Submitted by Nuzia Santos (nuzia@cpqrr.fiocruz.br) on 2015-04-10T16:18:12Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_AraceleMariadeSouza.pdf: 1969310 bytes, checksum: ae3fecb3017333f3a7da611ca9281165 (MD5) / Approved for entry into archive by Nuzia Santos (nuzia@cpqrr.fiocruz.br) on 2015-04-10T16:18:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao_AraceleMariadeSouza.pdf: 1969310 bytes, checksum: ae3fecb3017333f3a7da611ca9281165 (MD5) / Approved for entry into archive by Nuzia Santos (nuzia@cpqrr.fiocruz.br) on 2015-04-10T16:18:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao_AraceleMariadeSouza.pdf: 1969310 bytes, checksum: ae3fecb3017333f3a7da611ca9281165 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-10T16:18:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_AraceleMariadeSouza.pdf: 1969310 bytes, checksum: ae3fecb3017333f3a7da611ca9281165 (MD5) Previous issue date: 2014 / Fundação Oswaldo Cruz. Centro de Pesquisa René Rachou. Belo Horizonte, MG, Brasil / A malária é causada por parasitos do gênero Plasmodium, sendo P. vivax a espécie mais amplamente distribuída no mundo. Em áreas endêmicas, é frequente a coinfecção em um mesmo indivíduo por diferentes variantes de P. vivax, caracterizando uma infecção múltipla. Nestas infecções, diferentes proporções das variantes podem ser relevantes na competição entre elas, na virulência e na resistência às drogas. O objetivo deste trabalho foi de avaliar a eficiência dos marcadores moleculares na identificação de infecções múltiplas por P.vivax. Desta forma, foram selecionados seis marcadores (MS06, MS07, MSP-3α, MSP-1B2, MSP-1B10 e MN21) caracterizados por polimorfismos de tamanho analisados por eletroforese capilar. Para cumprir este objetivo foram usadas três estratégias metodológicas. Inicialmente dois diferentes alelos amplificados de cada loci foram clonados em plasmídeos para o estabelecimento de infecções múltiplas artificiais. Na segunda estratégia foram realizadas misturas artificiais de DNAs de pacientes com parasitemia e níveis de leucócitos semelhantes. E por fim, realizou-se a genotipagem de isolados de P. vivax de 47 pacientes da Amazônia Brasileira, sendo 22 pacientes com infecção múltipla previamente identificada. Ao simularmos infecções múltiplas artificiais com diferentes proporções de cada clone ou DNA de paciente verificamos que: (1) para os MS e TR, alelos menores foram preferencialmente amplificados por PCR; (2) para ambos os blocos da MSP-1, ocorreu titulação nos resultados; (3) para MSP-3α não houve amplificação preferencial do alelo menor; (4) a utilização do critério de altura mínima de ¼ da do pico predominante para a detecção dos alelos raros foi mais eficiente na detecção da multiplicidade de infecção. Na genotipagem de isolados de campo os marcadores MS06, MS07, MSP-1B10, MSP-3α e MN21 foram suficientes para detecção de 100% das infecções múltiplas em pacientes. Assim, estamos propondo um painel de marcadores neutros (MS06, MS07 e MN21) e não neutros (MSP-3α e MSP-1B10) na detecção de infecções múltiplas utilizando o critério menos estringente para detecção dos alelos raros. / Plasmodium vivax infection is often characterized by the presence of two or more genetically distinct variants co-infecting the same human host (multiple-clone infection). Competition between co-infecting parasite clones is a major factor in the evolution of phenotypes such as virulence, transmissibility and drug resistance. Thus, accurate detection of multiple-clone P. vivax infections is very important for malaria control. The accuracy of P. vivax genotyping and multiple-clone infections characterization depend on several factors, such as the methods and the molecular markers of choice used in genotyping, the number of markers assessed, and the population diversity of the markers. Thus, the present study sought to evaluate the efficiency of different molecular markers – antigen-coding genes (MSP-1B2 , MSP-1B10), tandem repeat (MN21) and microsatellites (MS06 and MS07) – to detect multiple-clone P. vivax infections. In addition, this study enabled us to compare the efficiency of molecular markers to detect multiple-clone infections with well known proportions of clones. These six markers are characterized by size polymorphisms, being amplified by PCR and analyzed by capillary electrophoresis. Three methodological strategies were used. Initially, two different fragments for each lócus were cloned into plasmids for the establishment of artificial multiple-clone infections. In the second strategy, artificial mixtures of DNA from patients with similar levels of parasitemia and leukocytes were performed. Finally, we genotyped 47 isolates of P. vivax from patients living in the Brazilian Amazon, being 22 patients with previously identified multiple-clone infections. From the artificial multiple-clone infections, the most important data were: (1) for microsatellites and the tandem repeat, the minor alleles were preferentially amplified by PCR; (2) for both blocks of the MSP-1, reliable estimates were obtained of the relative abundance of alleles present in clone mixtures; (3) for MSP-3α, no preferential amplification of the minor allele occurred, and (4) a minimum value of ¼ of the predominant peak for detection of rare alleles was more efficient in detecting the multiplicity of infection. For field isolate genotyping, a relevant result was that five markers - MS06, MS07, MSP-1B10, MSP-3α and MN21 - were sufficient for detection of 100% of multiple infections in patients. Considering all these findings, we were able to define a panel of markers to be used in determining multiple-clone infections in epidemiological studies composed by neutral (MS06, MS07 and MN21) and non neutral (MSP-3α and MSP-1B10) markers using the less stringent criteria for detection of rare alleles.

A MSP-1 de Plasmodium vivax (PvMSP-1), o principal alvo para o desenvolvimento de uma vacina contra a malária, é constituída por seis domínios altamente polimórficos flanqueados por seqüências conservadas. Apesar de evidências de que a divergência na seqüência da PvMSP-1 é está sendo mantida por mais de cinco milhões de anos por seleção balanceada exercida pela imunidade adquirida pelo hospedeiro, a especificidade dos anticorpos adquiridos naturalmente contra a PvMSP-1 ainda é pouco estudada. Este trabalho mostra que 15 proteínas recombinantes que correspondem às variantes da PvMSP-1 comumente encontradas em parasitos locais foram pouco reconhecidas por 376 indivíduos não-infectados com idade entre 5 e 90 anos expostos à malária na Amazônia rural; menos de 30% dos indivíduos tiveram anticorpos IgG detectáveis contra no mínimo uma variante dos blocos 2, 6 e 10 que foram expressas, embora 54,3% reconheceram o domínio conservado C-terminal PvMSP-119. Apesar da proporção de respondedores às variantes da PvMSP-1 ter aumentado substancialmente durante infecções agudas subseqüentes por P. vivax, os anticorpos não foram necessariamente específicos para as variantes da PvMSP-1 encontradas nos parasitos infectantes. São discutidos a contribuição relativa do polimorfismo antigênico, a fraca imunogenicidade e o pecado antigênico original (a tendência de a exposição a uma nova variante antigênica induzir resposta de anticorpos com especificidade pré-existente) para os padrões observados de reconhecimento por anticorpos da PvMSP-1. É sugerido que a resposta de anticorpos ao repertório de domínios variáveis da PvMSP-1 em indivíduos continuamente expostos é induzida somente após algumas infecções repetidas e requerem re-estímulo freqüente, com claras implicações para o desenvolvimento de subunidades de vacinas baseadas na PvMSP-1. / The merozoite surface protein 1 of Plasmodium vivax (PvMSP-1), a major target for malaria vaccine development, contains six highly polymorphic domains interspersed with conserved sequences. Although there is evidence that the sequence divergence in PvMSP-1 has been maintained over five million years by balanced selection exerted by host?s acquired immunity, the variant-specificity of naturally acquired antibodies to PvMSP-1 remains little investigated. Here we show that 15 recombinant proteins corresponding to PvMSP-1 variants commonly found in local parasites were poorly recognized by 376 noninfected subjects aged 5-90 years exposed to malaria in rural Amazonia; less than onethird of them had detectable IgG antibodies to at least one variant of blocks 2, 6 and 10 that were expressed, although 54.3% recognized the invariant C-terminal domain PvMSP-119. Although the proportion of responders to PvMSP-1 variants increased substantially during subsequent acute P. vivax infections, the specificity of IgG antibodies did not necessarily match the PvMSP-1 variant(s) found in infecting parasites. We discuss the relative contribution of antigenic polymorphism, poor immunogenicity, and original antigenic sin (the skew in the specificity of antibodies elicited by exposure to new antigenic variants due to preexisting variant-specific responses) to the observed patterns of antibody recognition of PvMSP-1. We suggest that antibody responses to the repertoire of variable domains of PvMSP-1 to which subjects are continuously exposed are only elicited after several repeated infections and may require frequent boosting, with clear implications for the development of PvMSP-1-based subunit vaccines.

A MSP-1 de Plasmodium vivax (PvMSP-1), o principal alvo para o desenvolvimento de uma vacina contra a malária, é constituída por seis domínios altamente polimórficos flanqueados por seqüências conservadas. Apesar de evidências de que a divergência na seqüência da PvMSP-1 é está sendo mantida por mais de cinco milhões de anos por seleção balanceada exercida pela imunidade adquirida pelo hospedeiro, a especificidade dos anticorpos adquiridos naturalmente contra a PvMSP-1 ainda é pouco estudada. Este trabalho mostra que 15 proteínas recombinantes que correspondem às variantes da PvMSP-1 comumente encontradas em parasitos locais foram pouco reconhecidas por 376 indivíduos não-infectados com idade entre 5 e 90 anos expostos à malária na Amazônia rural; menos de 30% dos indivíduos tiveram anticorpos IgG detectáveis contra no mínimo uma variante dos blocos 2, 6 e 10 que foram expressas, embora 54,3% reconheceram o domínio conservado C-terminal PvMSP-119. Apesar da proporção de respondedores às variantes da PvMSP-1 ter aumentado substancialmente durante infecções agudas subseqüentes por P. vivax, os anticorpos não foram necessariamente específicos para as variantes da PvMSP-1 encontradas nos parasitos infectantes. São discutidos a contribuição relativa do polimorfismo antigênico, a fraca imunogenicidade e o pecado antigênico original (a tendência de a exposição a uma nova variante antigênica induzir resposta de anticorpos com especificidade pré-existente) para os padrões observados de reconhecimento por anticorpos da PvMSP-1. É sugerido que a resposta de anticorpos ao repertório de domínios variáveis da PvMSP-1 em indivíduos continuamente expostos é induzida somente após algumas infecções repetidas e requerem re-estímulo freqüente, com claras implicações para o desenvolvimento de subunidades de vacinas baseadas na PvMSP-1. / The merozoite surface protein 1 of Plasmodium vivax (PvMSP-1), a major target for malaria vaccine development, contains six highly polymorphic domains interspersed with conserved sequences. Although there is evidence that the sequence divergence in PvMSP-1 has been maintained over five million years by balanced selection exerted by host?s acquired immunity, the variant-specificity of naturally acquired antibodies to PvMSP-1 remains little investigated. Here we show that 15 recombinant proteins corresponding to PvMSP-1 variants commonly found in local parasites were poorly recognized by 376 noninfected subjects aged 5-90 years exposed to malaria in rural Amazonia; less than onethird of them had detectable IgG antibodies to at least one variant of blocks 2, 6 and 10 that were expressed, although 54.3% recognized the invariant C-terminal domain PvMSP-119. Although the proportion of responders to PvMSP-1 variants increased substantially during subsequent acute P. vivax infections, the specificity of IgG antibodies did not necessarily match the PvMSP-1 variant(s) found in infecting parasites. We discuss the relative contribution of antigenic polymorphism, poor immunogenicity, and original antigenic sin (the skew in the specificity of antibodies elicited by exposure to new antigenic variants due to preexisting variant-specific responses) to the observed patterns of antibody recognition of PvMSP-1. We suggest that antibody responses to the repertoire of variable domains of PvMSP-1 to which subjects are continuously exposed are only elicited after several repeated infections and may require frequent boosting, with clear implications for the development of PvMSP-1-based subunit vaccines.

O objetivo deste trabalho foi estudar a resposta imune, quanto ao nível e à avidez dos anticorpos IgG, dirigidos contra o antígeno recombinante derivada da Proteína 1 de Superfície de Merozoíto de Plasmodium vivax (PvMSP119) em indivíduos residentes em diferentes áreas endêmicas do Brasil, empregando o teste ELISA. Para tanto, foram estudadas amostras de indivíduos expostos à malária, infectados ou não e em acompanhamento terapêutico. Na padronização das condições de reação, obteve-se uma sensibilidade de 95,00% em amostras de pacientes com gota espessa positiva para P. vivax e uma especificidade de 99,50% em amostras de indivíduos saudáveis e com outras patologias. Entre as amostras de pacientes com P. falciparum, 7,14% foram reagentes. O estudo dos diferentes grupos de pacientes com malária vivax mostrou haver diferença significante entre os primo infectados e aqueles com episódios anteriores de malária, sendo os níveis (IR) e avidez (IA) de IgG mais baixos nos primo infectados, embora os níveis de anticorpos já estivessem elevados nesses pacientes. A predominância de IgG anti-PvMSP119 de baixa avidez nos pacientes primo infectados por P. vivax, sugere um baixo grau de proteção, mesmo na presença de elevados níveis de anticorpos observados já no início da infecção. A análise dos indivíduos não infectados mostrou haver uma associação negativa dos resultados de IR com o tempo decorrido desde o último episódio de malária e associação positiva com o número de malárias anteriores. Em relação aos IA houve associação positiva com ambos os parâmetros, nos pacientes que haviam tido malária até, no máximo, seis meses antes da coleta. Entre os pacientes que haviam apresentado episódios de malária anteriores, observaram-se níveis mais baixos de anticorpos IgG anti-PvMSP119 em indivíduos com alta exposição à malária, quando comparados a moradores de áreas com baixa transmissão. Em relação à avidez, foram encontrados índices mais elevados nas áreas de maior transmissão. Considerando-se o município de Alta Floresta, nas regiões de garimpo e próximas à mata, obtiveram-se altos índices de positividade com níveis e avidez dos anticorpos mais elevados que nas demais regiões. Não foi observada correlação entre níveis e avidez dos anticorpos IgG anti-PvMSP119. / The aim of this work was to study the level and avidity of IgG antibodies specific to Plasmodium vivax using the recombinant protein corresponding to 19kDa C-terminal of the merozoite surface protein 1 region (PvMSP119) in individuals living in distinct malaria endemic areas, using ELISA test. Thus, samples from individuals exposed to malaria, with patent infection or not were evaluated. The reaction conditions were standardized, yielding 95.00% sensitivity with sera from P. vivax infected patients and 99.50% specificity with sera from individuals non-exposed to P. vivax malaria. Just 7.14% of patient samples with P. falciparum malaria reacted to PvMSP119. The investigation of different groups of vivax malaria patients showed significant differences between patients with primo infection and those with past malaria episodes. The levels and avidity of IgG were lower in primo infected ones. The predominance of low avidity IgG in P. vivax primo infected patients may suggest low grade of protection even in high level antibody sera. The analysis of non-infected subjects showed a negative association of IgG levels and time elapsed since last malaria episode, and a positive association to the number of malaria episodes. For individuals who had had last malaria episode till maximum six months before the collecting of blood samples, avidity indexes showed positive association for both parameters described before. Individuals sporadically exposed to malaria transmission (Belém group) and who experienced their last episode by P. vivax had significant high levels and proportions of specific antibodies when compared to subjects continuously exposed (Alta Floresta group). Otherwise, higher avidity levels were detected in high transmission areas. In god mines and forest areas of Alta Floresta, higher IgG and avidity levels were obtained, as compared to the other regions of the municipality. No correlation was observed between anti-PvMSP119 IgG levels and avidity levels.

O objetivo deste trabalho foi estudar a resposta imune, quanto ao nível e à avidez dos anticorpos IgG, dirigidos contra o antígeno recombinante derivada da Proteína 1 de Superfície de Merozoíto de Plasmodium vivax (PvMSP119) em indivíduos residentes em diferentes áreas endêmicas do Brasil, empregando o teste ELISA. Para tanto, foram estudadas amostras de indivíduos expostos à malária, infectados ou não e em acompanhamento terapêutico. Na padronização das condições de reação, obteve-se uma sensibilidade de 95,00% em amostras de pacientes com gota espessa positiva para P. vivax e uma especificidade de 99,50% em amostras de indivíduos saudáveis e com outras patologias. Entre as amostras de pacientes com P. falciparum, 7,14% foram reagentes. O estudo dos diferentes grupos de pacientes com malária vivax mostrou haver diferença significante entre os primo infectados e aqueles com episódios anteriores de malária, sendo os níveis (IR) e avidez (IA) de IgG mais baixos nos primo infectados, embora os níveis de anticorpos já estivessem elevados nesses pacientes. A predominância de IgG anti-PvMSP119 de baixa avidez nos pacientes primo infectados por P. vivax, sugere um baixo grau de proteção, mesmo na presença de elevados níveis de anticorpos observados já no início da infecção. A análise dos indivíduos não infectados mostrou haver uma associação negativa dos resultados de IR com o tempo decorrido desde o último episódio de malária e associação positiva com o número de malárias anteriores. Em relação aos IA houve associação positiva com ambos os parâmetros, nos pacientes que haviam tido malária até, no máximo, seis meses antes da coleta. Entre os pacientes que haviam apresentado episódios de malária anteriores, observaram-se níveis mais baixos de anticorpos IgG anti-PvMSP119 em indivíduos com alta exposição à malária, quando comparados a moradores de áreas com baixa transmissão. Em relação à avidez, foram encontrados índices mais elevados nas áreas de maior transmissão. Considerando-se o município de Alta Floresta, nas regiões de garimpo e próximas à mata, obtiveram-se altos índices de positividade com níveis e avidez dos anticorpos mais elevados que nas demais regiões. Não foi observada correlação entre níveis e avidez dos anticorpos IgG anti-PvMSP119. / The aim of this work was to study the level and avidity of IgG antibodies specific to Plasmodium vivax using the recombinant protein corresponding to 19kDa C-terminal of the merozoite surface protein 1 region (PvMSP119) in individuals living in distinct malaria endemic areas, using ELISA test. Thus, samples from individuals exposed to malaria, with patent infection or not were evaluated. The reaction conditions were standardized, yielding 95.00% sensitivity with sera from P. vivax infected patients and 99.50% specificity with sera from individuals non-exposed to P. vivax malaria. Just 7.14% of patient samples with P. falciparum malaria reacted to PvMSP119. The investigation of different groups of vivax malaria patients showed significant differences between patients with primo infection and those with past malaria episodes. The levels and avidity of IgG were lower in primo infected ones. The predominance of low avidity IgG in P. vivax primo infected patients may suggest low grade of protection even in high level antibody sera. The analysis of non-infected subjects showed a negative association of IgG levels and time elapsed since last malaria episode, and a positive association to the number of malaria episodes. For individuals who had had last malaria episode till maximum six months before the collecting of blood samples, avidity indexes showed positive association for both parameters described before. Individuals sporadically exposed to malaria transmission (Belém group) and who experienced their last episode by P. vivax had significant high levels and proportions of specific antibodies when compared to subjects continuously exposed (Alta Floresta group). Otherwise, higher avidity levels were detected in high transmission areas. In god mines and forest areas of Alta Floresta, higher IgG and avidity levels were obtained, as compared to the other regions of the municipality. No correlation was observed between anti-PvMSP119 IgG levels and avidity levels.