Published January 1, 2004 | Version v1
Publication Open

Experimental evaluation of the relationship between lethal or non-lethal virulence and transmission success in malaria parasite infections.

Creators

  • 1. Institut Pasteur
  • 2. Institut Pasteur de Dakar
  • 3. Centre National de la Recherche Scientifique
  • 4. Chulalongkorn University

Description

Evolutionary theory suggests that the selection pressure on parasites to maximize their transmission determines their optimal host exploitation strategies and thus their virulence. Establishing the adaptive basis to parasite life history traits has important consequences for predicting parasite responses to public health interventions. In this study we examine the extent to which malaria parasites conform to the predicted adaptive trade-off between transmission and virulence, as defined by mortality. The majority of natural infections, however, result in sub-lethal virulent effects (e.g. anaemia) and are often composed of many strains. Both sub-lethal effects and pathogen population structure have been theoretically shown to have important consequences for virulence evolution. Thus, we additionally examine the relationship between anaemia and transmission in single and mixed clone infections. Whereas there was a trade-off between transmission success and virulence as defined by host mortality, contradictory clone-specific patterns occurred when defining virulence by anaemia. A negative relationship between anaemia and transmission success was found for one of the parasite clones, whereas there was no relationship for the other. Notably the two parasite clones also differed in a transmission phenotype (gametocyte sex ratio) that has previously been shown to respond adaptively to a changing blood environment. In addition, as predicted by evolutionary theory, mixed infections resulted in increased anaemia. The increased anaemia was, however, not correlated with any discernable parasite trait (e.g. parasite density) or with increased transmission. We found some evidence supporting the hypothesis that there is an adaptive basis correlating virulence (as defined by host mortality) and transmission success in malaria parasites. This confirms the validity of applying evolutionary virulence theory to biomedical research and adds support to the prediction that partially effective vaccines may select for increasingly virulent malaria parasite strains. By contrast, there was no consistent correlation between transmission and sub-lethal anaemia, a more common outcome of malaria infection. However, overall, the data are not inconsistent with the recent proposal that sub-lethal effects may impose an upper limit on virulence. Moreover, clone specific differences in transmission phenotypes linked to anaemia do suggest that there is considerable adaptive potential relating anaemia and transmission that may lead to uncertain consequences following intervention strategies.

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

Translated Description (Arabic)

تشير النظرية التطورية إلى أن ضغط الانتقاء على الطفيليات لزيادة انتقالها إلى أقصى حد يحدد استراتيجيات الاستغلال الأمثل للمضيف وبالتالي ضراوته. إن إنشاء الأساس التكيفي لسمات تاريخ حياة الطفيليات له عواقب مهمة للتنبؤ باستجابات الطفيليات لتدخلات الصحة العامة. في هذه الدراسة، ندرس مدى توافق طفيليات الملاريا مع المقايضة التكيفية المتوقعة بين انتقال العدوى والفوعة، كما هو محدد بالوفيات. ومع ذلك، فإن غالبية الإصابات الطبيعية تؤدي إلى تأثيرات خبيثة شبه قاتلة (مثل فقر الدم) وغالبًا ما تتكون من العديد من السلالات. ثبت نظريًا أن كل من التأثيرات شبه المميتة والبنية السكانية الممرضة لها عواقب مهمة لتطور الفوعة. وبالتالي، فإننا ندرس بالإضافة إلى ذلك العلاقة بين فقر الدم والانتقال في الالتهابات المستنسخة الفردية والمختلطة. في حين كانت هناك مفاضلة بين نجاح الانتقال والفوعة على النحو المحدد بوفاة المضيف، حدثت أنماط متناقضة خاصة بالاستنساخ عند تحديد الفوعة بفقر الدم. تم العثور على علاقة سلبية بين فقر الدم ونجاح الانتقال لأحد المستنسخين الطفيليين، في حين لم تكن هناك علاقة للآخر. والجدير بالذكر أن النسختين المستنسختين من الطفيليات اختلفتا أيضًا في النمط الظاهري لانتقال العدوى (نسبة جنس الخلايا المشيجية) التي ثبت سابقًا أنها تستجيب بشكل تكيفي لبيئة الدم المتغيرة. بالإضافة إلى ذلك، كما تنبأت النظرية التطورية، أدت العدوى المختلطة إلى زيادة فقر الدم. ومع ذلك، لم تكن زيادة فقر الدم مرتبطة بأي سمة طفيلي يمكن تمييزها (مثل كثافة الطفيليات) أو مع زيادة انتقال العدوى. وجدنا بعض الأدلة التي تدعم الفرضية القائلة بأن هناك أساسًا تكيفيًا يرتبط بالفوعة (كما هو محدد بوفاة المضيف) ونجاح انتقال العدوى في طفيليات الملاريا. وهذا يؤكد صحة تطبيق نظرية الفوعة التطورية على البحوث الطبية الحيوية ويضيف دعماً للتنبؤ بأن اللقاحات الفعالة جزئياً قد تختار سلالات طفيليات الملاريا التي تزداد ضراوة. وعلى النقيض من ذلك، لم يكن هناك ارتباط ثابت بين انتقال العدوى وفقر الدم شبه المميت، وهي نتيجة أكثر شيوعًا لعدوى الملاريا. ومع ذلك، بشكل عام، لا تتعارض البيانات مع الاقتراح الأخير بأن التأثيرات شبه المميتة قد تفرض حدًا أعلى على الفوعة. علاوة على ذلك، تشير الاختلافات المحددة المستنسخة في الأنماط الظاهرية للانتقال المرتبطة بفقر الدم إلى أن هناك إمكانات تكيفية كبيرة مرتبطة بفقر الدم والانتقال قد تؤدي إلى عواقب غير مؤكدة بعد استراتيجيات التدخل.

Translated Description (French)

La théorie de l'évolution suggère que la pression de sélection sur les parasites pour maximiser leur transmission détermine leurs stratégies optimales d'exploitation de l'hôte et donc leur virulence. L'établissement de la base adaptative aux traits du cycle de vie du parasite a des conséquences importantes pour prédire les réponses du parasite aux interventions de santé publique. Dans cette étude, nous examinons dans quelle mesure les parasites du paludisme se conforment au compromis adaptatif prédit entre la transmission et la virulence, tel que défini par la mortalité. La majorité des infections naturelles, cependant, entraînent des effets virulents sublétaux (par exemple, l'anémie) et sont souvent composées de nombreuses souches. Il a été démontré théoriquement que les effets sublétaux et la structure de la population d'agents pathogènes ont des conséquences importantes sur l'évolution de la virulence. Ainsi, nous examinons en outre la relation entre l'anémie et la transmission dans les infections à clones simples et mixtes. Alors qu'il y avait un compromis entre le succès de la transmission et la virulence telle que définie par la mortalité de l'hôte, des modèles contradictoires spécifiques aux clones se sont produits lors de la définition de la virulence par l'anémie. Une relation négative entre l'anémie et le succès de la transmission a été trouvée pour l'un des clones du parasite, alors qu'il n'y avait pas de relation pour l'autre. Notamment, les deux clones de parasites différaient également par un phénotype de transmission (sex-ratio gamétocytaire) qui a déjà été montré pour répondre de manière adaptative à un environnement sanguin changeant. De plus, comme le prévoyait la théorie de l'évolution, les infections mixtes ont entraîné une augmentation de l'anémie. L'augmentation de l'anémie n'était cependant pas corrélée à un trait parasitaire discernable (par exemple, la densité du parasite) ou à une transmission accrue. Nous avons trouvé des preuves à l'appui de l'hypothèse selon laquelle il existe une base adaptative corrélant la virulence (telle que définie par la mortalité de l'hôte) et le succès de la transmission chez les parasites du paludisme. Cela confirme la validité de l'application de la théorie de la virulence évolutive à la recherche biomédicale et renforce la prédiction selon laquelle des vaccins partiellement efficaces peuvent sélectionner des souches de parasites du paludisme de plus en plus virulentes. En revanche, il n'y avait pas de corrélation cohérente entre la transmission et l'anémie sublétale, une conséquence plus fréquente de l'infection palustre. Cependant, dans l'ensemble, les données ne sont pas incompatibles avec la proposition récente selon laquelle les effets sublétaux peuvent imposer une limite supérieure à la virulence. De plus, les différences spécifiques aux clones dans les phénotypes de transmission liés à l'anémie suggèrent qu'il existe un potentiel adaptatif considérable reliant l'anémie et la transmission qui peut entraîner des conséquences incertaines suite aux stratégies d'intervention.

Translated Description (Spanish)

La teoría evolutiva sugiere que la presión de selección sobre los parásitos para maximizar su transmisión determina sus estrategias óptimas de explotación del huésped y, por lo tanto, su virulencia. Establecer la base adaptativa a los rasgos de la historia de vida de los parásitos tiene consecuencias importantes para predecir las respuestas de los parásitos a las intervenciones de salud pública. En este estudio examinamos la medida en que los parásitos de la malaria se ajustan a la compensación adaptativa prevista entre la transmisión y la virulencia, según lo definido por la mortalidad. Sin embargo, la mayoría de las infecciones naturales producen efectos virulentos subletales (por ejemplo, anemia) y a menudo se componen de muchas cepas. Tanto los efectos subletales como la estructura de la población de patógenos han demostrado teóricamente tener consecuencias importantes para la evolución de la virulencia. Por lo tanto, examinamos adicionalmente la relación entre la anemia y la transmisión en infecciones de clones únicos y mixtos. Si bien hubo una compensación entre el éxito de la transmisión y la virulencia definida por la mortalidad del huésped, se produjeron patrones contradictorios específicos de clones al definir la virulencia por anemia. Se encontró una relación negativa entre la anemia y el éxito de la transmisión para uno de los clones de parásitos, mientras que no hubo relación para el otro. En particular, los dos clones de parásitos también difirieron en un fenotipo de transmisión (proporción de sexos de gametocitos) que previamente se ha demostrado que responde de manera adaptativa a un entorno sanguíneo cambiante. Además, como predice la teoría evolutiva, las infecciones mixtas dieron lugar a un aumento de la anemia. Sin embargo, el aumento de la anemia no se correlacionó con ningún rasgo parásito discernible (por ejemplo, densidad del parásito) o con un aumento de la transmisión. Encontramos algunas pruebas que respaldan la hipótesis de que existe una base adaptativa que correlaciona la virulencia (definida por la mortalidad del huésped) y el éxito de la transmisión en los parásitos de la malaria. Esto confirma la validez de aplicar la teoría de la virulencia evolutiva a la investigación biomédica y añade apoyo a la predicción de que las vacunas parcialmente eficaces pueden seleccionar cepas del parásito de la malaria cada vez más virulentas. Por el contrario, no hubo una correlación consistente entre la transmisión y la anemia subletal, un resultado más común de la infección por malaria. Sin embargo, en general, los datos no son inconsistentes con la reciente propuesta de que los efectos subletales pueden imponer un límite superior a la virulencia. Además, las diferencias específicas de los clones en los fenotipos de transmisión vinculados a la anemia sugieren que existe un considerable potencial adaptativo que relaciona la anemia y la transmisión que puede conducir a consecuencias inciertas después de las estrategias de intervención.

Files

1471-2148-4-30.pdf

Files (382.9 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:c388492f1b0829f92190664c8eb27fcf
382.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التقييم التجريبي للعلاقة بين الفوعة القاتلة أو غير القاتلة ونجاح انتقال عدوى طفيليات الملاريا.
Translated title (French)
Évaluation expérimentale de la relation entre la virulence létale ou non létale et le succès de la transmission dans les infections parasitaires du paludisme.
Translated title (Spanish)
Evaluación experimental de la relación entre la virulencia letal o no letal y el éxito de la transmisión en las infecciones por parásitos de la malaria.

Identifiers

Other
https://openalex.org/W1570300914
DOI
10.1186/1471-2148-4-30

Is supplement to
https://openalex.org/W597198627 (Other)
https://openalex.org/W591455995 (Other)
https://openalex.org/W369729833 (Other)
https://openalex.org/W3210425187 (Other)
https://openalex.org/W2610224535 (Other)
https://openalex.org/W2154255942 (Other)
https://openalex.org/W2077480214 (Other)
https://openalex.org/W1995384656 (Other)
https://openalex.org/W1987431586 (Other)
https://openalex.org/W1584944157 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W123509089
  • https://openalex.org/W1588042586
  • https://openalex.org/W1964009112
  • https://openalex.org/W1974577959
  • https://openalex.org/W1983574096
  • https://openalex.org/W1989470030
  • https://openalex.org/W1997303968
  • https://openalex.org/W2009344180
  • https://openalex.org/W2019004970
  • https://openalex.org/W2023262956
  • https://openalex.org/W2032321220
  • https://openalex.org/W2032882643
  • https://openalex.org/W2033084767
  • https://openalex.org/W2035420681
  • https://openalex.org/W2035434674
  • https://openalex.org/W2040797098
  • https://openalex.org/W2043833229
  • https://openalex.org/W2046518060
  • https://openalex.org/W2047808616
  • https://openalex.org/W2049054981
  • https://openalex.org/W2049573556
  • https://openalex.org/W2052159816
  • https://openalex.org/W2059707355
  • https://openalex.org/W2073850420
  • https://openalex.org/W2082529291
  • https://openalex.org/W2088012843
  • https://openalex.org/W2091553112
  • https://openalex.org/W2093220205
  • https://openalex.org/W2093462864
  • https://openalex.org/W2100255856
  • https://openalex.org/W2109465515
  • https://openalex.org/W2116350812
  • https://openalex.org/W2121511277
  • https://openalex.org/W2125471898
  • https://openalex.org/W2125820706
  • https://openalex.org/W2135686852
  • https://openalex.org/W2139093911
  • https://openalex.org/W2147508202
  • https://openalex.org/W2157813453
  • https://openalex.org/W2172458153
  • https://openalex.org/W2226396244
  • https://openalex.org/W2302162838
  • https://openalex.org/W2315264736
  • https://openalex.org/W2324492171
  • https://openalex.org/W96729217