Molecular epidemiology of Group A streptococcal pharyngitis

Molecular epidemiology of Group A streptococcal pharyngitis and implications for rheumatic heart disease NATIONAL INSTITUTE OF INFECTIOUS DISEASE JA N UA R Y   ,   “Slum”‐‐Operational definition  Human settlements with… ◦inadequate access to safe water  ◦inadequate access to sanitation and other  infrastructure  ◦poor structural quality of housing  ◦overcrowding  ◦insecure residential status  ◦United Nations Expert Group, Nairobi, 2002 What the formal health sector sees and doesn’t see Unseen Disease Diseases seen by the formal health sector Hypertension Stroke, congestive heart failure Diabetes Endstage renal disease; blindness, chronic infections Tuberculosis Multidrug‐resistrant TB Pyoderma Glomerulonephritis HIV infection AIDS, opportunistic infection GAS infection Acute rheumatic fever Rheumatic heart disease Congestive heart failure, stroke Slum health projects in Brazil Diarrheal diseases Leptospirosis Tuberculosis Rheumatic heart disease Slum‐specific disease burden assessment Interaction of ID with non‐communicable  diseases (NCD) Salvador, Brazil X Changing epidemiology of RHD—cont Association with GAS ◦ emm types (A‐C) associated with pharyngitis ◦ emm type D associated with skin infections ◦ emm type E associated with both ◦ Studies from tropical countries challenge these associations (Carapetis,  2005) Associated with “rheumatogenic” GAS strains ◦ Not observed in recent studies from Southern hemisphere countries Changing epidemiology of RHD in the US Rheumatogenic M types 3, 5, 6, 14, 18, 19, and 29 from pharyngeal  isolates, Chicago (Shulman et al, Clin Infect Dis, 2006) ◦ 1961‐68:  49.7% of 468 isolates ◦ 2000‐2004:  10.6% of 450 isolates ◦ 2000‐2004:  17.9% of 3969 isolates nationwide  ◦ Virtual disappearance of types 14, 18, 19, and 29 between the 2  study periods RHD projects in Brazil Disease prevalence measurement Developing simpler diagnostic/prognostic tests Risk factors for RHD ◦ Access to health care service? ◦ Differences in circulating strains of Group A streptococcus? ◦ Differences in other biologic characteristics (superantigens) ◦ Differences in diversity of GAS strains? Molecular epidemiology of GAS Based on emm typing and multilocus sequence typing (MLST) ◦ emm based on N‐terminal hypervariable coding region of the M protein genes Most common emm types reported in the literature: emm1, 12 Higher diversity of emm types observed among GAS isolates from  African and Pacific region countries, compared to high‐income  countries. (Steer et al, Lancet ID, 2009) emm type distribution in high‐income countries (Steer et al,  Lancet ID, 2009) emm type distribution in African countries (Steer et al, Lancet  ID, 2009) emm type distribution in Pacific region countries (Steer et al,  Lancet ID, 2009) GAS infections in Salvador, Brazil (Tartof et al. BMC Infectious  Diseases 2010) 3 outpatient clinics ◦ 2 clinics serving slum residents (Sao Marcos, Quinto Centro) ◦ 1 clinic serving non‐slum, mostly privately‐insured residents (Jorge Valenti) April‐October, 2008 Children 3‐15 yrs of age Cases: children with chief complaint of sore throat  Controls: children with other complaints, not admitted to hospital SM QC JV GAS emm type diversity, Salvador, Brazil, April‐Oct, 2008 Simpson’s  Diversity index (Steer et al, 2009) High income  countries: 92.1% Africa: 98/1% Pacific regions: 97.9% Tartof et al. BMC Infectious Diseases 2010 stNS1033.0 st2904.1 87.0 77.0 100.0 st6735.0 22.0 89.0 1.0 25 83.1 81.1 77.0 76.0 22.0 82.0 118.0 105.0 27G.0 st2904.1 87.0 66.0 1.0 12.0 Proportion of Isolates (%) 53.0 10 stN S1 033 15 st3850.0 20 stG 48 0.0 21% 89.0 Emergencia Sao Marcos st3 850.0 st3 757 92.0 87.0 69 66.0 75 33 27G.0 105.0 11.0 25 1.0 st2 904 12 Proportion of Isolates (%) 25 66.0 12.0 49.3 Proportion of Isolates (%) Jorge Valente 35% 20 15 10 Quinto Centro 10 emm1 and 12 more  likely to be found in  high‐income community children Slum clinics 14% 20 15 Included in 26‐valent vaccine Not included in vaccine Summary of GAS infection study, Salvador, Brazil, April‐Oct, 2008 Distinct emm types associated with pharyngitis GAS strain diversity significantly greater in slum children Distinct emm types predominate in slum vs non‐slum communities  in the same city ◦ emm types 113, 27G, 4.5, 63, 9, and st2917 isolated only from slum children emm type distribution in non‐slum community resembles more of  that in high‐income countries than in slum‐community of the same  city!! Summary of GAS infection study—cont GAS strain diversity greater among carriage than pharyngitis isolates No “rheumatogenic” strains found New hypothesis: Is RHD caused by repeated exposures to a more diverse set of GAS  strains, possibly facilitated by enhanced transmission opportunities  in crowded settings? Acknowledgement UC Berkeley: Sara Tartof Brooke Finkemoore Eva Raphael Hillary Berman Frances Farrimond Annie Odom Brazil: Joice Reis, FioCruz  Dalton Oliveira, FURJ Regina Ramos, FURJ Albert Ko, Weil Medical College of Cornell Univ Mitermayer G. Reis, Director, FioCruz FioCruz: Oswaldo Cruz Foundation, Salvador, Brazil FURJ: Federal University of Bahia ... Incidence? ?of? ?ARF and prevalence? ?of? ?RHD (Carapetis, Lancet ID, 2005) WHO: prevalence peaks at 24‐35 yrs? ?of? ?age Brazil: RHD with congestive heart failure and  mitral valve regurgitation:  ◦ mean age= 12 yrs (Camara et al, 2002) ◦ mean age= 9 yrs (Camara et al, 2004)... Leading cause? ?of? ?valvular damage needing surgery in China  Prevalence significantly higher in children living in urban slums Pharyngitis? ??‐sorethroat Group A streptococcus (GAS) GAS‐classification... Slum‐specific disease burden assessment Interaction? ?of? ?ID with non‐communicable  diseases (NCD) Salvador, Brazil X 1959 1989 1976 2002 Pau da Lima, Salvador Rheumatic heart disease  >15 million prevalent cases globally