Klinik Örneklerden İzole Edilen Adenovirusların PCR ve DNA Dizi Analizi Yöntemiyle Tiplendirilmesi
Molecular Typing of Adenoviruses Isolated from Clinical Specimens by PCR and DNA Sequencing Methods
Candan ÇİÇEK1, Tamer ŞANLIDAĞ2, Sinem AKÇALI2, Murat SAYAN3, Mehmet YALAZ4, Dilek Yeşim METİN1
1 Ege Üniversitesi Tıp Fakültesi, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, İzmir.
1 Ege University Faculty of Medicine, Department of Medical Microbiology, Izmir, Turkey.
2 Celal Bayar Üniversitesi Tıp Fakültesi, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, Manisa.
2 Celal Bayar University Faculty of Medicine, Department of Medical Microbiology, Manisa, Turkey.
3 Kocaeli Üniversitesi Tıp Fakültesi, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, Kocaeli.
3 Kocaeli University Faculty of Medicine, Department of Medical Microbiology, Kocaeli, Turkey.
4 Ege Üniversitesi Tıp Fakültesi, Çocuk Sağlığı ve Hastalıkları Anabilim Dalı, İzmir.
4 Ege University Faculty of Medicine, Department of Pediatrics, Izmir, Turkey.
ÖZET
Adenoviruslar, üst ve alt solunum yolu enfeksiyonları (sırasıyla ÜSYE ve ASYE), konjunktivit, gastroenterit ve hemorajik sistit gibi çeşitli enfeksiyon hastalıklarının etkeni olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu çalışmada, klinik örneklerden izole edilen adenovirusların polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) ve DNA dizi analizi yöntemi kullanılarak tiplendirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmaya, 01 Ocak 2011-31 Mayıs 2011 tarihleri arasında rutin viroloji laboratuvarımıza gönderilen çeşitli klinik örneklerden (295 nazofarengeal sürüntü, 42 konjunktival sürüntü, 13 dışkı) izole edilen 22 adenovirus (AdV) suşu dahil edilmiştir. Pozitif örnekler (14 nazofarengeal sürüntü, 7 konjunktival sürüntü, 1 dışkı), ASYE (n= 8), ÜSYE (n= 6), konjunktivit (n= 7) ve gastroenterit (n= 1) klinik tablolarıyla başvuran sekizi erişkin (dördü erkek; medyan yaş: 32.5 yıl), 14'ü çocuk (yedisi erkek; medyan yaş: 1 yıl) hastaya aittir. Hızlı (shell vial) hücre kültürü yöntemiyle izole edilen ve direkt immünfloresan antikor yöntemiyle tanımlanan AdV pozitif örnekler, hekzon geninin “hipervariable region 1-6”yı hedefleyen PCR ve DNA dizi analizi yöntemiyle tiplendirilmiştir. Viral DNA amplifikasyonu Lu ve Erdman'ın tanımladığı PCR primerleri (Adhex F1, Adhex R1) kullanılarak yapılmış; ilk reaksiyonda dizi analizi için yeterli ürün elde edilmediğinde Adhex F2 ve Adhex R2 primerleri ile “nested” PCR uygulanmıştır. Dizi analizi, amplifikasyon primerleri ve Sequence Reagent Mix-DYEnamic ET Terminator Cycle Sequencing kiti (Amersham Pharmacia Biotech Inc, ABD) kullanılarak ABI PRISM 310 Genetic Analyzer cihazında (Applied Biosystems, ABD) gerçekleştirilmiştir. Elde edilen AdV DNA dizilerinin BLAST analiziyle tiplendirilmesi sonunda, serotip 3, 4 ve 8 olmak üzere üç farklı tip saptanmıştır. Çalışmamızda, biri gastroenterit, altısı ÜSYE ve ASYE olan toplam 7 (%31.8) hastanın AdV tip 3; yedisi konjunktivit, beşi ÜSYE ve ASYE olan toplam 12 (%54.5) hastanın AdV tip 8; biri ÜSYE ve ikisi ASYE olan 3 (%13.7) hastanın ise AdV tip 4 ile enfekte olduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak bu çalışmada, AdV tip 8, konjunktivit ve ÜSYE olan hastalarda, AdV tip 3 ise ASYE olan hastalarda en sık saptanan tipler olmuştur. Adenovirusların moleküler tiplendirmesinde BLAST analizinin en uygun yöntemlerden birisi olduğu düşünülmüştür. Ülkemizde, daha fazla örnek sayısı ile adenovirus enfeksiyonlarında tiplerin belirlenmesine yönelik çalışmaların yapılması, ulusal epidemiyolojik verilerin birikmesi açısından önem taşımaktadır.
Anahtar sözcükler: Adenovirus; DNA dizi analizi; moleküler tiplendirme.
ABSTRACT
Adenoviruses are responsible for a broad spectrum of diseases, including upper and lower respiratory tract infections (URTIs and LRTIs, respectively), conjunctivitis, gastroenteritis, and hemorrhagic cystitis. The aim of this study was to determine the adenovirus (AdV) types isolated from clinical specimens by polymerase chain reaction (PCR) and DNA sequencing methods. A total of 22 AdV strains isolated between January 1st 2011 to May 31th 2011, from various samples (295 nasopharyngeal swabs, 42 conjunctival swabs, 13 stool) sent to our routine virology laboratory were included in the study. Of the 22 patients whose samples yielded adenovirus positivity, 8 were adult (4 were male; median age: 32.5 years) and 14 (7 were male; median age: 1 year) were children. Those specimens (14 nasopharyngeal swabs, 7 conjunctival swabs, 1 stool) were obtained from patients with URTIs (n= 6), LRTIs (n= 8), conjunctivitis (n= 7) and gastroenteritis (n= 1). For the isolation and identification of adenoviruses, rapid (shell vial) cell culture and direct immunofluorescence antibody methods were used, respectively. Molecular typing of adenoviruses were performed by PCR and sequencing of a partial region (hipervariable region 1-6) of the hexon gene. PCR primers (Adhex F1, Adhex R1) used for DNA amplification were from those described by Lu and Erdman, previously. If insufficient DNA was amplified from the first reaction for sequencing, a nested PCR was performed using Adhex F2 and Adhex R2 primers. Sequencing was performed using the amplification primers and Sequence Reagent Mix-DYEnamic ET Terminator Cycle Sequencing Kit (Amersham Pharmacia Biotech Inc, USA) on ABI PRISM 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems, USA). Obtained adenovirus sequences were typed by BLAST analysis and three AdV types namely type 3, 4, and 8 were identified. In our study, AdV type 3 was detected in a gastroenteritis case and six cases with URTIs and LRTIs (n= 7, 31.8%). AdV type 8 was identified as the cause of conjunctivitis in seven patients and of URTIs and LRTIs in five patients (n= 12, 54.5%). AdV type 4 was found to be associated with URTI in one, and LRTIs in two patients (n= 3; 13.7%). Our data indicated that AdV type 8 was the most prevalent type in patients with conjunctivitis and URTIs, while AdV type 3 was the most prevalent type in patients with LRTI. BLAST analysis was thought to be useful for the molecular typing of adenoviruses. In conclusion, advanced studies with large number of specimens are necessary to achive a reliable, detailed national adenovirus database.
Key words: Adenovirus; DNA sequencing; molecular typing.
Geliş Tarihi (Received): 04.05.2012 • Kabul Ediliş Tarihi (Accepted): 19.07.2012
GİRİŞ
Günümüzde, Mastadenovirus cinsine dahil olan adenoviruslar yedi alt grupta (A-G) incelenir ve bu alt gruplar 55 farklı serotip içerir. Farklı serotipleriyle tüm yaş gruplarında üst ve alt solunum yolu enfeksiyonu (ÜSYE ve ASYE) konjunktivit, keratokonjunktivit, hemorajik sistit ve gastroenterit etkeni olabilir1,2. Adenoviruslara bağlı gelişen birçok enfeksiyon kendini sınırlayan klinik tablolarla seyretmekle birlikte, özellikle yenidoğan, çocuk ve bağışıklık sistemi baskılanmış olan hastalarda daha ciddi, hatta bazen ölümcül enfeksiyonlar ortaya çıkabilir. Adenovirus serotiplerinin gösterdiği doku tropizmi nedeniyle, bazı serotiplerle oluşturdukları klinik tablolar arasında ilişki bulunmaktadır. Örneğin; serotip 2-4, 6-8, 19 ve 37 sıklıkla konjunktivit ve keratokonjunktivit olgularından, serotip 1-7 akut solunum yolu enfeksiyonu olgularından, serotip 31, 40, 41, 52 gastroenterit olgularından, serotip 2, 11, 34 ve 35 ise hemorajik sistit olgularından izole edilir1,2,3,4.
Adenovirusların tiplendirilmesinde genellikle nötralizasyon ve hemaglütinasyon inhibisyon testleri gibi konvansiyonel yöntemler kullanılmaktadır. Ancak günümüzde bu yöntemlerin yerini DNA dizi analizi teknikleri almıştır5,6. Bu çalışmada, farklı klinik tablolar gösteren olgulardan izole edilen adenovirusların hekzon geninin bir bölümünü hedefleyen PCR ve DNA dizi analizi yöntemleriyle tiplendirilmesi ve klinik örneklerde baskın olan tiplerin saptanması amaçlanmıştır.
GEREÇ ve YÖNTEM
Hastalar ve Örnekler
Rutin viroloji laboratuvarına 01 Ocak 2011-31 Mayıs 2011 tarihleri arasında viral üst ve alt solunum yolu enfeksiyonu (ÜSYE ve ASYE) ön tanısıyla gelen 295 nazofarengeal sürüntü örneğine solunum virusları hücre kültürü (n= 232) ve solunum virusları multipleks PCR testi (n= 63) uygulandı. Konjunktivit tanısıyla gelen 42 konjunktival sürüntü, gastroenterit tanısıyla gelen 13 dışkı, sistit tanısıyla gelen iki idrar örneğine ise sadece adenovirus hücre kültürü testi uygulandı. Rutin uygulamada “shell vial” hücre kültürü tekniği kullanıldı. Hep-2, MDCK, A-549 (German Collection of Microorganisms and Cell Cultures, DSMZ, Almanya) ve Vero (National Public Health Institute, Helsinki, Finlandiya) hücre dizileri sırasıyla, solunum sinsityal virusu (RSV), influenza virus (INF-V) tip A ve B, adenovirus (AdV) ve parainfluenza virus (PIV) tip I-III izolasyonunda kullanıldı. Her virusa özgül floresan izotiyosiyanat ile işaretlenmiş monoklonal antikorlarla (Light Diagnostic, Millipore, Amerika) etkenler saptandı. RSV, INF-V tip A ve B, PIV tip I-IV, AdV, human metapneumovirus (hMPV), rhinovirus (RV), coronavirus (CoV) ve human bocavirus (hBoV)'u aynı anda saptayan solunum virusları multipleks PCR kiti (RV15 Screening, Seegene, Güney Kore) üretici firmanın önerileri doğrultusunda kullanıldı. Bu çalışmaya rutin uygulama sırasında, nazofarengeal sürüntü (n= 14), konjunktival sürüntü (n= 7) ve dışkı (n= 1) örneklerinde “shell vial” hücre kültürü yöntemiyle AdV pozitif bulunan 22 hastanın klinik örnekleri dahil edildi. Örnekler PCR ve DNA dizi analizi işlemleri yapılıncaya kadar -80°C'de saklandı.
Adenovirus Hekzon PCR ve DNA Dizi Analizi
Viral transport besiyerinde bulunan klinik örneklerden 200 µl alınarak Qiagen MinElute Virus Spin kiti (Qiagen GmbH, Hilden, Germany) ile üretici firmanın önerileri doğrultusunda DNA ekstraksiyonu yapıldı. Lu ve Erdman5 tarafından tanımlanan, hekzon geninin bir bölümü olan hipervariable region 1-6'yı hedefleyen PCR primerleri [Adhex F1- (nt 19135-19160; 5'-TICTTTGACATICGIGGIGTICTIGA-3'), Adhex R1- (nt 20009-20030; 5'-CTGTCIACIGCCTGRTTCCACA-3')] kullanılarak amplifikasyon yapıldı [PCR ürün büyüklüğü; (AdhexF1-R1): 895 bp]. Bu amaçla önce 95°C'de 15 dakika denatürasyon daha sonra sırasıyla 94°C'de 1 dakika, 45°C'de 1 dakika, 72°C'de 2 dakikalık 40 PCR döngüsü uygulandı. Son olarak 72°C'de 5 dakika bekletildi. İlk reaksiyonda DNA dizi analizi için yetersiz ürün elde edildiğinde Adhex F2 (nt 19165-19187; 5'-GGYCCYAGYTTYAARCCCTAYTC-3') ve Adhex R2 (nt 19960-19985; 5'-GGTTCTGTCICCCAGAGARTCIAGCA-3') primerleri ile “nested” PCR yapıldı [“nested” PCR ürün büyüklüğü; (AdhexF2-R2): 820 bp]. DNA dizi analizi, amplifikasyon primerleri ve Sequence Reagent Mix-DYEnamic ET Terminator Cycle Sequencing kiti (Amersham Pharmacia Biotech Inc, ABD) kullanılarak ABI PRISM 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems, ABD) cihazında yapıldı. Adenovirus dizileri, BLAST analiziyle GenBank + EMBL + DDBJ + PDB sekans veri tabanı kullanılarak tiplendirildi5,7.
Ayrıca, adenovirusların moleküler tiplendirilmesinde “neighbor-joining” metoduyla filogenetik analiz yapıldı. Referans adenovirus sekansları (Adv A31; AB601037, Adv B3; FJ943637, Adv C5; FJ943627, Adv D8; AB500121, Adv E4; AY599837, Adv F41;FR849507) GenBank'tan sağlandı ve filogenetik ağaç CLC Sequence Viewer 6.5.1 (CLC bio A/S, Aarhus, Denmark) programı kullanılarak oluşturuldu.
BULGULAR
Çalışmamızda, nazofarengeal sürüntü örneği gönderilen hastaların 85 (%28.8)'inde bir veya birden fazla solunum virusu saptanmış; 10 hastanın iki etken ile enfekte olduğu izlenmiştir. Toplam 95 suşun %31.6'sının INF-V (24'ü tip A, 6'sı tip B), %22.1'inin RSV (n= 21), %15.8'inin PIV (4'ü tip I, 1'i tip II, 10'u tip III), %14.7'sinin AdV (n= 14), %8.4'ünün RV (n= 8), %4.2'sinin CoV (n= 4) ve %3.2'sinin hMPV (n= 3) olduğu belirlenmiştir. Solunum virusları, 20 hastanın örneğinde multipleks PCR testi, 65 örnekte ise hücre kültürüyle tanımlanmıştır.
Solunum örneklerinde saptanan adenovirusların tümü (n= 14) hücre kültürü yöntemiyle pozitif bulunan örneklerdir. Çalışmaya alınan 42 konjunktival sürüntü örneğinin 7 (%16.7)'sinden ve 13 dışkı örneğinin 1 (%7.7)'inden AdV izole edilmiş, idrar örneklerinde üreme saptanmamıştır. Buna göre çalışmaya dahil edilen örneklerin 22'sinden AdV izolasyonu gerçekleşmiştir. Bu suşlar, sekizi erişkin (dört erkek, dört kadın; medyan yaş: 32.5 yıl) ve 14'ü çocuk (yedi erkek, yedi kadın; medyan yaş: 1 yıl) hastaya ait örneklerden izole edilmiştir (Tablo I). Rutin laboratuvar çalışmalarından kesit olarak alınan beş aylık sürede, ÜSYE ve ASYE olan hastaların nazofarengeal örneklerinde AdV pozitiflik oranı %4.7 olarak bulunmuştur. Bu hasta grubunda, diğer solunum viruslarına göre adenovirusun etken olarak dördüncü sırada yer aldığı izlenmiştir. Konjunktiva örneklerinde ise adenovirus pozitifliği %16.7 oranında tespit edilmiştir.
İzolatların tiplendirilmesinde; serotip 3, 4 ve 8 olmak üzere üç farklı tip saptanmıştır. Adenovirus tip 3, biri gastroenterit, altısı ÜSYE/ASYE olgusu olmak üzere 7 (%31.8) hastadan; adenovirus tip 8, beşi ÜSYE/ASYE, yedisi konjunktivit olmak üzere 12 (%54.5) hastadan; adenovirus tip 4 ise, ÜSYE/ASYE olan 3 (%13.7) olgudan izole edilmiştir (Tablo I). Erişkin ve çocuk hastaların klinik tanılarına göre saptanan AdV suşları, GenBank'tan elde edilen referans dizilere göre maksimum benzerlik yüzdeleriyle birlikte Tablo I'de gösterilmiştir.
TARTIŞMA
Bu çalışmada, ÜSYE; akut bronşit, bronşiyolit ve pnömoni ile seyreden, ASYE; konjunktivit ve gastroenterit olmak üzere dört temel klinik tabloya sahip hastalardan alınan örneklerden, hızlı (shell vial) hücre kültürü yöntemiyle izole edilen adenoviruslar DNA dizi analizi yöntemiyle tiplendirilmiş ve bu klinik tablolarda, tip 3, 4 ve 8 olmak üzere üç farklı adenovirus tipinin etken olduğu saptanmıştır. AdV tip 3, genellikle akut solunum yolu olgularından izole edilen bir serotiptir. Özellikle bir arada yaşanılan kalabalık ortamlarda ve askeri birliklerde akut solunum yolu enfeksiyonu salgınlarına neden olur. Farenjit, tonsillit, bronşit ve pnömoni en sık izole edildiği klinik tablolardır6,8. Bizim çalışmamızda AdV tip 3, ÜSYE olan bir hastada ve akut bronşiyolit ve pnömoni bulguları ön planda olan beş ASYE olgusunda saptanmıştır. Tip 3'e bağlı gelişen alt solunum yolu enfeksiyonları erişkinlere oranla genellikle çocuk hastalarda görülmektedir8,9. Bu çalışmada da AdV tip 3 ile enfekte olan hastaların tümü çocuk hastalardır. Ayrıca bu grupta, tip 3'ün etken olduğu bir gastroenterit olgusu bulunmaktadır (Tablo I). Yapılan araştırmalarda, gastroenterit olgularından en sık serotip 40, 41'in izole edildiği, serotip 3'ün ise nadiren bu olgularda saptandığı bildirilmiştir6,8,10.
Adenovirus tip 4, faringokonjunktival ateş, bronşit ve pnömoni gibi ASYE ve akut solunum sıkıntısı gibi ciddi solunum yolu enfeksiyonlarında sıklıkla izole edilmektedir. Genellikle beş yaş altı çocuk hastalarda akut solunum yolu hastalıklarına neden olur6,8. Bu çalışmada, biri ÜSYE, ikisi ASYE kliniği olan üç hastada AdV tip 4 saptanmıştır. Hastaların ikisi erişkin, biri 16 yaşında çocuk hastadır. ASYE olan hastaların ikisi de pnömoni kliniğiyle izlenmiştir.
Adenovirus tip 8, epidemik keratokonjunkivit ve faringokonjunktivit olgularında en sık rastlanılan tiptir6. Tip 8'in etken olduğu konjunktivit olguları tüm yaş gruplarında görülse de daha çok çocuk hastalar etkilenmektedir2,6. Çalışmamızda, AdV tip 8 çoğunluğu konjunktivit olgusu olmak üzere toplam 12 hastada saptanmıştır. Konjunktivit (n= 7) ve ÜSYE (n= 4) kliniği olan hastaların tümü yenidoğan ve yenidoğan kliniğinde görevli sağlık çalışanlarından oluşmaktadır. AdV tip 8, ASYE olgularından nadiren etken olarak izole edilmektedir6. Bu çalışmada da iki yaşında bir çocuk hastada ASYE nedeni olarak AdV tip 8 saptanmıştır.
Adenovirus enfeksiyonlarının cinsiyet dağılımı incelendiğinde, erkeklerde daha sık görüldüğü ifade edilmektedir9,11. Bu çalışmada erkek/kadın oranı 1 olup, bu durumun çalışma kapsamına alınan olgu sayısının kısıtlı olmasından kaynaklanmış olabileceği düşünülmüştür.
Adenovirusların tiplendirilmesinde kullanılan klasik yöntemler olan serum nötralizasyon ve hemaglütinasyon inhibisyon testleri, hiperimmün poliklonal reaktiflerin kullanılmasını gerektiren, zaman alıcı ve zahmetli testlerdir. Ayrıca bazı AdV serotipleri arasında çapraz reaksiyon olabildiği için test sonuçlarının değerlendirilmesi zordur5,12. Son zamanlarda, adenovirusların ortak bölgesi olan hekzon genini hedefleyen PCR ve DNA dizi analizi yöntemleri konvansiyonel yöntemlerin yerine adenovirusların tiplendirilmesinde kullanılmaktadır. Yapılan çalışmalarda bu yöntemin daha pratik olduğu ve elde edilen sonuçların, konvansiyonel yöntemlerle uyumlu olduğu bildirilmiştir1,2. Bu çalışmada adenovirusların tiplendirilmesinde, Lu ve Erdman'ın5 geliştirdiği, adenovirusların hekzon geni “hipervariable region” 1-6'yı hedefleyen PCR ve DNA dizi analizi yöntemi kullanılmıştır. Yöntem, direkt olarak klinik örneğe uygulanmış, diziler hızla elde edilmiş ve BLAST analiziyle tiplendirilmiştir7. Adenovirus dizileri BLASTN programında referans dizilerle karşılaştırılmış ve %94 ile %99 oranında uyumlu bulunmuştur (Tablo I). Ülkemizde, klinik örneklerden izole edilen adenovirusların tiplendirilmesiyle ilgili makaleler oldukça sınırlı sayıdadır. Çalışmalarda daha çok konjunktiva örneklerinin değerlendirildiği ve en sık adenovirus tip 8'in saptandığı görülmüştür13,14.
Sonuç olarak, konjunktivit ve ÜSYE olgularında en fazla AdV tip 8, ASYE olgularında ise en fazla AdV tip 3 saptanmıştır. Adenovirus tip 4, literatür bilgilerinin aksine bu çalışmada daha çok (2/3) erişkin hastalarda saptanmıştır. Adenovirus tip 8 ile enfekte olguların çoğunluğunun çocuk hastalar ve çocuk kliniğinde görevli sağlık personeli olduğu görülmüştür. Adenovirus serotiplerini belirlemede, hekzon geni dizilerinin BLASTN programında tiplendirilmesi seçilecek en uygun yöntemlerden birisidir. Ülkemizde, daha fazla örnek sayısı ile adenovirus enfeksiyonlarında tiplerin belirlenmesine yönelik çalışmalar yapılması, ulusal epidemiyolojik verinin birikmesi açısından son derece önemlidir.
KAYNAKLAR
İletişim (Correspondence):
Doç. Dr. Dilek Yeşim Metin,
Ege Üniversitesi Tıp Fakültesi,
Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı,
Bornova, İzmir, Türkiye.
Tel (Phone): +90 232 390 2996,
E-posta (E-mail): dilekyesimb@yahoo.com