Made available in DSpace on 2015-04-11T13:54:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camila Fabbri.pdf: 1702364 bytes, checksum: aad2c6cd689b654fb570e596447becf9 (MD5) Previous issue date: 2012-01-19 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The human malaria is an infectious disease, febrile, acute or chronic, caused by protozoa transmitted by vectors, being the disease more widely distributed in the world and one of the most prevalent parasitic diseases today. About 300 to 500 million cases occur annually and about 1 to 2 million people - mostly children - die from malaria. In the state of Amazonas, between january 2007 and march 2009, 22,081 cases of malaria were diagnosed and reported, with the largest record (14,249) in 2007. Although Plasmodium vivax malaria is considered a benign form of the disease with a low mortality rate in relation to Plasmodium falciparum, it can cause a serious disease where complications such as jaundice, severe anemia, renal failure and pulmonary complications are described. Oxidative stress occurs when there is an imbalance in the concentration of oxidants, free radicals, and antioxidants, such as enzymes, vitamins C and E, β-carotene. During the malaria disease, oxidative stress may be developed by two mechanisms: by the parasite, when it is to reproduce, generates reactive species and the host immune system, which makes use of these reactive species to try to combat the parasite. In order to study oxidative stress in patients with severe vivax malaria who developed jaundice in the course of the disease in plasma and erythrocytes, and also to check the influence of this high concentration of bilirubin in oxidative stress, the following groups of patients was studied: non-severe malaria , severe malaria presenting jaundice, concurrent malaria and dengue, healthy patients with no history of malaria (control group) and one patient with deficiency in the enzyme glucose-6-phosphate dehydrogenase which contracted malaria. In all patients were measured the levels of antioxidant enzymes and lipid peroxidation marker malondialdehyde on day zero (when diagnosed with malaria) and on day fourteen (free of symptoms and parasitemia). The levels of malondialdehyde and the enzymes celuroplasmin, lactate dehydrogenase and glutathione reductase were increased (p <0.02) in plasma of patients with severe malaria compared with the control group, unlike the enzymes catalase, superoxide dismutase and thioredoxin reductase where levels were decreased (p <0.03) compared to the control group. The levels of glutathione reductase and malondialdehyde marker also showed significantly higher levels in severe malaria groups when compared with non-severe malaria group. The correlation between glutathione reductase and total bilirubin was significant (p < 0.0001) in all patients of each group. Patients who developed malaria and dengue fever showed levels of oxidative stress similar to patients with severe malaria. With all these results, we conclude the patients with severe vivax malaria who developed jaundice had a higher oxidative stress than the patients who contracted the disease in milder form. Thus, these high concentrations of bilirubin may develop the role of signaling to oxidation in patients with malaria / A malária humana é uma doença infecciosa, febril, aguda ou crônica, causada por protozoários transmitidos por vetores, sendo a doença mais amplamente distribuída no mundo e uma das doenças parasitárias mais prevalentes da atualidade. Cerca de 300 a 500 milhões de casos ocorrem anualmente e cerca de 1 a 2 milhões de pessoas - na maioria crianças - morrem de malária. No estado do Amazonas, entre janeiro de 2007 a março de 2009, foram diagnosticados e notificados 22.081 casos de malária, com maior registro (14.249) em 2007. Embora a malária por Plasmodium vivax seja considerada a forma benigna da doença, com uma taxa de letalidade baixa em relação ao Plasmodium falciparum, ela pode causar uma doença grave, onde complicações como icterícia, anemia grave, insuficiência renal e complicações pulmonares são descritas. O estresse oxidativo ocorre quando há um desequilíbrio na concentração de substâncias oxidantes, os radicais livres, e antioxidantes, como enzimas, vitaminas C e E, β-caroteno. Na malária, o estresse oxidativo pode ser desenvolvido por dois mecanismos: através do parasita quando este ao se reproduzir gera espécies reativas e o sistema imunológico do hospedeiro, que lança mão dessas espécies reativas para tentar combater o parasita. Com o intuito de estudar o estresse oxidativo em pacientes com malária vivax grave que desenvolveram icterícia ao decorrer doença no plasma e eritrócitos, além de verificar a influência desta alta concentração de bilirrubina no estresse oxidativo, os seguintes grupos de pacientes foram estudados: malária não grave, malária grave apresentando icterícia, malária e co-infeccão com dengue, pacientes saudáveis sem histórico de malária (grupo controle) e um paciente portador da deficiência na enzima glicose-6-fosfato desidrogenase que contraiu malária. Em todos os pacientes foram mensurados os níveis de enzimas antioxidantes e o marcador de lipoperoxidação malondialdeído no dia zero (quando diagnosticado com malária) e no dia quatorze (livre de sintomas e parasitemia). Os níveis de malondialdeído e das enzimas celuroplasmina, lactato desidrogenase e glutationa redutase estavam aumentados (p < 0,02) no plasma de pacientes com malária grave em comparação ao grupo controle, diferentemente das enzimas catalase, superóxido dismutase e tioredoxina redutase onde os níveis estavam diminuídos (p < 0,03) em comparação ao grupo controle. Os níveis da enzima glutationa redutase e do marcador malondialdeído também mostraram níveis significativamente mais elevados no grupos malária grave quando comparado com o grupo malária não grave. A correlação entre os níveis de bilirrubina e glutationa redutase foi significativa (p < 0.0001) em todos os pacientes de cada grupo. Pacientes que desenvolveram malária e dengue apresentaram níveis de estresse oxidativo semelhante aos pacientes com malária grave. Com todos estes resultados, podemos concluir que os pacientes com malária vivax grave que desenvolveram icterícia apresentaram um maior estresse oxidativo do que os pacientes que contrairam a doença na forma mais branda. Dessa forma, estas altas concentrações de bilirrubina podem estar desempenhando a função de sinalizadoras do processo oxidativo em pacientes com malária

Malaria has consistently been rated as the worst parasitic disease in the world. This disease affects an estimated 5 billion households annually. Malaria has a high mortality rate leading to distorted socio-economic development of the world at large. The major challenge pertaining to malaria is its continuous and rapid spread together with the emergence of drug resistance in Plasmodium species (vector agent of the disease). For this reason, researchers throughout the world are following new leads for possible drug targets and therefore, investigating ways of curbing the spread of the disease. Cysteine proteases have emerged as potential antimalarial chemotherapeutic targets. These particular proteases are found in all living organisms, Plasmodium cysteine proteases are known to degrade host hemoglobin during the life cycle of the parasite within the human host. The main objective of this study was to use various in silico methods to analyze the hemoglobinase function of cysteine proteases in P. falciparum and P. vivax. Falcipain-2 (FP2) of P. falciparum is the best characterized of these enzymes, it is a validated drug target. Both the three-dimensional structures of FP2 and its close homologue falcipain-3 (FP3) have been solved by the experimental technique X-ray crystallography. However, the homologue falcipain-2 (FP2’)’ and orthologues from P.vivax vivapain-2 (VP2) and vivapain-3 (VP3) have yet to be elucidated by experimental techniques. In an effort to achieve the principal goal of the study, homology models of the protein structures not already elucidated by experimental methods (FP2’, VP2 and VP3) were calculated using the well known spatial restraint program MODELLER. The derived models, FP2 and FP3 were docked to hemoglobin (their natural substrate). The protein-protein docking was done using the unbound docking program ZDOCK. The substrate-enzyme interactions were analyzed and amino acids involved in binding were observed. It is anticipated that the results obtained from the study will help focus inhibitor design for potential drugs against malaria. The residues found in both the P. falciparum and P. vivax cysteine proteases involved in hemoglobin binding have been identified and some of these are proposed to be the main focus for the design of a peptidomimetric inhibitor.

Explora la genética poblacional de Plasmodium vivax en la comunidad de Santa Emilia (Iquitos, Loreto), una comunidad aislada en medio de la Amazonía Peruana. Para ello, se realizó un seguimiento de un año a un total de 213 habitantes de la comunidad, a partir de los cuales se seleccionaron 103 muestras, y se identificó una elevada proporción de infecciones asintomáticas (74%) y no detectables por microscopía (72%). A pesar del aislamiento geográfico, la diversidad genética encontrada en Santa Emilia (He=0.61) fue comparable con la reportada en otras localidades de la Amazonía que presentan menores restricciones de flujo génico. No obstante, también se encontró niveles significativos de desequilibrio de ligamiento (ISA=0.19, p<0.001). Diversos análisis de estructuración y diferenciación genética revelaron la presencia de 4 subpoblaciones de P. vivax en Santa Emilia, y a su vez se detectó la ocurrencia de expansiones clonales. Los hallazgos de este estudio sugieren que Santa Emilia representaría un riesgo importante para la reintroducción y mantenimiento de la malaria en otras localidades de la Amazonía Peruana, por lo cual sería necesario la implementación de estudios a mayor escala y la combinación de distintas estrategias para el control de la enfermedad. / Tesis

La malaria causada por Plasmodium vivax es la más predominante en los diferentes casos reportados en el Perú, siendo característico las infecciones asintomáticas y las muestras con baja parasitemia. La poca cantidad de ADN parasitario que se recupera de muestras de baja parasitemia de P. vivax (sub-microscópicas) limita la inclusión de esta población parasitaria en estudios de genética y genómica de poblaciones. La subestimación de la diversidad genética sesga el entendimiento de la transmisión de P. vivax, especialmente en condiciones de baja endemicidad, donde las infecciones sub-microscópicas son predominantes. Diferentes métodos han sido desarrollados para sobrellevar este problema, siendo la Amplificación selectiva del genoma completo (SWGA) una herramienta promisoria. Sin embargo, su efectividad aún no ha sido reportada en muestras de baja parasitemia de P. vivax. El objetivo de la tesis fue optimizar y estandarizar preliminarmente el método SWGA en muestras sub-microscópicas o de baja concentración de ADN de P. vivax. Para ello, se modificaron las condiciones del ciclado y componentes del método propuesto por Cowell et al. (2017) para mejorar el enriquecimiento de ADN parasitario, se calculó la cantidad mínima de ADN para una amplificación genómica exitosa, se evaluó la fidelidad del SWGA y se aplicó el método optimizado en ADN almacenado (-20°C) de 20 muestras de campo. Primero se modificaron diferentes componentes y parámetros del método SWGA, se cuantificó el ADN parasitario y humano por PCR tiempo real antes y después de la amplificación genómica; así se calculó el enriquecimiento del ADN parasitario. El método optimizado permitió que las muestras del panel (muestras simuladas) incrementaran su concentración de ADN parasitario (>805 veces) y porcentaje de ADN parasitario (>218 veces) en comparación a su estado inicial. La concentración mínima de ADN parasitario, para generar una amplificación genómica exitosa de más 1200 moléculas/µL, fue 1.29 moléculas/µL. Luego de la aplicación del método SWGA optimizado, el 97.22% de todos los alelos no presentaron diferencias en sus tamaños y solo hubo una pérdida de datos del 3.57%. El 80% de la muestras de campo tuvieron una amplificación genómica exitosa. Se demostró que el método optimizado mejoró su desempeño en el enriquecimiento del ADN de P. vivax a partir de ADN total, provenientes de muestras de baja densidad parasitaria, y así permitió una mayor cobertura de las muestras para ser incluidas en los análisis genéticos. / International Center of Excellence for Malaria Research / VLIR-UOS / Universidad Peruana Cayetano Heredia (Lima) / Tesis

O Antígeno 1 de Membrana Apical (AMA-1) de Plasmodium sp tem sido sugerido como candidato a compor uma vacina contra a malária. No presente estudo geramos cinco proteínas recombinantes baseadas em diferentes regiões do ectodomínio de AMA-1 de Plasmodium vivax, o qual compreende os domínios I a III, com intuito de mapear regiões particularmente imunogênicas da proteína. Cada uma das cinco proteínas recombinantes foi expressa em Eschericha coli a partir do vetor pET-28a em fusão com a cauda de histidina e purificadas por cromatografia de afinidade. As diferentes proteínas recombinantes foram comparadas, por ELISA, quanto ao reconhecimento por anticorpos IgM, IgG e subclasses de IgG de 100 indivíduos infectados por P. vivax procedentes de áreas endêmicas do Estado do Pará e 32 indivíduos não infectados que relataram terem sido acometidos de mais de 10 episódios prévios de malária procedentes do município de Terra Nova do Norte (MT). As freqüências de indivíduos que apresentaram anticorpos IgM foram mais baixas e variaram de 4% (DIII) a 36% (DII-III). Por outro lado, as freqüências de indivíduos que apresentaram anticorpos IgG para DI, DII, DIII, DI-II e DII-III foram 13%, 65%, 12%, 59% e 58%, respectivamente. Podemos observar que as proteínas recombinantes contendo o DII foram particularmente imunogênicas durante a infecção natural. Com o objetivo de avaliar se os epítopos reconhecidos nas cinco proteínas baseadas nos diferentes domínios estão expostos na proteína recombinante correspondente ao ectodomínio (DI-III) gerada previamente, realizamos ensaios de inibição por ELISA utilizando placas sensibilizadas com a proteína DI-III. Nossos resultados sugerem a presença de um maior número de epítopos comuns entre as proteínas recombinantes baseadas nos domínios I-II e ectodomínio de AMA-1. Além disso, observamos que a proporção de indivíduos que apresentaram anticorpos contra DII, DI-II e DII-III aumentou de acordo com o maior número de exposições prévias ao P. vivax. As subclasses de IgG que predominaram contra todas as proteínas foram IgG1, IgG3 e IgG4. Em conjunto, nossos resultados sugerem que as proteínas recombinantes contendo o DII podem ser exploradas em futuros estudos de indução de imunidade protetora contra malária vivax em primatas não-humanos. / The Apical Membrane Antigen 1 (AMA-1) of Plasmodium sp has been suggested as a vaccine candidate against malaria. Herein, to identify novel antigenic epitopes on the Plasmodium vivax AMA-1 ectodomain, we have generated five recombinant proteins, comprising domains I to III. All recombinant proteins were expressed in Escherichia coli using the pET-28a vector system fused to hexahistidine tag for purification by affinity chromatography. Recognition of recombinant proteins by antibodies was evaluated using a panel of sera collected from onehundred P. vivax -infected patients resident in the State of Pará and from thirty-two non-infected individuals, living in the State of Mato Grosso and who have faced a minimum of ten malaria episodes. ELISA analyses demonstrated that protein recognition was highly dependent on IgG antibodies, raging from 13%, 65%, 12%, 59% up to 58%, respectively for DI, DII, DIII, DI-II and DII-III domains. Indeed, we have noticed a lower frequency of recognition, ranging from 4% (DIII) to 36% (DII-III), by sera from those individuals that presented IgM antibodies. Collectively, these data suggest that the DII domain is particularly immunogenic during natural infections. Next, to verify whether the epitopes recognized in these five different recombinant proteins were also expressed in a recombinant protein spanning domains I through III (DI-III), we carried out ELISA inhibition assays using plates coated with the DI-III recombinant protein. Our findings revealed the presence of a higher number of common epitopes among recombinant proteins based on domains I-II and the AMA-1 ectodomain. Moreover, we observed that the proportion of individuals who had presented antibodies against DII, DI-II and DII-III domains increased according to the previous number of P. vivax episodes. Overall, IgG1, IgG3 and IgG4 antibodies were prevalent to all proteins. Taken together, our results demonstrated that DII domain is highly recognized, mainly by IgG antibodies; and open promising perspectives to use this region as an experimental vaccine in non-human primates capable to induce protective immunity against vivax malaria.

O Antígeno-1 de Membrana Apical (AMA-1) de merozoítas de Plasmodium é um dos principais candidatos a compor uma vacina contra a malária. A função biológica de AMA-1 não é totalmente conhecida, entretanto, existem evidências que sugerem a participação dessa proteína na ligação a eritrócitos de diferentes espécies de Plasmodium. O objetivo deste estudo foi investigar a participação de AMA-1 de P. vivax (PvAMA-1) na ligação a eritrócitos humanos utilizando células COS-7 transfectadas com plasmídios recombinantes codificando diferentes regiões do ectodomínio de PvAMA-1. Para isso, os genes que codificam os domínios I-II ou III de PvAMA-1 foram inseridos no vetor pDisplay-EGFP, que permite a expressão das proteínas recombinantes em fusão com a porção N-terminal da Proteína Fluorescente Verde (GFP). Em paralelo, utilizamos construções contendo os genes que codificam a região C-terminal de 19 kDa da Proteína 1 de Superfície do Merozoíta (PvMSP119) e a região II da Duffy Binding Protein (PvDBP-RII). As quatro construções foram utilizadas para transfectar células COS-7 na presença de lipofectamina. A eficiência das transfecções transientes foi confirmada por imunofluorescência utilizando anticorpos específicos. Em seguida, estudamos a participação dos diferentes domínios de PvAMA-1 na ligação aos eritrócitos. Nossos resultados mostraram que os domínios contíguos I-II, ao contrário do domínio III, foram capazes de se ligar a eritrócitos in vitro. Essa ligação foi específica, pois soros de indivíduos infectados por P. vivax e soros policlonais de camundongos contendo anticorpos anti-PvAMA-1 foram capazes de inibir essa ligação em 82,0% e 79,8%, respectivamente. Além disso, anticorpos monoclonais dirigidos contra o domínio II dessa proteína foram capazes de inibir parcialmente essa ligação. Após o tratamento de eritrócitos com tripsina ou quimiotripsina, estas células perderam grande parte de sua capacidade de ligação, sugerindo que o receptor para PvAMA-1 tenha constituição predominantemente protéica. Em conjunto, nossos resultados podem servir de base para futuros estudos visando um melhor entendimento da função de anticorpos gerados durante a infecção natural ou induzidos após vacinação com PvAMA-1. / The Apical Membrane Antigen (AMA-1) of Plasmodium merozoites is one of the main candidates to be part of a vaccine against malaria. The biological function of AMA-1 is unknown. However, there are evidences that suggest the participation of this protein in the interaction with erythrocytes (RBC) of different Plasmodium species. Using transfected COS-7 cells with recombinant plasmids encoding different portions of the PvAMA-1 ectodomain, our aim was to identify possible domains of PvAMA-1 able to interact with human RBC. The genes that encoded domains I and II in combination or domain III of PvAMA-1 were cloned into the pDisplay-EGFP vector. This vector allows expression of the protein fused to the N-terminus of enhanced green fluorescent protein (GFP). In parallel, we also used constructions containing the genes that encoded the 19 kDa C-terminal region of Merozoite Surface Protein 1 (PvMSP119) and region II of the Duffy Binding Protein (PvDBP-RII). Constructions were used to transiently transfect COS-7 cells. The efficiency of expression of all constructs was confirmed by immunofluorescence assay using specific antibodies. After that, we studied the participation of the different domains of PvAMA-1 in the binding to human RBC. We found that COS-7 cells expressing domains I-II, but not domain III, bound to human RBC in vitro. This binding was specific, because sera from malaria-infected patients and mouse polyclonal sera containing antibodies to PvAMA-1 were able to block the adhesion by 82.0% and 79.8%, respectively. Moreover, monoclonal antibodies directed against domain II were partially inhibitory in the cytoadherence assays. The receptor recognized on the surface of COS-7 cells expressing the domains I and II was partially removed after human RBC were treated with trypsin or chymotrypsin, suggesting that its composition is predominantly protein. In conclusion, our results can be used as basis for future studies aimed at better understating the function of the antibodies generated during the natural infection or after vaccination with PVAMA-1.

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 Antígeno 1 de Membrana Apical (AMA-1) de Plasmodium sp tem sido sugerido como candidato a compor uma vacina contra a malária. No presente estudo geramos cinco proteínas recombinantes baseadas em diferentes regiões do ectodomínio de AMA-1 de Plasmodium vivax, o qual compreende os domínios I a III, com intuito de mapear regiões particularmente imunogênicas da proteína. Cada uma das cinco proteínas recombinantes foi expressa em Eschericha coli a partir do vetor pET-28a em fusão com a cauda de histidina e purificadas por cromatografia de afinidade. As diferentes proteínas recombinantes foram comparadas, por ELISA, quanto ao reconhecimento por anticorpos IgM, IgG e subclasses de IgG de 100 indivíduos infectados por P. vivax procedentes de áreas endêmicas do Estado do Pará e 32 indivíduos não infectados que relataram terem sido acometidos de mais de 10 episódios prévios de malária procedentes do município de Terra Nova do Norte (MT). As freqüências de indivíduos que apresentaram anticorpos IgM foram mais baixas e variaram de 4% (DIII) a 36% (DII-III). Por outro lado, as freqüências de indivíduos que apresentaram anticorpos IgG para DI, DII, DIII, DI-II e DII-III foram 13%, 65%, 12%, 59% e 58%, respectivamente. Podemos observar que as proteínas recombinantes contendo o DII foram particularmente imunogênicas durante a infecção natural. Com o objetivo de avaliar se os epítopos reconhecidos nas cinco proteínas baseadas nos diferentes domínios estão expostos na proteína recombinante correspondente ao ectodomínio (DI-III) gerada previamente, realizamos ensaios de inibição por ELISA utilizando placas sensibilizadas com a proteína DI-III. Nossos resultados sugerem a presença de um maior número de epítopos comuns entre as proteínas recombinantes baseadas nos domínios I-II e ectodomínio de AMA-1. Além disso, observamos que a proporção de indivíduos que apresentaram anticorpos contra DII, DI-II e DII-III aumentou de acordo com o maior número de exposições prévias ao P. vivax. As subclasses de IgG que predominaram contra todas as proteínas foram IgG1, IgG3 e IgG4. Em conjunto, nossos resultados sugerem que as proteínas recombinantes contendo o DII podem ser exploradas em futuros estudos de indução de imunidade protetora contra malária vivax em primatas não-humanos. / The Apical Membrane Antigen 1 (AMA-1) of Plasmodium sp has been suggested as a vaccine candidate against malaria. Herein, to identify novel antigenic epitopes on the Plasmodium vivax AMA-1 ectodomain, we have generated five recombinant proteins, comprising domains I to III. All recombinant proteins were expressed in Escherichia coli using the pET-28a vector system fused to hexahistidine tag for purification by affinity chromatography. Recognition of recombinant proteins by antibodies was evaluated using a panel of sera collected from onehundred P. vivax -infected patients resident in the State of Pará and from thirty-two non-infected individuals, living in the State of Mato Grosso and who have faced a minimum of ten malaria episodes. ELISA analyses demonstrated that protein recognition was highly dependent on IgG antibodies, raging from 13%, 65%, 12%, 59% up to 58%, respectively for DI, DII, DIII, DI-II and DII-III domains. Indeed, we have noticed a lower frequency of recognition, ranging from 4% (DIII) to 36% (DII-III), by sera from those individuals that presented IgM antibodies. Collectively, these data suggest that the DII domain is particularly immunogenic during natural infections. Next, to verify whether the epitopes recognized in these five different recombinant proteins were also expressed in a recombinant protein spanning domains I through III (DI-III), we carried out ELISA inhibition assays using plates coated with the DI-III recombinant protein. Our findings revealed the presence of a higher number of common epitopes among recombinant proteins based on domains I-II and the AMA-1 ectodomain. Moreover, we observed that the proportion of individuals who had presented antibodies against DII, DI-II and DII-III domains increased according to the previous number of P. vivax episodes. Overall, IgG1, IgG3 and IgG4 antibodies were prevalent to all proteins. Taken together, our results demonstrated that DII domain is highly recognized, mainly by IgG antibodies; and open promising perspectives to use this region as an experimental vaccine in non-human primates capable to induce protective immunity against vivax malaria.

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 Antígeno-1 de Membrana Apical (AMA-1) de merozoítas de Plasmodium é um dos principais candidatos a compor uma vacina contra a malária. A função biológica de AMA-1 não é totalmente conhecida, entretanto, existem evidências que sugerem a participação dessa proteína na ligação a eritrócitos de diferentes espécies de Plasmodium. O objetivo deste estudo foi investigar a participação de AMA-1 de P. vivax (PvAMA-1) na ligação a eritrócitos humanos utilizando células COS-7 transfectadas com plasmídios recombinantes codificando diferentes regiões do ectodomínio de PvAMA-1. Para isso, os genes que codificam os domínios I-II ou III de PvAMA-1 foram inseridos no vetor pDisplay-EGFP, que permite a expressão das proteínas recombinantes em fusão com a porção N-terminal da Proteína Fluorescente Verde (GFP). Em paralelo, utilizamos construções contendo os genes que codificam a região C-terminal de 19 kDa da Proteína 1 de Superfície do Merozoíta (PvMSP119) e a região II da Duffy Binding Protein (PvDBP-RII). As quatro construções foram utilizadas para transfectar células COS-7 na presença de lipofectamina. A eficiência das transfecções transientes foi confirmada por imunofluorescência utilizando anticorpos específicos. Em seguida, estudamos a participação dos diferentes domínios de PvAMA-1 na ligação aos eritrócitos. Nossos resultados mostraram que os domínios contíguos I-II, ao contrário do domínio III, foram capazes de se ligar a eritrócitos in vitro. Essa ligação foi específica, pois soros de indivíduos infectados por P. vivax e soros policlonais de camundongos contendo anticorpos anti-PvAMA-1 foram capazes de inibir essa ligação em 82,0% e 79,8%, respectivamente. Além disso, anticorpos monoclonais dirigidos contra o domínio II dessa proteína foram capazes de inibir parcialmente essa ligação. Após o tratamento de eritrócitos com tripsina ou quimiotripsina, estas células perderam grande parte de sua capacidade de ligação, sugerindo que o receptor para PvAMA-1 tenha constituição predominantemente protéica. Em conjunto, nossos resultados podem servir de base para futuros estudos visando um melhor entendimento da função de anticorpos gerados durante a infecção natural ou induzidos após vacinação com PvAMA-1. / The Apical Membrane Antigen (AMA-1) of Plasmodium merozoites is one of the main candidates to be part of a vaccine against malaria. The biological function of AMA-1 is unknown. However, there are evidences that suggest the participation of this protein in the interaction with erythrocytes (RBC) of different Plasmodium species. Using transfected COS-7 cells with recombinant plasmids encoding different portions of the PvAMA-1 ectodomain, our aim was to identify possible domains of PvAMA-1 able to interact with human RBC. The genes that encoded domains I and II in combination or domain III of PvAMA-1 were cloned into the pDisplay-EGFP vector. This vector allows expression of the protein fused to the N-terminus of enhanced green fluorescent protein (GFP). In parallel, we also used constructions containing the genes that encoded the 19 kDa C-terminal region of Merozoite Surface Protein 1 (PvMSP119) and region II of the Duffy Binding Protein (PvDBP-RII). Constructions were used to transiently transfect COS-7 cells. The efficiency of expression of all constructs was confirmed by immunofluorescence assay using specific antibodies. After that, we studied the participation of the different domains of PvAMA-1 in the binding to human RBC. We found that COS-7 cells expressing domains I-II, but not domain III, bound to human RBC in vitro. This binding was specific, because sera from malaria-infected patients and mouse polyclonal sera containing antibodies to PvAMA-1 were able to block the adhesion by 82.0% and 79.8%, respectively. Moreover, monoclonal antibodies directed against domain II were partially inhibitory in the cytoadherence assays. The receptor recognized on the surface of COS-7 cells expressing the domains I and II was partially removed after human RBC were treated with trypsin or chymotrypsin, suggesting that its composition is predominantly protein. In conclusion, our results can be used as basis for future studies aimed at better understating the function of the antibodies generated during the natural infection or after vaccination with PVAMA-1.