Urban Leptospirosis in Africa: A Cross-Sectional Survey of Leptospira Infection in Rodents in the Kibera Urban Settlement, Nairobi, Kenya

Leptospirosis is a widespread but under-reported cause of morbidity and mortality. Global re-emergence of leptospirosis has been associated with the growth of informal urban settlements in which rodents are thought to be important reservoir hosts. Understanding the multi-host epidemiology of leptospirosis is essential to control and prevent disease. A cross-sectional survey of rodents in the Kibera settlement in Nairobi, Kenya was conducted in September–October 2008 to demonstrate the presence of pathogenic leptospires. A real-time quantitative polymerase chain reaction showed that 41 (18.3%) of 224 rodents carried pathogenic leptospires in their kidneys, and sequence data identified Leptospira interrogans and L. kirschneri in this population. Rodents of the genus Mus (37 of 185) were significantly more likely to be positive than those of the genus Rattus (4 of 39; odds ratio = 15.03). Questionnaire data showed frequent contact between humans and rodents in Kibera. This study emphasizes the need to quantify the public health impacts of this neglected disease at this and other urban sites in Africa.

Analysis of 16S rDNA sequences from pathogenic Leptospira serovars and use of single nucleotide polymorphisms for rapid speciation by D-HPLC

Leptospira have a worldwide distribution and include important zoonotic pathogens yet diagnosis and differentiation still tend to rely on traditional bacteriological and serological approaches. In this study a 1.3 kb fragment of the rrs gene (16S rDNA) was sequenced from a panel of 22 control strains, representing serovars within the pathogenic species Leptospira interrogans, Leptospira borgpetersenii, and Leptospira kirschneri, to identify single nucleotide polymorphisms (SNPs). These were identified in the 5' variable region of the 16S sequence and a 181 bp PCR fragment encompassing this region was used for speciation by Denaturing High Performance Liquid Chromatography (D-HPLC). This method was applied to eleven additional species, representing pathogenic, non-pathogenic and intermediate species and was demonstrated to rapidly differentiate all but 2 of the non-pathogenic Leptospira species. The method was applied successfully to infected tissues from field samples proving its value for diagnosing leptospiral infections found in animals in the UK. Crown Copyright (C) 2010 Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Use of saprophytic leptospira strains in the serodiagnosis of experimental leptospirosis in guinea-pigs (Cavia sp)

No presente estudo foi avaliada, através da reação de soroaglutinação microscópica, a eficiência de quatro estirpes apatogênicas de Leptospira biflexa (Buenos Aires, Patoc 1, Rufino e São Paulo) como antígeno único para o diagnóstico sorológico em cobaias experimentalmente infectadas com sete diferentes sorotipos de Leptospira interrogans (canicola, grippotyphosa, hardjo, icterohaemorrhagiae, pomona, tarassovi e wolffi). As estirpes Buenos Aires, Patoc 1, Rufino e São Paulo não foram eficientes em revelar títulos de anticorpos nos soros das cobaias infectadas com Leptospira interrogans. Durante o experimento, foi observada a ocorrên cia de reações sorológicas cruzadas entre as estirpes Patoc 1 e São Paulo e também entre os sorotipos wolffi e hardjo.

Detection of Leptospira spp. from pure cultures and from experimentally contaminated bovine semen by polymerase chain reaction

Considerando a importância do sêmen na transmissão da leptospira bovina, foi realizado o presente estudo que teve como objetivo aplicar a reação em cadeia pela polimerase (PCR) para a detecção de leptospiras em sêmen bovino experimentalmente contaminado. A reação de PCR foi capaz de amplificar um fragmento de DNA específico de 330 pares de bases a partir de cultivos puros de 26 sorovares de Leptospira spp. A contaminação experimental de sêmen com Leptospira interrogans serovar hardjo revelou que a técnica de PCR conseguiu detectar 10 bactérias/ml, concentração sensivelmente mais baixa que as 1.000 bactérias/ml detectadas através do cultivo microbiológico. Os resultados observados revelam o grande potencial da reação de PCR para a detecção de Leptospira spp. em sêmen bovino, notadamente em centrais de inseminação artificial.

Detection and differentiation of Leptospira spp. serovars in bovine semen by polymerase chain reaction and restriction fragment length polymorphism

In view of the importance of venereal transmission of bovine leptospirosis, the objective of the present study was to apply the polymerase chain reaction (PCR) to 26 serovars of Leptospira interrogans, L. borgpetersenii, L. santarosai, L. noguchii and L. biflexa, to determine the detection threshold in semen samples and to evaluate the possibility of differentiation among serovars using 19 restriction endonucleases. The results showed that all serovars were amplified and the detection threshold in semen samples of a bull was 100 bacteria/ml. Using endonucleases we could classify the 26 serovars into eight groups. The present results show that PCR is a method of great potential for the detection of Leptospira spp, at bovine artificial insemination centers. (C) 2000 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Evaluation of macrophage activity and antibody production in genetically selected mice infected with Leptospira serovar pomona

The aim of the present study was to evaluate the role of macrophage activity and antibody production in experimental infection with Leptospira Pomona in mice genetically selected for high (H) or low (L) humoral immune response. To evaluate macrophage activity, reactive oxygen and nitrogen intermediates were determined. Also, the production of tumor necrosis factor (TNF-alpha) and the recovery of Leptospira-specific antibodies in the kidneys and liver were assessed; histological lesions were analyzed using the hematoxylin-eosin technique, and Leptospira antigens in tissues were determined by immunohistochemistry. Results showed that recovery of microorganisms from the analyzed organs was lower in LIV-A mice. However, HIV-A animals showed total restraint since the 14th day after infection, whereas LIV-A mice still had bacteria in the liver at the 21st post-infection day. Immune response against Pomona serovar in those lineages was characterized as high production of antibodies, mainly in late periods of the infectious process. The production of reactive oxygen and nitrogen intermediates also contributed to the elimination of Leptospira Pomona in all two lineages; H2O2 production was an important factor in HIV-A mice, as well as NO production in the LIV-A animals, mainly at the latest post-inoculation periods. The same occurred regarding TNF-alpha production. Severe renal lesions were observed at periods in which larger numbers of leptospires were isolated using the culture technique. Tissue alterations persisted in LIV-A mice, even at periods in which leptospires were not recovered. Immunohistochemistry showed to be more sensitive than culturing. However, both techniques were appropriate for the agent identification in the studied lineages. Results suggest that such lineages could represent an important model to investigate pathogenesis and immune response against the varied serovars of leptospires.

Infecção por leptospira em touros (Bos Taurus Indius): comparação da eficiência de dois produtos à base de estreptomicina na eliminação da leptospirúria causado pelo Sorovar Hardjo

Pós-graduação em Medicina Veterinária - FCAV

Leptospira spp. e Brucella spp. em feitos e oócitos colhidos de vacas no momento do abate

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Diagnóstico laboratorial da infecção por Leptospira ssp. em animais silvestres e em roedores procedentes do Centro de Conservação da Fauna silvestre de Ilha Solteira-SP

Pós-graduação em Doenças Tropicais - FMB

Isolation of Leptospira spp. from a man living in a rural area of the Municipality of Cruz Alta, RS, Brazil

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Lepstospira interrogans shotgun phage display identified LigB as a heparin-binding protein

LigB is an adhesin from pathogenic Leptospira that is able to bind to extracellular matrix and is considered a virulence factor. A shotgun phage display genomic library was constructed and used for panning against Heparan Sulfate Proteoglycan (HSPG). A phage clone encoding part of LigB protein was selected in panning experiments and showed specific binding to heparin. To validate the selected clone, fragments of LigB were produced as recombinant proteins and showed affinity to heparin and to mammalian cells. Heparin was also able to reduce the binding of rLB-Ct to mammalian cells. Our data suggests that the glycosaminoglycan moiety of the HSPG is responsible for its binding and could mediate the attachment of the recombinant protein rLB-Ct. Thus, heparin may act as a receptor for Leptospira to colonize and to invade the host tissue. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Induction of TNF-alfa and CXCL-2 mRNAs in different organs of mice infected with pathogenic Leptospira

The role of innate immune response in protection against leptospirosis is poorly understood. We examined the expression of the chemokine CXCL2/MIP-2 and the cytokine TNF-alpha. in experimental resistant and susceptible mice models, C3H/HeJ, C3H/HePas and BALB/c strains, using a virulent strain of Leptospira interrogans serovar Copenhageni. Animals were infected intraperitoneally with 107 cells and the development of the disease was followed. Mortality of C3H/HeJ mice was observed whereas C3H/HePas presented jaundice and BALB/c mice remained asymptomatic. The infection was confirmed by the presence of leptospiral DNA in the organs of the animals, demonstrated by PCR. Sections of the organs were analyzed, after H&E stain. The relative expression of mRNA of chemokine CXCL2/MIP-2 and cytokine TNF-alpha was measured in lung, kidney and liver of the mice by qPCR. The concentrations of these proteins were measured in extracts of tissues and in serum of the animals, by ELISA. Increasing levels of transcripts and protein CXCL2/MIP-2 were detected since the first day of infection. The highest expression was observed at third day of infection in kidney, liver and lung of BALB/c mice. In C3H/HeJ the expression of CXCL2/MIP-2 was delayed, showing highest protein concentration in lung and kidney at the 5th day. Increasing in TNF-alpha transcripts were detected after infection, in kidney and liver of animals from the three mice strains. The expression of TNF-alpha protein in C3H/HeJ was also delayed, being detected in kidney and lung. Our data demonstrated that Leptospira infection stimulates early expression of CXCL2/MIP-2 and TNF-alpha in the resistant strain of mice. Histological analysis suggests that the expression of those molecules may be related to the influx of distinct immune cells and plays a role in the naturally acquired protective immunity. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Genome reduction in Leptospira borgpetersenii reflects limited transmission potential

Leptospirosis is one of the most common zoonotic diseases in the world, resulting in high morbidity and mortality in humans and affecting global livestock production. Most infections are caused by either Leptospira borgpetersenii or Leptospira interrogans, bacteria that vary in their distribution in nature and rely on different modes of transmission. We report the complete genomic sequences of two strains of L. borgpetersenii serovar Hardjo that have distinct phenotypes and virulence. These two strains have nearly identical genetic content, with subtle frameshift and point mutations being a common form of genetic variation. Starkly limited regions of synteny are shared between the large chromosomes of L. borgpetersenii and L. interrogans, probably the result of frequent recombination events between insertion sequences. The L. borgpetersenii genome is ≈700 kb smaller and has a lower coding density than L. interrogans, indicating it is decaying through a process of insertion sequence-mediated genome reduction. Loss of gene function is not random but is centered on impairment of environmental sensing and metabolite transport and utilization. These features distinguish L. borgpetersenii from L. interrogans, a species with minimal genetic decay and that survives extended passage in aquatic environments encountering a mammalian host. We conclude that L. borgpetersenii is evolving toward dependence on a strict host-to-host transmission cycle.

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.