What would PCR assessment change in the management of fevers in a malaria endemic area? A school-based study in Benin in children with and without fever

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>A recent school-based study in Benin showed that applying a policy of anti-malarial prescriptions restricted to parasitologically-confirmed cases on the management of fever is safe and feasible. Additional PCR data were analysed in order to touch patho-physiological issues, such as the usefulness of PCR in the management of malaria in an endemic area or the triggering of a malaria attack in children with submicroscopic malaria.</p> <p>Methods</p> <p>PCR data were prospectively collected in the setting of an exposed (with fever)/non exposed (without fever) study design. All children had a negative malaria rapid diagnostic test (RDT) at baseline, were followed up to day 14 and did not receive drugs with anti-malarial activity. The index group was defined by children with fever at baseline and the control group by children without fever at baseline. Children with submicroscopic malaria in these two groups were defined by a positive PCR at baseline.</p> <p>Results</p> <p>PCR was positive in 66 (27%) children of the index group and in 104 (44%) children of the control group respectively. The only significant factor positively related to PCR positivity at baseline was the clinical status (control group). When definition of malaria attacks included PCR results, no difference of malaria incidence was observed between the index and control groups, neither in the whole cohort, nor in children with submicroscopic malaria. The rate of undiagnosed malaria at baseline was estimated to 3.7% at baseline in the index group.</p> <p>Conclusions</p> <p>Treating all children with fever and a positive PCR would have led to a significant increase of anti-malarial consumption, with few benefits in terms of clinical events. Non malarial fevers do not or do not frequently trigger malaria attacks in children with submicroscopic malaria.</p

Functional antibodies against VAR2CSA in nonpregnant populations from Colombia exposed to Plasmodium falciparum and Plasmodium vivax

RESUMEN: En el embarazo, se observa inmunidad dependiente de la paridad en respuesta a la infección placentaria con Plasmodium falciparum. Los anticuerpos reconocen el antígeno de superficie, VAR2CSA, expresado en glóbulos rojos infectados e inhiben la citoadherencia al tejido placentario. En la mayoría de los entornos de endemicidad del paludismo, los anticuerpos contra VAR2CSA se observan predominantemente en las mujeres multigravidias y con poca frecuencia en hombres, niños y mujeres nulligráficas. Sin embargo, en Colombia, se detectaron anticuerpos contra múltiples constructos de VAR2CSA entre hombres y niños con infección aguda por P. falciparum y Plasmodium vivax. La mayoría de los hombres y niños (> 60%) tenían altos niveles de IgG contra tres dominios recombinantes de VAR2CSA: DBL5ε, DBL3X e ID1-ID2. Sorprendentemente, estos anticuerpos se observaron sólo en mujeres embarazadas, hombres y niños expuestos a P. falciparum oa P. vivax. Además, los anticuerpos anti-VAR2CSA son de alta avidez e inhiben eficazmente la adherencia de glóbulos rojos infectados al condroitín sulfato A in vitro, lo que sugiere que son específicos y funcionales. Estos resultados inesperados sugieren que puede haber diferencias genotípicas o fenotípicas en los parásitos de esta región o en la respuesta del huésped a la infección por P. falciparum o P. vivax fuera del embarazo. Estos hallazgos pueden tener relevancia clínica significativa para la fisiopatología y el resultado de las infecciones de malaria en esta región.ABSTRACT: In pregnancy, parity-dependent immunity is observed in response to placental infection with Plasmodium falciparum. Antibodies recognize the surface antigen, VAR2CSA, expressed on infected red blood cells and inhibit cytoadherence to the placental tissue. In most settings of malaria endemicity, antibodies against VAR2CSA are predominantly observed in multigravid women and infrequently in men, children, and nulligravid women. However, in Colombia, we detected antibodies against multiple constructs of VAR2CSA among men and children with acute P. falciparum and Plasmodium vivax infection. The majority of men and children (>60%) had high levels of IgGs against three recombinant domains of VAR2CSA: DBL5ε, DBL3X, and ID1-ID2. Surprisingly, these antibodies were observed only in pregnant women, men, and children exposed either to P. falciparum or to P. vivax. Moreover, the anti-VAR2CSA antibodies are of high avidity and efficiently inhibit adherence of infected red blood cells to chondroitin sulfate A in vitro, suggesting that they are specific and functional. These unexpected results suggest that there may be genotypic or phenotypic differences in the parasites of this region or in the host response to either P. falciparum or P. vivax infection outside pregnancy. These findings may hold significant clinical relevance to the pathophysiology and outcome of malaria infections in this region

Characterization of pregnancy associated malaria parasites and optimization of VAR2CSA vaccine potential

Ce travail a eu pour objectif de caractériser les parasites P. falciparum, infectant les femmes enceintes et responsables du paludisme associé à la grossesse. Dans la première partie de ce travail, le phénotype d’adhérence et le profil d'expression des gènes var chez les parasites infectant les femmes enceintes ont été étudiés. Ces analyses ont été réalisées sur des isolats parasitaires collectés dans deux études menées au Bénin entre 2008 et 2013. La première étude, sur des isolats prélevés dans le cadre d'une étude de cohorte de femmes enceintes dans les zones rurales au Bénin, a montré que les parasites qui infectent les femmes dans le premier trimestre de la grossesse expriment déjà un phénotype placentaire. Dans une deuxième étude, portant sur les isolats prélevés en prospective chez des femmes enceintes se présentant en consultations prénatales dans les centres de santé à Cotonou, une analyse plus détaillée des propriétés d'adhérence des hématies parasitées par P. falciparum, a confirmé nos premiers résultats. Cette étude a souligné une plus grande complexité dans les propriétés d’adhérence des isolats obtenus pendant le premier trimestre de grossesse qui adhèrent sur plusieurs récepteurs. Tout au long de la grossesse cette diversité phénotypique s’affine vers des phénotypes typiquement placentaires. Ce travail a également démontré, qu'au-delà de la parasitémie, l'adhérence à la CSA est un facteur important au regard de l’issue défavorable de la grossesse ; les parasites qui infectent les primigestes adhèrent en moyenne plus à la CSA que ceux provenant des multigestes. Conformément aux travaux antérieurs, les études menées au Bénin ont montré que le gène var2csa est le membre de la famille des gènes var qui est préférentiellement transcrit par les parasites infectant la femme enceinte. L’expression de la protéine correspondante à la surface des érythrocytes infectés a été démontrée grâce à des anticorps spécifiques. Cette expression a été étroitement associée à la capacité des isolats à adhérer, in vitro, à la CSA. La deuxième partie de ce travail a examiné le potentiel vaccinal de VAR2CSA par l’exploration des régions peptidiques impliquées dans l'acquisition d'anticorps « anti-adhérence ». En utilisant une approche d'immunisation génétique chez la souris, nous avons été en mesure d'identifier la région minimale de VAR2CSA située dans son extrémité N-terminale comme étant le site qui concentre les épitopes anti-adhérence. Les IgG induites contre la région NTS-DBL2X de VAR2CSA ont été capables d’inhiber l'adhérence de plus de 60% ??des isolats naturels de P. falciparum à la CSA. Cette étude a par ailleurs mis en évidence des propriétés fonctionnelles des IgG qui seraient souche-spécifique ainsi qu’a aidé à formuler une hypothèse concernant la combinaison antigénique des variants de VAR2CSA nécessaires pour garantir une activité optimale sur des isolats de terrain. La dernière partie de ce travail a porté sur l'analyse du polymorphisme des séquences de VAR2CSA dans sa partie N-terminale chez les isolats de terrain. Ces analyses ont démontré l'existence d'une région dimorphique dans le domaine structurellement critique ID1, qui a révélé une association très intéressante avec la survenue d'infections à très forte densité de parasite. Le travail développé dans cette thèse a permis de mettre à jour les connaissances sur les parasites qui infectent les femmes pendant la grossesse et de formuler des hypothèses sur les pistes d'optimisation moléculaire, nécessaires au développement d'un vaccin efficace à base de VAR2CSA.This thesis aimed to characterize the P. falciparum parasites infecting pregnant women and causing pregnancy-associated malaria (PAM). In the first part of this work, cytoadherence phenotype and var genes expression profile of pregnant women parasites have been investigated on parasite isolates collected in two studies conducted in Benin between 2008 and 2013. The first study on isolates collected as part of a cohort study of pregnant women in rural areas in Benin, showed that parasites which infect women in the first trimester of pregnancy already express placental phenotype. In a second study on isolates collected prospectively from pregnant women attending antenatal clinics in health centers in Cotonou, the analysis of the adhesion phenotype using multiple host receptors described so far confirmed the first results and highlighted a greater complexity of the binding properties in isolates collected during the first trimester and those obtained from multigravidae. This study also demonstrated that beyond parasitaemia, adhesion to CSA is a major factor for poor pregnancy outcomes. Consistent with previous reports, studies in Benin showed that var2csa was the most transcribed var gene by PAM-isolates and its surface expression on infected erythrocyte (IE) was demonstrated with specific antibodies. This was closely linked to the ability of isolates to adhere to CSA in vitro. The second part of the work investigated the vaccine potency of VAR2CSA by exploring the region of var2csa involved in the acquisition of anti-adhesion antibodies. Using a DNA immunization approach performed in mice, we were able to identify the var2csa minimal region located in its N-terminus as the site that concentrates the anti-adhesion epitopes. The NTS-DBL2X region of VAR2CSA has been found to induce cross-reactive antibodies that inhibit adhesion of more than 60% of field P. falciparum isolates to CSPG. This study highlighted some strain-specific properties in functionality of the antibodies induced and helped formulate a hypothesis of antigenic FCR3 and 3D7 variants combination for optimal activity on field isolates. The last part of this work focused on the analysis of sequence polymorphism in the N-terminal part of VAR2CSA expressed by field isolates. The analysis demonstrated the existence of a dimorphic region within the structurally critical ID1 domain that revealed a very interesting association with the occurrence of infections with very high parasite density. The work developed in this thesis updates knowledge on parasites infecting women during pregnancy and formulates hypotheses on the molecular optimization tracks necessary for the development of an effective VAR2CSA-based vaccine

Caractérisation des parasites du paludisme gestationnel et optimisation du potentiel vaccinal de VAR2CSA

This thesis aimed to characterize the P. falciparum parasites infecting pregnant women and causing pregnancy-associated malaria (PAM). In the first part of this work, cytoadherence phenotype and var genes expression profile of pregnant women parasites have been investigated on parasite isolates collected in two studies conducted in Benin between 2008 and 2013. The first study on isolates collected as part of a cohort study of pregnant women in rural areas in Benin, showed that parasites which infect women in the first trimester of pregnancy already express placental phenotype. In a second study on isolates collected prospectively from pregnant women attending antenatal clinics in health centers in Cotonou, the analysis of the adhesion phenotype using multiple host receptors described so far confirmed the first results and highlighted a greater complexity of the binding properties in isolates collected during the first trimester and those obtained from multigravidae. This study also demonstrated that beyond parasitaemia, adhesion to CSA is a major factor for poor pregnancy outcomes. Consistent with previous reports, studies in Benin showed that var2csa was the most transcribed var gene by PAM-isolates and its surface expression on infected erythrocyte (IE) was demonstrated with specific antibodies. This was closely linked to the ability of isolates to adhere to CSA in vitro. The second part of the work investigated the vaccine potency of VAR2CSA by exploring the region of var2csa involved in the acquisition of anti-adhesion antibodies. Using a DNA immunization approach performed in mice, we were able to identify the var2csa minimal region located in its N-terminus as the site that concentrates the anti-adhesion epitopes. The NTS-DBL2X region of VAR2CSA has been found to induce cross-reactive antibodies that inhibit adhesion of more than 60% of field P. falciparum isolates to CSPG. This study highlighted some strain-specific properties in functionality of the antibodies induced and helped formulate a hypothesis of antigenic FCR3 and 3D7 variants combination for optimal activity on field isolates. The last part of this work focused on the analysis of sequence polymorphism in the N-terminal part of VAR2CSA expressed by field isolates. The analysis demonstrated the existence of a dimorphic region within the structurally critical ID1 domain that revealed a very interesting association with the occurrence of infections with very high parasite density. The work developed in this thesis updates knowledge on parasites infecting women during pregnancy and formulates hypotheses on the molecular optimization tracks necessary for the development of an effective VAR2CSA-based vaccine.Ce travail a eu pour objectif de caractériser les parasites P. falciparum, infectant les femmes enceintes et responsables du paludisme associé à la grossesse. Dans la première partie de ce travail, le phénotype d’adhérence et le profil d'expression des gènes var chez les parasites infectant les femmes enceintes ont été étudiés. Ces analyses ont été réalisées sur des isolats parasitaires collectés dans deux études menées au Bénin entre 2008 et 2013. La première étude, sur des isolats prélevés dans le cadre d'une étude de cohorte de femmes enceintes dans les zones rurales au Bénin, a montré que les parasites qui infectent les femmes dans le premier trimestre de la grossesse expriment déjà un phénotype placentaire. Dans une deuxième étude, portant sur les isolats prélevés en prospective chez des femmes enceintes se présentant en consultations prénatales dans les centres de santé à Cotonou, une analyse plus détaillée des propriétés d'adhérence des hématies parasitées par P. falciparum, a confirmé nos premiers résultats. Cette étude a souligné une plus grande complexité dans les propriétés d’adhérence des isolats obtenus pendant le premier trimestre de grossesse qui adhèrent sur plusieurs récepteurs. Tout au long de la grossesse cette diversité phénotypique s’affine vers des phénotypes typiquement placentaires. Ce travail a également démontré, qu'au-delà de la parasitémie, l'adhérence à la CSA est un facteur important au regard de l’issue défavorable de la grossesse ; les parasites qui infectent les primigestes adhèrent en moyenne plus à la CSA que ceux provenant des multigestes. Conformément aux travaux antérieurs, les études menées au Bénin ont montré que le gène var2csa est le membre de la famille des gènes var qui est préférentiellement transcrit par les parasites infectant la femme enceinte. L’expression de la protéine correspondante à la surface des érythrocytes infectés a été démontrée grâce à des anticorps spécifiques. Cette expression a été étroitement associée à la capacité des isolats à adhérer, in vitro, à la CSA. La deuxième partie de ce travail a examiné le potentiel vaccinal de VAR2CSA par l’exploration des régions peptidiques impliquées dans l'acquisition d'anticorps « anti-adhérence ». En utilisant une approche d'immunisation génétique chez la souris, nous avons été en mesure d'identifier la région minimale de VAR2CSA située dans son extrémité N-terminale comme étant le site qui concentre les épitopes anti-adhérence. Les IgG induites contre la région NTS-DBL2X de VAR2CSA ont été capables d’inhiber l'adhérence de plus de 60% ??des isolats naturels de P. falciparum à la CSA. Cette étude a par ailleurs mis en évidence des propriétés fonctionnelles des IgG qui seraient souche-spécifique ainsi qu’a aidé à formuler une hypothèse concernant la combinaison antigénique des variants de VAR2CSA nécessaires pour garantir une activité optimale sur des isolats de terrain. La dernière partie de ce travail a porté sur l'analyse du polymorphisme des séquences de VAR2CSA dans sa partie N-terminale chez les isolats de terrain. Ces analyses ont démontré l'existence d'une région dimorphique dans le domaine structurellement critique ID1, qui a révélé une association très intéressante avec la survenue d'infections à très forte densité de parasite. Le travail développé dans cette thèse a permis de mettre à jour les connaissances sur les parasites qui infectent les femmes pendant la grossesse et de formuler des hypothèses sur les pistes d'optimisation moléculaire, nécessaires au développement d'un vaccin efficace à base de VAR2CSA

A conformational epitope in placental malaria vaccine antigen VAR2CSA: What does it teach us?

VAR2CSA is the Plasmodium falciparum variant surface antigen that mediates binding of infected erythrocytes to chondroitin sulfate A (CSA) and their sequestration in intervillous spaces of the placenta, leading to placental malaria (PM). Relatively high polymorphism in VAR2CSA sequences has hindered development of a vaccine that induces broadly neutralizing immunity. Recent research has highlighted that a broadly reactive human monoclonal antibody, called PAM1.4, binds to multiple conserved residues of different subfragments of VAR2CSA, forming a conformational epitope. In this short perspective, we describe evidence that residues located in the interdomain-1 fragment of VAR2CSA within the PAM1.4 binding epitope might be critical to broad reactivity of the antibody. Future investigation into broadly reactive anti-VAR2CSA antibodies may be important for the following: (1) identification of similar conformation epitopes targeted by broadly neutralizing antibodies; and (2) understanding different immune evasion mechanisms used by placenta-binding parasites through VAR2CSA polymorphism in critical epitopes

Imbalanced distribution of GM immunoglobulin allotypes according to the clinical presentation of Plasmodium falciparum malaria in beninese children

Selection pressure exerted by pathogens contributes to the persistence of polymorphisms in GM and KM allotypes, which are antigenic determinants of immunoglobulins. This study investigated the impact of GM and KM allotypes on the clinical response to Plasmodium falciparum infection among Beninese children, including 65 with severe malaria, 37 with uncomplicated malaria, and 53 with asymptomatic carriage. An inverse relationship was found between the GM5,6,13,14; 1,17 phenotype and uncomplicated malaria. Genetic markers implicated in the composition and activity of immunoglobulins may be associated with the genetic control of both malaria infection and morbidity