To obtain the recombinant circumsporozoite (CS) protein for the diagnosis of patients and seroepidemiology of Plasmodium vivax malaria which have been prevalent in northern part of Kyonggido, the CS protein gene was amplified by the polymerase chain reaction (PCR) from genomic DNA of the Korean vivax malaria patient. The gene consists of 1,123 nucleotides except signal peptide sequences and had an uninterrupted reading frame encoding a protein of 374 amino acids with a central region of 20 tandem repeats of the nonapeptide. The CS protein gene was expressed in Escherichia coli and purified, the molecular weight of recombinant CS protein was about 44 kDa (monomer) under denaturing purification and about 65 kDa (dimer) under native purification by SDS-PAGE. The purified recombinant CS protein which has antigenicity to malaria patients in Western blot analysis and Enzyme-linked immunosorbent assay, reacted only with the serum of P. vivax (PV210) infected malaria patients with no cross reaction to the P. falciparum malaria patient. The recombinant CS protein purified in this study will serve as a useful antigen to support the diagnosis of malaria patients and seroepidemiology.
The relationship between anti-Plasmodium vivax circumsporozoite protein (CSP) antibody levels and the prevalence of malaria in epidemic areas of South Korea was evaluated. Blood samples were collected from inhabitants of Gimpo-si (city), Paju-si, and Yeoncheon-gun (county) in Gyeonggi-do (province), as well as Cheorwon-gun in Gangwon-do from November to December 2004. Microscopic examinations were used to identify malaria parasites. ELISA was used to quantitate anti-circumsporozoite protein (CSP) antibodies against P. vivax. A total of 1,774 blood samples were collected. The overall CSP-ELISA-positive rate was 7.7% (n=139). The annual parasite incidences (APIs) in these areas gradually decreased from 2004 to 2005 (1.09 and 0.80, respectively). The positive rate in Gimpo (10.4%, 44/425) was the highest identified by CSP-ELISA. The highest API was found in Yeoncheon, followed by Cheorwon, Paju, and Gimpo in both years. The positive rates of CSP-ELISA were closely related to the APIs in the study areas. These results suggest that seroepidemiological studies based on CSP may be helpful in estimating the malaria prevalence in certain areas. In addition, this assay can be used to establish and evaluate malaria control and eradication programs in affected areas.
국내에서 유행하는 Plasmodium vivax의 유전자를 조작하여 만든 재조항 Circumsporozrozite(CS) 단백질 (22)을 이용하여 말라리아에 대한 혈청학적 검사의 유용성을 평가하였다. 최초발병일로부터 진단까지 걸린 기간을 기준으로 환자들의 면역반응을 Western blot으로 알아본 결과, 15일 이내에 진단받은 환자들은 43.8%(14/32)가 양성반응을 보였고, 16일 이상 경과한 환자들은 94.4%(17/18)가 양성반응을 보여 전체적으로는 62%(31/50)의 양성률을 보였다. Blood stage 항원에 대한 항체를 갖고 있음에도 불구하고 재조합 CS단백질 항원에 대해 음성인 환자들이 22.6%(7/31)였다. 비유행지 주민(경북 예천군)들은 10.7%(3/28),유행시 주민(인천시 강화군)들은 27.6%(13/47)의 재조합 CS 단백질에 대한 항체 양성을 보였다. 재조합 CS 단백질 항원의 역학조사시 유용성을 알아보기 위하여 말라리아 유행지인 경기도 파주시 조산리, 마정리, 항양리, 뇌조리 거주 주민 422명의 전혈을 채취하여 혈액도말법과 중합효소연쇄 반응법으로 항원검사를 실시하였으며 blood stage 항원을 이용한 간접면역형광법과 재조합 CS 단백질 항원을 이용한 효소면역측정법으로 말라리아 항체보유 여부를 조사하였다. 혈액도말법에서는 422명 모두 음성이었으나, 중합효소연쇄반응법에서는 2명(0.47%)이 양성이었다. 간접면역형광법에서는 42명(9.95%), 재조합 CS 단백질 항원을 이용한 효소변역측정법에서는 71명(16.82%)이 양성으로 나타났다. 두 검사에서 모두 항체 양성을 보인 사람은 8명(11.27%)에 불과하였다.
To evaluate the seroprevalence against circumsporozoite protein (CSP) of Plasmodium vivax in sera of Korean patients, the central repeating domain (CRD) of CSP was cloned and analyzed. From the genomic DNA of patient's blood, 2 kinds of CSPs were identified to belong to a VK210 type, which is the dominant repeating of GDRA(D/A)GQPA, and named as PvCSPA and PvCSPB. Recombinantly expressed his-tagged PvCSPA or PvCSPB in Escherichia coli reacted well against sera of patients in western blot, with the detecting rate of 47.9% (58/121), which included 15 cases positive for PvCSPA, 6 cases positive for PvCSPB, and 37 cases for both. The mixture of PvCSPA and PvCSPB was loaded to a rapid diagnostic test kit (RDT) and applied with the same set of patient sera, which resulted in detection rates of 57.0% (69/121). When the protein sequences of PvCSPA were compared with those of P. vivax in endemic regions of India and Uganda, they were compatibly homologous to PvCSPA with minor mutations. These results suggested that the recombinant PvCSPA and PvCSPB loaded RDT may be a milestone in latent diagnosis which has been a hot issue of domestic malaria and important for radical therapy in overlapped infections with P. falciparum in tropical and subtropical areas. During the biological process of malarial infection, exposure of CSP to antigen-antibody reaction up to 57.0% is the first report in Korea.
The gene encoding Plasmodium vivax circumsporozoite protein (PvCSP) exhibits polymorphism in many geographical isolates. The present study was designed to investigate polymorphism in PvCSP gene of P. vivax isolates in Korea. Thirty isolates, obtained from indigenous cases in Yonchon-gun, Kyonggi-do in 1997, were subjected for sequencing and RFLP analysis of the repeat and post-repeat regions of PvCSP gene and two genotypes (SK-A and SK-B) were identified. The genotype of 19 isolates was SK-A and that of 11 isolates was SK-B. Although the number of 12-base repeats present in SK-A was three while two were found in a Chinese strain CH-5, the repeat sequence of SK-A was identical to that of CH-5 except for one base substitution. Compared with known data there was no identical isolates with SK-B, but the sequence of SK-B was similar to that of a North Korean (NK) isolate. These results indicate that two genotypes of PvCSP coexist in the present epidemic area of Korea and the present parasite may originate from East Asia. RFLP would be useful to classify genotypes of P. vivax population instead of gene sequencing.
The circumsporozoite protein (CSP) of Plasmodium spp. is a diagnostic antigen and useful biomarker for monitoring short-term/seasonal changes to malaria transmission. Using P. vivax CSP antibody ELISA, epidemiological characteristics were analyzed in the residents of Ganghwa, Cheorwon, Paju, and Goseong from 2017 to 2018. In Ganghwa and Cheorwon, 1.6% and 1.2% of residents, respectively, were PvCSP-antibody-positive in 2018, which indicates a decrease of 0.4% in the positive rate compared to 2017. The annual parasite incidence (API) in Ganghwa and Cheorwon was 24.9 and 10.5 in 2017 and 20.3 and 10.7 in 2018, respectively. Although the changes were not significant, the API in Ganghwa decreased slightly by 4.5 in 2018 compared to the previous year. In Paju and Goseong, 3.9% and 2.0% of residents were positive for the PvCSP antibody. The API in Paju was 13.1 in 2017 and 16.0 in 2018, although no malaria patients were reported for the 2 years. Therefore, the results suggest that PvCSP is a useful antigen for confirming initial malaria infection. Additionally, considering that the antibody is relatively transient, it can be employed for sero-epidemiological studies to determine the extent of malaria transmission in the current year.
Kim, Seon-Hee;Bae, Young-An;Seoh, Ju-Young;Yang, Hyun-Jong
Parasites, Hosts and Diseases
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제55권3호
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pp.255-267
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2017
Malaria is an infectious disease affecting humans, which is transmitted by the bite of Anopheles mosquitoes harboring sporozoites of parasitic protozoans belonging to the genus Plasmodium. Despite past achievements to control the protozoan disease, malaria still remains a significant health threat up to now. In this study, we cloned and characterized the full-unit Plasmodium yoelii genes encoding merozoite surface protein 1 (MSP1), circumsporozoite protein (CSP), and Duffy-binding protein (DBP), each of which can be applied for investigations to obtain potent protective vaccines in the rodent malaria model, due to their specific expression patterns during the parasite life cycle. Recombinant fragments corresponding to the middle and C-terminal regions of PyMSP1 and PyCSP, respectively, displayed strong reactivity against P. yoelii-infected mice sera. Specific native antigens invoking strong humoral immune response during the primary and secondary infections of P. yoelii were also abundantly detected in experimental ICR mice. The low or negligible parasitemia observed in the secondary infected mice was likely to result from the neutralizing action of the protective antibodies. Identification of these antigenic proteins might provide the necessary information and means to characterize additional vaccine candidate antigens, selected solely on their ability to produce the protective antibodies.
Western blot analysis was performed to diagnose vivax malaria using stage-specific recombinant antigens. Genomic DNA from the whole blood of a malaria patient was used as templates to amplify the coding regions for the antigenic domains of circumsporozoite protein (CSP-1), meroxoite surface protein (MSP-1), apical merozoite antigen (AMA- 1), serine repeat antigen (SERA), and exported antigen (EXP- 1) of Plasmodium vivax. Each amplified DNA fragment was inserted into a pGEX-4T plasmid to induce the expression of GST fusion protein in Escherichia coli by IPTG. The bacterial cell extracts were separated on 10% SDS-PAGE followed by western blot analysis with patient sera which was confirmed by blood smear examination. When applied with patient sera, 147 (91.9%) out of 160 vivax malaria, 12 (92.3%) out of 13 falciparum malaria, and all 9 vivax/falciparum mixed malaria reacted with at least one antigen, while no reactions occurred with 20 normal uninfected sera. In the case of vivax malaria, CSP-1 reacted with 128 (80.0%) sera, MSP-1 with 102 (63.8%), AMA-1 with 128 (80.0%), SERA with 115 (71.9%), and EXP-1 with 89 (55.6%), respectively. We obtained higher detection rates when using S antigens (91.9%) rather than using each antigen solely (55.6 - 80%), a combination of 2 (76.3 - 87.5%), 3 (85.6 - 90.6%), or 4 antigens (89.4 - 91.3%). This method can be applied to serological diagnosis, mass screening in endemic regions, or safety test in transfusion of prevalent vivax malaria.
An ELISA was developed for the diagnosis of vivax malaria using multiple stage-specific recombinant antigens of Plasmodium vivax. The DNA from the whole blood of a malaria patient was used as template to amplify the coding regions for the antigenic domains of circumsporozoite protein (CSP-1), merozoite surface protein (MSP-1), apical merozoite antigen (AMA-1), serine repeat antigen (SERA), and exported antigen (EXP-1). Each amplified DNA fragment was inserted into pQE30 plasmid to induce the expression of His-tagged protein in Escherichia coli (M15 strain) by IPTG. His-tagged proteins were purified by Ni-NTA metal-affinity chromatography and used as antigens for ELISA with patient sera that were confirmed previously by blood smear examinations. When applied to patient sera, 122 (80.3%) out of 152 vivax malaria cases reacted to at least one antigen, while no reactions were observed with 128 uninfected serum samples. We applied this ELISA to the screening of 3,262 civilian residents in endemic regions near the DMZ, which resulted in 236 positively detected (7.2%) cases. This method can be applied to serological diagnosis and mass screening in endemic regions, or can be used as a safety test for transfusion blood in endemic areas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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