Detection of Bartonella henselae DNA in clinical samples including peripheral blood of immune competent and immune compromised patients by three nested amplifications

Bacteria of the genus Bartonella are emerging pathogens detected in lymph node biopsies and aspirates probably caused by increased concentration of bacteria. Twenty-three samples of 18 patients with clinical, laboratory and/or epidemiological data suggesting bartonellosis were subjected to three nested amplifications targeting a fragment of the 60-kDa heat shock protein (HSP), the internal transcribed spacer 16S-23S rRNA (ITS) and the cell division (FtsZ) of Bartonella henselae, in order to improve detection in clinical samples. In the first amplification 01, 04 and 05 samples, were positive by HSP (4.3%), FtsZ (17.4%) and ITS (21.7%), respectively. After the second round six positive samples were identified by nested-HSP (26%), eight by nested-ITS (34.8%) and 18 by nested-FtsZ (78.2%), corresponding to 10 peripheral blood samples, five lymph node biopsies, two skin biopsies and one lymph node aspirate. The nested-FtsZ was more sensitive than nested-HSP and nested-ITS (p < 0.0001), enabling the detection of Bartonella henselae DNA in 15 of 18 patients (83.3%). In this study, three nested-PCR that should be specific for Bartonella henselae amplification were developed, but only the nested-FtsZ did not amplify DNA from Bartonella quintana. We conclude that nested amplifications increased detection of B. henselae DNA, and that the nested-FtsZ was the most sensitive and the only specific to B. henselae in different biological samples. As all samples detected by nested-HSP and nested-ITS, were also by nested-FtsZ, we infer that in our series infections were caused by Bartonella henselae. The high number of positive blood samples draws attention to the use of this biological material in the investigation of bartonellosis, regardless of the immune status of patients. This fact is important in the case of critically ill patients and young children to avoid more invasive procedures such as lymph nodes biopsies and aspirates.Bactérias do gênero Bartonella constituem patógenos emergentes detectados em biópsias de linfonodos e secreções de gânglios provavelmente devido a maior concentração de bactérias. Vinte e três amostras de 18 pacientes com dados clínicos, laboratoriais e/ou epidemiológicos sugestivos de bartonelose foram submetidas a três amplificações duplas para a detecção de fragmento da proteína de choque térmico de 60-kDa (HSP), do espaçador interno 16S-23S rRNA (ITS) e da proteína de divisão celular (FtsZ) de Bartonella henselae, para melhorar a detecção em amostras clínicas. Na primeira amplificação, uma, quatro e cinco amostras, respectivamente, foram positivas pelo HSP (4,3%), FtsZ (17,4%) e pelo ITS (21,7%). Com a segunda amplificação foram identificadas seis amostras positivas pelo nested-HSP (26%), oito pelo nested-ITS (34,8%) e 18 pelo nested- FtsZ (78,2%), correspondentes a 10 amostras de sangue periférico, cinco biópsias de linfonodos, duas biópsias de pele e um aspirado de gânglio. A nested-FtsZ foi mais sensível que a nested-HSP e a nested-ITS (p < 0,0001), possibilitando a detecção de DNA de Bartonella henselae em 15 de 18 pacientes (83,3%). No presente estudo, três nested-PCR, consideradas específicas para a amplificação da Bartonella henselae, foram desenvolvidas, porém somente a nested-FtsZ não amplificou o DNA de Bartonella quintana. Concluímos que amplificações duplas aumentaram a detecção de DNA de B. henselae, e que a nested-FtsZ foi a mais sensível e a única específica para B. henselae em diferentes amostras biológicas. Como todas as amostras detectadas pelo HSP-nested e nested-ITS foram também pela nested-FtsZ, inferimos que, em nossa casuística, as infecções foram causadas por Bartonella henselae. A elevada positividade de amostras de sangue chamou a atenção para a utilização deste material biológico na investigação de bartoneloses, independentemente do estado imune dos pacientes. Este fato é importante no caso de pacientes criticamente enfermos e crianças pequenas para evitar procedimentos mais invasivos, como biópsias e punções de gânglios

Standardization of nested-PCR amplification systems for Bartonella henselae DNA detection in cases of suspected human Bartonellosis

Bartoneloses são infecções causadas por Bartonella spp e constituem zoonoses de importância crescente devido à gravidade da infecção em pacientes imunodeficientes. Existem muitas síndromes clínicas associadas às bartoneloses, desde quadros típicos de doença da arranhadura do gato até lesões cutâneas linfoproliferativas (angiomatose bacilar), ou granulomatosas em órgãos (peliose bacilar), passando por quadros neurológicos, oculares, endocardites e febre prolongada. O diagnóstico laboratorial deveria ser baseado em isolamento da bactéria em cultura, resultados de sorologias e exames imunohistoquímicos, porém estas técnicas não se encontram disponíveis em nosso meio. A Reação da Cadeia da Polimerase (PCR) tem sido utilizada para aprimorar o diagnóstico das bartoneloses, e o presente estudo teve como objetivo padronizar três sistemas de dupla amplificação para detecção de DNA de Bartonella henselae em amostras biológicas de pacientes com suspeita de bartonelose e determinar dentre os sistemas de dupla amplificação (nested-PCR), aquele com melhor desempenho. Os nested-PCR empregaram oligonucleotídeosiniciadores das sequências ITS, HSP e FtsZ da Bartonella spp. Foram incluídos 19 pacientes, sendo 14 crianças/adolescentes e cinco adultos, tendo oito deles referido contato com gatos. Dos pacientes, 10 não tinham doenças de base, e nove apresentavam doença de base (três evoluíram a óbito). Foram coletadas 25 amostras: 14 de sangue periférico, sete biópsias de gânglios, duas punções de gânglios e duas biópsias de pele. Do total de 19 pacientes, 14 tiveram resultados positivos por PCR, e considerando as 25 amostras, 18 foram positivas por PCR (nove amostras de sangue, cinco biópsias de gânglios, duas punções de gânglios e duas biópsias de pele). Dez das 18 amostras positivas por PCR só foram detectadas pelo nested-FtsZ (seis amostras de sangue periférico, duas punções de gânglios, uma biópsia de gânglio e uma biópsia de pele). A primeira amplificação do sistema HSP-PCR detectou uma amostra positiva em 25 (1/25 ou 4%), e após o nested-HSP este percentual foi de 24% (6/25). Na primeira amplificação do sistema ITS-PCR a positividade foi de 20% (5/25), e no nested-ITS 32% (8/25). Após a primeira amplificação do sistema FtsZ-PCR a positividade foi de 16% (4/25), e no nested-FtsZ foi de 72% (18/25). O teste de McNemar testou a concordância ou discordância dos resultados obtidos pelos três sistemas de nested-PCR e revelou que os mesmos foram discordantes, com superioridade do sistema nested-FtsZ em relação aos outros dois nested-PCR, sendo a diferença estatisticamente significante (p<0,05). Os resultados do presente estudo permitiram concluir que o nested-FtsZ apresentou vantagens para o diagnóstico das bartoneloses em relação aos outros sistemas testados, em materiais biológicos previamentedescritos na literatura (biópsias e punções de gânglios), e até mesmo em sangue periférico de pacientes sem doença de base. Além disso, foi possível determinar, no presente estudo, que as infecções foram causadas por B. henselae, uma vez que não houve nenhuma PCR positiva pelos outros dois sistemas que não tenha sido detectada pelo nested-FstZ, e este amplifica apenas DNA de Bartonella henselae após a segunda amplificação.Bartonellosis are infections caused by Bartonella spp and this zoonosis is of growing importance due to the severity of infection in immunodeficient patients. Many clinical syndromes are associated with bartonellosis, varying from typical manifestations of cat scratch disease, to lymphoproliferative skin lesions (bacillary angiomatosis) or granulomatous ones in organs (bacillary peliosis), and also neurologic and ocular manifestations, endocarditis and prolonged fever. The laboratory diagnosis should be based on bacteria isolation in culture, serological tests and immunohistochemical examination, but these techniques are not available in our country. The Polymerase Chain Reaction (PCR) has been used to improve the diagnosis of bartonellosis, and this study has aimed at standardizing three nested-amplifications for detection of Bartonella henselae DNA in biological samples of patients with suspected bartonellosis, and establishing among the three nested-PCR, the one presenting with the best performance. Nested-PCR amplifications were performed using the ITS, the HSP and the FtsZ gene sequences of Bartonella spp. We included 19 patients, being 14 children / adolescents andfive adults, and eight reported contact with cats. From these patients, 10 had no underlying disease, and nine patients had underlying conditions (3 evolved to death). We collected 25 samples: 14 peripheral blood samples, seven lymph nodes biopsies, two lymph nodes punctures and two skin biopsies. From the total of 19 patients, 14 had positive results by PCR, and considering the 25 samples, 18 were positive by PCR (nine peripheral blood samples, five lymph nodes biopsies, two lymph nodes punctures and two skin biopsies). Ten of the 18 PCR-positive samples were only detected by the nested-FtsZ (six peripheral blood samples, two lymph nodes punctures, one lymph node biopsy and one skin biopsy). The first HSP-PCR amplification detected one positive sample in 25 (1 / 25 or 4%), and after the nested-HSP this percentage was 24% (6 / 25). In the first ITS-PCR amplification the positivity was 20% (5 / 25), and after the nested-ITS 32% (8 / 25). The first FtsZ-PCR amplification positivity was 16% (4 / 25), and after the nested-FtsZ it was 72% (18/25). The McNemar test was used to verify the concordance or discordance of the results obtained by the three nested-PCR systems and showed that they were discordant, with superiority of the nested-FtsZ in relation to the other two nested-PCR, being the difference statistically significant (p<0.05). The results of this study indicated that the nested-FtsZ showed advantages for the diagnosis of bartonellosis with respect to the other two systems when biological materials previously described in literature were tested (punctures and lymph nodes biopsies), and also in peripheral blood of patients without underlying conditions. Furthermore, it was possible to determine that the infections were caused byB. henselae, since there was no positive PCR results obtained by the other two systems that were not detected by the nested-FstZ, that only amplifies DNA from Bartonella henselae after the second round of amplification

Detecção de DNA de Bartonella henselae em amostras clínicas, incluindo sangue periférico, de pacientes imunocompetentes e imunodeprimidos por meio de três amplificações duplas

Bacteria of the genus Bartonella are emerging pathogens detected in lymph node biopsies and aspirates probably caused by increased concentration of bacteria. Twenty-three samples of 18 patients with clinical, laboratory and/or epidemiological data suggesting bartonellosis were subjected to three nested amplifications targeting a fragment of the 60-kDa heat shock protein (HSP), the internal transcribed spacer 16S-23S rRNA (ITS) and the cell division (FtsZ) of Bartonella henselae, in order to improve detection in clinical samples. In the first amplification 01, 04 and 05 samples, were positive by HSP (4.3%), FtsZ (17.4%) and ITS (21.7%), respectively. After the second round six positive samples were identified by nested-HSP (26%), eight by nested-ITS (34.8%) and 18 by nested-FtsZ (78.2%), corresponding to 10 peripheral blood samples, five lymph node biopsies, two skin biopsies and one lymph node aspirate. The nested-FtsZ was more sensitive than nested-HSP and nested-ITS (p < 0.0001), enabling the detection of Bartonella henselae DNA in 15 of 18 patients (83.3%). In this study, three nested-PCR that should be specific for Bartonella henselae amplification were developed, but only the nested-FtsZ did not amplify DNA from Bartonella quintana. We conclude that nested amplifications increased detection of B. henselae DNA, and that the nested-FtsZ was the most sensitive and the only specific to B. henselae in different biological samples. As all samples detected by nested-HSP and nested-ITS, were also by nested-FtsZ, we infer that in our series infections were caused by Bartonella henselae. The high number of positive blood samples draws attention to the use of this biological material in the investigation of bartonellosis, regardless of the immune status of patients. This fact is important in the case of critically ill patients and young children to avoid more invasive procedures such as lymph nodes biopsies and aspirates.Bactérias do gênero Bartonella constituem patógenos emergentes detectados em biópsias de linfonodos e secreções de gânglios provavelmente devido a maior concentração de bactérias. Vinte e três amostras de 18 pacientes com dados clínicos, laboratoriais e/ou epidemiológicos sugestivos de bartonelose foram submetidas a três amplificações duplas para a detecção de fragmento da proteína de choque térmico de 60-kDa (HSP), do espaçador interno 16S-23S rRNA (ITS) e da proteína de divisão celular (FtsZ) de Bartonella henselae, para melhorar a detecção em amostras clínicas. Na primeira amplificação, uma, quatro e cinco amostras, respectivamente, foram positivas pelo HSP (4,3%), FtsZ (17,4%) e pelo ITS (21,7%). Com a segunda amplificação foram identificadas seis amostras positivas pelo nested-HSP (26%), oito pelo nested-ITS (34,8%) e 18 pelo nested- FtsZ (78,2%), correspondentes a 10 amostras de sangue periférico, cinco biópsias de linfonodos, duas biópsias de pele e um aspirado de gânglio. A nested-FtsZ foi mais sensível que a nested-HSP e a nested-ITS (p < 0,0001), possibilitando a detecção de DNA de Bartonella henselae em 15 de 18 pacientes (83,3%). No presente estudo, três nested-PCR, consideradas específicas para a amplificação da Bartonella henselae, foram desenvolvidas, porém somente a nested-FtsZ não amplificou o DNA de Bartonella quintana. Concluímos que amplificações duplas aumentaram a detecção de DNA de B. henselae, e que a nested-FtsZ foi a mais sensível e a única específica para B. henselae em diferentes amostras biológicas. Como todas as amostras detectadas pelo HSP-nested e nested-ITS foram também pela nested-FtsZ, inferimos que, em nossa casuística, as infecções foram causadas por Bartonella henselae. A elevada positividade de amostras de sangue chamou a atenção para a utilização deste material biológico na investigação de bartoneloses, independentemente do estado imune dos pacientes. Este fato é importante no caso de pacientes criticamente enfermos e crianças pequenas para evitar procedimentos mais invasivos, como biópsias e punções de gânglios.1