Abstract Plasmodium malaria parasites are obligate intracellular protozoans that use a unique form of locomotion, termed gliding motility, to move through host tissues and invade cells. The process is substrate-dependent and powered by an actomyosin motor that drives the posterior translocation of extracellular adhesins which in turn propel the parasite forward. Gliding motility is essential for tissue translocation in the sporozoite and ookinete stages; however, the short-lived erythrocyte-invading merozoite stage has never been observed to undergo gliding movement. Here we show Plasmodium merozoites possess the ability to undergo gliding motility and that this mechanism is likely an important precursor step for successful parasite invasion. We demonstrate that two human infective species, P. falciparum and P. knowlesi , have distinct merozoite motility profiles which may reflect distinct invasion strategies. Additionally, we develop and validate a higher throughput assay to evaluate the effects of genetic and pharmacological perturbations on both the molecular motor and complex signaling cascade that regulates motility in merozoites. The discovery of merozoite motility provides a new model to study the glideosome and may facilitate the pursuit of new targets for malaria treatment. Significance statement Plasmodium malaria parasites use a unique substrate-dependent locomotion termed gliding motility to translocate through tissues and invade cells. Dogma has suggested that the small labile invasive stages that invade erythrocytes, merozoites, use this motility solely to penetrate target erythrocytes. Here we reveal that merozoites use gliding motility for translocation across host cells prior to invasion. This forms an important pre-invasion step that is powered by a conserved actomyosin motor and is regulated by a complex signaling pathway. This work fundamentally changes our understanding of the role of gliding motility and invasion in the blood and will have a significant impact on our understanding of blood stage host-pathogen interactions, parasite biology, and could have implications for vaccine development.

Abstract Background Plasmodium knowlesi is now the major cause of human malaria in Malaysia, complicating malaria control efforts that must attend to the elimination of multiple Plasmodium species. Recent advances in the cultivation of P. knowlesi erythrocytic-stage parasites in vitro , transformation with exogenous DNA, and infection of mosquitoes with gametocytes from culture have opened up studies of this pathogen without the need for resource-intensive and costly non-human primate (NHP) models. For further understanding and development of methods for parasite transformation in malaria research, this study examined the activity of various trans-species transcriptional control sequences and the influence of Plasmodium vivax centromeric ( pvcen ) repeats in plasmid-transfected P. knowlesi parasites. Methods In vitro cultivated P. knowlesi parasites were transfected with plasmid constructs that incorporated P. vivax or Plasmodium falciparum 5’ UTRs driving the expression of bioluminescence markers (firefly luciferase or Nanoluc). Promoter activities were assessed by bioluminescence, and parasites transformed with human resistant allele dihydrofolate reductase-expressing plasmids were selected using antifolates. The stability of transformants carrying pvcen -stabilized episomes was assessed by bioluminescence over a complete parasite life cycle through a rhesus macaque monkey, mosquitoes, and a second rhesus monkey. Results Luciferase expression assessments show that certain P. vivax promoter regions, not functional in the more evolutionarily-distant P. falciparum , can drive transgene expression in P. knowlesi . Further, pvcen repeats may improve the stability of episomal plasmids in P. knowlesi and support detection of NanoLuc-expressing elements over the full parasite life cycle from rhesus macaque monkeys to Anopheles dirus mosquitoes and back again to monkeys. In assays of drug responses to chloroquine, G418 and WR9910, antimalarial half-inhibitory concentration (IC 50 ) values of blood stages measured by NanoLuc activity proved comparable to IC 50 values measured by the standard SYBR Green method. Conclusion All three P. vivax promoters tested in this study functioned in P. knowlesi whereas two of the three were inactive in P. falciparum . NanoLuc-expressing, centromere-stabilized plasmids may support high-throughput screenings of P. knowlesi for new antimalarial agents, including compounds that can block the development of mosquito- and/or liver-stage parasites.

Malaria parasites complete their intra-erythrocytic developmental cycle (IDC) in multiples of 24 hours (depending on the species), suggesting a circadian basis to the asexual cell cycle, but the mechanism controlling this periodicity is unknown. Combining in vivo and in vitro approaches using rodent and human malaria parasites, we reveal that: (i) 57% of Plasmodium chabaudi genes exhibit 24 h circadian periodicity in transcription; (ii) 58% of these genes lose transcriptional rhythmicity when the IDC is out-of-synchrony with host rhythms; (iii) 9% of Plasmodium falciparum genes show circadian transcription under free-running conditions; (iv) Serpentine receptor 10 (SR10) has a circadian transcription profile and disrupting it in rodent malaria parasites shortens the IDC by 2-3 hours; (v) Multiple processes including DNA replication and the ubiquitin and proteasome pathways are affected by loss of coordination with host rhythms and by disruption of SR10. Our results show that malaria parasites are at least partly responsible for scheduling their IDCs explaining the fitness benefits of coordination with host rhythms.

Theileria, Babesia, and Anaplasma are tick-borne pathogens affecting livestock industries worldwide. In this study, we surveyed the presence of Babesia ovis, Theileria ovis, Theileria lestoquardi, Anaplasma ovis,Anaplasma phagocytophilum, and Anaplasma marginale in 200 goats from 3 different districts in Sistan and Baluchestan province, Iran. Species-specific diagnostic PCR and sequence analysis revealed that 1.5%, 12.5%, and 80% of samples were positive for T. lestoquardi, T. ovis, and A. ovis, respectively. Co-infections of goats with up to 3 pathogens were seen in 22% of the samples. We observed a positive correlation between A. ovis and T. ovis infection. In addition, by analyzing the data with respect to Plasmodium caprae infection in these goats, a negative correlation was found between P. caprae and A. ovis and between P. caprae and T. ovis. This study contributes to understanding the epidemiology of vector-borne pathogens and their interplay in goats.

Model-based control methods play an important role in control theory. Such controllers are designed via system identification; however, this approach is not applicable to cases where it is difficult to execute system identification owing to the large amount of data or experimental construction. To address these problems, data-driven control methods, in which controllers are designed by directly using target input–output data, have attracted attention for their effectiveness. Thus a framework has been proposed to reevaluate the aforementioned approaches and consider them in terms of data informativity. Herein, we use this framework to address the design problem of data-driven control for dissipativity. Using an algebraic approach, we derive necessary and sufficient conditions that data must satisfy to render a system dissipative via feedback control.

Testing Plasmodium vivax antimicrobial sensitivity is limited to ex vivo schizont maturation assays, which precludes determining the IC 50s of delayed action antimalarials such as doxycycline. Using Plasmodium cynomolgi as a model for P. vivax , we determined the physiologically significant delayed death effect induced by doxycycline (IC 50(96h) , 1401 ± 607 nM). As expected, IC 50(96 h) to chloroquine (20.4 nM), piperaquine (12.6 µM) and tafenoquine (1424 nM) were not affected by extended exposure.

The data-informativity approach in data-driven control focuses on data and their matching model sets for system design and analysis.The approach offers a new mathematical formulation different from model-based control and is expected to progress.In model-based control, the introduction of equivalent transformations has made system analysis and design easier and facilitated theoretical development.In this study, we focus on data transformations and their transformation of matching model sets.We first introduce an algebraic sequence representing the relationship between the data and model set, and using this algebraic approach, we utilize propositions from homology theory, such as kernel universality, to analyze data and model transformations.This technique is significant not only mathematically but also in engineering.Further, we demonstrate how this technique can be applied to derive controllability judgments for data informativity-based analysis.Finally, we prove that design problems can be reduced to analysis problems involving controller inclusion.

Abstract Background The study of rodent malaria parasites has significantly advanced our understanding of malaria parasite biology and host responses to parasite infections. There are four well-characterized rodent malaria parasite species ( Plasmodium yoelii, P. chabaudi, P. berghei, and P. vinckei ). Each species also has multiple strains that cause different disease phenotypes. P. yoelii nigeriensis N67C and N67, two isogenic parasites, are particularly intriguing as they differ in virulence and incite different immune responses in mice. The genome of the N67 parasite has been assembled recently, but not that of N67C. This study used PacBio HiFi sequencing data to assemble the N67C genome, compared the two genomes, and performed RNA sequencing to identify polymorphisms and differentially expressed genes (DEGs). Results The assembled N67C parasite genome consisted of 16 scaffolds and three contigs of approximately 22.5 Mb with 100% and 96.6% completeness based on well-characterized single-copy orthologs specific to the Apicomplexa phylum and the Plasmodium genus, respectively. A comparison between the annotated N67C and N67 genomes revealed 133 single nucleotide polymorphisms (SNPs) and 75 indels. Among the polymorphic sites, an S (N67) to N (N67C) amino acid substitution at position 114 (S114N) in the dihydrofolate reductase-thymidylate synthase (DHFR-TS) confers resistance to pyrimethamine in mice. Additionally, 60 differentially expressed single-copy genes (DEGs) were detected after comparing mRNA levels between the two parasites. Starting with the predicted and annotated 5,681 N67C and 5,749 N67 genes, we identified 4,641 orthogroups that included at least one gene from the four P. yoelii parasites (N67, N67C, 17X, and YM), whereas 758 orthogroups showed subspecies or strain-specific patterns. Conclusion The identification of polymorphic sites between the N67 and N67C genomes, along with the detection of the DEGs, may provide crucial insights into the variations in parasite drug responses and disease severity between these two isogenic parasites. The functional characterization of these genetic differences and candidate genes will deepen our understanding of disease mechanisms and pave the way for developing more effective control measures against malaria.