Estrutura populacional de Plasmodium
falciparum
Plataforma Ibérica da Malária
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Universidade Nova de Nova de LisboaLisboa
15 de Outubro de 2008
Workshop “Genética populacional em Malária
parasitas, vectores e humanos”
Malária
• 300- 500 milhões de casos / ano
• 1.5 -2.7 milhões de mortes / ano
• 1 milhão de mortes em crianças • 1 milhão de mortes em crianças com menos de 5 anos
• 90% da incidência em países da África inter-tropical
Malária
História
• 1ª metade do séc. XX: eliminação na Europa e EUA
(controlo do vector: DDT e peixe larvicida)
• Anos 50 e 60: programa de erradicação na Índia, Sri Lanka e ex-União
Soviética (DDT)
• 1970 a 2000: fracasso deste programa e colapso dos poucos programas de
controlo implementados em África
• Anos 80 e 90: aumento do nº de mortes e prevalência em África
• Última década: aumento da intensidade no Sudeste Asiático depois de
Malária
Actualmente
recente
• parasitas resistentes a antimaláricos
• mosquitos resistentes a insecticidas
recente
expansão
• continuação da pobreza e instabilidade política
M osquito Esporogonia oocine tes ooc istos Esporozoítos M osquito Esporogonia oocine tes ooc istos Esporozoítos
Malária
Ciclo de vida do parasita
Homem
Controlo da malária
Homem
Mosquito
Parasita
Mosquito
Parasita
Plasmodium falciparum
1.
Origem da malária
2.
Estrutura populacional do parasita
Objectivos
Origem da Malária
1ª expansão
• Condições climatéricas quentes e húmidas nas
regiões equatoriais depois da última glaciação
• Aumento da população humana, devido ao
recurso a queimadas
hipoteticamente à 10 000 anos
recurso a queimadas
•Proliferação e rápida diversificação do vector
antropofílico Anopheles sp.
•Redução drástica e recente da população de Plasmodium falciparum
•Baixo nível de polimorfismos sinónimos é consistente com um cenário
Hipótese “Malaria’s Eve”
Origem da Malária
em que os parasitas existentes derivam de um único indivíduo que existiu
há cerca de 24,500–57,500 anos atrás
Ausência de sinais de expansão populacional em estudos
com genes codificantes de antigénios e microsatélites
Origem da Malária
Elevado nível de polimorfismos
•Anderson et al. (2000) Complex mutations in a high proportion of microsatellite loci from the protozoan parasite
Plasmodium falciparum. Molecular Ecology 9, 1599-1608.
Em 204 genes do cromossoma 3 em, 5 isolados de P. falciparum,
19% dos single nucleotide polymorphisms (SNPs) são sinónimos
Tempo até ao ancestral comum mais recente:
Elevado nível de polimorfismos
Origem da Malária
Tempo até ao ancestral comum mais recente:
100,000–180,000 anos
Expansão populacional rápida e recente suportada por sequências de mt
DNA mitocondrial 6-kb
hereditariedade uniparental
não recombinante
MtDNA
Origem da Malária
Joy et al. (2003) Early origin and recent expansion of Plasmodium falciparum. Science 300, 318 – 321.
Expansão populacional rápida e recente suportada por sequências de mt
DNA total de 100 isolados de P. falciparum geograficamente isolados
O parasita espalhou-se pelos outros continentes quando os humano migraram
para for a de África há 50 000–150 000 anos
Minimum spanning networks : relações genéticas
enter os haplótipos mitocondriais de P. falciparum (A)Total
(B)Asia; (C) América do Sul; (D) Africa; (E) Papua New Guinea
MtDNA
Origem da Malária
Joy et al. (2003) Early origin and recent expansion of Plasmodium falciparum. Science 300, 318 – 321.
(A) Árvore genética de mtDNA de
P.falciparum
Origem da Malária
“consenso”
“Be it 5000 or 100 000 years old,
the reality is that genetic variation in
this parasite poses a formidable
this parasite poses a formidable
challenge to vaccine development.”
Estrutura populacional de P. falciparum
Microsatélites
−
Microssatélites
sequências de DNA nuclear compostas com repetições de 2-6
unidades:
...GTCCTAGGCGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTCCGATAGCTA...
...GTCCTAGGCGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTCCGATAGCTA...
Muito polimórficos, abundantes, de regiões não-codificantes (DNA
neutro) e co-dominantes
12 microssatélites 465 amostras sanguíneas 9 populações de
1ª análise em
grande escala
Estrutura populacional de P. falciparum
Microsatélites
.
• Forte diferenciação continental, sugerindo fluxo genético restricto
• América do Sul e Ásia: discontinuidades acentuadas nas frequências alélicas entre
regiões geográficas
• continente Africano: diferenciação genética entre populações é menor e não
significativa entre Uganda e Congo
Anderson et al. (2000) Microsatellite Markers Reveal a Spectrum of Population Structures in the Malaria Parasite Plasmodium falciparum. Molecular Biology and Evolution 17, 1467-1482.
•África:
maiores valores de diversidade genética
•Ásia:
níveis de diversidade moderados
•América do Sul:
Microsatélites
Estrutura populacional de P. falciparum
diversidade genética mais baixa
(1/3 do nº de alelos por locus e menos de 1/2 da diversidade em África)
Anderson et al. (2000) Microsatellite Markers Reveal a Spectrum of Population Structures in the Malaria Parasite Plasmodium falciparum. Molecular Biology and Evolution 17, 1467-1482.
Parasitas sensíveis à cloroquina
(com pfcrt76K) mostram extensa diversidade em todos os loci
Parasitas resistentes à cloroquina
(com pfcrt76T) a diversidade de alelos em torno do gene pfcrt é muito reduzida, enquanto que noutros loci é maior
Microsatélites flanqueantes
Diversidade genética de P. falciparum
Wootton et al. (2002) Genetic diversity and chloroquine selective sweeps in Plasmodium falciparum. Nature 418, 320-323.
loci flanqueantes de genes sob selecção
Heterozigotia diminue
Desequilíbrio de linkage (DL) aumenta
Microsatélites flanqueantes
Diversidade genética de P. falciparum
Resistência à pirimetamina e sulfadoxina: haplótipos perto de genes envolvidos na resistência estão estatisticamente sobre- representedos em populações de parasitas resistentes.
As populações sensiveís apresentam muito maior diversidade
Diversidade genómica
Genoma de P. falciparum
• 14 cromossomas
• 23–27 milhões de bases • 5500 genes
• elevado conteúdo de A+Ts (79.6%)
Gardner MJ, Hall N, Fung E, et al. (2002) Genome sequence of the human malaria parasite Plasmodium
falciparum. Nature 419, 498-511.
• elevado conteúdo de A+Ts (79.6%)
Mapa inicial de diversidade genómica em P. falciparum SNPs identificados em sequenciação de larga-escala
Genoma de P. falciparum
Diversidade genómica
Volkman et al. (2007) A genomewide map of diversity in Plasmodium falciparum. Nat Genet 39, 113 -119.
sequenciação de larga-escala revelam DL, selecção e
• Confirmação da elevada variabilidade genética de P. falciparum
• Divergência entre P. falciparum e P. reichenowi é 10 vezes maior que a divergência intra-específica
Genoma de P. falciparum
Diversidade genómica
Jeffares et al. (2007) Genome variation and evolution of the malaria parasite Plasmodium falciparum. Nat Genet 39, 120 - 125.
Detecção de marcas de selecção numa amostragem de ~3,500 genes previstos com identifificação de regiões que podem estar sob pressão imune
Mapa de alta resolução para mapeamento de caracteres do parasita e estudo populacionais
Apresentação de novos antigenes, possíveis candidatos a vacina
Genoma de P. falciparum
Diversidade genómica
Mu et al. (2007) Genome-wide variation and identification of vaccine targets in the Plasmodium
Analise genómica de variação antigénica
Como a organização do gene var pode influenciar as propriedades funcionais e antigénicas de of PfEMP1 e regular a sua expressão durante a infecção
Proteínas PfEMP1 têm um papel central na evasão imune e patogénese P. falciparum
