The parasite Plasmodium falciparum is responsible for hundreds of millions of cases of malaria, and kills more than one million African children annually. Here we report an analysis of the genome sequence of P. falciparum clone 3D7. The 23-megabase nuclear genome consists of 14 chromosomes, encodes about 5,300 genes, and is the most (A + T)-rich genome sequenced to date. Genes involved in antigenic variation are concentrated in the subtelomeric regions of the chromosomes. Compared to the genomes of free-living eukaryotic microbes, the genome of this intracellular parasite encodes fewer enzymes and transporters, but a large proportion of genes are devoted to immune evasion and host–parasite interactions. Many nuclear-encoded proteins are targeted to the apicoplast, an organelle involved in fatty-acid and isoprenoid metabolism. The genome sequence provides the foundation for future studies of this organism, and is being exploited in the search for new drugs and vaccines to fight malaria.

CD8 + cytotoxic T lymphocytes (CTLs) are critical for protection against intracellular pathogens but often have been difficult to induce by subunit vaccines in animals. DNA vaccines elicit protective CD8 + T cell responses. Malaria-naı̈ve volunteers who were vaccinated with plasmid DNA encoding a malaria protein developed antigen-specific, genetically restricted, CD8 + T cell–dependent CTLs. Responses were directed against all 10 peptides tested and were restricted by six human lymphocyte antigen (HLA) class I alleles. This first demonstration in healthy naı̈ve humans of the induction of CD8 + CTLs by DNA vaccines, including CTLs that were restricted by multiple HLA alleles in the same individual, provides a foundation for further human testing of this potentially revolutionary vaccine technology.

The human malaria parasite Plasmodium vivax is responsible for 25–40% of the ∼515 million annual cases of malaria worldwide. Although seldom fatal, the parasite elicits severe and incapacitating clinical symptoms and often causes relapses months after a primary infection has cleared. Despite its importance as a major human pathogen, P. vivax is little studied because it cannot be propagated continuously in the laboratory except in non-human primates. We sequenced the genome of P. vivax to shed light on its distinctive biological features, and as a means to drive development of new drugs and vaccines. Here we describe the synteny and isochore structure of P. vivax chromosomes, and show that the parasite resembles other malaria parasites in gene content and metabolic potential, but possesses novel gene families and potential alternative invasion pathways not recognized previously. Completion of the P. vivax genome provides the scientific community with a valuable resource that can be used to advance investigation into this neglected species. Four distinct Plasmodium species are known to regularly infect humans: Plasmodium falciparum, P. vivax, P. malariae and P. ovale. The genome sequence of P. falciparum, the cause of the most severe type of human malaria, was completed in 2002 at the same time as the mosquito vector, Anopheles gambiae. In this week's Nature, which focuses on the malaria parasite, two further malaria genome sequences are described. First that of P. vivax, which contributes significant numbers to malaria incidence in humans, though in contrast to P. falciparum, the resulting disease is usually not fatal. The genome of this rather neglected species is presented together with a comparative analysis with the genomes of other Plasmodium species. Second, we publish the genome sequence of Plasmodium knowlesi. For long regarded as a monkey malaria parasite, it is increasingly becoming recognized as the fifth human-infecting Plasmodium species. In particular, it is prevalent in South East Asia where it is often misdiagnosed as another human malaria parasite P. malariae. As a model organism P. knowlesi stands out: not only is it a primate system, useful for work on vaccines, but it can be cultured in vitro and subjected to efficient transfection and gene knockouts. In a Review Article, Elizabeth Winzeler considers the progress made towards using the genome sequence to understand basic malaria parasite biology, and in particular the work on developing rational therapeutic approaches to combat P. falciparum infections. See also the Editorial. For a comprehensive collection of resources visit Nature's past malaria specials: Malaria killer blow ; Outlook on malaria ; Malaria web focus ; Malaria Insight ; Nature Medicine focus on malaria ; Focus on malaria

Malaria Sporozoite Vaccine Each year, hundreds of millions of people are infected with Plasmodium falciparum , the mosquito-borne parasite that causes malaria. A preventative vaccine is greatly needed. Seder et al. (p. 1359 , published online 8 August; see the Perspective by Good ) now report the results from a phase I clinical trial where subjects were immunized intravenously with a whole, attenuated sporozoite vaccine. Three of 9 subjects who received four doses and zero of 6 subjects who received five doses of the vaccine went on to develop malaria after controlled malaria infection. Both antibody titers and cellular immune responses correlated positively with the dose of vaccine received, suggesting that both arms of the adaptive immune response may have participated in the observed protection.

Species of malaria parasite that infect rodents have long been used as models for malaria disease research. Here we report the whole-genome shotgun sequence of one species, Plasmodium yoelii yoelii, and comparative studies with the genome of the human malaria parasite Plasmodium falciparum clone 3D7. A synteny map of 2,212 P. y. yoelii contiguous DNA sequences (contigs) aligned to 14 P. falciparum chromosomes reveals marked conservation of gene synteny within the body of each chromosome. Of about 5,300 P. falciparum genes, more than 3,300 P. y. yoelii orthologues of predominantly metabolic function were identified. Over 800 copies of a variant antigen gene located in subtelomeric regions were found. This is the first genome sequence of a model eukaryotic parasite, and it provides insight into the use of such systems in the modelling of Plasmodium biology and disease.

During 1989–1999, 11 volunteers were immunized by the bites of 1001–2927 irradiated mosquitoes harboring infectious sporozoites of Plasmodium falciparum (Pf) strain NF54 or clone 3D7/NF54. Ten volunteers were first challenged by the bites of Pf-infected mosquitoes 2–9 weeks after the last immunization, and all were protected. A volunteer challenged 10 weeks after the last immunization was not protected. Five previously protected volunteers were rechallenged 23–42 weeks after a secondary immunization, and 4 were protected. Two volunteers were protected when rechallenged with a heterologous Pf strain (7G8). In total, there was protection in 24 of 26 challenges. These results expand published findings demonstrating that immunization by exposure to thousands of mosquitoes carrying radiation-attenuated Pf sporozoites is safe and well tolerated and elicits strain-transcendent protective immunity that persists for at least 42 weeks.

The peptide binding specificities of HLA-DRB1*0401, DRB1*0101, and DRB1*0701 have been analyzed by the use of large collections of synthetic peptides corresponding to naturally occurring sequences. The results demonstrated that nearly all peptides binding to these DR molecules bear a motif characterized by a large aromatic or hydrophobic residue in position 1 (Y, F, W, L, I, V, M) and a small, noncharged residue in position 6 (S, T, C, A, P, V, I, L, M). In addition, allele-specific secondary effects and secondary anchors were defined, and these parameters were utilized to derive allele-specific motifs and algorithms. By the combined use of such algorithms, peptides capable of degenerate DRB1*0101, DRB1*0401, and DRB1*0701 binding were identified. Additional experiments utilizing a panel of quantitative assays specific for nine additional common DR molecules identified a large set of DR molecules, which includes at least the DRB1*0101, DRB1*0401, DRB1*0701, DRB5*0101, DRB1*1501, DRB1*0901, and DRB1*1302 allelic products, characterized by overlapping peptide-binding repertoires. These results have implications for understanding the molecular interactions involved in peptide-DR binding, as well as the genetic and structural basis of MHC polymorphism. These results also have potential practical implications for the development of epitope-based prophylactic and therapeutic vaccines.

The efficacy of a sporozoite-based malaria vaccine is tested in humans, nonhuman primates, and mice.

Chromosome 2 of Plasmodium falciparum was sequenced; this sequence contains 947,103 base pairs and encodes 210 predicted genes. In comparison with the Saccharomyces cerevisiae genome, chromosome 2 has a lower gene density, introns are more frequent, and proteins are markedly enriched in nonglobular domains. A family of surface proteins, rifins, that may play a role in antigenic variation was identified. The complete sequencing of chromosome 2 has shown that sequencing of the A+T-rich P. falciparum genome is technically feasible.

Arecombinant DNA Plasmodium falciparum sporozoite vaccine produced in Escherichia coli (FSV-1) was tested in doses of 10 µg to 800 µg protein in fifteen volunteers.No serious adverse reactions occurred.Antibodies that reacted with P falciparum sporozoite antigens by enzyme-linked immunoassay developed in twelve of the volunteers.The highest antibody titres induced were similar to those resulting from lifelong natural exposure to sporozoite-infected mosquitoes.Postimmunisation serum samples from a majority of volunteers mediated the circumsporozoite (CS) precipitation reaction and inhibited sporozoite invasion of hepatoma cells in vitro.Serum from the three volunteers who received 800 µg doses reacted with the surface of sporozoites in an immunofluorescence assay.Six immunised volunteers receiving a fourth dose of FSV-1 and two non-immunised controls were challenged by bites of mosquitoes infected from cultured P falciparum gametocytes.Parasitaemia did not develop in the volunteer with the highest titre of CS antibodies, and parasitaemia was delayed in two other immunised volunteers.This study confirms that human beings can be protected by CS protein subunit vaccines and provides a framework for the further development and testing of more immunogenic sporozoite vaccines.