Molecular and functional aspects of antimalarial drug resistance in isolates from Africa and Asia

• Main Author: Tacoli, Costanza
• Other Authors: Mockenhaupt, Frank P.
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: Humboldt-Universität zu Berlin 2021
• Subjects: Malaria; Medikamentenresistenz; Plasmodium falciparum; Plasmodium vivax; Drug Resistance; 570 Biologie; YD 9313; YD 9315; VS 8507; YD 9304; ddc:570
• Online Access: http://edoc.hu-berlin.de/18452/23635; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/23635-7; http://dx.doi.org/10.18452/22036

Malariakontrolle ist von Resistenzen gegen Malariamedikamente wie Chloroquin (CQ) und Artemisininderivaten (ART) bedroht. Hier untersuchten wir das Ausmaß dieser Resistenzen in Fünf Feldstudien in Nigeria, Ruanda und Südwestindien unter Beurteilung der Prävalenzen Arzneimittelresistenz-assoziierter Mutation der Plasmodium-Parasiten (P. falciparum: K13, dhps, dhfr, mdr1 und P. vivax: mdr1) z.T. in Korrelation mit klinischen Patientendaten und ex-vivo Überlebensraten (ÜLR) unter Zugabe von ART. K13 wurde in 360 zwischen 2010-2018 gesammelte ruandischen P. falciparum Isolaten genotypisiert. Erstmals fanden wir dort niedrige Frequenzen der mit ART-Resistenz assoziierten K13-Mutation. Jedoch lassen Mutation mit niedrigen ÜLR, sowie ein Isolat mit hohen ÜLR aber ohne K13-Mutation eines Patienten der die Infektion unter Therapie nicht eliminieren konnte, Fragen offen. Ca.100 indische P. falciparum und P. vivax Isolaten aus 2015 wurden auf Mutationen in P. falciparum Markern für die Resistenz gegen Sulfadoxin-Pyrimethamin (SP) (d.h. pfdhps/pfdhfr), Artesunat (AS) (d.h. K13) und Lumefantrin (d.h. pfmdr1) sowie P. vivax Marker für CQ-Resistenz (pvmdr1) untersucht. Der Großteil der Isolate zeigt Mutationen die SP-Resistenz hervorrufen, daher könnte die Effizienz der AS+SP-Therapie begrenzen sein. Außerdem eignet sich Lumefantrin nicht als alternatives Medikament auf Grund der beobachteten Dominanz des pfmdr1-Haplotyps „NFD“. Die Abwesenheit der pvmdr1-Mutation Y976F und erfolgreiche Behandlungen zeigen, die Wirksamkeit von CQ gegen vivax Malaria im Studiengebiet. Auch Isolate von nigerianischen Schwangeren mit asymptomatischer P. falciparum Infektion zeigten hohe Prävalenzen von pfdhfr/pfdhps Vier- und Fünffachmutanten darum ist die Wirksamkeit der präventiver Therapie Schwangerer mit SP in Nigeria ernsthaft gefährdet. Die Daten spiegeln die Häufigkeit der Resistenzen gegen Malariamittel in diesen Gebieten wieder mit großen Unterschieden zwischen Regionen und Medikamenten. === The spread of resistance to antimalarial drugs such as chloroquine (CQ) and artemisinins (ART) is a great threat to malaria control. Here, we investigated the extent of such resistance in Nigeria, Rwanda and south-western India. We assessed the prevalence of mutations in few Plasmodium parasites’ markers of resistance, namely P. falciparum genes K13 (ART), pfdhps/pfdhfr (sulfadoxine-pyrimethamine, SP) and pfmdr1 (lumefantrine) as well as P. vivax gene pvmdr1 (CQ) in 5 field studies conducted in 2010-2018, and partially correlated the results to patients’ clinical outcome. Few isolates from Rwanda, were also evaluated for their parasite ex vivo survival rates (SR) upon exposure to ART. We tracked ART resistance in Rwanda by genotyping K13 in 360 P. falciparum isolates from 2010-2018. We showed for the first time that K13 mutations associated with ART resistance are present here, thus in Africa, at a low frequency. However, mutations occurred in patients who recovered and/or had low SR. Of note, one patient with high SR but no K13 mutation was still parasitemic after ART treatment. Moreover, we assessed the presence of mutations in K13, pfdhps/pfdhfr, pfmdr1 and pvmdr1 in ca 100 P. falciparum and 100 P. vivax isolates from south-western India. Most of P. falciparum isolates carried pfdhfr/pfdhps mutations conferring SP resistance, menacing the efficacy of SP-ART treatment. Also, the high prevalence of pfmdr1 haplotype “NFD” advised against the introduction of lumefantrine. The low rates of P. vivax pvmdr1 Y976F and patients’ successful parasite clearance, indicated that CQ remains effective in the area. Finally, a high rate of pfdhfr/pfdhps quadruple and quintuple mutant was observed in Nigerian pregnant women with asymptomatic P. falciparum infection, hence the effectiveness of preventive treatment with SP in pregnancy might be threatened. The data reflected the abundance of antimalarials resistance in these areas with important differences between regions and drugs.