Abstract Coagulopathy and leak, specific to the brain vasculature, are central pathogenetic components of cerebral malaria (CM). It is unclear how the parasite, Plasmodium falciparum , triggers these processes. Extracellular histones, released from damaged host cells, bind to cell membranes and cause coagulation activation, platelet aggregation and vascular leak in diverse critical illnesses. In CM patients with P. falciparum , serum histones correlate with fibrin formation, thrombocytopenia, and endothelial activation and predict brain swelling on magnetic resonance imaging and fatal outcome. Post-mortem, histones bind to the luminal vascular surface, co-localizing with P. falciparum -infected erythrocytes (IE), and with thrombosis and leak. Purified P. falciparum histones cause toxicity and barrier disruption in cultured human brain microvascular endothelial cells, as does serum from CM patients, reversed by anti-histone antibodies and non-anticoagulant heparin. These data implicate parasite histones as a key trigger of fatal brain swelling in CM. Neutralizing histones with agents such as non-anticoagulant heparin warrant exploration to prevent brain swelling and improve outcome.

Malaria remains a global health problem with over 400,000 deaths annually 1 . Plasmodium parasites, the causative agents of malaria, replicate asexually in red blood cells (RBCs) of their vertebrate host, while a subset differentiates into sexual stages (gametocytes) for mosquito transmission. Parasite replication and gametocyte maturation in the erythropoietic niches of the bone marrow and spleen contribute to pathogenesis and drive transmission 2 , but the mechanisms underlying this organ enrichment remain unknown. We performed a comprehensive single cell analysis of rodent P. berghei in spleen, bone marrow and blood to define parasite phenotypes specific to those niches. Single cell RNA-seq analysis of host and parasite cells reveals an interferon-driven host response to infection as well as transcriptional adaptations of Plasmodium to RBC maturation status. We show that P. berghei exhibits a bimodal invasion pattern into either normocytes or early reticulocytes and, using functional assays, identify CD71 as a host receptor for reticulocyte invasion. Importantly, we observe an increased rate of gametocyte formation in reticulocytes that is nutrient-dependent and triggered post invasion (i.e., same cycle sexual commitment). Our data provides a thorough characterisation of host-parasite interactions in erythropoietic niches and defines host cell maturation state as the key driver of parasite adaptation.

Transmission of Plasmodium falciparum depends on the presence of mature gametocytes that can be ingested by mosquitoes taking a bloodmeal when feeding on human skin. It has long been hypothesised that skin sequestration contributes to efficient transmission. Although skin sequestration would have major implications for our understanding of transmission biology and the suitability of mosquito feeding methodologies to measure the human infectious reservoir, it has never been formally tested. In two populations of naturally infected gametocyte carriers from Burkina Faso, we assessed transmission potential to mosquitoes and directly quantified male and female gametocytes and asexual parasites in: i) finger prick blood, ii) venous blood, iii) skin biopsies, and in pools of mosquitoes that fed iv) on venous blood or, v) directly on the skin. Whilst more mosquitoes became infected when feeding directly on the skin compared to venous blood, concentrations of gametocytes in the subdermal skin vasculature were identical to that in other blood compartments. Asexual parasite densities, gametocyte densities and sex ratios were identical in the mosquito blood meals taken directly from the skin of parasite carriers and their venous blood. We also observed sparse gametocytes in skin biopsies from legs and arms of gametocyte carriers by microscopy. Taken together, we provide conclusive evidence for the absence of significant skin sequestration of P. falciparum gametocytes. Gametocyte densities in peripheral blood are thus informative for predicting onward transmission potential to mosquitoes. Quantifying this human malaria transmission potential is of pivotal importance for the deployment and monitoring of malaria elimination initiatives.

Postmortem single-cell studies have transformed understanding of lower respiratory tract diseases (LRTD) including Covid19 but there is almost no data from African settings where HIV, malaria and other environmental exposures may affect disease pathobiology and treatment targets. We used histology and high-dimensional imaging to characterise fatal lung disease in Malawian adults with (n=9) and without (n=7) Covid19, and generated single-cell transcriptomics data from lung, blood and nasal cells. Data integration with other cohorts showed a conserved Covid19 histopathological signature, driven by contrasting immune and inflammatory mechanisms: in the Malawi cohort, by response to interferon-gamma in lung-resident alveolar macrophages, in USA, European and Asian cohorts by type I/III interferon responses, particularly in blood-derived monocytes. HIV status had minimal impact on histology or immunopathology. Our study provides data resources and highlights the importance of studying the cellular mechanisms of disease in underrepresented populations, indicating shared and distinct targets for treatment.