Épidémiologie moléculaire de Francisella tularensis aux Etats-Unis

Contexte Aux États-Unis, la tularémie est causée par Francisella tularensis sous-type tularensis A et holarctique type B Le sous-typage moléculaire a encore divisé le type A en sous-populations, A et A Des différences significatives de mortalité ont été identifiées entre A%, A% et Pour vérifier ces résultats et définir les différences entre les génotypes, nous avons réalisé une analyse épidémiologique moléculaire à grande échelle des isolats de F tularensis chez l’homme et chez l’animal. Méthodologie L’électrophorèse en champ pulsé avec PmeI a été réalisée sur des isolats de type A et B Le modèle d’électrophorèse sur gel de champ et les analyses épidémiologiques ont été utilisés. La régression logistique a été utilisée pour évaluer les facteurs associés à la mortalité humaine. Résultats Génotypage par électrophorèse en champ pulsé: génotypes Aa, Ab, Aa et Ab distincts, type B observés parmi les isolats d’humains ont été reflétés parmi les isolats d’animaux , spécifiquement parmi les espèces animales liées à l’infection humaine et à la maintenance enzootique de la tularémie Des différences significatives entre les infections humaines causées par différents génotypes ont été identifiées en fonction de l’âge du patient, du site de récupération et de la mortalité. Conclusions: Trois génotypes de type A, Aa, Ab et A, ont été identifiés comme étant épidémiologiquement importants. Notre analyse suggère que les souches Ab pourraient être significativement plus virulentes chez l’homme que chez Aa. , A, ou les souches de type B Ces résultats ont des implications importantes pour la progression de la maladie, la prévention des maladies, et les programmes de recherche fondamentale

La tularémie est une maladie zoonotique de l’hémisphère nord L’agent étiologique Francisella tularensis a été retrouvé chez de nombreuses espèces animales et peut être transmis aux humains par piqûre d’arthropode, inhalation ou ingestion de l’organisme et contact cutané direct avec les tissus infectés [, La sévérité des maladies varie selon la voie d’infection, la dose et la sous-espèce infectante. Aux États-Unis, la tularémie est causée par F tularensis subsps tularensis type A et les souches holarctica type B type A ont été divisées en souspopulations distinctes, A et A AI ou A-east et AII ou A-west, respectivement Cette division a été démontrée en utilisant plusieurs méthodes de typage, y compris l’analyse par répétition en tandem à nombre variable multilocus, PFGE, et l’analyse des polymorphismes mononucléotidiques , qui confirme entre les sous-populations A et A n’est pas un artefact d’une méthode de typage spécifiqueType A les souches ont historiquement été considérées comme plus pat souches hogènes que les souches de type B [,, -]; cependant, une analyse préliminaire de la tularémie humaine aux États-Unis a révélé des différences de mortalité associées aux infections causées par les souches A%, A% et B% . Cette différence de mortalité parmi les infections dues à F tularensis type A était inattendue. de ces résultats était limité, car seuls les isolats de type A de cette étude étaient génotypés, tandis que les% restants étaient classés A ou A uniquement sur la base de l’origine géographique Nous avons utilisé le PFGE pour génotyper tous les types A et d’isolats de type B provenant d’humains et d’animaux soumis au Centre de Contrôle et de Prévention des Maladies (CDC) pendant une période de 10 ans Notre objectif était de déterminer si des différences géographiques et cliniques identifiées parmi les infections dues à F tularensis A, A et B lorsque tous les isolats de type A de l’ensemble de données ont été génotypés. En outre, nous avons souhaité définir plus précisément les différences génotypiques et épidémiologiques entre les isolats de type A et déterminer si les divisions observées parmi les isolats d’humains ont été reflétées parmi les isolats d’animaux, spécifiquement les espèces animales qui sont liées à l’infection humaine et au maintien enzootique de la tularémie [, -]

Méthodes

Les isolats d’isolats F tularensis soumis ou récupérés au CDC chez des humains et chez des animaux ont été analysés. Les isolats ont été confirmés comme F tularensis et identifiés comme étant de type A ou de type B comme décrit ailleurs Les informations cliniques ont été extraites formes et inclus âge, sexe, date de début, site de rétablissement de l’isolat, maladie sous-jacente, résultat, état et comté de résidence, état et comté d’exposition si différent du lieu de résidence et mode de transmission Espèces et comté d’infection Les cellules de tularensis ont été incluses dans des bouchons d’agarose et lysées L’ADN génomique a été restreint avec PmeI, et une électrophorèse a été réalisée Salmonella enterica sérotype Braenderup souche H restreinte avec XbaI a été utilisée pour la normalisation du gel Les profils PFGE ont été analysés en utilisant BioNumerics, version Dendrogrammes Mathématiques Appliquées ont été construits en utilisant des coefficients de similarité de Dice et unwe Méthode des groupes de paires de leucocytes avec moyennes Méthodes et cartes statistiques Des analyses épidémiologiques ont été effectuées avec SAS, version SAS Institute χ & gt; des tests ont été utilisés pour les données catégoriques et des tests de la somme des rangs de Wilcoxon ont été utilisés pour les comparaisons de distribution d’âge P & lt; L’âge, le sexe, le statut immunitaire et le génotype infectant ont été évalués pour déterminer leurs relations avec la mortalité. L’âge a été converti en une variable catégorielle. Parce que l’isolement d’un organisme à partir d’un site invasif est révélateur d’une infection disséminée et pourrait donc faire partie de la voie biologique menant à la mort, il a été exclu de l’analyse multivariée. analyse multivariable Le modèle multivariable incluait des variables avec P & lt; dans l’analyse brute des cartes ont été générées en traçant des isolats au hasard dans le comté d’exposition avec l’utilisation d’ArcGIS, version ESRI

Résultats

Génotypage PFGE Un total d’isolats de F tularensis a été identifié pour l’analyse: isolats des humains de type A et B des États américains et isolats des animaux de type A et de type B des États-Unis. les isolats de type A restants n =; de l’homme et des animaux ont été génotypés en utilisant PFGE Seulement une partie des isolats de type B n =; de l’homme et des animaux ont été génotypés en utilisant le PFGE, car le typage par PFGE avait précédemment indiqué peu ou pas de diversité parmi les isolats de type B

Tableau View largeDownloadNombre d’isolats de Francisella tularensis provenant de patients et d’animaux source, par état et génotypeTable View largeDownload slideNombre d’isolats de Francisella tularensis provenant de patients et d’animaux source, par état et génotypePFGE groupés en grappes primaires correspondant à type A et type B isolats de type A, motifs divisés en génotypes A et A, avec isolats% classés comme A provenant des humains et des animaux et isolats% classés comme A provenant des humains et des animaux Figure Parmi les isolats A, des groupes distincts étaient évidents et ont été désignés Aa et Ab Le génotype Aa était constitué d’isolats d’humains et d’animaux, et le génotype Ab consistait en isolats d’humains et d’animaux. On a observé une diversité limitée de motifs parmi les groupes Aa et Ab, avec des modèles comprenant chaque génotype. un animal ne se regroupait pas avec les génotypes Aa ou Ab ou avec ea ch et autres ont été désignés non-Aa et non-Ab figure PFGE modèles pour A isolats également divisés en clusters, qui ont été désignés Aa et Ab figure Le génotype Aa consistait en isolats humains, animaux, et le génotype Ab constituait des isolats humains, animaux La diversité des motifs a été observée dans les groupes Aa et Ab, avec et les modèles comprenant ces génotypes, respectivement

Figure Vue largeTélécharger Diagramme représentant des isolats de Francisella tularensis d’humains et d’animaux Isolats de type A et B génotypés par PFGE Un paramètre d’optimisation et de tolérance de position a été utilisé pour calculer les coefficients de similarité des dés. Clusters correspondant au type A, type B et A, A, Les génotypes Aa, Ab, Aa et Ab sont représentés.FigureAffichez grandDownload slideDendrogramme représentant des isolats de Francisella tularensis provenant d’humains et d’animaux Isolats de type A et de type B génotypés par PFGE Un paramètre d’optimisation et de tolérance de position a été utilisé pour calculer les coefficients de similarité des dés. Les génotypes A, A, Aa, Ab, Aa et Ab sont indiqués. Infections humaines Des analyses épidémiologiques ont été effectuées pour tous les clusters de type A identifiés par génotypage PFGE A et A, Aa et Ab, Aa et Ab Caractéristiques du type B les infections ont été décrites ailleurs Infections humaines dues à A ou A généralement ségrégées à l’est ou à l’ouest, respectivement, de la figure méridienne, en haut, tableau Cependant, un petit nombre n =; % des infections dues à A ont été identifiées à l’ouest du méridien, le long des côtes de Californie et d’Oregon et dans les régions de l’Idaho, de l’Utah et du Colorado. Une seule infection due à A a été identifiée à l’est du méridien Aa et Ab souches figure, haut et pour les infections dues à Aa et Ab souches données non montrées

Figure Vue largeTélécharger la distribution géographique des isolats des cercles humains et des carrés animaux, par génotype Les isolats sont placés aléatoirement dans le comté d’exposition. Pour les isolats humains, le comté de résidence a été utilisé comme comté d’exposition si aucun historique de voyage n’a été enregistré. le comté de « résidence » ou « collection » a été utilisé pour le comté d’exposition Top, distribution de Aa n =; vert clair, Ab n =; vert foncé et A n =; isolats bleu foncé Les informations au niveau du comté étaient disponibles pour%,% et% d’isolats Aa, Ab et A, respectivement. L’emplacement du méridien est approximé par une ligne en pointillé. Bas, distribution de type A n =; jaune et type B n =; isolats bleu clair Les informations au niveau des comtés étaient disponibles pour% et% des isolats de type A et de type B, respectivement.Figure View largeTélécharger la distribution géographique des isolats des cercles humains et des carrés animaux, par génotype Les isolats sont placés aléatoirement dans le comté d’exposition. , le comté de résidence a été utilisé comme comté d’exposition si aucun historique de voyage n’a été enregistré Pour les animaux, le comté de « résidence » ou « collection » a été utilisé pour le comté d’exposition Top, distribution de Aa n =; vert clair, Ab n =; vert foncé et A n =; isolats bleu foncé Les informations au niveau du comté étaient disponibles pour%,% et% d’isolats Aa, Ab et A, respectivement. L’emplacement du méridien est approximé par une ligne en pointillé. Bas, distribution de type A n =; jaune et type B n =; isolats bleu clair Les informations au niveau du comté étaient disponibles pour% et% des isolats de type A et de type B respectivement. L’âge et le sexe étaient connus pour% et% de patients, respectivement Les distributions d’âge différaient parmi les patients infectés par des souches de type A; les patients avec l’infection à cause des souches A signifient l’âge, les années; l’âge médian, les années étaient plus jeunes que les patients avec l’infection à cause de l’âge moyen, les années; âge médian, années P & lt; Les patients présentant une infection due à des souches Aa signifient l’âge, les années; l’âge médian, les années étaient plus jeunes que les patients avec l’infection due aux souches d’Ab âge moyen, années; âge médian, années P & lt; Aucune différence n’a été notée en ce qui concerne les distributions d’âge entre les patients infectés par Aa et Ab. La majorité des infections de type A chez tous les génotypes sont survenues chez les hommes. Un état immunodéprimant a été rapporté pour% des patients ,% de patients avec une infection due à une souche A,% de patients avec infection due à une souche Aa, et% de patients avec infection due à une souche Ab

Tableau Différences importantes entre les infections humaines causées par les génotypes de Francisella tularensis de type ATable View largeTéléchargement de diapositives Différences significatives entre les infections humaines causées par les génotypes de Francisella tularensis de type A Principales infections% survenues entre mai et septembre Le mois de début ne différait pas entre infections causées par différents génotypes de type A La répartition des génotypes de type A ne différait pas selon la décennie d’infection. Les piqures d’arthropodes et le contact direct avec les animaux représentaient environ la moitié des expositions signalées. Contact avec des chats domestiques ou des lagomorphes (lapins et lièvres) tous types confondus et représentaient% des expositions chez les animaux Le type d’exposition des chats a été enregistré pour% des cas associés au chat: expositions impliquant une morsure, égratignures et blessure de la main subie lors d’une autopsie d’un chat infecté. site de récupération était disponible e pour les isolats% Globalement,% des isolats A ont été classés comme invasifs, c.-à-d. qu’ils ont été récupérés dans le sang, les poumons, le liquide pleural ou le LCR; des isolats non invasifs ont été récupérés à partir d’ulcères, de plaies, de ganglions lymphatiques ou d’yeux, comparativement à seulement% des isolats A P & lt; Tableau Seulement% d’isolats Aa ont été récupérés à partir de sites invasifs, comparé à% d’isolats d’Ab P & lt; Des isolats A invasifs ont été génotypés en tant qu’Aa et des résultats cliniques ont été rapportés pour% des infections dues aux souches A et% des infections dues aux souches A. Conformément aux résultats précédents, la mortalité différait significativement entre les infections A et A% contre %; P & lt; La mortalité différait aussi nettement parmi les génotypes A; des infections dues aux souches Ab ont été fatales, comparé seulement aux infections dues aux souches Aa% vs%; P & lt; Pour l’analyse de régression logistique des variables contribuant à la mortalité humaine, les génotypes F tularensis ont été catégorisés comme Aa, Ab, A ou B car aucun décès chez les patients infectés par les génotypes A, Aa et Ab n’a été analysé séparément. Une régression logistique exacte a été utilisée En analyse univariée, le génotype et l’âge étaient chacun associés à la mortalité P & lt; et ont été inclus dans le modèle multivariable Dans le modèle multivariable ajusté pour l’âge, le génotype F tularensis était indépendamment associé à la mortalité Plus précisément, seul le génotype Ab était significativement associé à la mortalité lorsque A était le groupe référent ajusté OR; % CI, -αnfin; tableau Lorsque Ab était le groupe de référence pour le génotype F tularensis, tous les autres génotypes différaient significativement Aa, P =; A, P & lt ;; B, P =

Table View largeDownload slideAnalyse de la régression logistique exacte de la mortalité parmi les infections dues à Francisella tularensis chez l’hommeTable View largeDownload slideUne analyse de régression logistique exacte et corrigée de la mortalité parmi les infections dues à Francisella tularensis chez l’hommeInfirmations épidémiologiques Des analyses épidémiologiques ont été réalisées pour des infections dues à A et A, Aa et Ab, et Aa et Ab souches et le type B chez les animaux Répartition géographique des isolats de type A et de type B des animaux correspondait à la distribution des isolats de type A et de type B des humains décrits ailleurs Les isolats A provenaient seulement des états américains à l’ouest des isolats Aa et Ab du méridien, et les isolats Aa et Ab non montrés se chevauchaient dans tous les cas. la distribution des génotypes de type A chez les animaux est parallèle à la distribution des génotypes de type A parmi les h Les rongeurs et les lagomorphes sont considérés comme faisant partie du cycle enzootique de F tularensis, alors que les chats domestiques et les primates sont considérés comme des hôtes accidentels. des isolats de type A par rapport aux isolats de type B parmi les groupes d’animaux n’était pas aléatoire P & lt; la majorité des isolats de chats et de lagomorphes étaient de type A, alors que presque tous les isolats de primates et de rongeurs étaient de type B, les isolats de type B du tableau 5 ont été récupérés à partir d’autres sources animales, par exemple un chien, des oiseaux et des belettes.

Tableau View largeTableau de téléchargementNombre d’isolats de Francisella tularensis, par sous-espèce et groupe d’animauxTable View largeTéléchargerNombre d’isolats de Francisella tularensis, par sous-espèce et groupe d’origine animaleLes chats et les lagomorphes sont des sources signalées d’infections de type A chez l’humain. cette étude [, -] les isolats de type A de chats ont été génotypés comme A et A; % des isolats ont été génotypés en tant qu’isolés A parmi les chats, environ la moitié étaient des isolats Ab parmi A des chats,% des isolats Ab des lagomorphes ont également été identifiés comme A et A, avec% des isolats identifiés comme étant A Parmi les isolats pour lesquels l’espèce de lapin était connue n =, tous les isolats du lapin à queue blanche Sylvilagus floridanus étaient A n =, alors que tous les isolats du lapin du désert Sylvilagus audubonii étaient A n = Aa et Ab ont été isolés des lagomorphes; la plupart ont été génotypés comme Ab [%] des isolats Aa et les isolats Ab ont également été isolés des lagomorphes

Discussion

les animaux sont des indicateurs plus fiables des lieux d’exposition Les infections dues aux souches A prédominent dans l’est des États-Unis, avec un petit nombre de cas identifiés dans l’ouest. Plusieurs sources de données soutiennent que les souches A sont endémiques dans l’ouest des États-Unis. les patients de l’ouest infectés par des souches A ont voyagé dans l’est des États-Unis. En outre, l’identification d’isolats A chez des animaux domestiques et sauvages dans l’ouest témoigne d’une transmission enzootique. De plus, des infections dues à des souches A ont été identifiées. En comparaison, les souches A semblent se limiter à l’ouest des États-Unis. Une seule infection chez un humain et aucune infection chez les animaux due à des souches A ont été identifiées à l’est du méridien. l’infection unique chez un humain a été attribuée à l’exposition lors d’un voyage en Oklahoma, le patient résidait au Nouveau-Mexique; Nos résultats suggèrent que ce patient peut avoir contracté l’infection au Nouveau-Mexique. Des facteurs importants pour la distribution géographique des génotypes de F tularensis aux États-Unis nécessitent des études plus approfondies. Les différences géographiques et la variation des souches pourraient refléter l’adaptation à différents hôtes animaux ou espèces Les souches A et B ont été décrites de façon anecdotique dans la littérature historique [,,] Dans notre étude, nous avons trouvé des souches de type B plus fréquemment associées aux rongeurs, alors que les souches de type A étaient plus communément associées aux lagomorphes; Des différences entre les espèces hôtes ont également été observées parmi les isolats de type A Le lapin du désert S audubonii était associé à des isolats A, tandis que le lapin à queue blanche S floridanus était associé à des isolats de type A. Cette étude est sujette à Limites potentielles En analysant seulement les cas d’infection humaine dans lesquels un isolat a été récupéré, notre jeu de données peut être biaisé vers les cas sévères. La soumission d’isolats ne devrait pas être biaisée par génotype, car inconnue au moment de la soumission. Le site de récupération de l’organisme peut être biaisé par des différences dans la pratique clinique Par exemple, il est peu probable que tous les isolats non invasifs ne soient pas présents dans le sang, mais il est plus probable qu’un échantillon de sang En outre, les informations d’exposition n’étaient pas disponibles pour la plupart des Enfin, ces isolats représentent un échantillon de commodité. La plupart des isolats ont été soumis à la suite de relations de proximité ou établies avec d’autres laboratoires, le nombre d’isolats analysés ayant été analysé. Il s’agit de la première démonstration que les souches A peuvent être divisées en génotypes distincts. L’analyse préliminaire des polymorphismes mononucléotidiques du génome entier des souches de F tularensis a également identifié ces génotypes distincts. des génotypes Aa et Ab par PFGE et analyse du polymorphisme mononucléotidique, mais pas par analyse de répétition en tandem à nombre variable multilocus, met en évidence les forces et les faiblesses de diverses méthodes de sous-typage L’analyse multipolaire à répétition en tandem est basée sur des répétitions en tandem évoluant rapidement. analyse de polymorphisme nucléotidique unique sont basées sur changements génomiques à évolution lente Bien que les méthodes à haute résolution qui examinent les régions hypermutables du génome soient puissantes pour distinguer les contraintes individuelles dans le temps et l’espace, ce niveau de différenciation peut parfois être trop fin pour l’identification des clusters épidémiologiques. Parmi les souches de type A de F tularensis et corrélées avec des différences significatives de résultats cliniques et de distribution géographique Bien que les souches de type A soient généralement considérées comme équivalentes en termes de virulence, nous démontrons qu’un sous-ensemble de souches de type A Mortalité chez l’homme Cette découverte a des implications importantes sur la progression de la maladie, la prévention des maladies et les projets de recherche fondamentale, y compris les tests diagnostiques et le développement de vaccins. Des études épidémiologiques, génétiques et écologiques sont nécessaires pour identifier les souches Aa, Ab et A Génotypage des isolats en Les animaux peuvent être un outil de surveillance utile pour prédire où des infections humaines avec des génotypes spécifiques de type A peuvent survenir. Les chats étant une source d’infection humaine par les souches Ab, des efforts d’éducation vétérinaire sont nécessaires pour promouvoir la reconnaissance de la tularémie chez les chats domestiques. Les efforts d’éducation des médecins pour améliorer la reconnaissance clinique précoce peuvent aider à prévenir les décès chez les humains

Remerciements

Nous remercions Brad Biggerstaff, Alison Hinckley, Larissa Minicucci, les départements de santé locaux et nationaux, et les organisations qui ont soumis des spécimens animaux pour les tests. Soutien financier Centres de contrôle et de prévention des maladies Conflits d’intérêts potentiels Tous les auteurs: no conflicts |

Sur la relation entre l’âge, le taux annuel d’infection et la prévalence de Mycobacterium tuberculosis dans un township sud-africain