BackgroundReliable estimates of populations affected by diseases are necessary to guide efficient allocation of public health resources. Sickle haemoglobin (HbS) is the most common and clinically significant haemoglobin structural variant, but no contemporary estimates exist of the global populations affected. Moreover, the precision of available national estimates of heterozygous (AS) and homozygous (SS) neonates is unknown. We aimed to provide evidence-based estimates at various scales, with uncertainty measures.MethodsUsing a database of sickle haemoglobin surveys, we created a contemporary global map of HbS allele frequency distribution within a Bayesian geostatistical model. The pairing of this map with demographic data enabled calculation of global, regional, and national estimates of the annual number of AS and SS neonates. Subnational estimates were also calculated in data-rich areas.FindingsOur map shows subnational spatial heterogeneities and high allele frequencies across most of sub-Saharan Africa, the Middle East, and India, as well as gene flow following migrations to western Europe and the eastern coast of the Americas. Accounting for local heterogeneities and demographic factors, we estimated that the global number of neonates affected by HbS in 2010 included 5 476 000 (IQR 5 291 000–5 679 000) AS neonates and 312 000 (294 000–330 000) SS neonates. These global estimates are higher than previous conservative estimates. Important differences predicted at the national level are discussed.InterpretationHbS will have an increasing effect on public health systems. Our estimates can help countries and the international community gauge the need for appropriate diagnoses and genetic counselling to reduce the number of neonates affected. Similar mapping and modelling methods could be used for other inherited disorders.FundingThe Wellcome Trust.

It has been 100 years since the first report of sickle haemoglobin (HbS). More than 50 years ago, it was suggested that the gene responsible for this disorder could reach high frequencies because of resistance conferred against malaria by the heterozygous carrier state. This traditional example of balancing selection is known as the 'malaria hypothesis'. However, the geographical relationship between the transmission intensity of malaria and associated HbS burden has never been formally investigated on a global scale. Here, we use a comprehensive data assembly of HbS allele frequencies to generate the first evidence-based map of the worldwide distribution of the gene in a Bayesian geostatistical framework. We compare this map with the pre-intervention distribution of malaria endemicity, using a novel geostatistical area-mean comparison. We find geographical support for the malaria hypothesis globally; the relationship is relatively strong in Africa but cannot be resolved in the Americas or in Asia. Sixty years ago it was suggested that the sickle cell disease mutation survives because the heterozygous genotype confers resistance to malaria, resulting in correlation of the two geographical distributions. The authors use a new global assembly of sickle allele frequencies to support this hypothesis at the global scale.

Primaquine is a key drug for malaria elimination. In addition to being the only drug active against the dormant relapsing forms of Plasmodium vivax, primaquine is the sole effective treatment of infectious P. falciparum gametocytes, and may interrupt transmission and help contain the spread of artemisinin resistance. However, primaquine can trigger haemolysis in patients with a deficiency in glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDd). Poor information is available about the distribution of individuals at risk of primaquine-induced haemolysis. We present a continuous evidence-based prevalence map of G6PDd and estimates of affected populations, together with a national index of relative haemolytic risk.Representative community surveys of phenotypic G6PDd prevalence were identified for 1,734 spatially unique sites. These surveys formed the evidence-base for a Bayesian geostatistical model adapted to the gene's X-linked inheritance, which predicted a G6PDd allele frequency map across malaria endemic countries (MECs) and generated population-weighted estimates of affected populations. Highest median prevalence (peaking at 32.5%) was predicted across sub-Saharan Africa and the Arabian Peninsula. Although G6PDd prevalence was generally lower across central and southeast Asia, rarely exceeding 20%, the majority of G6PDd individuals (67.5% median estimate) were from Asian countries. We estimated a G6PDd allele frequency of 8.0% (interquartile range: 7.4-8.8) across MECs, and 5.3% (4.4-6.7) within malaria-eliminating countries. The reliability of the map is contingent on the underlying data informing the model; population heterogeneity can only be represented by the available surveys, and important weaknesses exist in the map across data-sparse regions. Uncertainty metrics are used to quantify some aspects of these limitations in the map. Finally, we assembled a database of G6PDd variant occurrences to inform a national-level index of relative G6PDd haemolytic risk. Asian countries, where variants were most severe, had the highest relative risks from G6PDd.G6PDd is widespread and spatially heterogeneous across most MECs where primaquine would be valuable for malaria control and elimination. The maps and population estimates presented here reflect potential risk of primaquine-associated harm. In the absence of non-toxic alternatives to primaquine, these results represent additional evidence to help inform safe use of this valuable, yet dangerous, component of the malaria-elimination toolkit. Please see later in the article for the Editors' Summary.

Blood group variants are characteristic of population groups, and can show conspicuous geographic patterns. Interest in the global prevalence of the Duffy blood group variants is multidisciplinary, but of particular importance to malariologists due to the resistance generally conferred by the Duffy-negative phenotype against Plasmodium vivax infection. Here we collate an extensive geo-database of surveys, forming the evidence-base for a multi-locus Bayesian geostatistical model to generate global frequency maps of the common Duffy alleles to refine the global cartography of the common Duffy variants. We show that the most prevalent allele globally was FY*A, while across sub-Saharan Africa the predominant allele was the silent FY*BES variant, commonly reaching fixation across stretches of the continent. The maps presented not only represent the first spatially and genetically comprehensive description of variation at this locus, but also constitute an advance towards understanding the transmission patterns of the neglected P. vivax malaria parasite. The global prevalence of the Duffy blood group variants is important due to the resistance that the Duffy-negative phenotype generally confers uponPlasmodium vivax infection. Hay et al.generate global frequency maps of the common Duffy alleles to show transmission patterns of the malaria parasite.

Abstract T. b. rhodesiense is the causative agent of rhodesian Human African trypanosomiasis (r-HAT) in Malawi. Clinical presentation of r-HAT in Malawi varies between the different foci and differs from East African HAT clinical phenotypes. The purpose of this study was to gain more insights into the transcriptomic profiles of patients with early stage 1 and late stage 2 HAT disease in Malawi. Whole blood from individuals infected with T. b. rhodesiense was used for RNA-Seq. Control samples were from healthy trypanosome negative individuals matched on sex, age range, and disease focus. Illumina sequence FASTQ reads were aligned to the GRCh38 release 84 human genome sequence using HiSat2 and differential analysis was done in R using the DESeq2 package. XGR, ExpressAnalyst and InnateDB algorithms were used for functional annotation and gene enrichment analysis of significant differentially expressed genes. RNA-seq was done on 25 healthy controls and 23 r-HAT case samples of which 3 case samples were excluded for downstream analysis as outliers. 4519 genes were significantly differentially expressed (p adjusted <0.05) in individuals with early stage 1 r-HAT disease (n = 12) and 1824 genes in individuals with late stage 2 r-HAT disease (n = 8). Enrichment of innate immune response genes through neutrophil activation was identified in individuals with both early and late stages of the disease. Additionally, lipid metabolism genes were enriched in late stage 2 disease. We further identified uniquely upregulated genes (log2 Fold Change 1.4 - 2.0) in stage 1 (ZNF354C) and stage 2 (TCN1 and MAGI3) blood. Our data brings new insight into the human transcriptome landscape during T. b. rhodesiense infection. We have further identified key biological pathways and transcripts during stage 1 and stage 2 r-HAT. Lastly, we have identified potential diagnostic biomarkers that may be used for staging of r-HAT disease.

Background: Human African Trypanosomiasis (HAT) is a health burden in most remote areas of Sub-Saharan Africa. Only 2 species of the Trypanosome parasites, namely, T. b. rhodesiense and T. b. gambiense can establish infection in humans whereas other trypanosome parasites are lysed by human serum APOL-1 protein. The mechanism of T. b. gambiense resistance to APOL-1 activity is complex and involves several parasite factors. On the other hand, T. b. rhodesiense evades the lytic activity of APOL-1 by intracellular expression of a Serum Resistance Associated (SRA) gene that binds to APOL-1 when uptaken by the parasite thereby disabling APOL-1 from causing cellular membrane rupture. APOL-1 has 2 variants, namely, APOL-1 G1 and APOL-1 G2 with the later having mutations on the SRA binding sites which restores APOL-1 lytic activity in parasite lysis assays. This phenomenon remains elusive in clinical setting as limited data is available. In the present study we investigated the genetic diversity of T. b. rhodesiense SRA gene and APOL-1 genotypes in Malawian r-HAT clinical phenotypes. Methods: T. b. rhodesiense SRA gene from Malawi endemic HAT samples (n= 77) as well as from Zambia and Uganda (n= 13) was amplified by PCR and PCR products were commercially sequenced. APOL-1 variants were identified by restriction fragment length polymorphism (RFLP) after a PCR amplification (n= 61). Results and conclusion: Sequencing data revealed a heterozygosity of the SRA gene within Malawi T. b. rhodesiense isolates. Malawian SRA gene was genetically different from some isolates in Uganda and Zambia. Contrary to the current understanding that APOL-1 G2 variants are immune to T. b. rhodesiense infection, severe cases of r-HAT in G2 individuals were identified. This study has brought new insight in understanding the determinants of r-HAT severity.

Abstract Background Sleeping sickness caused by T.b. rhodesiense is a fatal disease and endemic in Southern and Eastern Africa. There is an urgent need to develop novel diagnostic and control tools in order to achieve elimination of rhodesiense sleeping sickness which might be achieved through a better understanding of trypanosome gene expression and genetics using endemic isolates. Here, we describe transcriptome profiles and population structure of endemic T. b. rhodesiense isolates in human blood in Malawi. Methodology Blood samples of r-HAT cases from Nkhotakota and Rumphi foci were collected in PaxGene tubes for RNA extraction before initiation of r-HAT treatment. 100 million reads were obtained per sample, reads were initially mapped to the human genome reference GRCh38 using HiSat2 and then the unmapped reads were mapped against Trypanosoma brucei reference transcriptome (TriTrypDB54_TbruceiTREU927) using HiSat2. Differential gene expression analysis was done using the DeSeq2 package in R. SNPs calling from reads that were mapped to the T. brucei genome was done using GATK in order to identify T.b. rhodesiense population structure. Results 24 samples were collected from r-HAT cases of which 8 were from Rumphi and 16 from Nkhotakota foci. The isolates from Nkhotakota were enriched with transcripts for cell cycle arrest and stumpy form markers, whereas isolates in Rumphi focus were enriched with transcripts for folate biosynthesis and antigenic variation pathways. These parasite focus-specific transcriptome profiles are consistent with the more virulent disease observed in Rumphi and a more silent disease in Nkhotakota associated with the non-dividing stumpy form. Interestingly, the Malawi T.b. rhodesiense isolates expressed genes enriched for reduced cell proliferation compared to the Uganda T.b. rhodesiense isolates. PCA analysis using SNPs called from the RNAseq data showed that T. b. rhodesiense parasites from Nkhotakota are genetically distinct from those collected in Rumphi. Conclusion Our results have added new insights on how clinical phenotypes of r-HAT in Malawi might be associated with differences in gene expression profiles and population structure of T . b. rhodesiense from its two major endemic foci of Rumphi and Nkhotakota. Author Summary A better understanding of T. b. rhodesiense gene expression profiles and population structure using endemic isolate may fast track the current search for novel diagnostic and control tools for rhodesiense sleeping sickness. Here, we analysed T. b. rhodesiense transcriptome profiles from endemic isolated from peripheral blood in Nkhotakota and Rumphi foci in Malawi. In Nkhotakota focus, T. b. rhodesiense transcripts were enriched for cell cycle arrest and stumpy marker whereas in Rumphi focus, the isolates were enriched for antigenic variation and folate biosynthesis biological pathways. Furthermore, we also found that T. b. rhodesiense population structure in Nkhotakota focus is different from Rumphi focus. The differences in trypanosome gene expression profiles and population structure are consistent with a less severe and acute sleeping sickness clinical profiles in Nkhotakota and Rumphi foci respectively.

There are over 2000 genetically diverse ethno-linguistic groups in Africa that could help decipher human evolutionary history and the genetic basis of phenotypic variation. We have sequenced 300 genomes from Niger-Congo populations from six sub-Saharan African countries (Uganda, Democratic Republic of Congo, Cameroon, Zambia, Ivory Coast, Guinea) and a Nilo-Saharan population from Uganda. Of these, we analysed 289 samples for population structure, genetic admixture, population history and signatures of selection. These samples were collected as part of the TrypanoGEN consortium project. Results: The population genetic structure of the 289 individuals revealed four clusters, which correlated with ethno-linguistic group and geographical latitude. These were the West African Niger-Congo A, Central African Niger-Congo B, East African Niger-Congo B and the Nilo-Saharan. We observed a spatial distribution of positive natural selection signatures in genes previously associated with AIDS, Tuberculosis, Malaria and Human African Trypanosomiasis among the TrypanoGEN samples. Having observed a marked difference between the Nilo-Saharan Lugbara and Niger-Congo populations, we identified four genes (APOBEC3G, TOP2B, CAPN9, LANCL2), which are highly differentiated between the two ethnic groups and under positive selection in the Lugbara population (iHS -log p > 3.0, Rsb -log p > 3.0, Fst > 0.1 Bonferroni p > 1.8x10e4). Conclusion: The signatures that differentiate ethnically distinct populations could provide information on the specific ecological adaptations with respect to disease history and susceptibility/resistance. For instance in this study we identified APOBEC3G which is believed to be involved in the susceptibility of the Nilo-Saharan Lugbara population to Hepatitis B virus infection.

Over 290 million people are infected by schistosomes worldwide. Schistosomiasis control efforts focus on mass drug treatment with praziquantel (PZQ), a drug that kills the adult worm of all Schistosoma species. Nonetheless, re-infections have continued to be detected in endemic areas with individuals living in the same area presenting with varying infection intensities. Our objective was to characterize the transcriptome profiles in peripheral blood of children between 10 - 15 years with varying intensities of Schistosoma mansoni infection living along the Albert Nile in Uganda. RNA extracted from peripheral blood collected from 44 S. mansoni infected (34 high and 10 low by circulating anodic antigen [CAA] level) and 20 uninfected children was sequenced using Illumina NovaSeq S4 and the reads aligned to the GRCh38 human genome. Differential gene expression analysis was done using DESeq2 and enriched pathways in differentially expressed genes (DEGs) were identified using REACTOME. Principal component analysis revealed clustering of gene expression by gender when S. mansoni infected children were compared with uninfected children. In addition, we identified 14 DEGs between S. mansoni infected and uninfected individuals, 56 DEGs between children with high infection intensity and uninfected individuals, 33 DEGs between those with high infection intensity and low infection intensity and no DEGs between those with low infection and uninfected individuals. We also observed upregulation and downregulation of some DEGs that are associated with fibrosis and its regulation. These data suggest expression of fibrosis associated genes as well as genes that regulate fibrosis in S. mansoni infection. The relatively few significant DEGS observed in children with schistosomiasis suggests that chronic S. mansoni infection is a stealth infection that does not stimulate a strong immune response.