Carlos Justiniano Ribeiro Chagas nació el 9 de julio de 1879 en Oliveira (Minas Gerais, Brasil). Era hijo de José Justiniano Chagas y Mariana Cándida Chagas, dueños de una plantación de café. A la edad de 4 años su padre falleció, por lo cual su madre, con 24 años, asumió la responsabilidad de criarlo junto a sus tres hermanos... 

A los 7 años ingresó al Colegio Jesuita de Itú y luego al São João del Rei, donde terminó sus estudios secundarios. Luego se incorporó en la Escuela de Ingeniería Minera de Ouro Preto. Sin embargo, después de sobrevivir a un ataque de beriberi y, con la ayuda e influjo de un tío médico —quien le dio a conocer las problemáticas que generan las enfermedades endémicas en el desarrollo de Brasil—, se decidió por la Escuela de Medicina de Río de Janeiro en 1897. Se graduó en 1902, y, en 1903, obtuvo su doctorado enfocado en los aspectos hematológicos de la malaria con una tesis titulada Estudios hematológicos en el paludismo. Fue asesorado por uno de los pioneros en los estudios de las enfermedades tropicales y la medicina experimental en Brasil, Oswaldo Gonçalves Cruz, quien para entonces trabajaba en Manguinhos, un centro de producción de sueros y vacunas (en la actualidad el Instituto Oswaldo Cruz).

Trabajó en el hospital de Jurujuba y en un consultorio privado. En 1905 tomó la oferta de Oswaldo Cruz y se comprometió con los proyectos de lucha y prevención contra la malaria en Itatinga (São Paulo); en esta ciudad, muchos de los trabajadores de la compañía Docas de Santos que estaban cimentando una central hidroeléctrica contrajeron la enfermedad.

En 1907, en medio de una campaña profiláctica contra la malaria, ubicó su laboratorio en un vagón de ferrocarril en Minas Gerais. Allí describió a un insecto succionador de sangre llamado barbeiro, distinguido en la región porque picaba a las personas en la cara. Luego de investigaciones con la ayuda de Cruz y del médico Belisário Penna (que trabajaba en la campaña contra la malaria), descubrió un nuevo Trypanosoma que no era el Trypanosoma minasense, un parásito no patógeno. Identificó que la tripanosomiasis era producida por una nueva especie y la llamó Trypanosoma cruzi en honor a su maestro.

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