title: Plasmodium falciparum transcriptional signatures associated with continuous asexual replication and asymptomatic persistence
Creators: name: Kampmann, Martin
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2025
Subjects: subject: Plasmodium
subject: Trockenzeit
subject: Persistenz
subject: Transkription
subject: Malaria
subject: Plasmodium
subject: Dry Season
subject: Persistence
subject: Transcription
subject: Malaria
subject: 570 Biologie

description: Der Parasit P. falciparum überlebt die Abwesenheit von Moskitos während langer Trockenzeiten in asymptomatischen Infektionen, die sich durch die Zirkulation von Parasiten älterer Entwicklungsstadien auszeichnen. Im Gegensatz dazu, zirkulieren in klinischer Malaria nur junge Parasiten und ältere Stadien binden das vaskuläre Endothel. Diese Arbeit zielte darauf ab das Verständnis der Malariapersistenz zu verbessern und die Faktoren, die zur längeren Zirkulation des Parasiten beitragen, zu entschlüsseln. Zunächst untersuchten wir die Expression der var-Gene, einer Familie von Oberflächen-Antigenen in Plasmodium mit großer Bedeutung für die Zytoadhäsion. Asymptomatischen Infektionen waren nicht mit spezifischen var-Genen assoziiert, exprimierten allerdings eine geringere Anzahl an var Genen, korreliert mit niedrigerer Parasitämie und höheren Antikörpertitern, nicht aber mit Komplexität der Infektion. Dann ermittelten wir die Transkription von Genen mit Expression in Gametozyten, den Parasitenstadien, die für die Übertragung zum Moskito verantwortlich sind. Transkriptionsanalysen zeigten eine höhere Proportion von Gametozyten in der Trockenzeit, aber keine Unterschiede in der Gametozytenentwicklung. In einem mathematischen Modell war der Anstieg der Populationsfrequenz von Gametozyten ohne Änderungen in der Gametozytogenese durch eine erhöhte Clearance asexueller Formen erklärbar. Zuletzt untersuchten wir die Effekte langer Parasitenreplikation im selben Wirt durch den Vergleich asymptomatischer Infektionen unterschiedlicher Länge in der Regenzeit. Lange Infektionen in der Regenzeit teilten einige Charakteristika, wie die erhöhte Expression von Gametozytengenen, mit Infektionen am Ende der Trockenzeit. Darüber hinaus fanden wir Infektionen mit langer Parasitenzirkulation - ähnlich persistierenden Infektionen der Trockenzeit - und Infektionen, in denen, wie in klinischer Malaria, junge Parasiten zirkulierten, dies war jedoch unabhängig von der Infektionsdauer.
description: P. falciparum parasites survive long mosquito-free dry seasons as asymptomatic infections, which are marked by longer circulation time of P. falciparum parasites within its 48-h asexual replication cycle. While in clinical malaria cases only young parasites are found in circulation, with older forms adhering to the vascular endothelium to avoid clearance by the spleen, in end-dry season infections also older stages circulate. Here, we aimed to better understand persistence, and asked what factors contribute to development of the long circulating phenotype found at the end of the dry season. First, we investigated expression of var genes, a family of Plasmodium surface antigens crucial for cytoadhesion, in clinical and asymptomatic infections. Asymptomatic infections were not associated with any specific binding phenotype but expressed a lower number of var genes, correlated to lower parasitemia, higher levels of anti-Plasmodium antibodies but not with complexity of infection. Then, we determined transcription of genes associated with P. falciparum’s mosquito-infectious life-cycle stages, gametocytes. We found indication of a higher proportion of gametocytes in asymptomatic infections, however no difference in gametocytogenesis. In a mathematical model, this increased proportion of gametocytes could be explained by an increased clearance of asexual forms in long, persistent infections without changes in gametocytogenesis. Last, we investigated the effects of long replication in the same host in P. falciparum by comparing wet season asymptomatic infections of different length. In the wet season, long asymptomatic infections shared some features with end-dry season infections, gametocyte-related genes were more highly expressed. Asymptomatic wet season infections showed a mixture of clinical malaria-like young circulating and end-dry season like old circulating infections. However, circulation time of asexual stages was apparently not linked to infection length.