Childhood community-acquired pneumonia

Background: Community-acquired pneumonia is a leading cause of morbidity and mortality in children worldwide. New, rapid methods are needed to improve the microbiologic diagnosis of pneumonia in clinical practice. The increasing incidence of parapneumonic empyema in children accentuates the importance of the identification of the causative agent and clinical predictors of empyema. Aims and methods: Two prospective studies were conducted to find feasible diagnostic methods for the detection of causative agents of pneumonia. The usefulness of pneumolysin-targeted real-time PCR in the diagnosis of pneumococcal disease was studied in children with pneumonia and empyema, and the clinical utility of induced sputum analysis in the microbiologic diagnosis of pneumonia was investigated in children with pneumonia. In addition, two retrospective clinical studies were performed to describe the frequency and clinical profile of influenza pneumonia in children and the frequency, clinical profile and clinical predictors of empyema in children. Results: Pneumolysin-PCR in pleural fluid significantly improved the microbiologic diagnosis of empyema by increasing the detection rate of pneumococcus almost tenfold to that of pleural fluid culture (75 % vs. 8 %). In whole blood samples, PCR detected pneumococcus in only one child with pneumonia and one child with pneumococcal empyema. Sputum induction provided good-quality sputum specimens with high microbiologic yield. Streptococcus pneumoniae (46 %) and rhinovirus (29 %) were the most common microbes detected. The quantification results of the paired sputum and nasopharyngeal aspirate specimens provided support that the majority of the bacteria (79 %) and viruses (55 %) found in sputum originated from the lower airways. Pneumonia was detected in 14 % of children with influenza infection. A history of prolonged duration of fever, tachypnea, and pain on abdominal palpation were found to be independently significant predictors of empyema. Conclusions: Pneumolysin-targeted real-time PCR is a useful and rapid method for the diagnosis of pneumococcal empyema in children. Induced sputum analysis with paired nasopharyngeal aspirate analysis can be of clinical value in the microbiologic diagnosis of pneumonia. Influenza pneumonia is an infrequent and generally benign disease in children with rare fatalities. Repeat chest radiograph and ultrasound imaging are recommended in children with pneumonia presenting with clinical predictors of empyema and in children with persistent fever and high CRP levels during hospitalization.

Community-acquired pneumonia in adult patients with special reference to rapid methods for etiological diagnosis

Aikuispotilaan kotisyntyisen keuhkokuumeen etiologinen diagnostiikka mikrobiologisilla pikamenetelmillä Tausta. Keuhkokuume on vakava sairaus, johon sairastuu Suomessa vuosittain n. 60 000 aikuista. Huolimatta siitä, että taudin hoito on kehittynyt, siihen liittyy yhä merkittävä, 6-15%:n kuolleisuus. Alahengitystieinfektion aiheuttajamikrobien tunnistaminen on myös edelleen haasteellista. Tavoitteet. Tämän työn tavoitteena oli tutkia Turun yliopistollisessa keskussairaalassa hoidettujen aikuispotilaiden keuhkokuumeen etiologiaa sekä selvittää uusien mikrobiologisten pikamenetelmi¬en hyödyllisyyttä taudinaiheuttajan toteamisessa. Aineisto. Osatöiden I ja III aineisto koostui 384 Turun yliopistollisen keskussairaalaan infektio-osastolla hoidetusta keuhkokuumepotilaasta. Osatyössä I tutkittiin keuhkokuumeen aiheuttaja¬mikrobeja käyttämällä perinteisten menetelmien lisäksi antigeeniosoitukseen ja PCR-tekniikkaan perustuvia pikamenetelmiä. Osatyö II käsitti 231 potilaasta koostuvan alaryhmän, jossa tutkittiin potilaiden nielun limanäytteestä rinovirusten ja enterovirusten esiintyvyyttä. Osatyössä III potilailta tutkittiin plasman C-reaktiivisen proteiinin (CRP) pitoisuus ensimmäisten viiden sairaalahoitopäi¬vän aikana. Laajoja tilastotieteellisiä analyysejä käyttämällä selvitettiin CRP:n käyttökelpoisuutta sairauden vaikeusasteen arvioinnissa ja komplikaatioiden kehittymisen ennustamisessa. Osatyössä IV 68 keuhkokuumepotilaan sairaalaan tulovaiheessa otetuista näytteistä määritettiin neutrofiilien pintareseptorien ekspressio. Osatyössä V analysoitiin sisätautien vuodeosastoilla vuosina 1996-2000 keuhkokuumepotilaille tehtyjen keuhkohuuhtelunäytteiden laboratoriotutkimustulokset. Tulokset. Keuhkokuumeen aiheuttaja löytyi 209 potilaalta, aiheuttajamikrobeja löydettiin kaikkiaan 230. Näistä aiheuttajista 135 (58.7%) löydettiin antigeenin osoituksella tai PCR-menetelmillä. Suu¬rin osa, 95 (70.4%), todettiin pelkästään kyseisillä pikamenetelmillä. Respiratorinen virus todettiin antigeeniosoituksella 11.1% keuhkokuumepotilaalla. Eniten respiratorisia viruksia löytyi vakavaa keuhkokuumetta sairastavilta potilailta (20.3%). 231 keuhkokuumepotilaan alaryhmässä todettiin PCR-menetelmällä picornavirus 19 (8.2%) potilaalla. Respiratorinen virus löytyi tässä potilasryh¬mässä kaiken kaikkiaan 47 (20%) potilaalta. Näistä 17:llä (36%) löytyi samanaikaisesti bakteerin aiheuttama infektio. CRP-tasot olivat sairaalaan tulovaiheessa merkitsevästi korkeammat vakavaa keuhkokuumetta (PSI-luokat III-V) sairastavilla potilailla kuin lievää keuhkokuumetta (PSI-luokat I-II) sairastavilla potilailla (p <0.001). Yli 100 mg/l oleva CRP-taso neljän päivän kuluttua sairaa¬laan tulosta ennusti keuhkokuumeen komplikaatiota tai huonoa hoitovastetta. Neutrofiilien komple¬menttireseptorin ekspressio oli pneumokokin aiheuttamaa keuhkokuumetta sairastavilla merkitse¬västi korkeampi kuin influenssan aiheuttamaa keuhkokuumetta sairastavilla. BAL-näytteistä vain yhdessä 71:stä (1.3%) todettiin diagnostinen bakteerikasvu kvantitatiivisessa viljelyssä. Uusilla menetelmilläkin keuhkokuumeen aiheuttaja löytyi vain 9.8% BAL-näytteistä. Päätelmät. Uusilla antigeeniosoitus- ja PCR-menetelmillä keuhkokuumeen etiologia voidaan saada selvitettyä nopeasti. Lisäksi näitä menetelmiä käyttämällä taudin aiheuttajamikrobi löytyi huomattavasti suuremmalta osalta potilaista kuin pelkästään tavanomaisia menetelmiä käyttämällä. Pikamenetelmien hyödyllisyys vaihteli taudin vaikeusasteen mukaan. Respiratorinen virus löytyi huomattavan usein keuhkokuumetta sairastavilta potilailta, ja näiden potilaiden taudinkuva oli usein vaikea. Tulovaiheen korkeaa CRP-tasoa voidaan käyttää lisäkeinona arvioitaessa keuhkokuumeen vaikeutta. CRP on erityisen hyödyllinen arvioitaessa hoitovastetta ja riskiä komplikaatioiden ke¬hittymiseen. Neutrofiilien komplementtireseptorin ekspression tutkiminen näyttää lupaavalta pi¬kamenetelmältä erottamaan bakteerien ja virusten aiheuttamat taudit toisistaan. Antimikrobihoitoa saavilla potilailla BAL-tutkimuksen löydökset olivat vähäiset ja vaikuttivat hoitoon vain harvoin.

Genetic Basis and Diagnostics of Extended-Spectrum Beta-Lactamases among Enterobacteriaceae in Finland

Since the introduction of antibiotic agents, the amount and prevalence of Beta-lactam resistant enterobacteria has become an increasing problem. Many enterobacteria are opportunistic pathogens that easily acquire resistance mechanisms and genes, which make the situation menacing. These bacteria have acquired resistance and can hydrolyse extended spectrum cephalosporins and penicillins by producing enzymes called extended-spectrum Beta-lactamases (ESBLs). ESBL-producing bacteria are most commonly found in the gastro-intestinal tract of colonised patients. These resistant strains can be found in both health-care associated and community-acquired isolates. The detection and treatment of infections caused by bacteria producing ESBLs are problematic. This study investigated the genetic basis of extended-spectrum Beta-lactamases in Enterobacteriaceae, especially in Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae isolates. A total of 994 Finnish Enterobacteriaceae strains, collected at 26 hospital laboratories, during 2000 and 2007 were analysed. For the genetic basis studies, PCR, sequencing and pyrosequencing methods were optimised. In addition, international standard methods, the agar dilution and disk diffusion methods were performed for the resistance studies, and the susceptibility of these strains was tested for antimicrobial agents that are used for treating patients. The genetic analysis showed that bla_CTX-M was the most prevalent gene among the E. coli isolates, while blaS_HV-12 was the most common Beta-lactamase gene in K. pneumoniae. The susceptibility testing results showed that about 60% of the strains were multidrug resistant. The prevalence of ESBL-producing isolates in Finland has been increasing since 2000. However, the situation in Finland is still much better than in many other European countries.

Use of pyrosequencing to identify streptococci and to detect mutations causing antimicrobial resistance

Rapid identification and resistance determination of pathogens in clinical specimens is vital for accurate treatment and monitoring of infectious diseases. Antimicrobial drug resistance is increasing globally and healthcare settings are facing this cost-intensive and even life-threatening problem. The incidence of resistant pathogens in Finland has remained relatively steady and manageable at least for the time being. DNA sequencing is the gold standard method for genotyping, mutation analysis, and identification of bacteria. Due to significant cost decrease in recent years, this technique is available to many research and clinical laboratories. Pyrosequencing technique, a rapid real-time DNA sequencing method especially suitable for analyzing fairly short stretches of DNA, was used in this study. Due to its robustness and versatility, pyrosequencing was applied in this study for identification of streptococci and detection of certain mutations causing antimicrobial resistance in different bacteria. Certain streptococcal species such as S. pneumoniae and S. pyogenes are significantly important clinical pathogens. S. pneumoniae causes e.g. pneumonia and otitis media and is one of the most important community-acquired pathogens. S. pyogenes, also known as group A streptococcus, causes e.g. angina and erysipelas. In contrast, the socalled alpha-haemolytic streptococci, such as S. mitis and S. oralis, belong to the normal microbiota, which are regarded to be non-pathogenic and are nearly impossible to identify by phenotypic methods. In this thesis, a pyrosequencing method was developed for identification of streptococcal species based on the 16S rRNA sequences. Almost all streptococcal species could be differentiated from one another by the developed method, including S. pneumoniae from its close relatives S. mitis and S. oralis . New resistance genes and their variants are constantly discovered and reported. In this study, new methods for detecting certain mutations causing macrolide resistance or extended spectrum beta-lactamase (ESBL) phenotype were developed. These resistance detection approaches are not only suitable for surveillance of mechanisms causing antimicrobial resistance but also for routine analysis of clinical samples particularly in epidemic settings. In conclusion, pyrosequencing was found to be an accurate, versatile, cost-effective, and rapid DNA sequencing method that is especially suitable for mutation analysis of short DNA fragments and identification of certain bacteria.

Virus Infections in Early Childhood, Cow’s Milk Formula Exposure and Genetic Predisposition in the Development of Diabetes-Associated Autoimmunity

Varhaislapsuuden virusinfektioiden, lehmänmaitopohjaisen äidinmaitovastikeen ja geneettisen alttiuden merkitys diabetekseen liittyvän autoimmuniteetin kehittymisessä Tyypin 1 diabetes on autoimmuunisairaus, joka syntyy haiman insuliinia tuottavien beta-solujen tuhouduttua elimistön oman immuunipuolustusjärjestelmän hyökkäyksen seurauksena. Sekä perimän että ympäristötekijöiden arvellaan vaikuttavan tautiprosessiin, mutta taudin tarkkaa syntymekanismia ei tunneta. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää varhaislapsuuden ympäristötekijöiden vaikutusta beta-soluautoimmuniteetin syntyyn, erityispaino tutkimuksessa oli ympäristötekijöiden yhteisvaikutuksessa sekä geneettisten riskitekijöiden ja ympäristötekijöiden vuorovaikutuksessa. Varhaislapsuudessa sairastettu sytomegalovirus- tai enterovirusinfektio ei lisännyt beta-soluautoimmuniteetin riskiä lapsilla, joilla on geneettisesti kohonnut riski sairastua tyypin 1 diabetekseen. Ennen puolen vuoden ikää sairastettu rotavirusinfektio lisäsi hieman tyypin 1 diabetekseen liittyvän autoimmuniteetin riskiä. Tarkemmassa analyysissa varhaislapsuuden enterovirusinfektio osoittautui kuitenkin autovasta-aineiden muodostumisen riskitekijäksi niiden lasten joukossa, jotka olivat saaneet lehmänmaitopohjaista äidinmaidon vastiketta ensimmäisten elinkuukausien aikana. Tämä löydös viittaa enterovirusinfektion ja lehmänmaitopohjaisen vastikkeen yhteisvaikutukseen tyypin 1 diabetekseen liittyvän autoimmuniteetin synnyssä. Löydösten mukaan PTPN22 geenin C1858T polymorfismi vaikuttaa CD4+ T solujen aktivaatioon ja proliferaatiovasteeseen, 1858T alleeliin liittyy alentunut T-soluresepto-rivälitteinen aktivaatio. 1858T alleelin kantajuuteen liittyy lisäksi lisääntynyt autovasta-aineiden ja kliinisen diabeteksen ilmaantuvuus. Tämä yhteys rajoittui yksilöihin, jotka olivat altistuneet lehmänmaitopohjaiselle vastikkeelle ennen kuuden kuukauden ikää. Tulosten mukaan sekä ympäristötekijöiden väliset yhteisvaikutukset että perimä vaikuttavat yksittäisen ympäristötekijän merkitykseen tyypin 1 diabetekseen liittyvän autoimmuniteetin synnyssä. Nämä yhteisvaikutukset ympäristötekijöiden kesken ja perimän ja ympäristötekijöiden välillä selittävät aiemmin julkaistujen tulosten ristiriittaisuutta tutkimuksissa, joissa on analysoitu vain yhden ympäristötekijän vaikutusta diabeteksen ilmaantuvuuteen.