Update on Epidemiology, Diagnosis, and Treatment of Pertussis

Pertussis, commonly known as whooping cough, is one of the most common vaccine-preventable infections. In adolescents and adults, infection may result in a protracted cough and is occasionally associated with substantial morbidity. In children and particularly infants, morbidity is more often substantial and the disease may be fatal. Two types of vaccines against pertussis exist: whole-cell vaccines (wP), developed in the 1940s, containing the entire inactivated Bordetella pertussis organism, and acellular vaccines (aP) constituting of 1–5 purified bacterial proteins. The aPs were developed in the 1970s in order to diminish the adverse effects that could occur in the wP vaccinations. In many industrialized countries, aP replaced the wP formulations; however, wPs are still used for primary vaccination doses in developing countries. The massive use of both types of vaccines significantly reduced the morbidity and mortality associated with the disease; nevertheless, pertussis is still an important public health problem. In fact, pertussis incidence has increased in many countries, with large sustained epidemics occurring most notably in developed countries that only use acellular vaccine for all the doses included in the calendar. This chapter focuses on some recent developments in the areas of epidemiology, diagnosis, and treatment of pertussis

Outer membrane vesicles: an attractive candidate for pertussis vaccines

Pertussis is a current public-health problem and major cause of death in children, even in countries with high vaccination coverage . This bacterial respiratory disease is caused by Bordetella pertussis, but other Bordetella species such as B. parapertussis, B. bronchiseptica, and B. holmesii can provoke symptomatology similar to pertussis. The World Health Organization (WHO) estimated that in 2008, about 16 million cases of pertussis occurred worldwide with about 195,000 deaths, 95% in developing countries.Instituto de Biotecnologia y Biologia Molecula

Increase in pertussis cases along with high prevalence of two emerging genotypes of Bordetella pertussis in Perú, 2012

As has occurred in many regions worldwide, in 2012 the incidence of pertussis increased in Perú. This epidemiologic situation has been associated with a waning vaccine-induced immunity and the adaptation of Bordetella pertussis to vaccine-induced immunity along with improved diagnostic methods. Methods: The study comprised a total of 840 pertussis-suspected cases reported in Perú during 2012. We summarize here the distribution of pertussis cases according to age and immunization status along with the immunization-coverage rate. Laboratory diagnosis was performed by culture test and real-time polymerase-chain reaction (PCR). B. pertussis bacteria recovered from infected patients were characterized by pulsed-field gel electrophoresis (PFGE), and the DNA sequencing of the pertussis-toxin (promoter and subunit A), pertactin, and fimbriae (fim2 and fim3) genes. Results: From the total pertussis-suspected cases, 191 (22.7 %) infections were confirmed by real-time PCR and 18 through cultivation of B. pertussis (2.1 %), while one infection of B. parapertussis (0.11 %) was also detected by culture. Pertussis was significantly higher in patients that had had 0-3 vaccine doses (pentavalent vaccine alone) than in those who had had 4-5 vaccine doses (pentavalent plus DwPT boosters) at 94.3 vs. 5.7 %, respectively (p < 0.00001). The relative risk (RR) for patients with 4-5 doses compared to those with fewer than 4 doses or no dose was 0.23 (95 % Confidence Interval: 0.11-0.44), while the vaccine effectiveness was 77 % and coverage 50.5 %. Genetic analysis of B. pertussis isolates from different Peruvian regions detected two clonal groups as identified by PFGE. Those two groups corresponded to the B. pertussis genotypes emerging worldwide ptxP3-ptxA1-prn2 or 9-fim3-1 and ptxP3-ptxA1-prn2 or 9-fim3-2. Conclusions: Two emerging B. pertussis genotypes similar to isolates involved in worldwide epidemics were detected in Perú. Low vaccine coverage (<50 %) and genetic divergence between the vaccine-producing strain and the local isolates could contribute to this pertussal epidemic.Fil: Bailon, H. Instituto Nacional de Salud; PerúFil: León-Janampa, N. Instituto Nacional de Salud; PerúFil: Padilla, C.. Instituto Nacional de Salud; PerúFil: Hozbor, Daniela Flavia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Biotecnología y Biología Molecular. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Biotecnología y Biología Molecular; Argentin

Letter to the Editor : Bordetella pertussis Polymorphism and Pertussis Vaccines

First, I want to clarify for Dr. Guiso that in no part of our paper did we state that “the vaccines are not protecting against new circulating isolates.” Therefore, I recommend a more careful reading of our work in order to determine the true subject under discussion. My colleagues and I will not argue about what is not stated in the article. On the other hand, it is important to point out that all protection results presented in our paper were obtained using mice, and thus, care in making extrapolations to humans must be taken.Facultad de Ciencias Exacta

Global population structure and evolution of Bordetella pertussis and their relationship with vaccination

Bordetella pertussis causes pertussis, a respiratory disease that is most severe for infants. Vaccination was introduced in the 1950s, and in recent years, a resurgence of disease was observed worldwide, with significant mortality in infants. Possible causes for this include the switch from whole-cell vaccines (WCVs) to less effective acellular vaccines (ACVs), waning immunity, and pathogen adaptation. Pathogen adaptation is suggested by antigenic divergence between vaccine strains and circulating strains and by the emergence of strains with increased pertussis toxin production. We applied comparative genomics to a worldwide collection of 343 B. pertussis strains isolated between 1920 and 2010. The global phylogeny showed two deep branches; the largest of these contained 98% of all strains, and its expansion correlated temporally with the first descriptions of pertussis outbreaks in Europe in the 16th century. We found little evidence of recent geographical clustering of the strains within this lineage, suggesting rapid strain flow between countries. We observed that changes in genes encoding proteins implicated in protective immunity that are included in ACVs occurred after the introduction of WCVs but before the switch to ACVs. Furthermore, our analyses consistently suggested that virulence-associated genes and genes coding for surface-exposed proteins were involved in adaptation. However, many of the putative adaptive loci identified have a physiological role, and further studies of these loci may reveal less obvious ways in which B. pertussis and the host interact. This work provides insight into ways in which pathogens may adapt to vaccination and suggests ways to improve pertussis vaccines.La lista completa de autores que integran el documento puede consultarse en el archivo.Instituto de Biotecnologia y Biologia Molecula

Outer membrane vesicles: an attractive candidate for pertussis vaccines

Pertussis is a current public-health problem and major cause of death in children, even in countries with high vaccination coverage . This bacterial respiratory disease is caused by Bordetella pertussis, but other Bordetella species such as B. parapertussis, B. bronchiseptica, and B. holmesii can provoke symptomatology similar to pertussis. The World Health Organization (WHO) estimated that in 2008, about 16 million cases of pertussis occurred worldwide with about 195,000 deaths, 95% in developing countries.Instituto de Biotecnologia y Biologia Molecula

Membrane vesicles derived from Bordetella bronchiseptica: Active constituent of a new vaccine against infections caused by this pathogen

Bordetella bronchiseptica, a Gram-negative bacterium, causes chronic respiratory tract infections in a wide variety of mammalian hosts, including humans (albeit rarely). We recently designed Bordetella pertussis and Bordetella parapertussis experimental vaccines based on outer membrane vesicles (OMVs) derived from each pathogen, and we obtained protection against the respective infections in mice. Here, we demonstrated that OMVs derived from virulent-phase B. bronchiseptica (OMVBbvir+) protected mice against sublethal infections with different B. bronchiseptica strains, two isolated from farm animals and one isolated from a human patient. In all infections, we observed that the B. bronchiseptica loads were significantly reduced in the lungs of vaccinated animals; the lung-recovered CFU were decreased by ≥4 log units, compared with those detected in the lungs of nonimmunized animals (P < 0.001). In the OMVBbvir+-immunized mice, we detected IgG antibody titers against B. bronchiseptica whole-cell lysates, along with an immune serum having bacterial killing activity that both recognized B. bronchiseptica lipopolysaccharides and polypeptides such as GroEL and outer membrane protein C (OMPc) and demonstrated an essential protective capacity against B. bronchiseptica infection, as detected by passive in vivo transfer experiments. Stimulation of cultured splenocytes from immunized mice with OMVBbvir+ resulted in interleukin 5 (IL-5), gamma interferon (IFN-γ), and IL-17 production, indicating that the vesicles induced mixed Th2, Th1, and Th17 T-cell immune responses. We detected, by adoptive transfer assays, that spleen cells from OMVBbvir+-immunized mice also contributed to the observed protection against B. bronchiseptica infection. OMVs from avirulent-phase B. bronchiseptica and the resulting induced immune sera were also able to protect mice against B. bronchiseptica infection.Fil: Bottero, Daniela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Biotecnología y Biología Molecular. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Biotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Zurita, Maria Eugenia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Biotecnología y Biología Molecular. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Biotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Gaillard, María Emilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Biotecnología y Biología Molecular. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Biotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Bartel, Erika Belén. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Biotecnología y Biología Molecular. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Biotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Vercellini, María Clara. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Estudios Inmunológicos y Fisiopatológicos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Estudios Inmunológicos y Fisiopatológicos; ArgentinaFil: Hozbor, Daniela Flavia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Biotecnología y Biología Molecular. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Biotecnología y Biología Molecular; Argentin

Non-mandatory immunization and its potential impact on pertussis epidemiology

En este trabajo, se analizan cuantitativamente las consecuenciasa corto plazo que tendría sobre coqueluche la sanción delProyecto de Ley de Consentimiento Informado en Materiade Vacunación presentado en Argentina, en 2017, el cualcontempla la no obligatoriedad de la aplicación de las vacunasdel Calendario Nacional a los menores de edad. Se utilizaun modelo matemático para la transmisión de pertusis,desarrollado previamente en nuestro grupo. Se considera quela sola presentación del proyecto provoca una disminución enlas coberturas por generar desconfianza sobre los beneficiosdel programa de vacunación. Asumiendo 5 % anual dereducción de las coberturas durante 4 años a partir de 2018,en el siguiente brote, los casos graves en menores del año seincrementarían en más del 100 % respecto del último brote, yse estiman 101 fallecidos. Con una reducción del 10 % anualpor 4 años, el siguiente brote superaría al previo en más del200 %, con 163 decesos.Fil: Bergero, Paula Elena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Fabricius, Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Hozbor, Daniela Flavia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Biotecnología y Biología Molecular. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Biotecnología y Biología Molecular; Argentin

MEJORAMIENTO DE UNA VACUNA ACELULAR NOVEL CONTRA PERTUSSIS, ENFERMEDAD RESURGENTE

El trabajo de tesis que realizo en el Instituto de Biotecnología y Biología Molecular de la Facultad de Ciencias Exactas de la UNLP-CONICET bajo la dirección de la Dr. Daniela Hozbor y la Co Dirección del Dr. Martín Rumbo, refiere a la búsqueda de estrategias que mejoren el control de la enfermedad denominada pertussis. Esta enfermedad respiratoria aguda causada principalmente por Bordetella pertussis ha resurgido en los últimos años. El incremento de los casos detectados ha provocado preocupación en los sistemas de salud y en el sector científico movilizándolos hacia la búsqueda de la comprensión de las causas que llevan a dicha situación epidemiológica y a la revisión y diseño de nuevas estrategias de control. En la actualidad existen dos tipos de vacunas contra esta enfermedad que afecta a todos los grupos etarios siendo los más vulnerables los lactantes menores de 6 meses de edad: las vacunas celulares que fueron las primeras en desarrollarse y las vacunas acelulares que se desarrollaron más tardíamente en respuesta a los reportes sobre la inducción de reacciones adversas asociadas a las vacunas celulares. En la actualidad ambas vacunas se emplean en distintos países para cubrir el esquema recomendado por la organización&nbsp; mundial de la salud para la población pediátrica. Las vacunas acelulares se emplean además para los refuerzos recomendados en la población mayor a 7 años de edad. El uso de estas vacunas por más de 70 años redujo significativamente la morbilidad y mortalidad asociada a la enfermedad. Sin embargo, en los últimos años y más marcadamente en los países que emplean sólo vacunas acelulares en sus calendarios se han registrado un incremento de casos con brotes de gran envergadura. Estudios relativamente recientes muestran que las vacunas acelulares inducen una respuesta inmune menos robusta que el de las vacunas celulares la cual estaría mediada fundamentalmente por anticuerpos (mayormente perfil de respuesta del tipo Th2). La duración de la inmunidad inducida por estas vacunas es relativamente corta y según los ensayos en el modelo de primates, estas vacunas protegerían contra la enfermedad pero no contra la infección y/o la transmisión. Más aún su composición de poco epitopes parece estar ejerciendo una presión de selección fuerte sobre la población bacteriana circulante. En este contexto resulta clara la necesidad de desarrollar una nueva vacuna acelular que sola o en combinación tenga la capacidad de superar las debilidades de las actuales vacunas es decir inducir un perfil de respuesta mixto (mayormente de tipo Th1) y cuya composición sea multiepitope. En este contexto nuestro grupo de trabajo ha logrado diseñar una nueva vacuna basada en vesículas de membrana externa derivadas de B. pertussis, (OMVs) que ha mostrado ser seguro y efectivo en modelo murino de protección. A diferencia de la vacuna aP que induce mayormente un perfil de respuesta celular Th2, nuestro candidato vacunal multiepitope induce un perfil mixto Th1/Th17/Th2 de mayor duración. En mi trabajo de tesis me he focalizado en la evaluación de la posibilidad de combinar las OMVs a las vacunas acelulares comerciales con el fin de no solo lograr una vacuna acelular superadora en los términos mencionados sino además para simplificar en un futuro los posibles ensayos clínicos que requerirá nuestro candidato vacunal. Hemos evaluado así el efecto de adicionar las OMVs a las vacunas aP comerciales. Hemos demostrado que al adicionar OMVs (rango ensayado: 0,75 μg&nbsp; - 3 μg) a la vacuna aP no sólo no se pierde la capacidad protectora de ambas vacunas sino que se logra inducir el perfil mixto recomendado aún con la dosis 0,75 μg de OMVs. La adición de 0,75 μg OMVs permitió además incrementar los títulos de IgG totales y de los isotipos IgG3, IgG2a e IgG1 en comparación a los otros tratamientos. Como otra alternativa y para mejorar aún más a nuestro candidato vacunal hemos decido evaluar y caracterizar la presencia de OMVs en cultivos en biofilm de&nbsp; B. pertussis. Recientemente se ha descripto la importancia de la formación de biofilm durante la infección de este patógeno. Más aún se ha detectado que las bacterias creciendo en biofilm presentan un perfil proteico e inmunogénico diferente al proveniente de cultivos planctónicos. Para avanzar en nuestro objetivo se evaluó la formación de biofilm para un aislamiento clínico de B. pertussis de nuestra colección. Así hemos detectado que el mayor rendimiento de biofilm ocurre a las 96 h de cultivo. Interesantemente, aplicando las técnicas de aislamiento de OMVs ya puestas a punto en nuestro laboratorio,&nbsp; hemos evidenciado la presencia de las mismas en el biofilm. Para evaluar la capacidad protectora de las mismas en forma comparativa con las OMVs derivadas de cultivos planctónicos hemos empleado el modelo de desafío intranasal en ratones. Los resultados obtenidos han mostrado que la formulación conteniendo a las OMVs derivadas de un cultivo en biofilm (OMVsBiof) es capaz de reducir significativamente la colonización (no se detectaron colonias) en los pulmones de los animales inmunizados. Además se observó que la reducción en la colonización de los pulmones es aún mayor que la obtenida en pulmones de ratones inmunizados con OMVs planctónicas. Los títulos de anticuerpos inducidos hasta ahora analizados están en acuerdo con los niveles de protección inducido

Laboratory adaptation of Bordetella pertussis is associated with the loss of type three secretion system functionality

Although Bordetella pertussis contains and transcribes loci encoding type III secretion system (TTSS) homologues, expression of TTSS-associated proteins has been reported only for non-laboratory-adapted Irish clinical isolates. Here we confirm such a result for clinical isolates obtained from patients treated in Argentinean hospitals. Moreover, we demonstrate that the expression of TTSS-associated proteins is independent both of the year in which the isolate was obtained and of the types of polymorphic alleles for other virulence factors but is dependent on environmental growth conditions. Interestingly, we observed that TTSS-associated protein expression is lost after successive in vitro passages but becomes operative again when bacteria come into contact with the host. This in vivo activation of TTSS expression was observed not only for clinical isolates previously adapted to the laboratory after successive in vitro passages but also for vaccine strains that did not express the system in vitro. The reversibility of TTSS expression, demonstrated by its switching off-on when the bacterium comes into contact with the host, appears to be an adaptive response of this pathogen.Facultad de Ciencias ExactasInstituto de Biotecnologia y Biologia Molecula