Fixation of pfcrt chloroquine resistance alleles in Plasmodium falciparum clinical isolates collected from unrest tribal agencies of Pakistan / Fixação de alelos de resistência à cloroquina pfcrt em isolados clínicos de Plasmodium falciparum coletados de agitações de agências tribais do Paquistão

Abstract Plasmodium falciparum resistance to Chloroquine (CQ) is a significant cause of mortality and morbidity worldwide. There is a paucity of documented data on the prevalence of CQ-resistant mutant haplotypes of Pfcrt and Pfmdr1 genes from malaria-endemic war effected Federally Administered Tribal Areas of Pakistan. The objective of this study was to investigate the prevalence of P. falciparum CQ-resistance in this area. Clinical isolates were collected between May 2017 and May 2018 from North Waziristan and South Waziristan agencies of Federally Administrated Trial Area. Subsequently, Giemsa-stained blood smears were examined to detect Plasmodium falciparum. Extraction of malarial DNA was done from microscopy positive P. falciparum samples, and P. falciparum infections were confirmed by nested PCR (targeting Plasmodium small subunit ribosomal ribonucleic acid (ssrRNA) genes). All PCR confirmed P. falciparum samples were sequenced by pyrosequencing to find out mutation in Pfcrt gene at codon K76T and in pfmdr1 at codons N86Y, Y184F, N1042D, and D1246Y. Out of 121 microscopies positive P. falciparum cases, 109 samples were positive for P. falciparum by nested PCR. Pfcrt K76T mutation was found in 96% of isolates, Pfmdr1 N86Y mutation was observed in 20%, and 11% harboured Y184F mutation. All samples were wild type for Pfmdr1 codon N1042D and D1246Y. In the FATA, Pakistan, the frequency of resistant allele 76T remained high despite the removal of CQ. However, current findings of the study suggest complete fixation of P. falciparum CQ-resistant genotype in the study area.

Resumo A resistência do Plasmodium falciparum à cloroquina (CQ) é uma causa significativa de mortalidade e morbidade em todo o mundo. Há uma escassez de dados documentados sobre a prevalência de haplótipos mutantes CQ-resistentes dos genes Pfcrt e Pfmdr1 da guerra endêmica da malária em áreas tribais administradas pelo governo federal do Paquistão. O objetivo deste estudo foi investigar a prevalência de resistência a CQ de P. falciparum nesta área. Isolados clínicos foram coletados entre maio de 2017 e maio de 2018 nas agências do Waziristão do Norte e do Waziristão do Sul da Área de Ensaio Administrada Federalmente. Posteriormente, esfregaços de sangue corados com Giemsa foram examinados para detectar Plasmodium falciparum. A extração do DNA da malária foi feita a partir de amostras de P. falciparum positivas para microscopia, e as infecções por P. falciparum foram confirmadas por nested PCR (visando genes de ácido ribonucleico ribossômico de subunidade pequena de Plasmodium (ssrRNA)). Todas as amostras de P. falciparum confirmadas por PCR foram sequenciadas por pirosequenciamento para descobrir a mutação no gene Pfcrt no códon K76T e em pfmdr1 nos códons N86Y, Y184F, N1042D e D1246Y. De 121 microscopias de casos positivos de P. falciparum, 109 amostras foram positivas para P. falciparum por nested PCR. A mutação Pfcrt K76T foi encontrada em 96% dos isolados, a mutação Pfmdr1 N86Y foi observada em 20% e 11% abrigou a mutação Y184F. Todas as amostras eram do tipo selvagem para o códon N1042D e D1246Y de Pfmdr1. No FATA, Paquistão, a frequência do alelo resistente 76T permaneceu alta apesar da remoção de CQ. No entanto, as descobertas atuais do estudo sugerem a fixação completa do genótipo resistente a CQ de P. falciparum na área de estudo.

Fixation of pfcrt chloroquine resistance alleles in Plasmodium falciparum clinical isolates collected from unrest tribal agencies of Pakistan / Fixação de alelos de resistência à cloroquina pfcrt em isolados clínicos de Plasmodium falciparum coletados de agitações de agências tribais do Paquistão

Plasmodium falciparum resistance to Chloroquine (CQ) is a significant cause of mortality and morbidity worldwide. There is a paucity of documented data on the prevalence of CQ-resistant mutant haplotypes of Pfcrt and Pfmdr1 genes from malaria-endemic war effected Federally Administered Tribal Areas of Pakistan. The objective of this study was to investigate the prevalence of P. falciparum CQ-resistance in this area. Clinical isolates were collected between May 2017 and May 2018 from North Waziristan and South Waziristan agencies of Federally Administrated Trial Area. Subsequently, Giemsa-stained blood smears were examined to detect Plasmodium falciparum. Extraction of malarial DNA was done from microscopy positive P. falciparum samples, and P. falciparum infections were confirmed by nested PCR (targeting Plasmodium small subunit ribosomal ribonucleic acid (ssrRNA) genes). All PCR confirmed P. falciparum samples were sequenced by pyrosequencing to find out mutation in Pfcrt gene at codon K76T and in pfmdr1 at codons N86Y, Y184F, N1042D, and D1246Y. Out of 121 microscopies positive P. falciparum cases, 109 samples were positive for P. falciparum by nested PCR. Pfcrt K76T mutation was found in 96% of isolates, Pfmdr1 N86Y mutation was observed in 20%, and 11% harboured Y184F mutation. All samples were wild type for Pfmdr1 codon N1042D and D1246Y. In the FATA, Pakistan, the frequency of resistant allele 76T remained high despite the removal of CQ. However, current findings of the study suggest complete fixation of P. falciparum CQ‑resistant genotype in the study area.

A resistência do Plasmodium falciparum à cloroquina (CQ) é uma causa significativa de mortalidade e morbidade em todo o mundo. Há uma escassez de dados documentados sobre a prevalência de haplótipos mutantes CQ-resistentes dos genes Pfcrt e Pfmdr1 da guerra endêmica da malária em áreas tribais administradas pelo governo federal do Paquistão. O objetivo deste estudo foi investigar a prevalência de resistência a CQ de P. falciparum nesta área. Isolados clínicos foram coletados entre maio de 2017 e maio de 2018 nas agências do Waziristão do Norte e do Waziristão do Sul da Área de Ensaio Administrada Federalmente. Posteriormente, esfregaços de sangue corados com Giemsa foram examinados para detectar Plasmodium falciparum. A extração do DNA da malária foi feita a partir de amostras de P. falciparum positivas para microscopia, e as infecções por P. falciparum foram confirmadas por nested PCR (visando genes de ácido ribonucleico ribossômico de subunidade pequena de Plasmodium (ssrRNA)). Todas as amostras de P. falciparum confirmadas por PCR foram sequenciadas por pirosequenciamento para descobrir a mutação no gene Pfcrt no códon K76T e em pfmdr1 nos códons N86Y, Y184F, N1042D e D1246Y. De 121 microscopias de casos positivos de P. falciparum, 109 amostras foram positivas para P. falciparum por nested PCR. A mutação Pfcrt K76T foi encontrada em 96% dos isolados, a mutação Pfmdr1 N86Y foi observada em 20% e 11% abrigou a mutação Y184F. Todas as amostras eram do tipo selvagem para o códon N1042D e D1246Y de Pfmdr1. No FATA, Paquistão, a frequência do alelo resistente 76T permaneceu alta apesar da remoção de CQ. No entanto, as descobertas atuais do estudo sugerem a fixação completa do genótipo resistente a CQ de P. falciparum na área de estudo.

Molecular Epidemiology of Plasmodium species in Conflicted Federally Administered Tribal Area (FATA) Pakistan / Epidemiologia molecular de espécies de plasmódio em área tribal sob administração federal em conflito do Paquistão

Military conflicts have been significant obstacles in detecting and treating infectious disease diseases due to the diminished public health infrastructure, resulting in malaria endemicity. A variety of violent and destructive incidents were experienced by FATA (Federally Administered Tribal Areas). It was a struggle to pursue an epidemiological analysis due to continuing conflict and Talibanization. Clinical isolates were collected from Bajaur, Mohmand, Khyber, Orakzai agencies from May 2017 to May 2018. For Giemsa staining, full blood EDTA blood samples have been collected from symptomatic participants. Malaria-positive microscopy isolates were spotted on filter papers for future Plasmodial molecular detection by nested polymerase chain reaction (nPCR) of small subunit ribosomal ribonucleic acid (ssrRNA) genes specific primers. Since reconfirming the nPCR, a malariometric study of 762 patients found 679 positive malaria cases. Plasmodium vivax was 523 (77%), Plasmodium falciparum 121 (18%), 35 (5%) were with mixed-species infection (P. vivax plus P. falciparum), and 83 were declared negative by PCR. Among the five agencies of FATA, Khyber agency has the highest malaria incidence (19%) with followed by P. vivax (19%) and P. falciparum (4.1%). In contrast, Kurram has about (14%), including (10.8%) P. vivax and (2.7%) P. falciparum cases, the lowest malaria epidemiology. Surprisingly, no significant differences in the distribution of mixed-species infection among all five agencies. P. falciparum and P. vivax were two prevalent FATA malaria species in Pakistan's war-torn area. To overcome this rising incidence of malaria, this study recommends that initiating malaria awareness campaigns in school should be supported by public health agencies and malaria related education locally, targeting children and parents alike.

Os conflitos militares têm sido obstáculos significativos na detecção e tratamento de doenças infecciosas devido à diminuição da infraestrutura de saúde pública, resultando na endemicidade da malária. Uma variedade de incidentes violentos e destrutivos foi vivida pelas FATA (áreas tribais administradas pelo governo federal). Foi uma luta busca ruma análise epidemiológica devido ao conflito contínuo e à talibanização. Isolados clínicos foram coletados de agências Bajaur, Mohmand, Khyber e Orakzai, de maio de 2017 a maio de 2018. Para a coloração de Giemsa, amostras de sangue completo com EDTA foram coletadas de participantes sintomáticos. Isolados de microscopia positivos para malária foram colocados em papéis de filtro para futura detecção molecular plasmódica por reação em cadeia da polimerase aninhada (nPCR) de primers específicos de genes de subunidade ribossômica de ácido ribonucleico (ssrRNA). Desde a reconfirmação do nPCR, um estudo malariométrico de 762 pacientes encontrou 679 casos positivos de malária. Plasmodium vivax foi 523 (77%), Plasmodium falciparum 121 (18%), 35 (5%) eram com infecção de espécies mistas (P. vivax mais P. falciparum) e 83 foram declarados negativos por PCR. Entre as cinco agências da FATA, a agência Khyber tem a maior incidência de malária (19%), seguida por P. vivax (19%) e P. falciparum (4,1%). Em contraste, Kurram tem cerca de 14%, incluindo 10,8% casos de P. vivax e 2,7% P. falciparum, a epidemiologia de malária mais baixa. Surpreendentemente, não há diferenças significativas na distribuição da infecção de espécies mistas entre todas as cinco agências. P. falciparum e P. vivax foram duas espécies prevalentes de malária FATA na área devastada pela guerra no Paquistão. Para superar essa incidência crescente de malária, este estudo recomenda que o início de campanhas de conscientização sobre a malária na escola deve ser apoiado por agências de saúde pública e educação relacionada com a malária localmente, visando crianças e pais.

Fixation of pfcrt chloroquine resistance alleles in Plasmodium falciparum clinical isolates collected from unrest tribal agencies of Pakistan

Abstract Plasmodium falciparum resistance to Chloroquine (CQ) is a significant cause of mortality and morbidity worldwide. There is a paucity of documented data on the prevalence of CQ-resistant mutant haplotypes of Pfcrt and Pfmdr1 genes from malaria-endemic war effected Federally Administered Tribal Areas of Pakistan. The objective of this study was to investigate the prevalence of P. falciparum CQ-resistance in this area. Clinical isolates were collected between May 2017 and May 2018 from North Waziristan and South Waziristan agencies of Federally Administrated Trial Area. Subsequently, Giemsa-stained blood smears were examined to detect Plasmodium falciparum. Extraction of malarial DNA was done from microscopy positive P. falciparum samples, and P. falciparum infections were confirmed by nested PCR (targeting Plasmodium small subunit ribosomal ribonucleic acid (ssrRNA) genes). All PCR confirmed P. falciparum samples were sequenced by pyrosequencing to find out mutation in Pfcrt gene at codon K76T and in pfmdr1 at codons N86Y, Y184F, N1042D, and D1246Y. Out of 121 microscopies positive P. falciparum cases, 109 samples were positive for P. falciparum by nested PCR. Pfcrt K76T mutation was found in 96% of isolates, Pfmdr1 N86Y mutation was observed in 20%, and 11% harboured Y184F mutation. All samples were wild type for Pfmdr1 codon N1042D and D1246Y. In the FATA, Pakistan, the frequency of resistant allele 76T remained high despite the removal of CQ. However, current findings of the study suggest complete fixation of P. falciparum CQ-resistant genotype in the study area.

Resumo A resistência do Plasmodium falciparum à cloroquina (CQ) é uma causa significativa de mortalidade e morbidade em todo o mundo. Há uma escassez de dados documentados sobre a prevalência de haplótipos mutantes CQ-resistentes dos genes Pfcrt e Pfmdr1 da guerra endêmica da malária em áreas tribais administradas pelo governo federal do Paquistão. O objetivo deste estudo foi investigar a prevalência de resistência a CQ de P. falciparum nesta área. Isolados clínicos foram coletados entre maio de 2017 e maio de 2018 nas agências do Waziristão do Norte e do Waziristão do Sul da Área de Ensaio Administrada Federalmente. Posteriormente, esfregaços de sangue corados com Giemsa foram examinados para detectar Plasmodium falciparum. A extração do DNA da malária foi feita a partir de amostras de P. falciparum positivas para microscopia, e as infecções por P. falciparum foram confirmadas por nested PCR (visando genes de ácido ribonucleico ribossômico de subunidade pequena de Plasmodium (ssrRNA)). Todas as amostras de P. falciparum confirmadas por PCR foram sequenciadas por pirosequenciamento para descobrir a mutação no gene Pfcrt no códon K76T e em pfmdr1 nos códons N86Y, Y184F, N1042D e D1246Y. De 121 microscopias de casos positivos de P. falciparum, 109 amostras foram positivas para P. falciparum por nested PCR. A mutação Pfcrt K76T foi encontrada em 96% dos isolados, a mutação Pfmdr1 N86Y foi observada em 20% e 11% abrigou a mutação Y184F. Todas as amostras eram do tipo selvagem para o códon N1042D e D1246Y de Pfmdr1. No FATA, Paquistão, a frequência do alelo resistente 76T permaneceu alta apesar da remoção de CQ. No entanto, as descobertas atuais do estudo sugerem a fixação completa do genótipo resistente a CQ de P. falciparum na área de estudo.

Molecular Epidemiology of Plasmodium species in Conflicted Federally Administered Tribal Area (FATA) Pakistan

Abstract Military conflicts have been significant obstacles in detecting and treating infectious disease diseases due to the diminished public health infrastructure, resulting in malaria endemicity. A variety of violent and destructive incidents were experienced by FATA (Federally Administered Tribal Areas). It was a struggle to pursue an epidemiological analysis due to continuing conflict and Talibanization. Clinical isolates were collected from Bajaur, Mohmand, Khyber, Orakzai agencies from May 2017 to May 2018. For Giemsa staining, full blood EDTA blood samples have been collected from symptomatic participants. Malaria-positive microscopy isolates were spotted on filter papers for future Plasmodial molecular detection by nested polymerase chain reaction (nPCR) of small subunit ribosomal ribonucleic acid (ssrRNA) genes specific primers. Since reconfirming the nPCR, a malariometric study of 762 patients found 679 positive malaria cases. Plasmodium vivax was 523 (77%), Plasmodium falciparum 121 (18%), 35 (5%) were with mixed-species infection (P. vivax plus P. falciparum), and 83 were declared negative by PCR. Among the five agencies of FATA, Khyber agency has the highest malaria incidence (19%) with followed by P. vivax (19%) and P. falciparum (4.1%). In contrast, Kurram has about (14%), including (10.8%) P. vivax and (2.7%) P. falciparum cases, the lowest malaria epidemiology. Surprisingly, no significant differences in the distribution of mixed-species infection among all five agencies. P. falciparum and P. vivax were two prevalent FATA malaria species in Pakistans war-torn area. To overcome this rising incidence of malaria, this study recommends that initiating malaria awareness campaigns in school should be supported by public health agencies and malaria-related education locally, targeting children and parents alike.

Resumo Os conflitos militares têm sido obstáculos significativos na detecção e tratamento de doenças infecciosas devido à diminuição da infraestrutura de saúde pública, resultando na endemicidade da malária. Uma variedade de incidentes violentos e destrutivos foi vivida pelas FATA (áreas tribais administradas pelo governo federal). Foi uma luta buscar uma análise epidemiológica devido ao conflito contínuo e à talibanização. Isolados clínicos foram coletados de agências Bajaur, Mohmand, Khyber e Orakzai, de maio de 2017 a maio de 2018. Para a coloração de Giemsa, amostras de sangue completo com EDTA foram coletadas de participantes sintomáticos. Isolados de microscopia positivos para malária foram colocados em papéis de filtro para futura detecção molecular plasmódica por reação em cadeia da polimerase aninhada (nPCR) de primers específicos de genes de subunidade ribossômica de ácido ribonucleico (ssrRNA). Desde a reconfirmação do nPCR, um estudo malariométrico de 762 pacientes encontrou 679 casos positivos de malária. Plasmodium vivax foi 523 (77%), Plasmodium falciparum 121 (18%), 35 (5%) eram com infecção de espécies mistas (P. vivax mais P. falciparum) e 83 foram declarados negativos por PCR. Entre as cinco agências da FATA, a agência Khyber tem a maior incidência de malária (19%), seguida por P. vivax (19%) e P. falciparum (4,1%). Em contraste, Kurram tem cerca de 14%, incluindo 10,8% casos de P. vivax e 2,7% P. falciparum, a epidemiologia de malária mais baixa. Surpreendentemente, não há diferenças significativas na distribuição da infecção de espécies mistas entre todas as cinco agências. P. falciparum e P. vivax foram duas espécies prevalentes de malária FATA na área devastada pela guerra no Paquistão. Para superar essa incidência crescente de malária, este estudo recomenda que o início de campanhas de conscientização sobre a malária na escola deve ser apoiado por agências de saúde pública e educação relacionada com a malária localmente, visando crianças e pais.