Molecular typing of Mycobacterium tuberculosis complex isolated from pulmonary tuberculosis patients in central Ethiopia

• DOI: 10.1186/s12879-017-2267-2
• Publication Date: 2017-03-01T15:37:51Z
• Authors: Zufan Bedewi; Adane Worku; Yalemtsehay Mekonnen; Getnet Yimer; Girmay Medhin; Gezahegne Mamo; Rembert Pieper; Gobena Ameni
• Keywords: Adult; Male; Databases, Factual; Genotype; Epidemiology; FOS: Health sciences; Polymerase Chain Reaction; Microbiology; Gene; Diagnosis, Treatment, and Epidemiology of Nontuberculous Mycobacterial Diseases; 03 medical and health sciences; Virology; Health Sciences; Pathology; Genetics; Humans; Tuberculosis; Tuberculosis, Pulmonary; Diagnosis and Treatment of Spinal Infections; Biology; 0303 health sciences; Sputum; Mycobacterium tuberculosis; Middle Aged; Medical microbiology; Typing; Polymerase chain reaction; 3. Good health; Molecular Typing; Cross-Sectional Studies; Infectious Diseases; FOS: Biological sciences; Mycobacterium tuberculosis complex; Medicine; Female; Surgery; Ethiopia; Research Article

L'identification des types de souches du complexe Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis) causant la tuberculose (TB) pourrait contribuer au programme de lutte antituberculeuse d'une région géographique spécifique ainsi qu'ajouter des connaissances à la littérature existante sur la tuberculose dans le monde. L'objectif de la présente étude était d'identifier les espèces et les souches du complexe M. tuberculosis à l'origine de la tuberculose pulmonaire dans le centre de l'Éthiopie. Une étude transversale basée sur les établissements de santé a été menée sur 338 cas de tuberculose à frottis positif dans trois hôpitaux entre octobre 2012 et septembre 2013. Des échantillons d'expectorations matinales et ponctuelles ont été prélevés avant le début des schémas thérapeutiques. Ainsi, un total de 338 échantillons d'expectorations regroupés ont été collectés dans ces cas. Des échantillons ont été cultivés sur des milieux Löwenstein Jensen et les isolats ont été identifiés par réaction en chaîne par polymérase (PCR) basée sur la région de différence (RD) 9 et par spoligotypage. Sur le total des isolats, 98,6 % des isolats ont été identifiés comme étant M. tuberculosis tandis que les 1,4 % restants ont été identifiés comme étant M. africanum. De plus, le typage de M. tuberculosis par spoligotypage conduit à l'identification de 90 souches différentes de M. tuberculosis. Parmi ces souches, 32 étaient regroupées et composées de plus d'un isolat tandis que les 58 souches restantes étaient uniques et composées d'un seul isolat. Ainsi, 79,3% (223/281) des isolats ont été retrouvés dans le cluster alors que seulement 20,6% (58/281) des souches étaient uniques. Quarante-cinq des modèles de spolgotypage ont été enregistrés dans la base de données SITVIT2 ou SpolDB4, tandis que les 45 restants n'ont pas été trouvés dans la base de données et étaient donc des souches orphelines. Les souches dominantes étaient SIT53, SIT149 et SIT54, composées de 43, 37 et 34 isolats, respectivement. La classification des patrons de spoligotypes à l'aide de la lignée TB RUN TB-Lineage a montré que 86,8, 6,4, 5, 1,4% des isolats appartenaient à la lignée euro-américaine, est-africaine-indienne, indo-océanique et M. africanum, respectivement. L'identification de souches groupées et nouvelles à l'aide du spolygotypage dans la présente étude ne donne pas de conclusion concluante car le spoligotypage a un faible pouvoir discriminatoire. Ainsi, une identification plus poussée de ces isolats à l'aide d'une répétition en tandem à nombre unitaire variable répétitive entrecoupée de mycobactéries (MIRU-VENTR) et/ou d'un séquençage du génome entier (WGS) est recommandée.<br/>يمكن أن يساهم تحديد أنواع سلالات مركب المتفطرة السلية المسببة للسل في برنامج مكافحة السل في منطقة جغرافية محددة بالإضافة إلى أنه يمكن أن يضيف المعرفة إلى الأدبيات الحالية حول السل في جميع أنحاء العالم. كان الهدف من هذه الدراسة هو تحديد أنواع وسلالات مركب السل الذي يسبب السل الرئوي في وسط إثيوبيا. تم إجراء دراسة مستعرضة قائمة على المؤسسات الصحية على 338 حالة من حالات السل إيجابية اللطاخة التي زارت ثلاثة مستشفيات بين أكتوبر 2012 وسبتمبر 2013. تم جمع عينات البلغم الصباحي والبقعي قبل بدء أنظمة العلاج. وهكذا، تم جمع ما مجموعه 338 عينة من البلغم المجمعة من هذه الحالات. تم استزراع العينات على وسائط Löwenstein Jensen وتم تحديد العزلات من خلال منطقة الاختلاف (RD) 9 القائمة على تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) و spoligotyping. من إجمالي العزلات، تم تحديد 98.6 ٪ من العزلات على أنها إم. سل بينما تم تحديد 1.4 ٪ المتبقية على أنها إم. أفريكانوم. علاوة على ذلك، فإن كتابة مرض السل باستخدام التنميط البرمجي يؤدي إلى تحديد 90 سلالة مختلفة من مرض السل. من بين هذه السلالات، تم تجميع 32 سلالة تتكون من أكثر من عزل واحد بينما كانت السلالات الـ 58 المتبقية فريدة تتكون من عزل واحد. وهكذا، تم العثور على 79.3 ٪ (223/281) من العزلات في العنقود بينما كانت 20.6 ٪ فقط (58/281) من السلالات فريدة من نوعها. تم تسجيل خمسة وأربعين من أنماط التنميط في قاعدة بيانات SITVIT2 أو SpolDB4 في حين لم يتم العثور على 45 منها في قاعدة البيانات، وبالتالي كانت سلالات يتيمة. كانت السلالات السائدة هي SIT53 و SIT149 و SIT54، وتتكون من 43 و 37 و 34 عزلًا، على التوالي. أظهر تصنيف أنماط النمط السنجابي باستخدام السل البصري TB - Lineage أن 86.8 و 6.4 و 5 و 1.4 ٪ من المعزولات تنتمي إلى النسب الأوروبي الأمريكي وشرق إفريقيا والهندي والهندي المحيطي و M. africanum، على التوالي. إن تحديد السلالات العنقودية والجديدة باستخدام التنميط المستعصي في هذه الدراسة لا يعطي نتيجة قاطعة لأن التنميط المستعصي له قوة تمييزية منخفضة. وبالتالي، يوصى بمزيد من التحديد لهذه العزلات باستخدام التكرار الترادفي لوحدة متغيرة متداخلة (MIRU - VENTR) و/أو تسلسل الجينوم الكامل (WGS).<br/>La identificación de los tipos de cepas del complejo Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis) que causan tuberculosis (TB) podría contribuir al programa de control de la TB de una región geográfica específica, así como añadir conocimientos a la literatura existente sobre la TB en todo el mundo. El objetivo del presente estudio fue identificar las especies y cepas del complejo de M. tuberculosis que causan tuberculosis pulmonar en el centro de Etiopía. Se realizó un estudio transversal basado en instituciones de salud en 338 casos de tuberculosis con frotis positivo que visitaron tres hospitales entre octubre de 2012 y septiembre de 2013. Se recolectaron muestras de esputo matutino y puntual antes del inicio de los regímenes de tratamiento. Por lo tanto, se recogieron un total de 338 muestras de esputo agrupadas de estos casos. Las muestras se cultivaron en medio Löwenstein Jensen y los aislados se identificaron por la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) basada en la región de diferencia (RD) 9 y el espoligotipado. Del total de aislados, el 98,6% de los aislados se identificaron como M. tuberculosis, mientras que el 1,4% restante se identificó como M. africanum. Además, la tipificación de M. tuberculosis mediante espoligotipado condujo a la identificación de 90 cepas diferentes de M. tuberculosis. De estas cepas, 32 estaban agrupadas y consistían en más de un aislado, mientras que las 58 cepas restantes eran únicas y consistían en un solo aislado. Por lo tanto, el 79.3% (223/281) de los aislados se encontraron en el grupo, mientras que solo el 20.6% (58/281) de las cepas fueron únicas. Cuarenta y cinco de los patrones de spolgotyping se registraron en la base de datos SITVIT2 o SpolDB4 en 2003, mientras que los 45 restantes no se encontraron en la base de datos y, por lo tanto, eran cepas huérfanas. Las cepas dominantes fueron SIT53, SIT149 y SIT54, que consisten en 43, 37 y 34 aislados, respectivamente. La clasificación de los patrones de espoligotipo utilizando TB-INSIGHT RUN TB-Lineage mostró que 86.8, 6.4, 5, 1.4% de los aislados pertenecían al linaje euroamericano, este-africano-indio, indo-oceánico y M. africanum, respectivamente. La identificación de cepas agrupadas y nuevas utilizando el espoligotipado en el presente estudio no proporciona un hallazgo concluyente, ya que el espoligotipado tiene un bajo poder discriminatorio. Por lo tanto, se recomienda una mayor identificación de estos aislados utilizando la repetición en tándem de número de variables unitarias repetitivas intercaladas micobacterianas (MIRU-VENTR) y/o la secuenciación del genoma completo (WGS).<br/>Identification of the types of strains of Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis) complex causing tuberculosis (TB) could contribute to TB control program of specific geographic region as well as it could add knowledge onto the existing literature on TB worldwide. The objective of the present study was to identify the species and strains of M. tuberculosis complex causing pulmonary tuberculosis in central Ethiopia. A health institution- based cross-sectional study was conducted on 338 smear positive TB cases visiting three hospitals between October 2012 and September 2013. Morning and spot sputum samples were collected before the starting of treatment regimens. Thus, a total of 338 pooled sputum samples collected from these cases. Samples were cultured on Löwenstein Jensen media and the isolates were identified by the region of difference (RD) 9 based polymerase chain reaction (PCR) and spoligotyping. Of the total isolates 98.6% of the isolates were identified to be M. tuberculosis while the remaining 1.4% were identified as M. africanum. Further, typing of M. tuberculosis using spoligotyping lead to the identification of 90 different strains of M. tuberculosis. Of these strains, 32 were clustered consisting of more than one isolate while the remaining 58 strains were unique consisting of single isolate. Thus, 79.3% (223/281) of the isolates were found in the clustered while only 20.6% (58/281) of the strains were unique. Forty-five of the spolgotyping patterns were registeredin the SITVIT2 or SpolDB4 database in while the remaining 45 were notfound in the database and hence were orphan strains. The dominant strains were SIT53, SIT149, and SIT54, consisting of 43, 37 and 34 isolates, respectively. Classification of the spoligotype patterns using TB-insight RUN TB-Lineage showed that 86.8, 6.4, 5, 1.4% ofthe isolatesbelonged to the Euro-American lineage, East-African-Indian, Indo-oceanic and M. africanum, respectively. The identification of clustered and new strains using spolygotyping in present study does not give conclusive finding as spoligotyping has low discriminatory power. Thus, further identification of these isolates using mycobacterial interspersed repetitive unit-variable number tandem repeat (MIRU-VENTR) and or whole genome sequencing (WGS) recommended.<br/>