In light of the recent controversies over the role of animal models for research into the development of new treatments for severe malaria, particularly cerebral disease, a group of scientists came together to discuss the relative merits of a range of animal models and their overlap with the complex clinical syndromes of human disease.While it was not possible to fully resolve differences over the utility of the Plasmodium berghei ANKA model of experimental cerebral malaria, the meeting did bring the two research communities closer together to identify further work to provide information needed to validate the model and revitalise the development of other animal models displaying features of human pathology.The driving force behind this was the desire to ensure better translation of experimental findings into effective treatments for severe malaria.

ABSTRACT Malaria parasite genomes have been generated predominantly using short read sequencing technology which can be slow, requires advanced laboratory training and does not adequately interrogate complex genomic regions that harbour important malaria virulence determinants. The portable Oxford Nanopore Technologies MinION platform generates long reads in real time and may overcome these limitations. We present compelling evidence that Nanopore sequencing delivers valuable additional information for malaria parasites with comparable data fidelity for single nucleotide variant (SNV) calls, compared to standard Illumina whole genome sequencing. We demonstrate this through sequencing of pure Plasmodium falciparum DNA, mock infections and natural isolates. Nanopore has low error rates for haploid SNV genotyping and identifies structural variants (SVs) not detected with short reads. Nanopore genomes are directly comparable to publically available genomes and produce high quality end to end chromosome assemblies. Nanopore sequencing will expedite genomic surveillance of malaria and provide new insights into parasite genome biology.

Abstract Multiplexed bead-based assays that use Luminex xMAP ® technology have become popular for measuring antibodies against proteins of interest in many fields, including malaria and more recently SARS-CoV-2/COVID-19. There are currently two formats that are widely used: non-magnetic beads or magnetic beads. Data is lacking regarding the comparability of results obtained using these two types of beads, and for assays run on different instruments. Whilst non-magnetic beads can only be run on flow-based instruments (such as the Luminex ® 100/200™ or Bio-Plex ® 200), magnetic beads can be run on both these and the newer MAGPIX ® instruments. In this study we utilized a panel of purified recombinant Plasmodium vivax proteins and samples from malaria-endemic areas to measure P. vivax -specific IgG responses using different combinations of beads and instruments. We directly compared: i) non-magnetic versus magnetic beads run on a Bio-Plex ® 200, ii) magnetic beads run on the Bio-Plex ® 200 versus MAGPIX ® and iii) non-magnetic beads run on a Bio-Plex ® 200 versus magnetic beads run on the MAGPIX ® . We also performed an external validation of our optimized assay. We observed that IgG antibody responses, measured against our panel of P. vivax proteins, were strongly correlated in all three of our comparisons, however higher amounts of protein were required for coupling to magnetic beads. Our external validation indicated that results generated in different laboratories using the same coupled beads are also highly comparable, particularly if a reference standard curve is used.

Abstract Background Changing cell-type proportions can confound studies of differential gene expression or DNA methylation (DNAm) from peripheral blood mononuclear cells (PBMCs). We examined how cell-type proportions derived from the transcriptome versus the methylome (DNAm) influence estimates of differentially expressed genes (DEGs) and differentially methylated positions (DMPs). Methods Transcriptome and DNAm data were obtained from PBMC RNA and DNA of Kenyan children ( n = 8) before, during, and 6 weeks following uncomplicated malaria. DEGs and DMPs between time points were detected using cell-type adjusted modeling with Cibersortx or IDOL, respectively. Results Most major cell types and principal components had moderate to high correlation between the two deconvolution methods ( r = 0.60–0.96). Estimates of cell-type proportions and DEGs or DMPs were largely unaffected by the method, with the greatest discrepancy in the estimation of neutrophils. Conclusion Variation in cell-type proportions is captured similarly by both transcriptomic and methylome deconvolution methods for most major cell types.

ABSTRACT The development of transmission-blocking vaccines against Plasmodium falciparum malaria could facilitate malaria elimination. However, limitations in the knowledge of the human immune responses against P. falciparum transmission stages, known as gametocytes, represent a critical roadblock to vaccine development. We evaluated human antibodies acquired through natural malaria exposure to whole gametocytes and recombinant antigens expressed by transmission stages, including the major transmission-blocking vaccine candidates Pfs230 and Pfs48/45 and other transmission stages, Pf38, Pf12 and Pf41. Among individuals residing in Kenya and Papua New Guinea, we found substantial antibody responses to whole gametocytes and to all recombinant transmission stage antigens with high levels of IgG, IgG subclasses and IgM. Complement fixation by antibodies to gametocytes is key for effective transmission-blocking activity. We found that purified IgM was substantially more potent than IgG at mediating complement fixation and activation. Higher antibody levels were generally observed in individuals positive for P. falciparum infection, including gametocyte positive individuals, and these antibodies generally increased with age. Our findings reveal that IgM is a prominent feature of antibody responses to gametocytes and that antibodies target multiple antigens. The further demonstration that IgM has high functional activity against gametocytes suggests IgM plays an important role in immunity to transmission stages. Our data provide new insights to inform the development of potent transmission-blocking vaccines.

Abstract In many regions, malaria transmission is seasonal, but it is not well understood whether P. falciparum modulates its investment in transmission in response to seasonal vector abundance. In two sites in western Kenya (Chulaimbo and Homa Bay), we sampled 1116 asymptomatic individuals in the wet season, when vectors are abundant, and 1743 in the dry season. We screened for P. falciparum by qPCR, and gametocytes by pfs25 RT-qPCR. Parasite prevalence in Chulaimbo and Homa Bay was 27.1% and 9.4% in the dry season, and 48.2% and 7.8% in the wet season respectively. Mean parasite densities did not differ between seasons ( P =0.562). A contrasting pattern of gametocyte carriage was observed. In the wet season, fewer infections harbored gametocytes (22.3% vs. 33.8%, P =0.009), but densities were 3-fold higher ( P <0.001). Thus, in the wet season, among gametocyte positive individuals, higher proportion of all parasites were gametocytes, reflecting an increased investment in transmission.

Abstract The human malaria parasite Plasmodium vivax is resistant to malaria control strategies maintaining high genetic diversity even when transmission is low. To investigate whether declining P. vivax transmission leads to increasing P. vivax population structure that would facilitate elimination, we genotyped samples from a wide range of transmission intensities and spatial scales in the Southwest Pacific, including two time points at one site (Tetere, Solomon Islands) during intensified control. Analysis of 887 P. vivax microsatellite haplotypes from hyperendemic Papua New Guinea (PNG, n = 443), meso-hyperendemic Solomon Islands (n= 420), and hypoendemic Vanuatu (n=24) revealed increasing population structure and multilocus linkage disequilibrium and a modest decline in diversity as transmission decreases over space and time. In Solomon Islands, which has had sustained control efforts for 20 years, and Vanuatu, which has experienced sustained low transmission for many years, significant population structure was observed at different spatial scales. We conclude that control efforts will eventually impact P. vivax population structure and with sustained pressure, populations may eventually fragment into a limited number of clustered foci that could be targeted for elimination.

Monitoring the genetic structure of malaria parasite populations has been proposed as a novel and sensitive approach to quantify the impact of malaria control and elimination efforts. Here we describe the first population genetic analysis of sympatric Plasmodium falciparum (Pf) and Plasmodium vivax (Pv) populations following nationwide distribution of long-lasting insecticide treated nets (LLIN) in Papua New Guinea (PNG). Parasite isolates from serial cross-sectional studies pre- (2005-6) and post-LLIN (2010-2014) were genotyped using microsatellite markers. Despite parasite prevalence declining substantially in these communities (East Sepik: Pf=54.9-8.5%, Pv=35.7-5.6%, Madang: Pf=38.0-9.0%, Pv: 31.8-19.7%), genetically diverse and intermixing parasite populations remained. P. falciparum diversity declined modestly post-LLIN relative to pre-LLIN (East Sepik: Rs = 7.1-6.4, He = 0.77-0.71; Madang: Rs= 8.2-6.1, He = 0.79-0.71). Unexpectedly, population structure present in pre-LLIN populations was lost post-LLIN, suggesting that more frequent human movement between provinces may have contributed to higher gene flow between provinces. P. vivax prevalence initially declined but increased again in one province, yet diversity remained high throughout the study period (East Sepik: Rs=11.4-9.3, He=0.83-0.80; Madang: Rs=12.2-14.5, He=0.85-0.88). Although genetic differentiation values increased between provinces over time, no significant population structure was observed at any time point. For both species, the emergence of clonal transmission and significant multilocus linkage disequilibrium (mLD) due to increased focal inbreeding post-LLIN was a strong indicator of impact on the parasite population using these markers. After eight years of intensive malaria control in PNG and substantial prevalence decline the impact on parasite population diversity and structure detectable by microsatellite genotyping was limited.