Inmunología y Genética de la Malaria en la Amazonía

OraLee Branch New York University

Viviana Vanessa Pinedo CancinoUniversidad Nacional de la Amazonía Peruana

Malaria en el Mundo

Prevalencia para Plasmodium falciparum: América Latina = ≤ 5%; África = ≥ 40%

África: aproximadamente 1 millón mueren por malaria y más del 25% son niños menores de 5 años de edad.

[Hay, 2009, PLoS Med, 6(3)]

Riesgo de Malaria

Departamento de Loreto, Iquitos:◦ 1991 P. vivax en Zungarococha, Iquitos (Aramburu y Witzg et al.

1997)◦ 1994 P. falciparum en Padrecocha, Iquitos (Aramburu y Witzg et

al. 1997) 1995-1998, 2004-2005 Epidemias

Plasmodium vivax

Plasmodium falciparum

Plasmodium falciparum más letal:

• Muchas cepas, genéticamente diferentes

• Clínica: forma de crecer en los glóbulos rojos anemia severa, coma.

  Plasmodium vivax menos letal:

• La diversidad genética menor, • Dentro del huésped la diversidad

genética no está bien caracterizado?

Malaria

Paradigma de la Inmunidad areas hipo- endemicas en Africa (Snow et al., 1999; Gupta et al., 1999)

después de 5 años de infección = inmunidad adquirida natural

memória imunológica no se desarrolla1) respuestas imunes deterioradas (Weiss and Riley, 1998; kinyanjui et

al., 2007; Weiss and Clark, 2011)

2) áreas de baja transmissión, baja diversidad genética del parasito facilita la respuesta inmune ( Branch et al., 2001; Branch et al., 2005; Sutton et al., 2010; Branch et al., 2010)

Inmunidad en Malaria

Inmunidad y diversidad genética: debemos conocer MÁS para 1. Desarrollar vacunas y predecir el éxito 2. Entender la sostenibilidad de intervenciones (riesgo de

nuevos brotes)

Inmunología y Genética de la Malaria en la Amazonía: PROYECTO MIGIA

IQUITOS, PERU: DETECCION ACTIVA Y PASIVA DESDE EL 2004-HASTA AHORAZungarococha: aprox. 2000 Participantes, al menos 6 muestras/año

PREGUNTAS DEL ESTUDIOPerú presentó brotes epidémicos en los 90, existen factores la

morbilidad mortalidad sea baja lo que sugiere que la población es resistente a malaria.

Paradigma: Para desarrollar resistencia a malaria toma años con parasitemia constante para mantener la inmunidad (estudios realizados en África), toma 5 años-> DIFERENTE EN PERÚ.

Hipótesis: Baja densidad e infecciones espaciadas pueden proporcionar adquisición natural de resistencia a las diferentes variedades genéticas de P. falciparum y P. vivax.

METAS: Caracterizar la sintomatología de cada uno de los tipos de

malaria. Fuerza de infección: microscopia versus detección por PCR. Respuesta inmune humana Diversidad genética de P. falciparum y P. vivax

Población en Estudio• P. falciparum y P. vivax se detectó cerca a Iquitos, (1994)

• Epidemia entre 1994 y 1998 • Baja transmisión y sostenida, con <1 Pf y <3

Pv infecciones / persona / año (Enero–Julio)

• Estudio Longitudinal de cohorte en la comunidad de Zungarococha (N=2000)

1. Detección Pasiva de casos (Posta de Salud)

2. Detección Activa de casos incluye:• Barridos (inicio y final estación de

malaria)• 200 personas seleccionadas cada

mes para el seguimiento semanal.• Al menos 6 muestras/participante/año (6

meses del periodo de transmisión)• Habilidad para controlar y enrolar las

personas positivas en el transcurso del tiempo y espacio.

ComunidadesZGPANRLL

TRATAMIENTOS SON ADMINISTRADOS POR EL MINISTERIO DE SALUD

Detección de casos ACTIVA vs PASIVA en Zungarococha

020406080

100120

E F M A M J J A S O N D

NU

ME

RO

DE

CA

SO

S

MESES

2004ACD VS PCD

PCD V

PCD F

ACD V

ACD F

2005ACD VS PCD

0

50

100

150

E F M A M J J A S O N D

MESES

NU

ME

RO

DE

C

AS

OS

PCD V

PCD F

ACD V

ACD F

2006ACD VS PCD

0

50

100

150

E F M A M J J A S O N D

MESES

NU

ME

RO

DE

C

AS

OS

PCD V

PCD F

ACD V

ACD F

2007ACD VS PCD

0

20

40

60

E F M A M J J A S O N D

MESES

NU

ME

RO

DE

C

AS

OS

PCD V

PCD F

ACD V

ACD F

Detección de casos ACTIVA vs PASIVA en Zungarococha

2008ACD VS PCD

0

20

40

60

E F M A M J J A S O N D

MESES

NU

ME

RO

DE

C

AS

OS

PCD V

PCD F

ACD V

ACD F

E F M A M J J A S O N D0

1020304050

2009ACD VS PCD

PCD VPCD FACD V

MESESNU

ME

RO

DE

CA

SO

S

Malaria en Zungarococha

ConclusionesFUERZA DE INFECCION Y MANIFESTACIONES CLINICAS:

Importante el seguimiento activo para entender el nivel de P. vivax y P. falciparum en PerúPacientes asintomáticos son en mayor numero que los casos sintomáticos, transcurso de los años se han ido equiparando.

Detección de infección con PCR aproximadamente 5 veces mayor que por microscopia. Mayor número de Infecciones Mixtas

PCR detecta baja parasitemias (asintomáticos)

Vigilancia activa: incrementaron en 0.2 a 0.5 infecciones de P. falciparum/persona/año. Mas del 80% de las infecciones reportados eran provenientes de personas sin síntomas como fiebre y con baja carga parasitaria [Branch et al. Malaria journal, 2005, 4:27].

CULTIVO IN VITRO Plasmodium falciparum

3000 ul RPMI 500 ul RBC 1000 ul plasma

Control de la PARASITEMIA

5 µl RBC parasitados(2 a 4% de parasitemia)

mezcla de gases (5% O2, 5% CO2, 90% N2) x 40 seg.

TO

MA

D

E

MU

ES

TR

ASangre de pacientes con malaria

Lavar con RPMI (v/v) a 1500 rpm

A

B

OAD

AP

TA

CIÓ

N D

E

P. f

alc

iparu

m

Cepa NativaPlasmodium falciparum

Incubar por 48 horas.

Banco de Cepas

Infecciones Complejas de P. falciparum TIENEN MAS ÉXITO EN CULTIVO

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

83kD 28kD 38kD 42kD

ConservedModerately conservedModerately variableVariable

RO33

K1K1

Mad20Mad20

300150

180

200

210

220

260

170

180

190

210 250

280 270

Palo Alto 3D7

300150

180

200

210

220

260

170

180

190

210

220

290

270

Mad20-Like Wellcome

140 (does not have repeats)

RO33

Single copy encoding gene

Used in strain characterization- SINGLE (= 1 allelic

variant)- COMPLEX (multiple

allelic variants)

Peruvian

African

HYPERendemic versus HYPOendemic PfMSP1-B2 Diversity

Análisis genético de cepas PfMSP1-Block 2

2007

Disminución de Prevalencia y Aumento de Genotipos

ConclusionesDIVERSIDAD GENETICA:

La diversidad genética detectada en P. falciparum MSP-1 Block2 fue baja que la detectada en el Oeste de Kenya, teniendo significancia dentro de los niveles de población y diversidad

El mismo genotipo P. falciparum encontrado en otros países se encontró en Perú

La diversidad de P. falciparum sugiere que las infecciones continuas son producto de diferentes genotipos.

Es poco frecuente encontrar diversidad de genotipos en la misma infección.

En el transcurso de los años a pesar que han ido disminuyendo los casos de malaria se han ido incrementando las infecciones complejas.

Diversidad genética, la aparición/desaparición de los diferentes genotipos estudiados entre 2003 a 2007, proporcionaron una perspectiva de un amplio genoma de P. falciparum en una región de baja transmisión de malaria [Branch et al. Mol Biol Evol. 2011; 28(7): 1973-86].

Respuesta inmune de los Peruanos para los antígenos de vacuna P. falciparum versus Africanos

Después de 2 infecciones por P. falciparum, en adultos y niños hacen producir respuestas de anticuerpos a la Proteína de Superficie del Merozoito-1 el cual es mas que 6 meses.

En contraste, todos los estudios previos de malaria que sugieren que la respuesta de los anticuerpos necesitan al menos 2 meses.

Nuestra hipótesis es que la capacidad de la respuesta de anticuerpos explica por que hay muchos asintomáticos en nuestra cohorte.

Nosotros queremos entender esta respuesta – y usarla para desarrollar una vacuna contra la malaria.

Survival of Peruvian Children vs Kenyan Children:Survival proportions

0 50 100 150 2000

25

50

75

100Peruvian ChildrenPeruvian AdultsKenyan Children

Days After Infection

Perce

nt su

rvival

Personas que han tenido parasitemia > un día produce respuesta de anticuerpos (tratando las infecciones asintomáticos inmediatamente reduce el desarrollo de inmunidad)

Sintomático, parasitemia por mas de un día

Asintomático, parasitemia mas que un día (2+gota en una semana)

Asintomático, solo parasitemia UN día

La mejor respuesta inmune desarrollada fue en personas que fueron asintomáticos y con bajo nivel de parasitemias por 6 dias (dos laminas positivas) antes del tratamiento.

Nuestra hipótesis es que la respuesta inmune debe ser expuesta a antígenos por varios días para desarrollar una mas larga respuesta inmune.

Hipótesis: desarrollo de inmunidad del huésped contra malaria en regiones de baja transmisión.

Encontramos que en esta región de baja transmisión, una infección previa es suficiente para producir una respuesta positiva anti-IgG MSP119 durante > 5 meses en ausencia de reinfección, una expansión del plasmblasto total (CD19+ CD27+ CD38high) de la población en la mayoría de los individuos poco después de la infección [Clark et al. Infect Immun. 2012, 80(4): 1583-92]

Conclusiones

Prevalencia de malaria en Zungarococha 2004-2011

Jan-

04

Jul-0

4

Jan-

05

Jul-0

5

Jan-

06

Jul-0

6

Jan-

07

Jul-0

7

Jan-

08

Jul-0

8

Jan-

09

Jul-0

9

Jan-

10

Jul-1

0

Jan-

11

Jul-1

10.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0

P.

falc

ipa

rum

pre

ve

lan

ce

(%

)

Porqué la respuesta de anticuerpos en Perú es buena?Baja ratio de infección?, diversidad

genética del parasito? resulta en mejor adquisición de inmunidad?

La nutrición alimenticia en esta comunidad podría ser un factor associado?

Independientemente de si o no hubo la disminución de casos, contribuyó a una baja de la inmunidad o se debió al cambio climático?

AgradecimientosMalaria Immunology and Genetics in the

Amazon (MIGIA)Participants in the Community of

ZungarocochaTeam of MIGIA project

Crystan Siles, Jean Hernandez, Katty Arista, Claudia Silva, Aldo Montenegro,

Anibal Sánchez, Nolberto Tangoa,Noelina Manuari,Yrma Rioja, otras

Instituto Nacional de Salud (INS):

Gisely Hijar Carlos Padilla

Dr. Cesar Cabezas

LIPNNA, UNAPDra. Lastenia Ruiz Dr. Juancarlos

CastroDr. Moises

Sihuincha

DIRESA-Loreto:Dr. Carlos Alvarez

Dra. Wilma Casanova

New York University

Patrick SuttonEva Clark

GRACIAS

Unidos contra la Malaria