Group A Streptococci; Epidemiology and Genetics of Antibiotic Resistance

Abstract

Group A streptococci (GAS) cause throat and skin infections, severe invasive diseases as well as the non-suppurative complications acute rheumatic fever and glomerulonephritis. GAS have retained susceptibility to betalactam drugs, but resistance to alternative antibiotics is of concern. In a large Iranian survey the carrier rates among symptom-free children and those with pharyngotonsillitis were 20% and 34%, respectively. There were no macrolide resistant strains, but 42% were tetracycline resistant; of these, 406 isolates were typed by different methods. Though half of the strains were T- and M-nontypeable, more than 20 M types were represented. Non-typeable strains could mostly be typed genetically by a PCR-capture-ELISA procedure. Fingerprinting by PFGE disclosed further strain heterogeneity, suggesting tetracycline resistance to be disseminated among Iranian GAS strains. Among Swedish isolates from 1980-99, a new, non-inducible (NI) resistance phenotype, due to efflux was predominant during the 80ies. Classical MLS resistance, both inducible (IR) and constitutive (CR), seemed to appear only during the late 90-ies. In addition, three novel subphenotypes of MLS resistance were demonstrated. Resistance determinants were traced by PCR and invariably showed ermB in IR and CR strains but mefA in NI strains. Novel subphenotype strains mostly showed both erm and mef genes. Most IR strains were also tetracycline resistant, and typing of 100 such strains serologically as well as by PCR-capture-ELISA and emm-sequencing showed almost all to be of M-type 77, not previously reported from Sweden. In addition, five different clones of such multi-resistant strains were distinguished by PFGE. Thus, new molecular methods represent potent tools for epidemiological typing of antibiotic resistant and other GAS.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Grupp A streptokocker (GAS) ger upphov till infektioner lokaliserade till svalg och hud såsom akut pharyngotonsillit (halsfluss), impetigo (svinkoppor), erysipelas (rosfeber) men även till invasiva (djupa) infektioner med allvarlig prognos, speciellt scarlatina (scharlakansfeber), puerperalfeber (barnsängsfeber), nekrotiserande fasciit och andra mjukdelsinfektioner samt sepsis (blodförgiftning). Ett s.k. toxiskt shocksyndrom, utlöst av olika exotoxiner (utsöndrade toxiska substanser) kan komplicera de djupa infektionerna och medföra hög mortalitet och synnerligen svåra terapibekymmer. Svalg- och hudinfektioner orsakade av GAS kan dessutom leda till kroniska följdsjukdomar såsom akut rheumatisk feber (ARF) och akut poststreptokockglomerulonefrit (APSGN), varav särskilt hjärtinvaliditet betingad av ARF är ett omfattande hälsoproblem i tredje världen.



M-proteinet, ett hypervariabelt ytprotein, är grunden för klassisk uppdelning av GAS i över 100 serotyper. M-protein förhindrar fagocytos (försvarscellers inmundigande) av streptokocker, och typspecifika antikroppar mot M-protein skyddar mot infektion. ARF och APSGN är kopplade endast till vissa M-typer, vilket bl.a. anses sammanhänga med kända likheter mellan M-protein och human vävnad. Vaccin mot GAS saknas fortfarande, beroende både på typrikedomen och fruktan för immunologiska korsreaktioner. Alternativa vacciner, baserade på olika andra virulensfaktorer (svarande för vävnadsvidhäftning, eller olika toxiska effekter) befinner sig på experimentstadiet.



Efter över fem dekader av penicillinbruk är GAS oförändrat känsliga för penicillin och besläktade antibiotika. Alternativa medel vid allergi är främst erytromycin, en makrolid, och vid svåra infektioner clindamycin, en lincosamid. Resistens mot makrolider, lincosamider och streptogramin B, s.k. MLS-resistens har emellertid förekommit i varierande grad alltsedan 60-talet, och främst överdrivet bruk av makrolider anses gynna sådan resistensutveckling. Tetracyklinresistens hos GAS är också vanlig, trots att tetracykliner används i behandlingen av helt andra bakterier; det ekologiska trycket av tetracyklin har alltså gett förutsättning för resistens även i GAS.



I första delen av denna avhandling (I och II) har ett stort antal iranska isolat av GAS studerats. Dessa hade erhållits genom provtagning, bl.a. i skolor, i tre olika områden av Tehran samt i ett mer lantligt distrikt (Gilan) i norra Iran. Vi fann höga bärarfrekvenser av GAS hos både friska skolbarn samt barn med halsfluss, 20% resp. 34%. Hos symptomfria vuxna individer var frekvensen 20 %. Höga bärarsiffror noterades framförallt i södra Tehran, innehållande tättbebyggda områden med lägre levnadsstandard. Erythromycinresistens förkom knappast, däremot var 42% av stammarna tetracyklinresistenta. Sådana stammar, inalles 406 st, typades med olika metoder. Hälften var icke T- eller M-typbara, men vi fann ändå att mer än 20 M-typer var representerade bland stammarna. Många serologiskt icke-typbara stammar kunde typas genetiskt (via genen för M-protein, emm) med en hybridiseringsmetod, PCR-capture-ELISA. Fingerprintning av DNA med pulsfältsgelelektrofores (PFGE) visade ytterligare klonal heterogenitet, och vi kan konkludera att tetracyklinresistensen hos GAS i Iran inte berodde på spridning av en enda eller enstaka kloner utan är utspridd i streptokockpopulationen.



I andra delen (II, IV, V) har makrolidresistens hos sydsvenska kliniska isolat av GAS studerats. Frekvensen av erytromycinresistens under 1980-99 har generellt varit låg, oftast <2%, men en temporär ökning, till >10%, noterades i början av 90-talet. En ny, icke-inducerbar (NI) resistensfenotyp, beroende på efflux och endast omfattande makrolider, var dominerande under 80-talet. Klassisk, metylasbetingad MLS-resistens, både inducerbar (IR) och konstitutiv (CR), visade sig vanligare under perioden efter 1995. Dessutom påträffades tre nya subfenotyper av MLS-resistens, varav två föreföll relativt vanliga omkring 1990.



Resistensgener påvisades med polymeraskedjereaktion (PCR) och visade undantagslöst ermB hos IR- och CR-stammar samt mefA hos NI-stammar. Nya subfenotyp-stammar uppvisade oftast en kombination av erm- och mef-gener.



IR-stammar var oftast även tetracyklinresistenta, och typning av 100 sådana isolat sedan 1995 visade en dominans av M77, en typ som tidigare ej rapporterats i Sverige. Resultatet bekräftades med både PCR-capture-ELISA och sekvens-typning. Med PFGE kunde minst fem olika kloner särskiljas bland dessa antibiotikaresistenta M77-stammar. Med dessa exempel har vi också velat jämföra gamla (serologiska) och nya (molekylärbiologiska) metoder för epidemiologisk typning och demonstrerat de senares överlägsenhet. Medan typning av GAS tidigare varit problematisk, spec. beroende på svårigheter med specifika reagenser, kan nu samtliga stammar typas genetiskt, samtidigt som antalet kända typer snabbt ökat till f.n. omkring 160 st.

• author: Jasir, Aftab
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Prof Holm, Stig E, Umeå University, Sweden
• organization: Division of Medical Microbiology
• publishing date: 2001
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Microbiology in the medical area
• keywords: Microbiology, typing, epidemiology, M protein, emm gene, erythromycin, tetracycline, macrolides, streptococci, antibiotics, mykologi, virologi, bakteriologi, Mikrobiologi, mycology, virology, bacteriology
• pages: 118 pages
• defense location: Pathology lecture hall, Sölvegatan 25, Lund, Sweden
• defense date: 2001-02-02 10:15:00
• ISBN: 91-628-4581-0
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 7e3e0a6f-1745-48f5-9198-7446f245fa30 (old id 41219)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:09:57
• date last changed: 2018-11-21 21:03:04