Molecular epidemiology of Mycobacterium tuberculosis and antibiotic resistance in Lao PDR
Epidémiologie moléculaire de Mycobacterium tuberculosis et sa résistance aux antibiotiques en RDP Lao
Résumé
Tuberculosis (TB) is still one of the top 10 leading causes of death worldwide; the emergence/re-emergence of drug resistant TB aggravates the situation globally and challenges the prospect of ending TB by 2035. Lao PDR is surrounded by TB and MDR-TB high burden countries and TB continues to be one of the priority infection diseases in this country. The prevalence of TB in 2010 was almost twice as high than previous estimates and little is known about drug resistance. Up to now, M. tuberculosis population data regarding drug resistance and genetic structure are totally absent. In this context, we aimed to study the diversity and the structure of M. tuberculosis population and the genetic determinants associated to drug resistance using clinical samples collected from the TB prevalence survey (TBPS), 2010-2011; from the Drug resistance survey (DRS), 2016-2017 and from presumptive MDR-TB cases in Lao PDR (2010-2014). Various methods and analyses were used, including drug susceptibility testing (phenotypic and genotypic), DNA sequencing and genotyping of M. tuberculosis using spoligotyping and MIRU-VNTR. The data were analyzed by statistical and phylogenetic analyses.Firstly, this work was focused on the diversity of M. tuberculosis families circulating in Lao PDR. According to the result form TBPS, EAI and Beijing family (76.7% and 14.4% respectively) were mainly observed, while Beijing family was more observed in DRS, and presumptive MDR-TB cases (35% and 41% respectively). The level of recent transmission in Lao PDR was non-negligible with a global clustering rate of 11.9% and in Beijing and EAI of 20% and 11%, respectively. Secondly, the results demonstrated the diversity of drug resistant patterns from mono-resistance to pre-extensively drug resistance (pre-XDR). A high diversity of mutations associated with drug resistance was also observed, however common mutations were mainly found (e.g: mutations in rpoB gene, katG and rpsL). The pattern was different for pncA gene, we observed a diversity of mutations without preeminent ones. Besides the number of known and unknown mutations associated with anti-TB drug resistance, deletion and insertion of bases were also observed. The sequencing showed its usefulness for drug resistance detection. Lastly, Beijing family, which is the more problematic family in the world in terms of resistance and transmissibility, was observed on a significant manner in young age group, mainly in the northern provinces, in recent transmission cases and among highly drug resistant isolates, suggesting an increasing risk of highly drug resistance TB due to highly transmissible Beijing strains in Lao PDR.In conclusion, this study provides the first genetic insights into the M. tuberculosis population in Lao PDR. The results underline the risk of increase of Beijing and drug resistant TB in the country. In order to prevent a more serious situation in the future regarding drug resistance as observed in neighboring countries, there is an urgent need of effective strategy improvement for drug resistance screening and the development of rapid molecular tests that cover a large number of drug resistance simultaneously with a feasible implementation in the limited resource countries. The results of genotyping from our study will be the baseline of families/subfamilies/genotype of M. tuberculosis population and of the mutations associated with drug resistance in Lao PDR. These data will be compared with further study/analysis to evaluate the trend of TB and drug resistant TB in the country and to determine if the drug resistance is under control after the set-up of new policies. The data of drug resistance associated mutations are used to build a regional database in collaboration with Vietnam and Cambodia in order to develop a diagnostic tool based on DNA chip technology to improve the drug resistance detection in the region.
La tuberculose (TB) reste parmi les 10 premières causes de décès dans le monde ; l’émergence/réémergence de la TB résistante aux antituberculeux aggrave la situation et représente un défi majeur pour l’éradication de la TB. Le Laos est entouré par des pays fortement touchés par la TB et la TB multi-résistante (MDR) et cette maladie représente une priorité en termes de santé publique dans ce pays. Il n’existe encore aucune donnée sur la structure génétique et la résistance aux antibiotiques de la population de M. tuberculosis au Laos.Dans ce contexte, ce travail avait pour but d’analyser la diversité génétique et la structure des populations de M. tuberculosis ainsi que les déterminants génétiques associés à la résistance à partir d’échantillons collectés lors de l’enquête de prévalence nationale de la Tuberculose (TBPS) 2010-2011, l’enquête de résistance aux antituberculeux (DRS) 2016-2017 et chez les cas suspects de MDR-TB au Laos (2010-2014). Plusieurs techniques d’analyses ont été utilisées, comprenant les tests de sensibilité aux médicaments (phénotypique et génotypique), le séquençage et le génotypage par spoligotypage et MIRU-VNTR. Les données ont été analysées par des méthodes statistiques et phylogénétiques.Premièrement, ce travail s’est focalisé sur la diversité des familles de M. tuberculosis circulant au Laos. Les familles EAI et Beijing (76.7% et 14.4% respectivement) ont été principalement observées dans les échantillons de TBPS, alors que la famille Beijing était plus fréquente dans les échantillons de DRS et chez les patients suspectés de MDR-TB (35% et 41% respectivement). La transmission récente était non-négligeable avec un taux de « clustering » global de 11.9%, et des taux pour Beijing de 20 % et EAI de 11 %. Deuxièmement, les résultats ont révélé des profils de résistance très diverses allant de la mono-résistance jusqu’à la pré-XDR (ultrarésistance). Les mutations associées aux profils de résistance ont montré une grande diversité, avec cependant certaines mutations majeures dans les gènes rpoB, katG, et rpsL. Le gène pncA a montré un pattern différent avec de la diversité sans mutations prééminentes. En plus des mutations détectées, des délétions et insertions de bases ont été également observées. Le séquençage a montré son utilité pour la détection de la résistance aux antibiotiques dans les trois échantillons à l’étude. Enfin, la famille Beijing, famille la plus problématique au niveau mondial en termes de résistance et de transmissibilité, a été identifiée de manière significative dans le groupe de patients <35 ans, principalement dans les provinces du Nord, dans les cas de transmissions récentes et chez les isolats très résistants. Tous ces points suggèrent un risque d’émergence de la MDR-TB accrue au Laos dû à la famille Beijing.En conclusion, cette étude permet d’avoir pour la première fois un aperçu de la structure des populations de M. tuberculosis au Laos. Les résultats soulignent le risque d’augmentation du nombre de cas infectés par la famille Beijing et donc des cas de résistance. Pour empêcher une dégradation de la situation, il est essentiel d’améliorer les stratégies pour le dépistage des résistances et de développer des tests moléculaires capables de couvrir un large nombre de mutations qui soit simple à implémenter dans les pays à ressources limités. Les résultats de ce travail serviront de base en termes de famille/sous-famille/génotype et de mutations associées à la résistance au Laos. Ces données pourront être comparées avec de futures études/analyses pour étudier l’évolution de la TB et de la TB résistante et ainsi d’évaluer l’efficacité des politiques de contrôle mises en place. La description des mutations associées aux résistances est utilisée pour créer une base de données régionale en collaboration avec le Vietnam et le Cambodge pour développer un outil de diagnostic basé sur la technologie des puces à ADN pour améliorer la détection de la résistance dans la région.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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