Malaria caused by Plasmodium falciparum is a disease that is responsible for 880,000 deaths per year worldwide. Vaccine development has proved difficult and resistance has emerged for most antimalarial drugs. To discover new antimalarial chemotypes, we have used a phenotypic forward chemical genetic approach to assay 309,474 chemicals. Here we disclose structures and biological activity of the entire library—many of which showed potent in vitro activity against drug-resistant P. falciparum strains—and detailed profiling of 172 representative candidates. A reverse chemical genetic study identified 19 new inhibitors of 4 validated drug targets and 15 novel binders among 61 malarial proteins. Phylochemogenetic profiling in several organisms revealed similarities between Toxoplasma gondii and mammalian cell lines and dissimilarities between P. falciparum and related protozoans. One exemplar compound displayed efficacy in a murine model. Our findings provide the scientific community with new starting points for malaria drug discovery. There are still nearly 250 million malaria cases reported annually, over 800,000 fatal, with most deaths being children under 5. The malaria parasite Plasmodium falciparum is notoriously adept at developing drug resistance, and new drugs are urgently needed. Two reports raise hopes that alternatives to artemisinins might be found, by identifying thousands of compounds inhibiting the growth of P. falciparum asexual-stage parasites in red blood cells, many distinct in structure and mechanism from current drugs. Guiguemde et al. present a chemical genomics screen of over 300,000 compounds: the 1,300 'hits' include 561 with good potency and broad therapeutic windows. Gamo et al. screened nearly 2 million compounds from GlaxoSmithKline's chemicals library, finding over 13,500 hits, many active against multidrug-resistant isolates. These studies provide a rich source of potential leads, freely available to academic and industry labs looking for new antimalarials. Here, a library of more than 300,000 chemicals was screened for activity against Plasmodium falciparum growing in red blood cells. Of these chemicals, 172 representative candidates were profiled in detail; one exemplar compound showed efficacy in a mouse model of malaria. The findings provide the scientific community with new starting points for drug discovery.

There is an urgent need for new drugs to treat malaria, with broad therapeutic potential and novel modes of action, to widen the scope of treatment and to overcome emerging drug resistance. Here we describe the discovery of DDD107498, a compound with a potent and novel spectrum of antimalarial activity against multiple life-cycle stages of the Plasmodium parasite, with good pharmacokinetic properties and an acceptable safety profile. DDD107498 demonstrates potential to address a variety of clinical needs, including single-dose treatment, transmission blocking and chemoprotection. DDD107498 was developed from a screening programme against blood-stage malaria parasites; its molecular target has been identified as translation elongation factor 2 (eEF2), which is responsible for the GTP-dependent translocation of the ribosome along messenger RNA, and is essential for protein synthesis. This discovery of eEF2 as a viable antimalarial drug target opens up new possibilities for drug discovery.

The antimalarial drug DSM265 displays activity against blood and liver stages of Plasmodium falciparum and has a long predicted half-life in humans.

ELQ-300, an investigational drug for treating and preventing malaria, shows potent transmission-blocking activity in rodent models of malaria.

Drug therapy is the mainstay of antimalarial therapy, yet current drugs are threatened by the development of resistance. In an effort to identify new potential antimalarials, we have undertaken a lead optimization program around our previously identified triazolopyrimidine-based series of Plasmodium falciparum dihydroorotate dehydrogenase (PfDHODH) inhibitors. The X-ray structure of PfDHODH was used to inform the medicinal chemistry program allowing the identification of a potent and selective inhibitor (DSM265) that acts through DHODH inhibition to kill both sensitive and drug resistant strains of the parasite. This compound has similar potency to chloroquine in the humanized SCID mouse P. falciparum model, can be synthesized by a simple route, and rodent pharmacokinetic studies demonstrated it has excellent oral bioavailability, a long half-life and low clearance. These studies have identified the first candidate in the triazolopyrimidine series to meet previously established progression criteria for efficacy and ADME properties, justifying further development of this compound toward clinical candidate status.

MMV390048, a member of a new class of inhibitors of the Plasmodium phosphatidylinositol 4-kinase, shows potential for both treatment and prophylaxis.

Drug discovery for malaria has been transformed in the last 5 years by the discovery of many new lead compounds identified by phenotypic screening. The process of developing these compounds as drug leads and studying the cellular responses they induce is revealing new targets that regulate key processes in the Plasmodium parasites that cause malaria. We disclose herein that the clinical candidate (+)-SJ733 acts upon one of these targets, ATP4. ATP4 is thought to be a cation-transporting ATPase responsible for maintaining low intracellular Na(+) levels in the parasite. Treatment of parasitized erythrocytes with (+)-SJ733 in vitro caused a rapid perturbation of Na(+) homeostasis in the parasite. This perturbation was followed by profound physical changes in the infected cells, including increased membrane rigidity and externalization of phosphatidylserine, consistent with eryptosis (erythrocyte suicide) or senescence. These changes are proposed to underpin the rapid (+)-SJ733-induced clearance of parasites seen in vivo. Plasmodium falciparum ATPase 4 (pfatp4) mutations that confer resistance to (+)-SJ733 carry a high fitness cost. The speed with which (+)-SJ733 kills parasites and the high fitness cost associated with resistance-conferring mutations appear to slow and suppress the selection of highly drug-resistant mutants in vivo. Together, our data suggest that inhibitors of PfATP4 have highly attractive features for fast-acting antimalarials to be used in the global eradication campaign.

Abstract Drug resistance and a dire lack of transmission-blocking antimalarials hamper malaria elimination. Here, we present the pantothenamide MMV693183 as a first-in-class acetyl-CoA synthetase (ACS) inhibitor to enter preclinical development. Our studies demonstrated attractive drug-like properties and in vivo efficacy in a humanized mouse model of Plasmodium falciparum infection. The compound showed exceptional in vitro activity against P. falciparum and P. vivax clinical isolates, and potently blocked P. falciparum transmission to Anopheles mosquitoes. Genetic and biochemical studies identified ACS as the target of the MMV693183-derived antimetabolite, CoA-MMV693183. MMV693183 was well adsorbed after oral administration in mice, rats and dogs. Pharmacokinetic – pharmacodynamic modelling predicted that a single 30 mg oral dose is sufficient to cure a malaria infection in humans. In conclusion, the ACS-targeting compound MMV693183 represents a promising addition to the portfolio of antimalarials in (pre)clinical development with a novel mode of action for the treatment of malaria and blocking transmission.