The human whipworm Trichuris trichiura is a parasite that infects around 500 million people globally, with consequences including damage to physical growth and educational performance. Current drugs such as mebendazole have a notable lack of efficacy against whipworm, compared to other soil-transmitted helminths. Mass drug administration programs are therefore unlikely to achieve eradication and new treatments for trichuriasis are desperately needed. All current drug control strategies focus on post-infection eradication, targeting the parasite in vivo. Here we propose developing novel anthelmintics which target the egg stage of the parasite in the soil as an adjunct environmental strategy. As evidence in support of such an approach we describe the actions of a new class of anthelmintic compounds, the 2,4-diaminothieno[3,2-d]pyrimidines (DATPs). This compound class has found broad utility in medicinal chemistry, but has not previously been described as having anthelmintic activity. Importantly, these compounds show efficacy against not only the adult parasite, but also both the embryonated and unembryonated egg stages and thereby may enable a break in the parasite lifecycle.

Parasitic nematodes infect hundreds of millions of people and farmed livestock. Further, plant parasitic nematodes result in major crop damage. The pipeline of therapeutic compounds is limited and parasite resistance to the existing anthelmintic compounds is a global threat. We have developed an INVertebrate Automated Phenotyping Platform (INVAPP) for high-throughput, plate-based chemical screening, and an algorithm (Paragon) which allows screening for compounds that have an effect on motility and development of parasitic worms. We have validated its utility by determining the efficacy of a panel of known anthelmintics against model and parasitic nematodes: Caenorhabditis elegans, Haemonchus contortus, Teladorsagia circumcincta, and Trichuris muris. We then applied the system to screen the Pathogen Box chemical library in a blinded fashion and identified known anthelmintics, including tolfenpyrad, auranofin, and mebendazole and 14 compounds previously undescribed as anthelmintics, including benzoxaborole and isoxazole chemotypes. This system offers an effective, high-throughput system for the discovery of novel anthelmintics.

Abstract Hundreds of millions of people worldwide are infected with the whipworm Trichuris trichiura . Novel treatments are urgently needed as current drugs, such as albendazole, have relatively low efficacy. We have investigated whether drugs approved for other human diseases could be repurposed as novel anti-whipworm drugs. In a previous comparative genomics analysis, we identified 409 drugs approved for human use that we predicted to target parasitic worm proteins. Here we tested these ex vivo by assessing motility of adult worms of Trichuris muris , the murine whipworm, an established model for human whipworm research. We identified 14 compounds with EC50 values of ≤ 50 μ M against T. muris ex vivo , and selected nine for testing in vivo . However, the best worm burden reduction seen in mice was just 19%. The high number of ex vivo hits against T. muris shows that we were successful at predicting parasite proteins that could be targeted by approved drugs. In contrast, the low efficacy of these compounds in mice suggest challenges due to their chemical properties (e.g. lipophilicity, polarity, molecular weight) and pharmacokinetics (e.g. absorption, distribution, metabolism, and excretion) that may (i) promote absorption by the host gastrointestinal tract, thereby reducing availability to the worms embedded in the large intestine, and/or (ii) restrict drug uptake by the worms. This indicates that identifying structural analogues that have reduced absorption by the host, and increased uptake by worms, may be necessary for successful drug repurposing against whipworms. Therefore, we recommend that prior to in vivo studies, future researchers first assess drug absorption by the host, for example, using human intestinal organoids or cell lines, and drug uptake by whipworms using intestinal organoids infected with T. muris .