Genetic analysis of the return of chloroquine sensitive parasites to Lambaréné, Gabun

Die weltweite Ausbreitung Chloroquin-resistenter Plasmodium falciparum Stämme stellt ein großes Problem bei der Behandlung der Malaria tropica dar. Vor Kurzem wurde aus Malawi jedoch eine umfangreiche Rückkehr sensitiver Stämme berichtet, nachdem dort der Einsatz von Chloroquin vor Jahren erfolgreich unterbunden worden war. Diese Beobachtung wirft zwei grundlegende Fragen auf: erstens, ob es sich hierbei um ein weltweit reproduzierbares Phänomen handelt, und zweitens, welcher genetische Mechanismus dem zu Grunde liegt. In dieser Arbeit wurde versucht, diesen Fragen an Hand der ehemals zu 100% resistenten Region von Lambaréné, Gabun, nachzugehen, wo Chloroquin im Jahre 2003 aus den nationalen Therapieleitlinien entfernt worden war. Wir untersuchten parasitäre DNA aus 145 Proben der Jahre 2005 – 07 auf das vorliegende Allel des Plasmodium falciparum chloroquine resistance transporter (pfcrt), dem für Chlorquin-Resistenz verantwortlichen Gen. Mit insgesamt vier sensitiven Isolaten (3%) konnten wir einen signifikanten Anstieg der Sensitivität feststellen (p = 0,026). Auf Grund eines selective sweeps sind in resistenten Parasiten neben dem pfcrt-Allel auch die benachbarten chromosomalen Regionen weitgehend konserviert. Mittels Analyse der Haplotypen – bestimmt durch Sequenzierung von Mikrosatellitenmarkern – konnte daher der jeweilige genetische Hintergrund von resistenten sowie sensitiven Stämmen charakterisiert werden. Eine Untersuchung von 132 resistenten Proben aus den Jahren 1995 – 2007 zeigte das Vorliegen eines lokal dominanten resistenten Haplotypen. Der Konservierungsgrad dieses Haplotypen war zu allen Zeitpunkten hoch, nahm im Laufe der Jahre jedoch ab. Im Gegensatz hierzu zeigten die sensitiven Isolate zwei verschiedene Varianten von Haplotypen – einen ohne jegliche Ähnlichkeiten zur lokalen resistenten Population und einen, der auf einer Länge von mindestens 27 kb identisch zum lokal dominanten resistenten Haploytpen war. Diese Daten legen nahe, dass eine Abnahme des vormals durch Chloroquin ausgeübten Selektionsdruckes eine Rückkehr sensitiver Stämme nach Lambaréné ermöglichte – wenn auch nur in begrenztem Ausmaß. Durch Einkreuzen konnte sich das sensitive Allel in der lokalen resistenten Population etablieren.The spread of chloroquine resistance has severely handicapped treatment of Plasmodium falciparum malaria in the past. Recently an extensive return of sensitive parasites was reported from Malawi after chloroquine use had been successfully discontinued for years. Now two aspects deserve closer attention: whether this phenomenon is reproducible worldwide and which is the causing genetic mechanism. Here we attempt to address these questions in the setting of the formerly 100% resistant area of Lambaréné, Gabon, where chloroquine was removed from the national treatment guidelines in 2003. We screened parasite DNA from 145 samples obtained in the years 2005 – 07 for the mutant allele of the P. falciparum chloroquine resistance transporter (pfcrt), the gene responsible for chloroquine resistance and found four sensitive isolates (3%) constituting a significant rise in sensitivity (p = 0.026). As the chromosomal regions flanking pfcrt are largely conserved in resistant parasites due to a selective sweep, haplotype analysis of local resistant and sensitive parasites via sequencing of microsatellites could be applied to characterize their specific genetic background. Analysis of 132 resistant samples obtained 1995 – 2007 revealed the presence of a dominant local resistant haplotype. Conservation of this haplotype was high, but decreased slowly over the years. In comparison, the sensitive isolates showed two different variants of haplotypes: one without similarities to the resistant population, one sharing a piece of at least 27 kb with the dominant local resistant haplotype. The data suggest that reduced drug pressure allowed sensitive parasites to return to Lambaréné, however on a small scale, and that incrossing let to reintroduction of the sensitive allele into the local parasite population