Bioecologia e caracterização molecular de Bulinus globosus de Angola

Parasitologia médica

Aspectos da caracterização antigénica e molecular da Leptospirose em áreas endémicas

RESUMO A Leptospirose é uma zoonose re-emergente causada por espiroquetídeos patogénicos do género Leptospira. Em Portugal, é reconhecida, desde 1931, como uma importante doença infecciosa humana, cuja notificação é obrigatória desde 1986 para todos os serovares. Porém, devido ao acentuado polimorfismo clínico e à dificuldade de um diagnóstico laboratorial especializado, esta patologia nem sempre é confirmada. Com efeito, o isolamento do agente é difícil e o método convencional de diagnóstico, baseado no teste serológico de referência TAM (Teste de Aglutinação Microscópica), não é muito sensível na primeira semana da doença. Assim, foram três os principais objectivos desta dissertação: actualizar o padrão epidemiológico da Leptospirose, após uma extensa revisão bibliográfica da doença (Capítulos 1 e 2); esclarecer os aspectos imunológicos relacionados com os marcadores antigénicos que mais influenciam a regulação da resposta humoral na infecção humana, em particular, em área endémica (Capítulo 3); e, por último, promover a identificação molecular de alguns isolados de Leptospira, avaliar o respectivo poder patogénico no modelo murino e contribuir para o diagnóstico precoce da doença humana (Capítulo 4). O primeiro dos temas investigados, com base no estudo retrospectivo de uma larga série de 4.618 doentes sintomáticos analisados representa uma caracterização única da epidemiologia da Leptospirose, em particular, na Região Centro do País, e nas ilhas de São Miguel e Terceira (Açores), nos últimos 18 e 12 anos, respectivamente. Foram confirmados 1.024 (22%) casos, com uma distribuição média de 57 casos/ano, sendo a maior frequência no sexo masculino (67%). As áreas analisadas corresponderam à maioria das notificações em Portugal, com uma taxa de incidência média anual nas ilhas muito superior à registada no continente (11,1 vs 1,7/100.000 habitantes, respectivamente). Os adultos em idade activa (25-54 anos) foram os mais afectados, nos meses de Dezembro e Janeiro. A doença foi causada por serovares de nove serogrupos presuntivos de Leptospira interrogans sensu lato, com predomínio de Icterohaemorrhagiae, Pomona e Ballum, em cerca de 66% dos casos. A seropositividade da Leptospirose esteve associada às formas anictérica e ictérica da doença, sendo evidente uma elevada sub-notificação ( 20 casos/ano). Foram detectados e analisados os diversos factores de risco, verificando-se um risco elevado de transmissão em áreas geográficas onde a circulação dos agentes zoonóticos se processa em ciclos silváticos e/ou domésticos bem estabelecidos. Este estudo confirma que a incidência da Leptospirose em Portugal tem aumentado nos últimos anos, particularmente, nos Açores, onde a seropositividade elevada e a ocorrência de casos fatais confirmam esta patologia como um problema emergente de Saúde Pública. No âmbito do Capítulo 3, investigaram-se os aspectos imunológicos da Leptospirose humana na Aspectos da caracterização antigénica e molecular da Leptospirose em áreas endémicas Região Centro e nas ilhas de São Miguel e Terceira, caracterizando as proteínas e os lipopolissacáridos (LPS) envolvidos durante as fases aguda (estádio único) e tardia da doença (três estádios), através do follow-up serológico de 240 doentes com confirmação clínica e laboratorial de Leptospirose. Foram incluídos no estudo 463 soros, 320 (69%) dos quais, obtidos durante a fase de convalescença (até 6 anos após o início dos sintomas). Soros de dadores de sangue (n=200) e de doentes com outras patologias infecciosas (n=60) foram usados como controlos. As amostras foram testadas pela técnica de Western Blot com lisados de oito estirpes patogénicas pertencentes aos serogrupos mais prevalentes. O reconhecimento dos antigénios leptospíricos, nos quatro estádios evolutivos, resultou da detecção de reactividade específica anti-IgM e anti IgG, nos diferentes immunoblots. Detectaram-se cinco proteínas major (45, 35, 32, 25 e 22 kDa) comuns a todos os serovares. Os soros estudados com as estirpes dos serogrupos homólogos, previamente identificados pela TAM, reagiram contra as proteínas de 45, 32 e 22 kDa, conhecidas como LipL45, LipL32 e LpL21, respectivamente, sendo estes, os antigénios imunodominantes durante o período estudado, nas duas regiões geográficas. Os doentes açorianos mostraram, ainda, uma reactividade elevada contra os LPS, cujo significado é discutido face aos resultados negativos dos soros controlo para os marcadores referidos. Esta investigação indica, pela primeira vez, uma forte persistência da resposta humoral e o importante papel protector da LipL45, Lip32 e LipL21, anos após o início dos sintomas. Por último, procedeu-se à identificação de estirpes Portuguesas, isoladas de murinos e de um caso humano fatal (L. inadai), numa perspectiva polifásica de intervenção. Utilizaram-se três testes fenotípicos (testes de crescimento sob diferentes temperaturas e na presença de 8-azaguanina, a par de um teste de alteração morfológica induzida pela adição de NaCl 1M). Paralelamente, efectuaram-se ensaios de amplificação do gene rrs (16S ARNr) de Leptospira spp por PCR (Polymerase Chain Reaction), utilizando um par de primers “universais” (331 pb) e um segundo par, que apenas amplifica o gene secY (285 pb) de estirpes patogénicas, para definição da identidade dos isolados em estudo. Da integração dos resultados obtidos, confirmou-se que estes ocupam uma posição taxonómica “intermédia” entre as leptospiras saprófitas e as patogénicas. Desenvolveu-se, ainda, uma investigação (complementar) “in vivo” do carácter taxonómico “intermédio” do referido isolado humano, por cultura e amplificação do respectivo ADN de tecidos de hamsters inoculados para o efeito. Esta metodologia molecular foi posteriormente utilizada, com sucesso, no diagnóstico precoce de doentes com Leptospirose, sendo uma mais-valia na confirmação laboratorial de infecção por Leptospira, na ausência de anticorpos específicos na fase inicial da doença.

Aspectos da caracterização antigénica e molecular da Leptospirose em Áreas Endémicas

RESUMO A Leptospirose é uma zoonose re-emergente causada por espiroquetídeos patogénicos do género Leptospira. Em Portugal, é reconhecida, desde 1931, como uma importante doença infecciosa humana, cuja notificação é obrigatória desde 1986 para todos os serovares. Porém, devido ao acentuado polimorfismo clínico e à dificuldade de um diagnóstico laboratorial especializado, esta patologia nem sempre é confirmada. Com efeito, o isolamento do agente é difícil e o método convencional de diagnóstico, baseado no teste serológico de referência TAM (Teste de Aglutinação Microscópica), não é muito sensível na primeira semana da doença. Assim, foram três os principais objectivos desta dissertação: actualizar o padrão epidemiológico da Leptospirose, após uma extensa revisão bibliográfica da doença (Capítulos 1 e 2); esclarecer os aspectos imunológicos relacionados com os marcadores antigénicos que mais influenciam a regulação da resposta humoral na infecção humana, em particular, em área endémica (Capítulo 3); e, por último, promover a identificação molecular de alguns isolados de Leptospira, avaliar o respectivo poder patogénico no modelo murino e contribuir para o diagnóstico precoce da doença humana (Capítulo 4). O primeiro dos temas investigados, com base no estudo retrospectivo de uma larga série de 4.618 doentes sintomáticos analisados representa uma caracterização única da epidemiologia da Leptospirose, em particular, na Região Centro do País, e nas ilhas de São Miguel e Terceira (Açores), nos últimos 18 e 12 anos, respectivamente. Foram confirmados 1.024 (22%) casos, com uma distribuição média de 57 casos/ano, sendo a maior frequência no sexo masculino (67%). As áreas analisadas corresponderam à maioria das notificações em Portugal, com uma taxa de incidência média anual nas ilhas muito superior à registada no continente (11,1 vs 1,7/100.000 habitantes, respectivamente). Os adultos em idade activa (25-54 anos) foram os mais afectados, nos meses de Dezembro e Janeiro. A doença foi causada por serovares de nove serogrupos presuntivos de Leptospira interrogans sensu lato, com predomínio de Icterohaemorrhagiae, Pomona e Ballum, em cerca de 66% dos casos. A seropositividade da Leptospirose esteve associada às formas anictérica e ictérica da doença, sendo evidente uma elevada sub-notificação ( 20 casos/ano). Foram detectados e analisados os diversos factores de risco, verificando-se um risco elevado de transmissão em áreas geográficas onde a circulação dos agentes zoonóticos se processa em ciclos silváticos e/ou domésticos bem estabelecidos. Este estudo confirma que a incidência da Leptospirose em Portugal tem aumentado nos últimos anos, particularmente, nos Açores, onde a seropositividade elevada e a ocorrência de casos fatais confirmam esta patologia como um problema emergente de Saúde Pública. No âmbito do Capítulo 3, investigaram-se os aspectos imunológicos da Leptospirose humana na Aspectos da caracterização antigénica e molecular da Leptospirose em áreas endémicas Região Centro e nas ilhas de São Miguel e Terceira, caracterizando as proteínas e os lipopolissacáridos (LPS) envolvidos durante as fases aguda (estádio único) e tardia da doença (três estádios), através do follow-up serológico de 240 doentes com confirmação clínica e laboratorial de Leptospirose. Foram incluídos no estudo 463 soros, 320 (69%) dos quais, obtidos durante a fase de convalescença (até 6 anos após o início dos sintomas). Soros de dadores de sangue (n=200) e de doentes com outras patologias infecciosas (n=60) foram usados como controlos. As amostras foram testadas pela técnica de Western Blot com lisados de oito estirpes patogénicas pertencentes aos serogrupos mais prevalentes. O reconhecimento dos antigénios leptospíricos, nos quatro estádios evolutivos, resultou da detecção de reactividade específica anti-IgM e anti IgG, nos diferentes immunoblots. Detectaram-se cinco proteínas major (45, 35, 32, 25 e 22 kDa) comuns a todos os serovares. Os soros estudados com as estirpes dos serogrupos homólogos, previamente identificados pela TAM, reagiram contra as proteínas de 45, 32 e 22 kDa, conhecidas como LipL45, LipL32 e LpL21, respectivamente, sendo estes, os antigénios imunodominantes durante o período estudado, nas duas regiões geográficas. Os doentes açorianos mostraram, ainda, uma reactividade elevada contra os LPS, cujo significado é discutido face aos resultados negativos dos soros controlo para os marcadores referidos. Esta investigação indica, pela primeira vez, uma forte persistência da resposta humoral e o importante papel protector da LipL45, Lip32 e LipL21, anos após o início dos sintomas. Por último, procedeu-se à identificação de estirpes Portuguesas, isoladas de murinos e de um caso humano fatal (L. inadai), numa perspectiva polifásica de intervenção. Utilizaram-se três testes fenotípicos (testes de crescimento sob diferentes temperaturas e na presença de 8-azaguanina, a par de um teste de alteração morfológica induzida pela adição de NaCl 1M). Paralelamente, efectuaram-se ensaios de amplificação do gene rrs (16S ARNr) de Leptospira spp por PCR (Polymerase Chain Reaction), utilizando um par de primers “universais” (331 pb) e um segundo par, que apenas amplifica o gene secY (285 pb) de estirpes patogénicas, para definição da identidade dos isolados em estudo. Da integração dos resultados obtidos, confirmou-se que estes ocupam uma posição taxonómica “intermédia” entre as leptospiras saprófitas e as patogénicas. Desenvolveu-se, ainda, uma investigação (complementar) “in vivo” do carácter taxonómico “intermédio” do referido isolado humano, por cultura e amplificação do respectivo ADN de tecidos de hamsters inoculados para o efeito. Esta metodologia molecular foi posteriormente utilizada, com sucesso, no diagnóstico precoce de doentes com Leptospirose, sendo uma mais-valia na confirmação laboratorial de infecção por Leptospira, na ausência de anticorpos específicos na fase inicial da doença.

DNA nanoprobes for molecular detection

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Biológica – especialidade Engenharia Genética, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Detection and identification of dengue virus isolates from Brazil by a simplified reverse transcription - polymerase chain reaction (RT-PCR) method

We show here a simplified RT-PCR for identification of dengue virus types 1 and 2. Five dengue virus strains, isolated from Brazilian patients, and yellow fever vaccine 17DD as a negative control, were used in this study. C6/36 cells were infected and supernatants were collected after 7 days. The RT-PCR, done in a single reaction vessel, was carried out following a 1/10 dilution of virus in distilled water or in a detergent mixture containing Nonidet P40. The 50 µl assay reaction mixture included 50 pmol of specific primers amplifying a 482 base pair sequence for dengue type 1 and 210 base pair sequence for dengue type 2. In other assays, we used dengue virus consensus primers having maximum sequence similarity to the four serotypes, amplifying a 511 base pair sequence. The reaction mixture also contained 0.1 mM of the four deoxynucleoside triphosphates, 7.5 U of reverse transcriptase, 1U of thermostable Taq DNA polymerase. The mixture was incubated for 5 minutes at 37ºC for reverse transcription followed by 30 cycles of two-step PCR amplification (92ºC for 60 seconds, 53ºC for 60 seconds) with slow temperature increment. The PCR products were subjected to 1.7% agarose gel electrophoresis and visualized by UV light after staining with ethidium bromide solution. Low virus titer around 10 3, 6 TCID50/ml was detected by RT-PCR for dengue type 1. Specific DNA amplification was observed with all the Brazilian dengue strains by using dengue virus consensus primers. As compared to other RT-PCRs, this assay is less laborious, done in a shorter time, and has reduced risk of contamination

Differentiation of pathogenic and non-pathogenic leptospires by means of the polymerase chain reaction

A polymerase chain reaction was carried out to detect pathogenic leptospires isolated from animals and humans in Argentina. A double set of primers (G1/G2, B64-I/B64-II), described before, were used to amplify by PCR a DNA fragment from serogroups belonging to Leptospira interrogans but did not allow to detect saprophytic strains isolated from soil and water (L. biflexa). This fact represents an advantage since it makes possible the differentiation of pathogenic from non-pathogenic leptospires in cultures. The sensitivity of this assay has been determined, allowing to detect just only 10 leptospires in the reaction tube. Those sets of primers generated either a 285 bp or 360 bp fragment, depending on the pathogenic strain

Detection of mycoplasmas in urethral swabs from HIV-1 infected patients and control individuals using culture techniques and polymerase chain reaction

The objective of the present study was to determine the prevalence of certain mycoplasma species, i.e., Mycoplasma hominis, Ureaplasma urealyticum and Mycoplasma penetrans, in urethral swabs from HIV-1 infected patients compared to swabs from a control group. Mycoplasmas were detected by routine culture techniques and by the Polymerase Chain Reaction (PCR) technique, using 16SrRNA generic primers of conserved region and Mycoplasma penetrans specific primers. The positivity rates obtained with the two methods were comparable. Nevertheless, PCR was more sensitive, while the culture techniques allowed the quantification of the isolates. The results showed no significant difference (p < 0.05) in positivity rates between the methods used for mycoplasma detection.

Random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis of Lutzomyia longipalpis laboratory populations

The phlebotomine sand fly Lutzomyia longipalpis has been incriminated as a vector of American visceral leishmaniasis, caused by Leishmania chagasi. However, some evidence has been accumulated suggesting that it may exist in nature not as a single but as a species complex. Our goal was to compare four laboratory reference populations of L. longipalpis from distinct geographic regions at the molecular level by RAPD-PCR. We screened genomic DNA for polymorphic sites by PCR amplification with decamer single primers of arbitrary nucleotide sequences. One primer distinguished one population (Marajó Island, Pará State, Brazil) from the other three (Lapinha Cave, Minas Gerais State, Brazil; Melgar, Tolima Department, Colombia and Liberia, Guanacaste Province, Costa Rica). The population-specific and the conserved RAPD-PCR amplified fragments were cloned and shown to differ only in number of internal repeats.

Genetic variation between susceptible and non-susceptible snails to Schistosoma infection using random amplified polymorphic DNA analysis (RAPDs)

Susceptibility of snails to infection by certain trematodes and their suitability as hosts for continued development has been a bewildering problem in host-parasite relationships. The present work emphasizes our interest in snail genetics to determine what genes or gene products are specifically responsible for susceptibility of snails to infection. High molecular weight DNA was extracted from both susceptible and non-susceptible snails within the same species Biomphalaria tenagophila. RAPD was undertaken to distinguish between the two types of snails. Random primers (10 mers) were used to amplify the extracted DNA by the polymerase chain reaction (PCR) followed by polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) and silver staining. The results suggest that RAPD represents an efficient means of genome comparison, since many molecular markers were detected as genetic variations between susceptible and non-susceptible snails.

Diagnosis of plague and identification of virulence markers in Yersinia pestis by multiplex-PCR

We have developed a procedure for the rapid diagnosis of plague that also allows the identification of prominent virulence markers of Y. pestis strains. This procedure is based upon the use of a single polymerase chain reaction with multiple pairs of primers directed at genes present in the three virulence plasmids as well as in the chromosomal pathogenicity island of the bacterium. The technique allowed the discrimination of strains which lacked one or more of the known pathogenic loci, using as template total DNA obtained from bacterial cultures and from simulated blood cultures containing diluted concentration of bacteria. It also proved effective in confirming the disease in a blood culture from a plague suspected patient. As the results are obtained in a few hours this technique will be useful in the methodology of the Plague Control Program.

Persistent infections in chronic Chagas' disease patients treated with anti-Trypanosoma cruzi nitroderivatives

We used a molecular method and demonstrated that treatment of the chronic human Trypanosoma cruzi infections with nitroderivatives did not lead to parasitological cure. Seventeen treated and 17 untreated chronic Chagas' disease patients, with at least two out of three positive serologic assays for the infection, and 17 control subjects formed the study groups. PCR assays with nested sets of T. cruzi DNA primers monitored the efficacy of treatment. The amplification products were hybridized to their complementary internal sequences. Untreated and treated Chagas' disease patients yielded PCR amplification products with T. cruzi nuclear DNA primers. Competitive PCR was conducted to determine the quantity of parasites in the blood and revealed < 1 to 75 T. cruzi/ml in untreated (means 25.83 ± 26.32) and < 1 to 36 T. cruzi/ml in treated (means 6.45 ± 9.28) Chagas' disease patients. The difference between the means was not statistically significant. These findings reveal a need for precise definition of the role of treatment of chronic Chagas' disease patients with nitrofuran and nitroimidazole compounds.

Arbitrarily primed PCR fingerprinting of RNA and DNA in Entamoeba histolytica

Differences were detected in the gene expression of strains of E. histolytica using RNA (RAP-PCR) and DNA fingerprinting (RAPD). Analysis of the electrophoretic profiles of the gels revealed some polymorphic markers that could be used in the individual characterization of the strains. The 260 bands generated by using five different primers for RAP-PCR, as well as RAPD, were employed in the construction of dendograms. The dendogram obtained based on the RAPD products permitted the distinction of symptomatic and asymptomatic isolates, as well the correlation between the polymorphism exhibited and the virulence of the strains. The dendogram obtained for the RAP-PCR products did not show a correlation with the virulence of the strains but revealed a high degree of intraspecific transcriptional variability that could be related to other biological features, whether or not these are involved in the pathogenesis of amebiasis.

Diagnosis of hepatitis C virus in Brazilian blood donors using a reverse transcriptase nested polymerase chain reaction: comparison with enzyme immunoassay and recombinant protein immunoblot assay

Screening blood donations for anti-HCV antibodies and alanine aminotransferase (ALT) serum levels generally prevents the transmission of hepatitis C virus (HCV) by transfusion. The aim of the present study was to evaluate the efficiency of the enzyme immunoassay (EIA) screening policy in identifying potentially infectious blood donors capable to transmit hepatitis C through blood transfusion. We have used a reverse transcriptase (RT)-nested polymerase chain reaction (PCR) to investigate the presence of HCV-RNA in blood donors. The prevalence of HCV-RNA positive individuals was compared with the recombinant immunoblot assay (RIBA-2) results in order to assess the usefulness of both tests as confirmatory assays. Both tests results were also compared with the EIA-2 OD/C ratio (optical densities of the samples divided by the cut off value). ALT results were expressed as the ALT quotient (qALT), calculated dividing the ALT value of the samples by the maximum normal value (53UI/l) for the method. Donors (n=178) were divided into five groups according to their EIA anti-HCV status and qALT: group A (EIA > or = 3, ALT<1), group B (EIA > or = 3, ALT>1), group C (1<=EIA<3, ALT<1), group D (1<=EIA<3, ALT>1) and group E (EIA<=0.7). HCV sequences were detected by RT-nested PCR, using primers for the most conserved region of viral genome. RIBA-2 was applied to the same samples. In group A (n=6), all samples were positive by RT-nested PCR and RIBA-2. Among 124 samples in group B, 120 (96.8%) were RIBA-2 positive and 4 (3.2%) were RIBA-2 indeterminate but were seropositive for antigen c22.3. In group B, 109 (87.9%) of the RIBA-2 positive samples were also RT-nested PCR positive, as well as were all RIBA-2 indeterminate samples. In group C, all samples (n=9) were RT-nested PCR negative: 4 (44.4%) were also RIBA-2 negative, 4 (44.4%) were RIBA-2 positive and 1 (11.1%) was RIBA-2 indeterminate. HCV-RNA was detected by RT-nested PCR in 3 (37.5%) out of 8 samples in group D. Only one of them was also RIBA-2 positive, all the others were RIBA-2 indeterminate. All of the group E samples (controls) were RT- nested PCR and RIBA-2 negative. Our study suggests a strong relation between anti-HCV EIA-2 ratio > or = 3 and detectable HCV-RNA by RT-nested PCR. We have also noted that blood donors with RIBA-2 indeterminate presented a high degree of detectable HCV-RNA using RT-nested PCR (75%), especially when the c22.3 band was detected.

Blood-sucking lice may disseminate Trypanosoma cruzi infection in baboons

Trypanosoma cruzi (Schyzotrypanum, Chagas, 1909), and Chagas disease are endemic in captive-reared baboons at the Southwest Foundation for Biomedical Research, San Antonio, Texas. We obtained PCR amplification products from DNA extracted from sucking lice collected from the hair and skin of T. cruzi-infected baboons, with specific nested sets of primers for the protozoan kinetoplast DNA, and nuclear DNA. These products were hybridized to their complementary internal sequences. Selected sequences were cloned and sequencing established the presence of T. cruzi nuclear DNA, and minicircle kDNA. Competitive PCR with a kDNA set of primers determined the quantity of approximately 23.9 ± 18.2 T. cruzi per louse. This finding suggests that the louse may be a vector incidentally contributing to the dissemination of T. cruzi infection in the baboon colony.

Biological and genetic characteristics of uropathogenic Escherichia coli strains

The aim of the present study was to determine biological characteristics such as expression of fimbriae, Congo red binding, production of hemolysin and aerobactin, adhesion to HeLa and uroepithelial cells and invasion of HeLa cells by Escherichia coli isolates obtained from patients showing clinical signs of urinary tract infection (UTI). Also, the presence of genes (apa, afa, spa) for fimbria expression and cytotoxic necrotizing factors (CNF1, CNF2) was assayed using specific primers in PCR. The data obtained were compared with the clonal relationships obtained by analysis of multilocus enzyme electrophoresis (MLEE), restriction fragment length polymorphism (RFLP) of the rDNA (ribotyping) and enterobacterial repetitive intergenic consensus-PCR (ERIC-PCR). All isolates but one presented a combination of at least two of the characteristics studied, a fact suggesting the presence of pathogenicity islands (PAIs). Diffuse adherence type to HeLa cells was observed to occur in most of the strains, but adhesion to uroepithelial cells seems to be a more reliable test to verify pathogenicity. Although four strains seemed to be able to invade HeLa cells when assayed by light microscopy, electron microscopy studies demonstrated that these strains were not invasive. MLEE, RFLP and ERIC-PCR were able to group the isolates differently into main clusters that were not correlated with the presence of pathogenic traits.