Published May 5, 2022 | Version v1
Publication Open

Prevalence of arps10, fd, pfmdr-2, pfcrt and pfkelch13 gene mutations in Plasmodium falciparum parasite population in Uganda

Creators

  • 1. Makerere University
  • 2. Infectious Diseases Research Collaboration
  • 3. Kampala University

Description

In Uganda, Artemether-Lumefantrine and Artesunate are recommended for uncomplicated and severe malaria respectively, but are currently threatened by parasite resistance. Genetic and epigenetic factors play a role in predisposing Plasmodium falciparum parasites to acquiring Pfkelch13 (K13) mutations associated with delayed artemisinin parasite clearance as reported in Southeast Asia. In this study, we report on the prevalence of mutations in the K13, pfmdr-2 (P. falciparum multidrug resistance protein 2), fd (ferredoxin), pfcrt (P. falciparum chloroquine resistance transporter), and arps10 (apicoplast ribosomal protein S10) genes in Plasmodium falciparum parasites prior to (2005) and after (2013) introduction of artemisinin combination therapies for malaria treatment in Uganda. A total of 200 P. falciparum parasite DNA samples were screened. Parasite DNA was extracted using QIAamp DNA mini kit (Qiagen, GmbH, Germany) procedure. The PCR products were sequenced using Sanger dideoxy sequencing method. Of the 200 P. falciparum DNA samples screened, sequencing for mutations in K13, pfmdr-2, fd, pfcrt, arps10 genes was successful in 142, 186, 141, 128 and 74 samples respectively. Overall, we detected six (4.2%, 6/142; 95%CI: 1.4-7.0) K13 single nucleotide polymorphisms (SNPs), of which 3.9% (2/51), 4.4% (4/91) occurred in 2005 and 2013 samples respectively. All four K13 SNPs in 2013 samples were non-synonymous (A578S, E596V, S600C and E643K) while of the two SNPs in 2005 samples, one (Y588N) is non-synonymous and the other (I587I) is synonymous. There was no statistically significant difference in the prevalence of K13 (p = 0.112) SNPs in the samples collected in 2005 and 2013. The overall prevalence of SNPs in pfmdr-2 gene was 39.8% (74/186, 95%CI: 25.1-50.4). Of this, 4.2% (4/95), 76.9% (70/91) occurred in 2005 and 2013 samples respectively. In 2005 samples only one SNP, Y423F (4.2%, 4/95) was found while in 2013, Y423F (38.5%, 35/91) and I492V (38.5%, 35/91) SNPs in the pfmdr-2 gene were found. There was a statistically significant difference in the prevalence of pfmdr-2 SNPs in the samples collected in 2005 and 2013 (p<0.001). The overall prevalence of arps10 mutations was 2.7% (2/72, 95%CI: 0.3-4.2). Two mutations, V127M (4.5%: 1/22) and D128H (4.5%: 1/22) in the arps10 gene were each found in P. falciparum parasite samples collected in 2013. There was no statistically significant difference in the prevalence of arps10 SNPs in the samples collected in 2005 and 2013 (p = 0.238). There were more pfmdr-2 SNPs in P. falciparum parasites collected after introduction of Artemisinin combination therapies in malaria treatment. This is an indicator of the need for continuous surveillance to monitor emergence of molecular markers of artemisinin resistance and its potential drivers in malaria affected regions globally.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في أوغندا، يوصى باستخدام أرتيميثر- لوميفانترين وأرتيسونات لعلاج الملاريا غير المعقدة والشديدة على التوالي، ولكنهما مهددان حاليًا بمقاومة الطفيليات. تلعب العوامل الوراثية والوراثية دورًا في تأهب طفيليات المتصورة المنجلية لاكتساب طفرات Pfkelch13 (K13) المرتبطة بتأخر إزالة طفيليات الأرتيميسينين كما هو مذكور في جنوب شرق آسيا. في هذه الدراسة، نبلغ عن انتشار الطفرات في جينات K13 و pfmdr -2 (P. falciparum بروتين مقاوم للأدوية المتعددة 2) و fd (فيريدوكسين) و pfcrt (P. falciparum ناقل مقاومة الكلوروكين) و arps10 (البروتين الريبوسومي القمي S10) في طفيليات المتصورة المنجلية قبل (2005) وبعد (2013) إدخال علاجات الأرتيميسينين المركبة لعلاج الملاريا في أوغندا. تم فحص ما مجموعه 200 عينة من الحمض النووي لطفيلي P. falciparum. تم استخراج الحمض النووي الطفيلي باستخدام مجموعة مصغرة من الحمض النووي QIAamp (Qiagen، GmbH، ألمانيا). تم تسلسل منتجات تفاعل البوليميراز المتسلسل باستخدام طريقة تسلسل ديديوكسي سانجر. من بين 200 عينة من الحمض النووي المنجلي تم فحصها، كان تسلسل الطفرات في K13 و pfmdr -2 و fd و pfcrt و arps10 ناجحًا في 142 و 186 و 141 و 128 و 74 عينة على التوالي. بشكل عام، اكتشفنا ستة (4.2 ٪، 6/142 ؛ 95 ٪مؤشر الثقة: 1.4-7.0) تعدد أشكال النيوكليوتيدات الأحادية K13 (SNPs)، منها 3.9 ٪ (2/51)، 4.4 ٪ (4/91) حدثت في عينات 2005 و 2013 على التوالي. كانت جميع عينات K13 SNPs الأربعة في عام 2013 غير مرادفة (A578S و E596V و S600C و E643K) بينما من بين اثنين من عينات SNPs في عام 2005، واحد (Y588N) غير مرادف والآخر (I587I) مرادف. لم يكن هناك فرق ذو دلالة إحصائية في انتشار K13 (p = 0.112) SNPs في العينات التي تم جمعها في عامي 2005 و 2013. كان الانتشار الإجمالي لـ SNPs في جين pfmdr -2 39.8 ٪ (74/186، 95 ٪CI: 25.1-50.4). من هذا، 4.2 ٪ (4/95)، 76.9 ٪ (70/91) وقعت في 2005 و 2013 عينات على التوالي. في عينات عام 2005، تم العثور على SNP واحد فقط، Y423F (4.2 ٪، 4/95) بينما في عام 2013، تم العثور على Y423F (38.5 ٪، 35/91) و I492V (38.5 ٪، 35/91) SNPs في جين pfmdr -2. كان هناك فرق ذو دلالة إحصائية في انتشار pfmdr -2 SNPs في العينات التي تم جمعها في عامي 2005 و 2013 (p<0.001). كان الانتشار الإجمالي لطفرات arps10 2.7 ٪ (2/72، 95 ٪CI: 0.3-4.2). تم العثور على طفرتين، V127M (4.5 ٪: 1/22) و D128H (4.5 ٪: 1/22) في الجين arps10 في عينات طفيليات P. falciparum التي تم جمعها في عام 2013. لم يكن هناك فرق ذو دلالة إحصائية في انتشار ARPS10 SNPs في العينات التي تم جمعها في عامي 2005 و 2013 (P = 0.238). كان هناك المزيد من pfmdr -2 SNPs في طفيليات P. falciparum التي تم جمعها بعد إدخال علاجات الأرتيميسينين المركبة في علاج الملاريا. هذا مؤشر على الحاجة إلى المراقبة المستمرة لرصد ظهور العلامات الجزيئية لمقاومة الأرتيميسينين ودوافعها المحتملة في المناطق المتضررة من الملاريا على مستوى العالم.

Translated Description (French)

En Ouganda, l'artéméther-luméfantrine et l'artésunate sont recommandés pour le paludisme simple et grave respectivement, mais sont actuellement menacés par la résistance aux parasites. Les facteurs génétiques et épigénétiques jouent un rôle dans la prédisposition des parasites de Plasmodium falciparum à acquérir des mutations de Pfkelch13 (K13) associées à une clairance tardive des parasites de l'artémisinine, comme indiqué en Asie du Sud-Est. Dans cette étude, nous rapportons la prévalence des mutations dans les gènes K13, pfmdr-2 (P. falciparum multidrug resistance protein 2), fd (ferredoxin), pfcrt (P. falciparum chloroquine resistance transporter) et arps10 (apicoplast ribosomal protein S10) chez les parasites Plasmodium falciparum avant (2005) et après (2013) l'introduction des polythérapies à base d'artémisinine pour le traitement du paludisme en Ouganda. Au total, 200 échantillons d'ADN du parasite P. falciparum ont été criblés. L'ADN parasitaire a été extrait à l'aide de la procédure QIAamp DNA mini kit (Qiagen, GmbH, Allemagne). Les produits de PCR ont été séquencés à l'aide de la méthode de séquençage didéoxy de Sanger. Sur les 200 échantillons d'ADN de P. falciparum criblés, le séquençage des mutations dans les gènes K13, pfmdr-2, fd, pfcrt, arps10 a été réussi dans 142, 186, 141, 128 et 74 échantillons respectivement. Dans l'ensemble, nous avons détecté six (4,2 %, 6/142 ; IC à 95 % : 1,4-7,0) polymorphismes mononucléotidiques (SNP) K13, dont 3,9 % (2/51), 4,4 % (4/91) se sont produits dans des échantillons de 2005 et 2013 respectivement. Les quatre SNP K13 dans les échantillons de 2013 étaient non synonymes (A578S, E596V, S600C et E643K) tandis que des deux SNP dans les échantillons de 2005, l'un (Y588N) est non synonyme et l'autre (I587I) est synonyme. Il n'y avait pas de différence statistiquement significative dans la prévalence des SNP K13 (p = 0,112) dans les échantillons prélevés en 2005 et 2013. La prévalence globale des SNP dans le gène pfmdr-2 était de 39,8 % (74/186, IC à 95 % : 25,1-50,4). De ce nombre, 4,2 % (4/95), 76,9 % (70/91) se sont produits dans les échantillons de 2005 et 2013 respectivement. Dans les échantillons de 2005, un seul SNP, Y423F (4,2%, 4/95) a été trouvé alors qu'en 2013, Y423F (38,5%, 35/91) et I492V (38,5%, 35/91) SNP dans le gène pfmdr-2 ont été trouvés. Il y avait une différence statistiquement significative dans la prévalence des SNP pfmdr-2 dans les échantillons prélevés en 2005 et 2013 (p<0,001). La prévalence globale des mutations de l'arps10 était de 2,7 % (2/72, IC à 95 % : 0,3-4,2). Deux mutations, V127M (4,5% : 1/22) et D128H (4,5% : 1/22) dans le gène arps10 ont chacune été retrouvées dans des échantillons de parasite P. falciparum prélevés en 2013. Il n'y avait pas de différence statistiquement significative dans la prévalence des SNP arps10 dans les échantillons prélevés en 2005 et 2013 (p = 0,238). Il y avait plus de SNP pfmdr-2 dans les parasites de P. falciparum collectés après l'introduction des polythérapies à base d'artémisinine dans le traitement du paludisme. C'est un indicateur de la nécessité d'une surveillance continue pour surveiller l'émergence de marqueurs moléculaires de la résistance à l'artémisinine et ses facteurs potentiels dans les régions touchées par le paludisme à l'échelle mondiale.

Translated Description (Spanish)

En Uganda, la arteméter-lumefantrina y el artesunato se recomiendan para la malaria no complicada y grave, respectivamente, pero actualmente están amenazados por la resistencia del parásito. Los factores genéticos y epigenéticos desempeñan un papel en la predisposición de los parásitos de Plasmodium falciparum a adquirir mutaciones de Pfkelch13 (K13) asociadas con el retraso en la eliminación del parásito artemisinina, como se informó en el sudeste asiático. En este estudio, informamos sobre la prevalencia de mutaciones en los genes K13, pfmdr-2 (proteína 2 de resistencia a múltiples fármacos de P. falciparum), fd (ferredoxina), pfcrt (transportador de resistencia a cloroquina de P. falciparum) y arps10 (proteína ribosómica apicoplástica S10) en parásitos de Plasmodium falciparum antes de (2005) y después de (2013) la introducción de terapias combinadas de artemisinina para el tratamiento de la malaria en Uganda. Se analizaron un total de 200 muestras de ADN del parásito P. falciparum. El ADN del parásito se extrajo utilizando el procedimiento QIAamp DNA mini kit (Qiagen, GmbH, Alemania). Los productos de PCR se secuenciaron utilizando el método de secuenciación didesoxi de Sanger. De las 200 muestras de ADN de P. falciparum examinadas, la secuenciación de mutaciones en los genes K13, pfmdr-2, fd, pfcrt, arps10 tuvo éxito en 142, 186, 141, 128 y 74 muestras, respectivamente. En general, detectamos seis (4,2%, 6/142; IC del 95%: 1,4-7,0) polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) de K13, de los cuales el 3,9% (2/51) y el 4,4% (4/91) ocurrieron en muestras de 2005 y 2013, respectivamente. Los cuatro SNP de K13 en las muestras de 2013 no eran sinónimos (A578S, E596V, S600C y E643K), mientras que de los dos SNP en las muestras de 2005, uno (Y588N) no es sinónimo y el otro (I587I) es sinónimo. No hubo diferencias estadísticamente significativas en la prevalencia de SNP de K13 (p = 0.112) en las muestras recolectadas en 2005 y 2013. La prevalencia general de SNP en el gen pfmdr-2 fue del 39,8% (74/186, IC del 95%: 25,1-50,4). De esto, el 4,2% (4/95) y el 76,9% (70/91) ocurrieron en las muestras de 2005 y 2013, respectivamente. En las muestras de 2005 solo se encontró un SNP, Y423F (4,2%, 4/95), mientras que en 2013 se encontraron SNP Y423F (38,5%, 35/91) e I492V (38,5%, 35/91) en el gen pfmdr-2. Hubo una diferencia estadísticamente significativa en la prevalencia de SNP pfmdr-2 en las muestras recolectadas en 2005 y 2013 (p<0.001). La prevalencia global de mutaciones de arps10 fue del 2,7% (2/72; IC del 95%: 0,3-4,2). Dos mutaciones, V127M (4.5%: 1/22) y D128H (4.5%: 1/22) en el gen arps10 se encontraron cada una en muestras del parásito P. falciparum recolectadas en 2013. No hubo diferencias estadísticamente significativas en la prevalencia de SNP arps10 en las muestras recogidas en 2005 y 2013 (p = 0,238). Hubo más SNP pfmdr-2 en los parásitos de P. falciparum recolectados después de la introducción de terapias combinadas de artemisinina en el tratamiento de la malaria. Este es un indicador de la necesidad de una vigilancia continua para monitorear la aparición de marcadores moleculares de resistencia a la artemisinina y sus posibles impulsores en las regiones afectadas por la malaria a nivel mundial.

Files

journal.pone.0268095&type=printable.pdf

Files (515.3 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:6e4d3a9e313816ec967181fb394e6af3
515.3 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
انتشار طفرات الجينات arps10 و fd و pfmdr -2 و pfcrt و pfkelch13 في مجموعة طفيليات المتصورة المنجلية في أوغندا
Translated title (French)
Prévalence des mutations des gènes arps10, fd, pfmdr-2, pfcrt et pfkelch13 dans la population parasitaire de Plasmodium falciparum en Ouganda
Translated title (Spanish)
Prevalencia de mutaciones genéticas arps10, fd, pfmdr-2, pfcrt y pfkelch13 en la población de parásitos de Plasmodium falciparum en Uganda

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4229002976
DOI
10.1371/journal.pone.0268095

Is supplement to
https://openalex.org/W4238213275 (Other)
https://openalex.org/W3041206435 (Other)
https://openalex.org/W2741675564 (Other)
https://openalex.org/W2412085946 (Other)
https://openalex.org/W2151292805 (Other)
https://openalex.org/W2081496191 (Other)
https://openalex.org/W2051387171 (Other)
https://openalex.org/W1993801326 (Other)
https://openalex.org/W1991072114 (Other)
https://openalex.org/W1579976325 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Uganda

References

  • https://openalex.org/W1969571661
  • https://openalex.org/W1970137783
  • https://openalex.org/W1991442399
  • https://openalex.org/W1993347313
  • https://openalex.org/W2009258477
  • https://openalex.org/W2010067521
  • https://openalex.org/W2039962140
  • https://openalex.org/W2044381665
  • https://openalex.org/W2101842428
  • https://openalex.org/W2104700616
  • https://openalex.org/W2121879370
  • https://openalex.org/W2124634096
  • https://openalex.org/W2158378232
  • https://openalex.org/W2161311583
  • https://openalex.org/W2415187468
  • https://openalex.org/W2467259677
  • https://openalex.org/W2579721738
  • https://openalex.org/W2750998168
  • https://openalex.org/W2791105224
  • https://openalex.org/W2944949695
  • https://openalex.org/W2965486433
  • https://openalex.org/W3046809066
  • https://openalex.org/W3080370147
  • https://openalex.org/W3095596738
  • https://openalex.org/W3109559107
  • https://openalex.org/W3114507332
  • https://openalex.org/W3117649069
  • https://openalex.org/W3118624321
  • https://openalex.org/W3143367749
  • https://openalex.org/W3200040377