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Nov 10, 2023

Un codice a barre molecolare e un web

Communications Biology volume

Biologia delle comunicazioni volume 5, numero articolo: 1411 (2022) Citare questo articolo

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Tradizionalmente, l'anamnesi di viaggio dei pazienti è stata utilizzata per distinguere i casi di malaria importata da quelli autoctoni, ma gli stadi epatici dormienti del Plasmodium vivax confondono questo approccio. Gli strumenti molecolari offrono un metodo alternativo per identificare e mappare i casi importati. Utilizzando approcci di apprendimento automatico che incorporano l'indice di fissazione gerarchico e l'analisi dell'albero decisionale applicati a 799 genomi di P. vivax provenienti da 21 paesi, abbiamo identificato i codici a barre 33-SNP, 50-SNP e 55-SNP (GEO33, GEO50 e GEO55), con elevata capacità di previsione il paese d'origine dell'infezione. Il coefficiente di correlazione Matthews (MCC) per un codice a barre 38-SNP esistente e comunemente applicato (BR38) ha superato 0,80 nel 62% dei paesi. I panel GEO hanno sovraperformato il BR38, con MCC mediani > 0,80 nel 90% dei paesi al GEO33 e nel 95% al ​​GEO50 e GEO55. È stato creato un quadro di classificazione online, ad accesso aperto e basato sulla verosimiglianza per supportare l'analisi dei dati (vivaxGEN-geo). I metodi di selezione e classificazione degli SNP possono essere facilmente modificati per altri casi d'uso per supportare i programmi di controllo della malaria.

Gli ultimi tre rapporti mondiali sulla malaria hanno rivelato un allarmante aumento dei casi di malaria e, al di fuori dell’Africa sub-sahariana, una percentuale crescente di malaria dovuta al Plasmodium vivax, minando gli sforzi concertati per ridurre la trasmissione negli ultimi dieci anni1. Queste tendenze evidenziano l’urgente necessità di nuovi strumenti di sorveglianza e la necessità di una maggiore attenzione alle specie Plasmodium non falciparum. Una sfida particolare per il controllo della malaria è rappresentata dall’elevata mobilità delle popolazioni umane, che portano all’importazione di isolati di Plasmodium da un paese all’altro (casi importati) che possono ostacolare gli sforzi di controllo locale e aumentare i rischi di epidemie e la diffusione della resistenza ai farmaci antimalarici. Per contrastare questa sfida è fondamentale sviluppare strumenti che possano aiutare a determinare dove i pazienti hanno contratto l’infezione.

Distinguere tra infezione locale e importata è particolarmente difficile per P. vivax, data la capacità del parassita di formare stadi epatici dormienti (ipnozoiti) che possono riattivarsi settimane o mesi dopo l'infezione iniziale, nonché la sua capacità di causare malattie spleniche altamente persistenti. e infezioni circolanti allo stadio sanguigno a bassa densità che possono eludere la diagnosi di routine2,3,4. La ricomparsa di P. vivax in numerose regioni dove un tempo era quasi eliminato evidenzia l’importanza di una sorveglianza diligente5,6. In contesti a bassa endemicità, la proporzione relativa di casi importati generalmente aumenta al diminuire dell’incidenza, sottolineando l’importanza di strumenti di sorveglianza in grado di identificare casi di P. vivax importati in queste regioni in particolare5. Tradizionalmente, i casi importati venivano identificati e mappati utilizzando le informazioni sulla storia dei viaggi dei pazienti, ma le infezioni persistenti della milza e dello stadio ematico e le ricadute tardive limitano l'accuratezza di questo approccio per P. vivax. Gli strumenti molecolari per identificare e mappare i casi importati di P. vivax offrono un interessante complemento agli strumenti epidemiologici tradizionali.

Il sequenziamento basato sugli ampliconi è diventato l'approccio preferito per la genotipizzazione mirata dei parassiti della malaria7,8. Utilizzando piattaforme di sequenziamento altamente parallele, come l'ultima generazione di sequenziatori Illumina, il sequenziamento basato su ampliconi può essere applicato con una produttività da moderata ad elevata, con elevata precisione e sensibilità. Queste piattaforme sono flessibili e consentono il miglioramento iterativo dei codici a barre del polimorfismo a singolo nucleotide (SNP), che possono fornire un approccio di genotipizzazione conveniente, suscettibile di sorveglianza molecolare basata sulla popolazione.

Studi precedenti hanno utilizzato marcatori mitocondriali e apicoplastici per distinguere gli isolati importati da quelli locali di P. vivax, ma la risoluzione di questi genomi organellari è limitata9,10,11. Nel 2015 è stato identificato un gruppo di 42 SNP, comunemente denominato codice a barre ampio, per facilitare l'impronta digitale dei parassiti e l'assegnazione geografica12. Il codice a barre ampio 42-SNP è stato derivato dai dati genomici disponibili di 13 isolati provenienti da 7 paesi ed è stato applicato a diversi studi utilizzando test di genotipizzazione mirati12,13,14. Uno studio più recente ha identificato un altro codice a barre SNP di P. vivax utilizzando i dati di 433 isolati provenienti da 17 paesi15. Questo codice a barre mirava anche a facilitare sia l'impronta digitale che l'assegnazione geografica, ma non sono disponibili test sperimentali per questo codice a barre e rimane solo uno strumento in silico15. Inoltre, tutti gli studi sui codici a barre geografici sulla malaria fino ad oggi si sono basati su metodi visivi come l'analisi delle componenti principali per valutare il paese di origine. Sebbene questo approccio abbia una certa utilità, è moderatamente soggettivo e non soddisfa le esigenze degli utenti finali traslazionali come i programmi nazionali di controllo della malaria (NMCP), che potrebbero non avere l’epidemiologia genetica o le competenze bioinformatiche necessarie per generare e interpretare questi grafici.