The role of detoxification in the mosquito Anopheles gambiae response to Plasmodium infection

Rute C. Félix PALAVRAS-CHAVE: Malária, mosquito vector, Anopheles gambiae, parasita, Plasmodium berghei, infecção, enzimas de detoxificação, citocromos P450, tubulinas A malária, uma das doenças mais devastadoras que ocorrem em África é causada por um parasita do género Plasmodium e é transmitida aos humanos por mosquitos vectores do género Anopheles durante a refeição de sangue. Apesar da resposta do mosquito à infecção por Plasmodium ter vindo a ser intensamente estudada nos últimos anos, as interacções entre o mosquito vector e o parasita são muito complexas e, estão longe de serem completamente compreendidas. Este estudo tem como objectivo principal contribuir para o conhecimento da resposta do mosquito à infecção por Plasmodium, focando-se no papel das enzimas de detoxificação. Para atingir este objectivo realizouse uma análise transcriptómica com microarrays, com o intuito de identificar alterações de transcrição de enzimas de detoxificação no mosquito Anopheles gambiae em resposta à infecção por Plasmodium. Esta análise permitiu identificar alterações na expressão de 254 genes de destoxificação no estômago e corpo gordo de A. gambiae durante a invasão do intestino médio pelos oocinetos e durante a libertação dos esporozoítos do oocisto. Os resultados mostraram que a invasão do intestino médio pelos oocinetos causou alterações num maior número de genes em ambos os tecidos estudados, sendo o intestino médio do mosquito o tecido mais afectado nas duas fases da infecção do parasita. De todos os genes de destoxificação com expressão alterada, as tubulinas e os citocromos P450 destacaram-se e foram escolhidos para continuar o estudo. As tubulinas foram seleccionadas porque estão associadas à invasão do epitélio do intestino médio e a sua função na resposta à invasão do Plasmodium ainda não está bem definida. Os citocromos P450 foram seleccionados porque já foram descritos como tendo a expressão alterada em resposta ao Plasmodium e a outras infecções. Para identificar e caracterizar o papel das tubulinas durante a infecção pelo parasita e a sua possível associação com os citocromos P450 foi utilizado o silenciamento génico por RNA de interferência e a injecção de inibidores químicos de tubulinas. O silenciamento e co-silenciamento das tubulinas causaram um aumento da taxa e intensidade da infecção. No entanto, apesar de o aumento ser consistente não foi significativo. Por outro lado, a injecção de paclitaxel, um inibidor de tubulinas, aumentou significativamente a taxa e intensidade da infecção, fortalecendo a hipótese do envolvimento das tubulinas na resposta à infecção por Plasmodium. Este trabalho também mostrou que o co-silenciamento da tubulina A e tubulina B e a injecção do inibidor de tubulinas colchicine causam alterações significativas na expressão da CYP6Z2, sendo este proposto como um possível elo de ligação entre as tubulinas e os citocromos P450. Finalmente, uma análise comparativa foi realizada para estudar as regiões promotoras dos citocromos P450: CYP6M2 e o CYP6Z1. Este estudo obteve novos dados sobre compostos que activam estes citocromos e quais os possíveis factores de transcrição envolvidos. Dos diferentes estímulos utilizados, a exposição a insecticidas e a bactérias foram os que mais afectaram estes citocromos. O conjunto total das diferentes abordagens utilizadas neste trabalho contribuiu para aumentar o conhecimento do papel das enzimas de destoxificação durante a passagem do parasita da malária pelo mosquito vector.

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.

Molecular screening of Plasmodium sp. asymptomatic carriers among transfusion centers from Brazilian Amazon region

The transmission of malaria in Brazil is heterogeneous throughout endemic areas and the presence of asymptomatic Plasmodium sp. carriers (APCs) in the Brazilian Amazon has already been demonstrated. Malaria screening in blood banks is based on the selection of donors in respect to possible risks associated with travel or residence, clinical evidence and/or inaccurate diagnostic methods thereby increasing the probability of transfusion-transmitted infection. We evaluated the frequency of APCs in four blood services in distinct areas of the Brazilian Amazon region. DNA was obtained from 400 human blood samples for testing using the phenol-chloroform method followed by a nested-PCR protocol with species-specific primers. The positivity rate varied from 1 to 3% of blood donors from the four areas with an average of 2.3%. All positive individuals had mixed infections for Plasmodium vivax and Plasmodium falciparum. No significant differences in the results were detected among these areas; the majority of cases originated from the transfusion centres of Porto Velho, Rondônia State and Macapá, Amapá State. Although it is still unclear whether APC individuals may act as reservoirs of the parasite, efficient screening of APCs and malaria patients in Brazilian blood services from endemic areas needs to be improved.

Cross sectional study reveals a high percentage of asymptomatic Plasmodium vivax infection in the Amazon Rio Negro area, Brazil

A parasitological, clinical, serological and molecular cross-sectional study carried out in a highly endemic malaria area of Rio Negro in the Amazon State, Brazil, revealed a high prevalence of asymptomatic Plasmodium vivax infection. A total of 109 persons from 25 families were studied in five villages. Ninety-nine inhabitants (90.8%) had at least one previous episode of malaria. Serology showed 85.7% and 46.9% of positivity when P. falciparum antigens and P. vivax MSP-1, respectively, were used. Twenty blood samples were PCR positive for P. vivax (20.4%) and no P. falciparum infection was evidenced by this technique. No individual presenting positive PCR reaction had clinical malaria during the survey neither in the six months before nor after, confirming that they were cases of asymptomatic infection. Only one 12 year old girl presented a positive thick blood smear for P. vivax. This is the first description of asymptomatic Plasmodium infection in this area studied.

Relationship between plasma and red blood cell concentrations of quinine in Brazilian children with uncomplicated Plasmodium falciparummalaria on oral therapy

We determined the relationship between plasma and red blood cell concentrations of quinine in children with uncomplicated falciparum malaria from an endemic area of Amazonian region. Quinine was determined by high performance liquid chromatography with ultraviolet detection. In the steady state the ratio between plasma and red blood cell quinine concentration was 1.89 ± 1.25 ranging from 1.05 to 2.34. This result demonstrated that quinine do not concentrate in red blood cell of Brazilian children and characterize the absence of interracial difference in this relationship.

Transfusion-transmitted malaria: case report of asymptomatic donor harboring Plasmodium malariae

Malaria in Brazil is endemic in the Amazon region, but autochthonous cases with low parasitaemia occur in the Atlantic Forest area of the country. According to Brazilian legislation no test is mandatory for blood donors from non-endemic areas. However if they have traveled to malaria transmission regions they are deferred for six months before they can donate. This report describes a transfusion-transmitted malaria case in Sao Paulo, Brazil, where one recipient received infected blood and developed the disease. He lived in Sao Paulo and had no previous transfusion or trips to endemic areas, including those of low endemicity, such as Atlantic Forest. Thick blood smears confirmed Plasmodiummalariae. All donors lived in Sao Paulo and one of them (Donor 045-0) showed positive hemoscopy and PCR. This asymptomatic donor had traveled to Juquia, in the Atlantic Forest area of S ao Paulo State, where sporadic cases of autochthonous malaria are described. DNA assay revealed P. malariae in the donor's (Donor 045-0) blood. Serum archives of the recipient and of all blood donors were analyzed by ELISA using both P. vivax and P. falciparum antigens, and IFAT with P. malariae. Donor 045-0's serum was P. malariae IFAT positive and the P. vivax ELISA was reactive. In addition, two out of 44 donors' archive sera were also P. vivax ELISA reactive. All sera were P. falciparum ELISA negative. This case suggests the need of reviewing donor selection criteria and deferral strategies to prevent possible cases of transfusion-transmitted malaria.

Evaluation of three different DNA extraction methods from blood samples collected in dried filter paper in Plasmodium subpatent infections from the Amazon region in Brazil

Asymptomatic Plasmodium infection is a new challenge for public health in the American region. The polymerase chain reaction (PCR) is the best method for diagnosing subpatent parasitemias. In endemic areas, blood collection is hampered by geographical distances and deficient transport and storage conditions of the samples. Because DNA extraction from blood collected on filter paper is an efficient method for molecular studies in high parasitemic individuals, we investigated whether the technique could be an alternative for Plasmodium diagnosis among asymptomatic and pauciparasitemic subjects. In this report we compared three different methods (Chelex®-saponin, methanol and TRIS-EDTA) of DNA extraction from blood collected on filter paper from asymptomatic Plasmodium-infected individuals. Polymerase chain reaction assays for detection of Plasmodium species showed the best results when the Chelex®-saponin method was used. Even though the sensitivity of detection was approximately 66% and 31% for P. falciparum and P. vivax, respectively, this method did not show the effectiveness in DNA extraction required for molecular diagnosis of Plasmodium. The development of better methods for extracting DNA from blood collected on filter paper is important for the diagnosis of subpatent malarial infections in remote areas and would contribute to establishing the epidemiology of this form of infection.

MOLECULAR SURVEILLANCE OF Plasmodium vivax AND Plasmodium falciparum DHFR MUTATIONS IN ISOLATES FROM SOUTHERN IRAN

In Iran, both Plasmodium vivax and P. falciparum malaria have been detected, but P. vivax is the predominant species. Point mutations in dihydrofolate reductase (dhfr) gene in both Plasmodia are the major mechanisms of pyrimethamine resistance. From April 2007 to June 2009, a total of 134 blood samples in two endemic areas of southern Iran were collected from patients infected with P. vivax and P. falciparum. The isolates were analyzed for P. vivax dihydrofolate reductase (pvdhfr) and P. falciparum dihydrofolate reductase (pfdhfr) point mutations using various PCR-based methods. The majority of the isolates (72.9%) had wild type amino acids at five codons of pvdhfr. Amongst mutant isolates, the most common pvdhfr alleles were double mutant in 58 and 117 amino acids (58R-117N). Triple mutation in 57, 58, and 117 amino acids (57L/58R/117N) was identified for the first time in the pvdhfr gene of Iranian P. vivax isolates. All the P. falciparumsamples analyzed (n = 16) possessed a double mutant pfdhfrallele (59R/108N) and retained a wild-type mutation at position 51. This may be attributed to the fact that the falciparum malaria patients were treated using sulfadoxine-pyrimethamine (SP) in Iran. The presence of mutant haplotypes in P. vivax is worrying, but has not yet reached an alarming threshold regarding drugs such as SP. The results of this study reinforce the importance of performing a molecular surveillance by means of a continuous chemoresistance assessment.

Infecções post-transfusionais por Plasmodium falciparum

Os autores fazem breve revisão sôbre o período de duração da infecção pelo P. falciparum, citando casos em que êsse período atingiu até 3 anos, sob forma latente. Referem-se ao risco que êsse fato representa através transfusões de sangue e finalmente relatam 3 casos em que julgam ter ocorrido essa situação que poderá ter conseqüências gravíssimas: 1. Pela possibilidade de ser transfundida uma raça de P. falciparum resistente aos diferentes anti-maláricos. 2. Pelo fato de serem as transfusões de sangue feitas de um modo geral em pacientes com condições áébilitantes as mais diversas. 3. Pela dificuldade com que se defrontam os técnicos em transfusão na detectação do parasito resistente ou não em casos assintomáticos. 4. Pela difusão relativamente significativa de raças de P. falciparum resistentes, a vários pontos do território nacional.

Estudo preliminar sôbre a localização renal de complexos antígeno-anticorpo em ratos infectados com plasmodium berghei

São apresentados os resultados preliminares de um estudo evolutivo da localização renal de complexos antígeno-anticorpo solúveis em ratos infectados com P. berghei. Embora no 2º dia o animal já apresentasse parasitos circulantes e no 6.° dia fôsse demonstrado anticorpos circulantes, somente no 12.° dia ficou caracterizada a presença simultânea de antígeno e anticorpo, por imunofluorescência, nos glomérulos e arteríolas renais, correspondendo a uma queda do nível sérico de complemento. No 16.° dia o depósito glomerular era mínimo e o complemento retornou a níveis considerados normais. Após um confronto com os dados obtidos em outros trabalhos o A. sugere que o P. berghei possa apresentar uma ação patogênica para o hospedeiro através da formação de complexos Ag-Ac embora acentuando a necessidade de estudos adicionais.

Symptomless Plasmodium vivax parasitemias and malaria eradication in Santa Catarina State, Brazil

Thirty-nine symptomless carriers of P. vivax parasites in the blood gave blood films at monthly intervals for four to six months during the non- transmission season. It was found that parasitaemias can continue for many months. Thirteen of those studied relapsed with symptoms and were treated with chloroquine at a dosage of 600 mg for adults with proportionate doses for children. Of these nine relapsed silently while under observation: a symptomless relapse rate of approximately 70 per cent. One case had symptoms attributable to malaria close to the time of the original survey (the day before). Of the remaining 38 asymptomatic parasite carriers four showed microgametocytes in a density that suggested a potentially high infectivity and six showed microgametocytes in a density suggesting a potentially low to moderate infectivity for mosquito vectors. There was thus a proportion of one smptomatic case of malaria to 10 potentially infective symptomless parasite carriers. Because they feel no need to seek treatment, such persons may form an important reservoir of infection when vectors cannot be fully controlled by spraying. Some possible methods of dealing with such situations are discussed.

Formas Malignas de Malária por Plasmodium Falciparum

A propósito de 2 Casos Clínicos de malária maligna internados na U.C.I. do Hospital Curry Cabral(em 1983 e 1984), um dos quais de evolução letal, chama-se a atenção para a necessidade do seu diagnóstico precoce.

Associação da sulfametoxazol ao trimethoprim no tratamento da malária por Plasmodium falciparum

A associação da suljametoxazol (SMZ) ao Trimelhoprim (TMP) foi ensaiada em 40 portadores de malária pelo Plasmodium falciparum, em duas etapas. Na primeira, foram observados 20 pacientes resistentes às 4-aminoquinoleinas. oligossintomáticos e com densidade parasitária baixa. A administração de 800 mg de SMZ + 160 mg de TMP a dez pacientes, em dose única, bem como, diariamente, durante 2 dias, a 10 outros, se mostrou capaz de promover o desaparecimento dos trofozitos do sangue periférico em todos os 20 casos. Seis dentre 13 pacientes deste grupo apresentaram recrudescência da parasitemia assexuada durante o período de controle, de 30 dias. Não foram observadas manifestações de intolerância. Na segunda etapa foram observados mais 20 pacientes também, em sua maioria, resistentes às 4-aminoquinoleinas, incluindo agora casos com quadro clínico severo. A administração de 1.600 mg SMZ + 320 mg de TMP, diariamente, durante 4 dias. promoveu a negativação de parasitemia assexuada em todos os pacientes dentro de um período de 82 a 96 horas. Deste grupo, 2 dentre os 20 pacientes apresentaram recrudescência clinica e parasitária no período de controle. Apenas 1 teve discreta anemia megaloblastica após o tratamento, que desapareceu espontâneamente.

Insulin reduces the requirement for serum in Plasmodium falciparum culture

Insulin added to Plasmodium falciparum cultures (0.2 IU/ml) reduced the requirement for human serum from ten to five percent. This represents an obvious advantage by its serum-sparing effect and by reducing the chances of using contaminated serum in cultures. The growth-promoting ability of insulin was observed eitherin culture- adapted P. falciparum or in newly-isolated samples.

Teste de hemaglutinação na sorologia da malária humana empregando hemácias parasitadas pelo Plasmodium berghei

Foi padronizado um teste de hemaglutinação para a sorologia da malária humana, com reagente constituído de suspensão de hemácias de camundongos infectadas pelo Plasmodium berghei e preservadas por fixação aldeídica. Em pacientes com parasitemia por P. falciparum ou P. vivax obteve-se uma sensibilidade de 98,9% nos 88 casos estudados, o teste apresentando títulos entre 40 e 640. Para o grupo de 476 soros de indivíduos não-maláricos, obteve-se uma especificidade de 96,0%. O teste apresentou elevada reprodutibilidade, mesmo para diferentes lotes de antígenos. Nos 200 soros, obtidos ao acaso, de indivíduos de área endêmica, o teste apresentou positividade de 48,5%, contra 88,0% do teste de imunofluorescência-IgG. A baixa positividade pode ser devida a que o teste de hemaglutinação detecta anticorpos IgM. Após tratamento com 2-mercaptoetanol, todos os soros de pacientes com parasitemia tornaram-se não reagentes. Em relação ao teste de imunofluorescência-IgG, o teste de hemaglutinação apresentou índice de co-positívidade de 0,989 para os soros de maláricos com parasitemia. Para os soros de não-maláricos o teste de hemaglutinação apresentou índice de co-negatividade de 0,969. Por outro lado, no grupo de soros de área endêmica, o índice de co-positividade foi de 0,528 e o de co-negatividade, de 0,833.