Molecular and epidemiological aspects of Streptococcus pyogenes disease in Finland: Severe infections and bacterial, non-necrotizing cellulitis

Streptococcus pyogenes (group A streptococcus) is an important human pathogen, causing a wide array of infections ranging in severity. The majority of S. pyogenes infections are mild upper respiratory tract or skin infections. Severe, invasive infections, such as bacteraemia, are relatively rare, but constitute a major global burden with a high mortality. Certain streptococcal types are associated with a more severe disease and higher mortality. Bacterial, non-necrotizing cellulitis and erysipelas are localised infections of the skin, and although they are usually not life-threatening, they have a tendency to recur and therefore cause substantial morbidity. Despite several efforts aimed at developing an effective and safe vaccine against S. pyogenes infections, no vaccine is yet available. In this study, the epidemiology of invasive S. pyogenes infections in Finland was described over a decade of national, population-based surveillance. Recent trends in incidence, outcome and bacterial types were investigated. The beta-haemolytic streptococci causing cellulitis and erysipelas infections in Finland were studied in a case-control study. Bacterial isolates were characterised using both conventional and molecular typing methods, such as the emm typing, which is the most widely used typing method for beta-haemolytic streptococci. The incidence of invasive S. pyogenes disease has had an increasing trend during the past ten years in Finland, especially from 2006 onwards. Age- and sex-specific differences in the incidence rate were identified, with men having a higher incidence than women, especially among persons aged 45-64 years. In contrast, more infections occurred in women aged 25-34 years than men. Seasonal patterns with occasional peaks during the midsummer and midwinter were observed. Differences in the predisposing factors and underlying conditions of patients may contribute to these distinctions. Case fatality associated with invasive S. pyogenes infections peaked in 2005 (12%) but remained at a reasonably low level (8% overall during 2004-2007) compared to that of other developed countries (mostly exceeding 10%). Changes in the prevalent emm types were associated with the observed increases in incidence and case fatality. In the case-control study, acute bacterial non-necrotizing cellulitis was caused predominantly by Streptococcus dysgalactiae subsp. equisimilis, instead of S. pyogenes. The recurrent nature of cellulitis became evident. This study adds to our understanding of S. pyogenes infections in Finland and provides a basis for comparison to other countries and future trends. emm type surveillance and outcome analyses remain important for detecting such changes in type distribution that might lead to increases in incidence and case fatality. Bacterial characterisation serves as a basis for disease pathogenesis studies and vaccine development.

Streptococcus pyogenes (A-ryhmän streptokokki) on tärkeä ihmisen taudinaiheuttaja, joka aiheuttaa vakavuusasteeltaan erilaisia infektioita. Suurin osa tämän bakteerin aiheuttamista taudeista on lieviä ylähengitystie- tai ihoinfektioita. Vakavat streptokokki-infektiot, kuten bakteremia eli verenmyrkytys, taas ovat suhteellisen harvinaisia, mutta niihin liittyy korkea kuolleisuus ja ne aiheuttavat maailmanlaajuisesti suuria kansantaloudellisia menetyksiä. Tietyt streptokokkityypit liittyvät vakavampaan taudinkuvaan ja tavallista korkeampaan kuolleisuuteen. Streptokokin aiheuttamat selluliitti ja erysipelas (eli ruusutulehdus) ovat paikallisia ihon ja ihonalaiskudoksen infektioita. Ne eivät yleensä ole hengenvaarallisia infektioita, mutta niillä on taipumus uusiutua, ja siksi ne huonontavat oleellisesti potilaan elämänlaatua ja aiheuttavat merkittäviä kustannuksia. Vaikka tutkimustyöhön on panostettu tavoitteena kehittää tehokas ja turvallinen rokote S. pyogenes tauteja vastaan, rokotetta ei ole vielä saatavilla. Tutkimus pohjautuu kansalliseen ja väestöpohjaiseen streptokokkitautien seurantaan ja siinä kuvataan vakavien S. pyogenes infektioiden (bakteremioiden) epidemiologiaa Suomessa viimeisen kymmenen vuoden aikana. Työssä tutkittiin vakavien S. pyogenes -infektioiden ilmaantuvuutta, tapauskuolleisuutta ja vallitsevia bakteerityyppejä. Erillisessä tapaus-verrokkitutkimuksessa tutkittiin selluliitti- ja erysipelasinfektioita aiheuttavia streptokokkeja Suomessa. Näistä tutkimuksista eristettyjä streptokokkibakteerikantoja tutkittiin erilaisilla perinteisillä ja moderneilla menetelmillä, kuten emm-tyypityksellä, joka on yleisimmin käytössä oleva streptokokkibakteerien tyypitysmenetelmä. Vakavien S. pyogenes infektioiden ilmaantuvuudessa on ollut nouseva suuntaus viimeisten kymmenen vuoden aikana Suomessa, etenkin vuodesta 2006 lähtien. Ilmaantuvuudessa havaittiin ikä- ja sukupuolispesifisiä eroja siten, että miehillä oli korkeampi taudin ilmaantuvuus kuin naisilla, etenkin 45 64-vuotiaiden ikäryhmässä. Naisilla taas 25 34-vuotiailla oli korkeampi ilmaantuvuus kuin miehillä. Tapausmäärissä havaittiin satunnaisia huippuja keskikesällä ja keskitalvella. Erot potilaiden altistavissa tekijöissä ja perussairauksissa olivat todennäköisesti vaikuttavina tekijöinä näihin havaittuihin eroihin. Keskimääräinen tapauskuolleisuus 7 päivän kohdalla nousi huippuunsa vuonna 2005 (12%), mutta pysytteli silti suhteellisen matalalla tasolla (8 % vuosina 2004 2007) verrattuna muihin kehittyneisiin maihin (yleensä yli 10%). Muutokset bakteerien vallitsevissa emm-tyypeissä liittyivät havaittuihin ilmaantuvuuden ja tapauskuolleisuuden nousuun. Tapaus-verrokki-tutkimuksessa havaittiin, että selluliitti- ja erysipelasinfektiot olivat etupäässä Streptococcus dysgalactiae subsp. equisimilis-bakteerin aiheuttamia, S. pyogenes -bakteerin sijaan. Tutkimus vahvisti käsitystä selluliitti-infektioiden toistuvasta luonteesta. Tutkimus lisää tietoutta S. pyogenes bakteerin aiheuttamista infektioista Suomessa ja luo pohjan vertailulle muiden maiden tilanteeseen ja tuleviin suuntauksiin. Vallitsevien bakteerityyppien seuranta ja kuolleisuustutkimukset ovat tärkeitä, jotta voidaan havaita sellaisia muutoksia tyyppijakaumassa, jotka voivat johtaa ilmaantuvuuden ja kuolleisuuden kasvuun. Tutkimuksen tuloksena saadaan myös tietoa streptokokkibakteerin taudinaiheutuskyvystä ja sen tuloksena voidaan arvioida tulevien rokotteiden kattavuutta Suomessa.