Ultrasensitive molecular tests for Plasmodium detection: applicability in control and elimination programs and reference laboratories / Pruebas moleculares ultrasensibles para la detección de Plasmodium: aplicabilidad en los programas de control y eliminación y en los laboratorios de referencia / Testes moleculares ultra-sensíveis para detecção de Plasmodium: aplicabilidade em programas de controlo e eliminação e laboratórios de referencia

ABSTRACT Objective. To evaluate molecular tools to detect low-level parasitemia and the five species of Plasmodium that infect humans for use in control and elimination programs, and in reference laboratories. Methods. We evaluated 145 blood samples from patients who tested positive by nested polymerase chain reaction (nPCR), from asymptomatic individuals and from the WHO Global Malaria Programme/United Kingdom National External Quality Assessment Service. Samples were assayed using the genus-specific RealStar® Malaria PCR Kit 1.0 (alt-Gen; altona Diagnostics) and the RealStar® Malaria Screen & Type PCR Kit (alt-S&T; altona Diagnostics). The results from the molecular tests were compared with those from quantitative PCR (qPCR), nPCR and thick blood smear. Results. The levels of parasitemia ranged from 1 to 518 000 parasites/µL, depending on the species. Compared with nPCR, alt-S&T had a sensitivity of 100%, except for identifying P. falciparum, for which the sensitivity was 93.94%. All samples positive by alt-Gen were also positive by nPCR. When comparing alt-Gen to qPCR, the sensitivity was 100% for P. vivax, P. malariae and P. falciparum. For all Plasmodium species, the correlation between cycle threshold values of alt-S&T and alt-Gen compared with qPCR was significant (P < 0.0001, Spearman's test), with r = 0.8621 for alt-S&T and r = 0.9371 for alt-Gen. When all Plasmodium species were considered, there was a negative correlation between the level of parasitemia and real-time PCR cycle threshold values (P < 0.0001). In this study, only 2 of 28 samples from asymptomatic individuals were positive by thick blood smear; however, all 28 of these samples were positive by alt-S&T. Conclusions. The alt-Gen and alt-S&T assays are suitable for detecting submicroscopic infections for distinct epidemiological purposes, such as for use in surveys and reference laboratories, and screening in blood banks, which will contribute to global efforts to eliminate malaria.

RESUMEN Objetivo. Evaluar herramientas moleculares para detectar bajos niveles de parasitemia y las cinco especies de Plasmodium que infectan a los seres humanos, a fin de emplearlas en los programas de control y eliminación y en los laboratorios de referencia. Métodos. Se evaluaron 145 muestras de sangre de pacientes positivos por reacción en cadena de la polimerasa anidada (nPCR), de individuos asintomáticos y de muestras del Programa Mundial de Malaria de la Organización Mundial de la Salud/Servicio Nacional de Evaluación Externa de Calidad del Reino Unido. Las muestras se analizaron con el kit de PCR RealStar® Malaria 1.0 (alt-Gen; altona Diagnostics), específico para cada género, y con el kit de PCR RealStar® Malaria Screen & Type (alt-S&T; altona Diagnostics). Se compararon los resultados de las pruebas moleculares con los de la PCR cuantitativa (qPCR), la nPCR y el frotis de gota gruesa. Resultados. Los niveles de parasitemia oscilaron entre 1 y 518 000 parásitos/µl, según la especie. En comparación con la nPCR, la prueba alt-S&T tuvo una sensibilidad del 100%, excepto para la identificación de P. falciparum, para el cual la sensibilidad fue del 93,94%. Todas las muestras positivas por alt-Gen lo fueron también por nPCR. Al comparar alt-Gen con la qPCR, la sensibilidad fue del 100% para P. vivax, P. malariae y P. falciparum. Para todas las especies de Plasmodium, la correlación entre los valores del umbral de ciclo de alt-S&T y alt-Gen en comparación con la qPCR fue significativa (P < 0,0001, prueba de Spearman), con r = 0,8621 para alt-S&T y r = 0,9371 para alt-Gen. Cuando se consideraron todas las especies de Plasmodium hubo una correlación negativa entre el nivel de parasitemia y los valores de umbral de ciclo de PCR en tiempo real (P < 0,0001). En este estudio, solo 2 de las 28 muestras de individuos asintomáticos fueron positivas por frotis de gota gruesa; sin embargo, las 28 muestras fueron positivas por alt-S&T. Conclusiones. Los ensayos alt-Gen y alt-S&T son adecuados para detectar infecciones submicroscópicas con distintos fines epidemiológicos, como su uso en investigaciones y laboratorios de referencia y el cribado en bancos de sangre, lo que contribuirá a los esfuerzos mundiales para eliminar la malaria.

RESUMO Objectivo. Avaliar ferramentas moleculares para detectar parasitemia de baixo nível e as cinco espécies de Plasmodium que infectam humanos, para utilização em programas de controlo e eliminação e em laboratórios de referência. Métodos. Avaliámos 145 amostras de sangue de doentes que testaram positivo por reacção em cadeia da polimerase aninhada (nPCR), de indivíduos assintomáticos, e do Programa Global de Paludismo da Organização Mundial de Saúde/Serviço Nacional de Avaliação da Qualidade Externa do Reino Unido. As amostras foram ensaiadas utilizando o RealStar® Malaria PCR Kit 1.0 (alt-Gen; altona Diagnostics) e o RealStar® Malaria Screen & Type PCR Kit (alt-S&T; altona Diagnostics). Os resultados dos testes moleculares foram comparados com os resultados da PCR quantitativa (qPCR), nPCR e exame da gota espessa. Resultados. Os níveis de parasitemia variaram de 1 a 518 000 parasitas/µL, dependendo da espécie. Em comparação com a nPCR, alt-S&T tinha uma sensibilidade de 100%, excepto na identificação de P. falciparum, para a qual a sensibilidade era de 93,94%. Todas as amostras positivas por alt-Gen foram também positivas por nPCR. Ao comparar alt-Gen com qPCR, a sensibilidade foi de 100% para P. vivax, P. malariae e P. falciparum. Para todas as espécies Plasmodium, a correlação entre os valores limiares de ciclo de alt-S&T e alt-Gen comparados com qPCR foi significativa (P < 0,0001, teste de Spearman), com r = 0,8621 para alt-S&T e r = 0,9371 para alt-Gen. Quando todas as espécies de Plasmodium foram consideradas, houve uma correlação negativa entre o nível de parasitemia e os valores limiares do ciclo de PCR em tempo real (P < 0,0001). Neste estudo, apenas 2 de 28 amostras de indivíduos assintomáticos foram positivas por exame da gota espessa; no entanto, todas estas 28 amostras foram positivas por alt-S&T. Conclusões. Os ensaios alt-Gen e alt-S&T são adequados para a detecção de infecções submicroscópicas para fins epidemiológicos distintos, tais como para utilização em inquéritos e laboratórios de referência e o rastreio em bancos de sangue, o que contribuirá para os esforços globais de eliminação da malária.

Malaria in pregnant women living in areas of low transmission on the southeast Brazilian Coast: molecular diagnosis and humoural immunity profile

Studies on autochthonous malaria in low-transmission areas in Brazil have acquired epidemiological relevance because they suggest continued transmission in what remains of the Atlantic Forest. In the southeastern portion of the state of São Paulo, outbreaks in the municipality of Juquitiba have been the focus of studies on the prevalence of Plasmodium, including asymptomatic cases. Data on the occurrence of the disease or the presence of antiplasmodial antibodies in pregnant women from this region have not previously been described. Although Plasmodium falciparum in pregnant women has been widely addressed in the literature, the interaction of Plasmodium vivax and Plasmodium malariae with this cohort has been poorly explored to date. We monitored the circulation of Plasmodium in pregnant women in health facilities located in Juquitiba using thick blood film and molecular protocols, as well as immunological assays, to evaluate humoural immune parameters. Through real-time and nested polymerase chain reaction, P. vivax and P. malariae were detected for the first time in pregnant women, with a positivity of 5.6%. Immunoassays revealed the presence of IgG antibodies: 44% for ELISA-Pv, 38.4% for SD-Bioline-Pv and 18.4% for indirect immunofluorescence assay-Pm. The high prevalence of antibodies showed significant exposure of this population to Plasmodium. In regions with similar profiles, testing for a malaria diagnosis might be indicated in prenatal care.

Marcadores moleculares para análise do polimorfismo genético relacionado à resposta de Plasmodium falciparum aos antimaláricos / Molecular markers for analysis of genetic polymorphism related to the response of Plasmodium falciparum to antimalarials

A malária é responsável por cerca de 207 milhões de casos e 627 mil óbitos em todo o mundo. No Brasil, em 2013, foram registrados mais de 167 mil casos. Um dos grandes desafios para o controle da doença é o desenvolvimento de resistência aos antimaláricos. Dentre as cinco espécies que podem causar malária em seres humanos, Plasmodium falciparum é a que apresenta maior habilidade de desenvolver resistência a quase todas as classes de medicamentos utilizados no tratamento. Estudos com marcadores moleculares têm associado mutações em diversos genes à resistência aos antimaláricos. A mutação K76T no gene pfcrt é relacionada à resistência à cloroquina. Mutações em pfmdr1 e aumento de seu número de cópias foram associados à resistência a diversos antimaláricos, como quinino, mefloquina e derivados de artemisinina. A resistência aos antifolatos é associada a mutações nos genes pfdhfr e pfdhps. Mutações nos genes pfATPase6 e pfAP2-u têm sido relacionadas à diminuição de sensibilidade à artemisinina. O monitoramento dessas mutações e suas associações às respostas in vivo e in vitro aos antimaláricos pode contribuir para a escolha de terapêutica para o controle da doença. O objetivo deste estudo foi analisar o perfil genético relacionado à resistência em P. falciparum ao longo de 27 anos. Foram analisadas amostras de P. falciparum coletadas no período entre 1984 e 2011, de pacientes atendidos em serviços de saúde nos estados do Pará e São Paulo, com infecções provenientes principalmente de países da América do Sul e África. A análise do gene pfcrt mostrou frequência de 100% da mutação K76T nas amostras de países da América do Sul ao longo das décadas analisadas. Este resultado é concordante com o fenótipo de resistência à cloroquina observado em 100% das amostras testadas in vitro para sensibilidade a este antimalárico. Amostras de países africanos apresentaram o genótipo selvagem em infecções únicas ou mistas. Com relação ao gene pfmdr1, a análise do códon 86...

Malaria is responsible for 207 million cases and 627 thousand deaths worldwide. In Brazil, in 2013, more than 167 thousand cases were reported. The major challenge for malaria control is the emergence and spread of resistance to antimalarials. Among the five species able to cause malaria in humans, Plasmodium falciparum presents ability to develop resistance to almost all classes of drugs for malaria treatment. Studies with molecular markers have associated mutations in several genes to antimalarial resistance. The mutation K76T in pfcrt is related to chloroquine resistance. Polymorphisms in pfmdr1 and increased copy number were associated to several antimalarials resistance, such as quinine, mefloquine and artemisinin derivatives. Resistance to antifolates is associated to mutations in pfdhfr and pfdhps genes. Mutations in pfATPase6 and pfAP2-u were linked to decreased sensibility to artemisinins. The monitoring of these mutations and their association with in vivo and in vitro responses may contribute to the choice of therapeutics for malaria control. The aim of the present study was to analyze the genetic profile related to resistance in P. falciparum over twenty-seven years. Samples collected from 1984 to 2011 from patients enrolled at health facilities in Para and Sao Paulo States were assessed. The origin of infections was mainly from South America and Africa countries. Pfcrt analysis showed that all samples from South America countries harbored the K76T mutation over the four decades, in agreement with the resistant phenotypic response of samples tested in vitro for chloroquine. African samples presented the wild type in mixed or single infections. Regarding to the pfmdr1 gene, the emergence of the mutant 86Y was observed in the last decade in South American samples and occurrence of both, mutant and wild type, in African ones. The analysis of 1246 showed only the mutant 1246Y in South American samples and the wild type D1246 in...

Malaria diagnosis from pooled blood samples: comparative analysis of real-time PCR, nested PCR and immunoassay as a platform for the molecular and serological diagnosis of malaria on a large-scale

Malaria diagnoses has traditionally been made using thick blood smears, but more sensitive and faster techniques are required to process large numbers of samples in clinical and epidemiological studies and in blood donor screening. Here, we evaluated molecular and serological tools to build a screening platform for pooled samples aimed at reducing both the time and the cost of these diagnoses. Positive and negative samples were analysed in individual and pooled experiments using real-time polymerase chain reaction (PCR), nested PCR and an immunochromatographic test. For the individual tests, 46/49 samples were positive by real-time PCR, 46/49 were positive by nested PCR and 32/46 were positive by immunochromatographic test. For the assays performed using pooled samples, 13/15 samples were positive by real-time PCR and nested PCR and 11/15 were positive by immunochromatographic test. These molecular methods demonstrated sensitivity and specificity for both the individual and pooled samples. Due to the advantages of the real-time PCR, such as the fast processing and the closed system, this method should be indicated as the first choice for use in large-scale diagnosis and the nested PCR should be used for species differentiation. However, additional field isolates should be tested to confirm the results achieved using cultured parasites and the serological test should only be adopted as a complementary method for malaria diagnosis.

Transfusion-transmitted malaria: case report of asymptomatic donor harboring Plasmodium malariae / Malária transfusional: relato de caso de doador assintomático infectado por 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.

No Brasil a malária é endêmica na Amazônia, porém casos autóctones com baixas parasitemias ocorrem na área costeira de Mata Atlântica. De acordo com a legislação brasileira, não são obrigatórios testes para detecção de malária em doadores de sangue de áreas não-endêmicas; entretanto são excluídos por seis meses aqueles com relato de deslocamento para áreas de transmissão. Este trabalho descreve um caso de malária transfusional ocorrido em São Paulo, Brasil, em que um paciente recebeu sangue infectado, desenvolvendo a doença. Ele residia em São Paulo e não apresentava histórico de transfusão anterior ou deslocamentos para áreas endêmicas, incluindo as de baixa endemicidade, como a Mata Atlântica. A gota espessa revelou Plasmodium malariae. Os doadores eram residentes em São Paulo e um deles (045-0) apresentou hemoscopia e PCR positivos. Este era assintomático com PCR positiva para P. malariae e viagem para Juquiá, Mata Atlântica de São Paulo, onde são descritos casos esporádicos de malária autóctone. Amostras de soro do receptor e de todos os doadores foram ensaiadas por ELISA com antígenos de P. vivax e P. falciparum e RIFI com P. malariae. O doador 045-0 apresentou RIFI positiva para P. malariae. ELISA-P. vivax foi reagente no doador infectado (045-0) e em dois dos 44 doadores. Todos os soros foram negativos com antígeno de P. falciparum. Este caso aponta a necessidade de revisão dos critérios de triagem clínico-epidemiológica para evitar casos transfusionais e também adequar as estratégias de exclusão de doadores de sangue.

The monitoring of hematopoietic stem cell transplant donors and recipients from endemic areas for malaria / Monitoramento de doadores e receptores provenientes de áreas endêmicas para malária em transplante de células-tronco hematopoiéticas

Malaria is an unusual complication after hematopoietic stem cell transplantation in non-endemic countries. However, transplant candidates, recipients and donors living in endemic regions frequently report previous episodes of malaria. This fact could represent an important risk for immunosuppressed recipients that could develop severe malaria cases. We report a case of hematopoietic stem cell transplant (HSCT) in which the donor had a history of previous malaria, and close monitoring was performed before and after procedure by parasitological and molecular tests. The donor presented Plasmodium vivax in thick blood smears one month after transplant and was treated according to Brazilian Health Ministry guidelines. The polymerase chain reaction (PCR) was able to detect malaria infection in the donor one week earlier than thick blood film. Even without positive results, the recipient was pre-emptively treated with chloroquine in order to prevent the disease. We highlight the importance of monitoring recipients and donors in transplant procedures with the aim of reducing the risk of malaria transmission.

A malária é complicação incomum após o transplante de células-tronco hematopoiéticas em países endêmicos. No entanto, candidatos a transplantes, receptores e doadores que vivem em regiões endêmicas frequentemente relatam episódios anteriores de malária. Este fato pode representar um risco importante para receptores imunossuprimidos, que podem desenvolver casos de malária grave. Relatamos um caso de transplante de células-tronco hematopoiéticas (TCTH) em que o doador teve história de malária anterior e um monitoramento por meio de exames parasitológicos e moleculares foi realizado antes e após o procedimento. O doador apresentou Plasmodium vivax na gota espessa um mês após o transplante e foi tratado de acordo com as orientações do Ministério da Saúde brasileiro. A reação em cadeia da polimerase (PCR) foi capaz de detectar a infecção por malária no doador uma semana mais cedo do que a gota espessa. Mesmo sem resultados positivos, o receptor foi preventivamente tratado com cloroquina, a fim de prevenir as formas sanguíneas assexuadas. Destacamos a importância do monitoramento de receptores e doadores em procedimentos de transplante, com o objetivo de reduzir o risco de transmissão da malária.