Oxygen- and time-dependent effects of antibiotics and selected mitochondrial inhibitors on Plasmodium falciparum in culture

Abstract

Several antibiotics which inhibit protein synthesis on 70S ribosomes, including clindamycin, pirlimycin, 4'-pentyl-N-demethyl clindamycin, four tetracyclines, chloramphenicol, thiamphenicol, and erythromycin, had antimalarial effects against Plasmodium falciparum in culture which were greatly influenced by the duration of drug exposure and by oxygen tension. In 96-h incubations, potency was increased by a factor of up to 106 over the first 48-h period and by a factor of up to 104 in 15% 02 versus 1% 02. Two aminoglycosides, kanamycin and tobramycin, had no antimalarial activity. Rifampin and nalidixic acid, which inhibit nucleic acid synthesis, were not similar to the 70S inhibitors. The mitochondrial inhibitors Janus Green, rhodamine 123, antimycin Al, and 8-methylamino-8-desmethyl riboflavin had activities which were influenced by the duration of exposure and oxygen tension. Quinoline-containing antimalarial agents, ionophores, and other antimalarial drugs were influenced to a minor extent by the duration of exposure but were not affected by oxygen tension. These data can best be explained by the hypothesis that antimalarial 70S ribosome-specific protein synthesis inhibitors are toxic to the parasites by acting on the mitochondrion.

La mitocondria en el género Plasmodium.

“…Las evidencias microscópicas indican que en las especies aviares ésta es crestada, mientras que en las especies de mamíferos puede ser tanto crestada como acrestada o, incluso, ausente (11,12). La forma intraeritrocítica de P. falciparum tiene una sola mitocondria, su morfología varía de acuerdo con la edad del trofozoíto y se desarrolla desde una fina forma filamentosa hasta una más larga y lobular (11,(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19). Durante el ciclo de vida del parásito, los cambios funcionales de la mitocondria se han podido seguir mediante el método de fluorescencia con rodamina 123 y 3,3´-dihexiloxacarbocianida [DIOC 6 (3)].…”

“…Durante el ciclo de vida del parásito, los cambios funcionales de la mitocondria se han podido seguir mediante el método de fluorescencia con rodamina 123 y 3,3´-dihexiloxacarbocianida [DIOC 6 (3)]. Tales métodos han permitido estudiar las diferencias en el potencial de membrana mitocondrial y la sensibilidad a los inhibidores mitocondriales (18,20). Estos métodos se han aplicado exitosamente en el estudio de la mitocondria de Toxoplasma gondii, en la que se encontró que la forma infecciosa, el taquizoíto, pero no la forma intravacuolar, tiene una mitocondria activa (21).…”

“…Es bien conocido que la principal fuente de ATP de los plasmodios es la fosforilación del sustrato; por otro lado, se ha propuesto que el ciclo del ácido tricarboxílico se ramifica a nivel del oxaloacetato (18), lo que sugiere que el ciclo de Krebs en el parásito es abierto e indica la generación de un potencial de membrana reducido. Se ha sugerido que este potencial en la membrana interna de la mitocondria podría ser funcional en el transporte de proteínas desde el citoplasma hacia la matriz mitocondrial (18,26). Las evidencias que indiquen que la cadena trasportadora de electrones está acoplada a la síntesis de ATP vía ATPasa mitocondrial aún no han sido informadas en las formas eritrocíticas de Plasmodium (27).…”

“…En Plasmodium, el complejo IV es insensible a cianuro, actividad que es similar en su contraparte en plantas y hongos, en la cual los electrones se transfieren directamente desde la ubiquinona al oxígeno, en un sistema conocido como oxidasa alternativa (54). La actividad del complejo IV sensible a cianuro se determinó indirectamente ensayando la sensibilidad del potencial de membrana mitocondrial a inhibidores específicos del complejo con el uso de sondas fluorescentes (18). Otra evidencia de la existencia en Plasmodium del complejo IV proviene de los estudios con inhibidores de la síntesis de la subunidad 70S del ribosoma, los cuales tienen un efecto antimalárico contra P. falciparum y su actividad está influenciada por la tensión de oxígeno (18).…”

“…La actividad del complejo IV sensible a cianuro se determinó indirectamente ensayando la sensibilidad del potencial de membrana mitocondrial a inhibidores específicos del complejo con el uso de sondas fluorescentes (18). Otra evidencia de la existencia en Plasmodium del complejo IV proviene de los estudios con inhibidores de la síntesis de la subunidad 70S del ribosoma, los cuales tienen un efecto antimalárico contra P. falciparum y su actividad está influenciada por la tensión de oxígeno (18). A pesar de la sensibilidad de la citocromo oxidasa de P. berghei al cianuro (25 mM) (55), en los trofozoítos de P. falciparum se observó que la inhibición es sólo un cuarto de la informada para P. berghei a la concentración de 2 mM (56).…”