Volltext-Downloads (blau) und Frontdoor-Views (grau)

Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-opus-41916

Post-vaccination molecular epidemiology of pneumococcal carriage among children less than five years of age in Cape Coast, Ghana

  • Summary Streptococcus pneumoniae (the pneumococcus), a bacterium belonging to the normal flora in the human respiratory tract, continues to be an important pathogen due to its contribution to morbidity and mortality among children, the elderly, and immunocompromised persons. Global estimates of pneumococcal deaths among children declined by 51% between 2000 and 2015. This achievement was mainly due to the introduction of pneumococcal conjugate vaccines (PCVs) in countries with the highest pneumococcal burden. Since May 2012, children in Ghana have been receiving PCV vaccination as part of routine immunization. The continuous monitoring of the pneumococcus after PCV introduction is essential to understand the changing epidemiology of the pathogen in the population. This study therefore, aims to determine the (1) prevalence, serotypes, and sequence types of pneumococcal isolates, (2) antibiotic susceptibility patterns and the genetic basis for the antibiotic resistance among these pneumococcal isolates, and (3) prevalence of selected virulence genes that have been identified as potential vaccine candidates. Nasopharyngeal swabs were obtained from vaccinated children under five years of age in Cape Coast, Ghana. Six years after PCV implementation, we provide data on the epidemiology of pneumococcal strains circulating among children in Cape Coast Ghana. Standard microbiological and molecular techniques were used to identify and characterize the pneumococcal strains. Overall, pneumococcal carriage prevalence was 29.4% (151/513). All participating children were fully vaccinated. Of the 26 different serotypes identified, the top five PCV13 serotypes (VT) were 6B, 23F, 19F, 3, 6A and non-PCV13 vaccine serotypes (NVT) were 23B, 13, 11A, 15B, and 34. PCV13 coverage was 38.4%, however, more than half of the isolates were NVT with a coverage rate of 61.6%. The isolates were highly susceptible to levofloxacin, ceftriaxone, vancomycin, and erythromycin. However, marked resistance to cotrimoxazole and tetracycline was observed. The reduction in penicillin resistance (35.8%) as compared to pre-vaccination data (45% - 63%) suggests an attributable effect from PCV13 vaccination. However, penicillin resistance was also detected in some NVT serotypes. Overall, 28.5% of the isolates resistant to three or more different classes of antibiotics were classified as multidrug-resistant (MDR). To analyze the genetic basis for resistance to penicillin, erythromycin and tetracycline, pbp2b, ermB, mefA, and tetM genes were amplified. Thirty-eight (70%) out of the 54 penicillin-resistant isolates contained the pbp2b resistance gene. Out of the 11 erythromycin-resistant isolates, 7 (63.6) and 4 (36.4%) were positive for the ermB and mefA genes, respectively. The tetM gene was detected in 85 (98.8%) of the 86 tetracycline resistance isolates. To determine the extent to which potential protein-based vaccines could be protective in Ghanaian children, we sought to determine the prevalence of selected virulence genes among the isolates. The lytA, pavB, and cpsA genes were present in all the carrier isolates. However, psrP, pcpA, pilus islet (PI) PI-1, and PI-2 were present in 62.7%, 87.5%, 11.8%, and 6.5% of the strains, respectively. The psrP and pcpA virulence genes were evenly distributed among all the serotypes. However, the pilus islets were detected in only seven serotypes namely 19F, 6B, 9V, 6A, 13, 11A, and 23B. Five serotype 19F isolates possessed both PI-1 and PI-2. Furthermore, the pilus islets were associated with multidrug resistance. The predominant NVT serotype 23B and isolates resistant to ≥ 4 antibiotics were analysed by multilocus sequence typing (MLST). Nine known sequence types (STs) and 10 novel STs were identified. Seven out of the 10 new STs belonged to serotype 23B, while the remaining 3 were VTs 6B and 19F. A capsular switch was identified among isolates of ST802, which comprised of both serotype 23F and 19F. The majority of serotype 23B strains belonged to ST172. The ST172 is associated with serotype 23F and a single locus variant (SLV) of internationally disseminated clone ST338 (Colombia23F-26). Consequently, ST172 was characterised with marked antibiotic resistance and with traits of capsular switching. One serotype 6B strain was identified as a SLV of ST273 (Greece6B-22) while two serotype 9V strains belonged to the internationally disseminated clone ST156 (Spain9V-3). In conclusion, this study showed a marginal decline in overall pneumococcal carriage prevalence, persistence of VTs despite the increase in NVTs, and the occurrence of serotype replacement and capsular switching. In addition, sequence types related to internationally disseminated clones are circulating in Ghana. With the high pcpA and psrP coverage detected,including these genes in protein-based vaccines could provide adequate protection for Ghanaian Children.
  • Zusammenfassung Streptococcus pneumoniae (Pneumokokkus) ist ein Bestandteil des menschlichen Atemwegsmikrobioms. Jedoch ist es auch ein pathogenes Bakterium, welches zur Morbidität und Mortalität bei Kindern, älteren und immungeschwächten Personen beiträgt. Laut weltweiten Schätzungen, ist zwischen 2000 und 2015 ein Rückgang von Pneumokokken verursachten Todesfällen bei Kindern um 51% zu verzeichnen. Dieser Erfolg ist hauptsächlich auf die Einführung von Pneumokokken-Konjugat-Impfstoffen (PCV) in den Ländern mit der höchsten Pneumokokkenbelastung zurückzuführen. Seit Mai 2012 erhalten Kinder in Ghana im Rahmen einer routinemäßigen Immunisierung eine PCV-Impfung. Die kontinuierliche Überwachung des Pneumokokkus nach der Einführung des PCV-Impfstoffes ist unerlässlich, da diese die sich ständig ändernde Epidemiologie des Erregers in der Bevölkerung abbildet. Das Ziel dieser Studie ist: (1) die Prävalenz, Serotypen und Sequenztypen von Pneumokokken-Isolaten zu bestimmen, (2) Antibiotika-Empfindlichkeitsmuster und die genetische Grundlage für die Antibiotikaresistenz unter diesen Pneumokokken-Isolaten zu untersuchen und (3) die Prävalenz ausgewählter Virulenzgene, welche als potenzielle Impfstoffkandidaten in früheren Studien identifiziert wurden, zu bestimmen. Dafür wurden Nasopharyngealabstriche von geimpften Kindern unter fünf Jahren in Cape Coast (Ghana) entnommen. Sechs Jahre nach der Einführung von PCV liefern wir Daten zur Epidemiologie der Pneumokokkenstämme, die bei Kindern in Cape Coast, Ghana, zirkulieren. Zur Identifizierung und Charakterisierung der Pneumokokkenstämme wurden mikrobiologische und molekulare Standardtechniken verwendet. Die Gesamtprävalenz an Pneumokokken-Trägern betrug 29,4% (151/513). Alle teilnehmenden Kinder waren vollständig geimpft und 26 verschiedene Serotypen wurden bei den Trägern identifiziert. Die fünf häufigsten PCV13-Serotypen (VT) waren 6B, 23F, 19F, 3 und 6A. Unter den nicht-PCV13-Impfstoffserotypen (NVT) waren die Serotypen 23B, 13, 11A, 15B und 34 die fünf haügisten Serotypen. Die PCV13-Abdeckung betrug 38,4% und 61,6% der Isolate gehörten der NVT Gruppe. Die Isolate waren empfindlich gegenüber Levofloxacin, Ceftriaxon, Vancomycin und Erythromycin. Jedoch wurde eine deutliche Resistenz gegen Cotrimoxazol und Tetracyclin beobachtet. Die Reduktion der Penicillinresistenz (35,8%) im Vergleich zu Daten vor der Einführung des Impfstoffes (45% - 63%) deutet auf einen positiven Effekt der PCV13-Impfung hin. Jedoch wurde bei einigen NVT-Serotypen eine Penicillinresistenz festgestellt. Insgesamt wurden 28,5% der Isolate, die gegen mindestens drei verschiedene Antibiotikaklassen resistent waren, als multiresistent (MDR) eingestuft. Um die genetische Basis für Resistenzen gegen Penicillin, Erythromycin und Tetracyclin zu analysieren, wurden die Gene pbp2b, ermB, mefA und tetM amplifiziert. Achtunddreißig (70%) der 54 Penicillin-resistenten Isolate enthielten das pbp2b-Resistenzgen. Von den 11 Erythromycin-resistenten Isolaten waren 7 (63,6%) und 4 (36,4%) positiv für die ermB- bzw. mefA-Gene. Das tetM-Gene wurde in 85 (98,8%) der 86 Tetracyclin-resistenten Isolaten nachgewiesen. Wir haben versucht die Prävalenz ausgewählter Virulenzgene unter den Isolaten zu bestimmen, um festzustellen, in wieweit potentielle Impfstoffe auf Proteinbasis bei ghanaischen Kindern Schutz bieten könnten. Die Gene lytA, pavB und cpsA waren in allen Isolaten vorhanden, während psrP, pcpA, Pilus-Insel (PI) PI-1 und PI-2 nur in 62,7%, 87,5%, 11,8% bzw. 6,5% der Stämme vorhanden waren. Die psrP- und pcpA-Virulenzgene wurden in allen Serotypen nachgewiesen, dagegen konnten die Pilusinseln nur in den Serotypen 19F, 6B, 9V, 6A, 13, 11A und 23B nachgewiesen werden. Fünf Isolate des 19F Serotyps besaßen sowohl PI-1 als auch PI-2. Darüber hinaus waren die Pilusinseln mit einer Multiresistenz verbunden. Sowohl der vorherrschende NVT-Serotyp 23B als auch Isolate, die gegen ≥ 4 Antibiotika resistent waren, wurden mittels Multilocus-Sequenztypisierung (MLST) analysiert. Neun bekannte und zehn neue STs wurden identifiziert. Sieben der zehn neu-identifizierten STs gehörten zum Serotyp 23B, während die restlichen drei STs zu den VTs 6B und 19F zugeordnet wurden. Ein Kapsel-Switch wurde unter Isolaten von ST802 identifiziert, die sowohl Serotyp 23F als auch 19F umfassten. Die Mehrzahl der Serotyp 23B-Stämmen gehörte zu ST172. Normalerweise ist dieser ST mit dem Serotyp 23F und einem „single locus variant“ (SLV) des international verbreiteten Klons ST338 (Colombia23F-26) assoziiert. Folglich war ST172 durch eine ausgeprägte Antibiotikaresistenz und durch Merkmale eines Kapsel-Switches gekennzeichnet. Ein Serotyp 6B-Stamm wurde als SLV von ST273 (Griechenland6B-22) identifiziert, während zwei Serotyp 9V-Stämme zum international verbreiteten Klon ST156 (Spanien9V-3) gehörten. Zusammenfassend zeigte diese Studie einen geringfügigen Rückgang der Gesamtprävalenz der Pneumokokken-Träger, der Persistenz von VTs trotz des Anstiegs der NVTs und des ‘Serotype replacement’ sowie des Kapsel-Switches. Zusätzlich zirkulieren in Ghana Sequenztypen, die mit international verbreiteten Klonen zusammenhängen. Mit der festgestellten hohen Verteilung der pcpA- und psrP-Gene könnte die Einbeziehung dieser Gene in Impfstoffe auf Proteinbasis einen guten Schutz für ghanaische Kinder bieten.

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar

Statistics

frontdoor_oas
Metadaten
Author: Richael Odarkor MillsORCiD
URN:urn:nbn:de:gbv:9-opus-41916
Title Additional (English):Post-vaccination molecular epidemiology of pneumococcal carriage among children less than five years of age in Cape Coast, Ghana
Referee:Prof. Dr Sven Hammerschmidt, Prof. Dr. Antje Flieger
Advisor:Prof. Dr Sven Hammerschmidt
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2020
Date of first Publication:2020/12/21
Granting Institution:Universität Greifswald, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Date of final exam:2020/12/11
Release Date:2020/12/21
Tag:Ghana, PCV13, Streptococcus pneumoniae, serotypes, virulence genes
GND Keyword:Ghana, PCV13, antibiotic resistance, pneumococcal carriage, serotypes, virulence genes
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Interfakultäres Institut für Genetik und Funktionelle Genomforschung
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 500 Naturwissenschaften