Genetic traits in both the human host and the malaria parasite affect malaria epidemiologically and on an individual level. This thesis combines these topics: host genetics interfering with malaria, and parasite genetics interfering with malaria outcome. By putting our epidemiological and experimental observations in context, we aim to contribute to improved design and interpretation of malaria interventions. We investigated how different Duffy antigen alleles, known for their crucial role in vivax malaria susceptibility, affect malaria susceptibility and manifestation in a case control study among 909 malaria patients and 909 healthy community controls in India. We observed that the FYB allele associated with protection against hospitalized falciparum malaria and that the DARC 298A allele associated with increased risk of malaria per se (adjusted odds ratio [aOR], 1.5; 95% confidence interval [CI], 1.1–2.0) and particularly of P. vivax infection (aOR, 1.6; 95% CI, 1.1–2.2). Since the P. vivax Duffy Binding Protein (PvDBP) is a major vaccine target, deciphering the differential antimalarial immunity properties of the Duffy antigen alleles is crucial. We studied how a common variant in an innate immune regulator, microRNA-146a, affects malaria susceptibility and manifestation in two different host populations. Among 509 pregnant women in Ghana, homozygosity for the genetic variant significantly increased the odds for infection (aOR, 2.3; 95% CI, 1.3–4.0), particularly in primigravidae (aOR, 5.8; 95% CI, 1.6–26.0). A similar effect was observed in 296 delivering primiparae (aOR, 5.9; 95% CI, 2.1–18.0). However, no such effect was seen in the case-control study in India. The first observation suggests of a role of microRNA-146a in the innate immune response to malaria, since primiparae constitute a relatively non-immune group in this endemic setting. Our somewhat conflicting, second observation underlines the complexities of malaria immunity on different genetic background, parasite species and clinical setting. Possibly, the microRNA-146a molecule has a major role in pregnancy-related malaria, and less in uncomplicated non-pregnancy related malaria. Due to the emerging interest in employing miRNAs as biomarker or therapeutic target for diseases, including malaria, a thorough understanding of their role in different malaria entities is required. We screened for markers of antimalarial drug resistance in 288 P. falciparum isolates from Rwanda (2010-2019) and main findings were i) an increase in PfK13 (the central gene in artemisinin resistance) diversity over the last decade, ii) the presence of a validated marker of artemisinin resistance (PfK13 R561H) in 4.5% in 2019, and in vitro confirmation of artemisinin resistance in Rwandan patient isolates from 2019. In addition, we observed a shift in the pattern of PfMDR1 haplotypes (known to interfere with sensitivity to various antimalarials) associated with increased artemether-lumefantrine tolerance. These data contribute to the recent and compelling evidence that artemisinin resistance is emerging in East Africa. As observed in South-East Asia, this facilitates the development of artemisinin combination therapy partner drug resistance, which has reached alarming levels there. Such developments would have disastrous consequences on the African continent. Surveillance for markers of artemisinin resistance urgently needs to be improved methodologically and expanded, since this will be a cornerstone of preventing further dissemination.
Genetische Merkmale sowohl des menschlichen Wirts als auch des Malariaparasiten beeinflussen die Malaria epidemiologisch und auf individueller Ebene. In dieser Arbeit werden diese Themen miteinander kombiniert: die Genetik des Wirts, die sich auf die Malaria auswirkt, und die Genetik des Parasiten, die sich auf die Folgen der Malaria auswirkt. Indem wir unsere epidemiologischen und experimentellen Beobachtungen miteinander in Kontext stellen, wollen wir dazu beitragen, die Konzeption und Interpretation von Malariamaßnahmen zu verbessern. Duffy-Antigen-Allele sind für ihre entscheidende Rolle in Bezug auf Anfälligkeit für Malaria vivax bekannt. Wir untersuchten, wie sie Malariaanfälligkeit und -manifestation in einer Fallkontrollstudie an 909 Malariapatienten und 909 gesunden Kontrollpersonen in Indien beeinflussten. Dabei stellten wir fest, dass das FYB-Allel vor Hospitalisierung bei Falciparum-Malaria schützt, und das DARC 298A-Allel mit einem erhöhten Malariarisiko per se (bereinigte Odds Ratio [aOR], 1,5; 95% Konfidenzintervall [CI], 1,1-2,0) und insbesondere mit einer P. vivax-Infektion (aOR, 1,6; 95% CI, 1,1-2,2) assoziiert ist. Da das P. vivax Duffy-Bindungsprotein (PvDBP) ein wichtiges Impfstoffziel ist, ist die Entschlüsselung der unterschiedlichen Eigenschaften der Duffy-Antigen-Allele in Bezug auf die Malariaimmunität von entscheidender Bedeutung. Wir untersuchten weiterhin, wie sich eine häufige Variante in einem angeborenen Immunregulator, microRNA-146a, auf die Malariaanfälligkeit und -manifestation in zwei verschiedenen Wirtspopulationen auswirkte. Bei 509 schwangeren Frauen in Ghana erhöhte die Homozygotie für die genetische Variante die Wahrscheinlichkeit einer Infektion signifikant (aOR, 2,3; 95% CI, 1,3-4,0), insbesondere bei Primigravidae (aOR, 5,8; 95% CI, 1,6-26,0). Bei 296 entbindenden Primiparae stellten wir einen ähnlichen Effekt fest (aOR, 5,9; 95% CI, 2,1-18,0). In einer gleichartigen Fall-Kontroll-Studie in Indien wurde jedoch kein solcher Effekt festgestellt. Die erste Beobachtung deutet auf eine Rolle von microRNA-146a bei der angeborenen Immunantwort auf Malaria hin, da Primiparae in diesem endemischen Umfeld eine relativ nicht-immune Gruppe darstellen. Unsere etwas widersprüchliche zweite Beobachtung unterstreicht die Komplexität der Malariaimmunität bei unterschiedlichem genetischen Hintergrund, Parasitenart und klinischem Umfeld. Möglicherweise spielt das microRNA-146a-Molekül eine wichtige Rolle bei schwangerschaftsbedingter Malaria und weniger bei unkomplizierter, nicht schwangerschaftsbedingter Malaria. Aufgrund des zunehmenden Interesses am Einsatz von miRNAs als Biomarker oder als therapeutisches Ziel für Krankheiten, einschließlich bei Malaria, ist ein gründliches Verständnis ihrer Rolle bei verschiedenen Malariaarten erforderlich. Wir untersuchten darüber hinaus 288 P. falciparum-Isolate aus Ruanda (2010-2019) auf Marker für Malariaresistenz. Die wichtigsten Ergebnisse waren i) eine Zunahme der Diversität von PfK13 (dem zentralen Gen für Artemisinin-Resistenz) in den letzten zehn Jahren, ii) das Vorhandensein eines validierten Markers für Artemisinin-Resistenz (PfK13 R561H) bei 4,5 % im Jahr 2019, und die In-vitro-Bestätigung von Artemisinin-Resistenz bei ruandischen Patientenisolaten im Jahr 2019. Darüber hinaus beobachteten wir eine Verschiebung im Muster der PfMDR1-Haplotypen (welche die Empfindlichkeit gegenüber verschiedenen Malariamitteln beeinträchtigen), die mit einer erhöhten Artemether-Lumefantrin-Toleranz einhergeht. Diese Daten bestätigen jüngste Erkenntnisse in Bezug auf das Auftreten von Artemisinin-Resistenz in Ostafrika. Wie in Südostasien zu beobachten, erleichtert dies die Entstehung von Resistenzen gegen Artemisinin-Kombinationstherapien, die dort ein alarmierendes Ausmaß erreicht haben. Eine solche Entwicklung hätte katastrophale Folgen für den afrikanischen Kontinent. Die Überwachung von Markern der Artemisinin-Resistenz muss dringend methodisch verbessert und ausgeweitet werden, da dies einen Grundpfeiler zur Verhinderung einer weiteren Verbreitung darstellt.
