio de 0,76. O An. nuneztovari foi a espécie mais abundante, apresentando comportamento exofílico e antropofílico, com 53,8% de repastos em humano e HBI no intradomicílio de 0,65. O método ELISA Sanduíche está implantado, identificando a fonte alimentar das espécies de anofelinos coletadas em campo, exceto para bovino. É a primeira vez que esta técnica é utilizada para determinação de repastos sanguíneos em anofelinos na região Amazônica brasileira. É importante a determinação da fonte alimentar das espécies de anofelinos no sentido de caracterizar o comportamento antropofílico e assim associá-las ou não à transmissão de malária.

Resposta de anticorpos IgG contra a região C-terminal da Proteína 1 da Superfície de Merozóitos de Plasmodium vivax em indivíduos que residem em áreas de transmissão de malária no Estado do Pará

Neste estudo avaliamos o potencial antigênico da proteína recombinante His₆-P1₁₉ contendo a região C-terminal da Proteína 1 da Superfície de Merozoítos de Plasmodium vivax. Analisamos a aquisição e os níveis de anticorpos IgG, e comparamos duas áreas com transmissão de malária, localizadas nos municípios de Trairão e Itaituba, Pará. Foram analisadas 391 amostras, sendo 208 amostras coletadas em Três Boeiras (TB) e 183 em São Luiz do Tapajós (SLT). No momento da coleta, foi realizado o exame da gota espessa e foram obtidos dados como idade, número de episódios prévios de malária e tempo decorrido desde o último episódio. As amostras foram analisadas por (ELISA) e os aspectos imunoepidemiológicos foram descritos. A comparação entre as duas áreas mostrou que tanto a freqüência de soros que reconheceram a His₆-MSP1₁₉ como a concentração dos anticorpos IgG foi maior na população de TB, quando comparado com SLT. A freqüência de soros positivos foi 64,42% e 20,22% e a média dos índices de reatividade foi 6,11 ± 4,58 e 2,56 ± 1,96, respectivamente. A idade não influenciou a aquisição de anticorpos IgG na população mais expostas (TB), mas na população menos exposta (SLT) a percentagem de positivos aumentou entre os adultos. Nos grupos de indivíduos que relataram nunca terem tido malária, a freqüência de positivos foi semelhante nas duas localidades. No grupo que relatou ter tido malária, a percentagem de positivos foi maior em TB. Nesses dois grupos, a concentração de anticorpos IgG foi maior na população de TB. Nas duas áreas, o número de episódio influenciou a resposta de anticorpos específicos, sendo que em TB contribuiu para o aumento da percentagem de positivos e da concentração de anticorpos, mas em SLT influenciou apenas na percentagem de positivos. Entretanto, nas duas áreas, não foi possível associar a resposta de anticorpo com proteção, uma vez que os mais expostos estavam tendo malária recentemente. As áreas de estudo apresentaram perfil diferente quanto à intensidade da transmissão de malária e a aquisição natural de anticorpos. Os aspectos imunoepidemiológicos mostraram que a exposição contínua ao parasito contribuiu para a aquisição de anticorpos IgG específicos contra antígeno da fase sangüínea de P. vivax. No entanto, esta resposta não foi efetiva para conferir proteção.

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.

Fauna anofélica da cidade de Belém, Pará, Brasil: dados atuais e retrospectivos

Relato de coletas de anofelinos realizadas em Belém, Pará, Brasil, de 1995 a 2004, comparando os dados obtidos com os de levantamentos anteriores, feitos a partir da década de 1930. Nesses, vinte espécies haviam sido identificadas: Anopheles albitarsis s.l., An. aquasalis, An. argyritarsis, An. braziliensis, An. darlingi, An. eiseni, An. evansae, An. galvaoi, An. intermedius, An. kompi, An. mediopunctatus, An. nimbus, An. nuneztovari, An. oswaldoi, An. peryassui, An. punctimacula, An. shannoni, An. strodei, An. thomasi e An. triannulatus. Sete (An. argyritarsis, An. eiseni, An. galvaoi, An. kompi, An. nimbus, An. punctimacula e An. thomasi) não são agora registradas. A permanência de tantas outras espécies provavelmente decorre da preservação de áreas de mata no âmbito urbano. Duas delas são consideradas de importância vetorial (An. darlingi e An. aquasalis). Esta última continua sendo a de maior densidade nas coletas (46,26% dos adultos e 99,21% das larvas) e é a única registrada em todos os distritos administrativos. Existe, portanto, risco potencial de transmissão de malária em todo o município.