Yazdır

Özgün Çalışma/Original Article
Mikrobiyol Bul 2015; 49(3): 301-3013

İlkokul Çocuklarında Streptococcus pyogenes Taşıyıcılığı:
M-Protein Tipleri, Pirojenik Toksin Genleri ve İzolatlar Arası Klonal İlişkinin Araştırılması*

Carriage of Streptococcus pyogenes in Primary School Children: M-Protein Types, Pyrogenic Toxin Genes,
and Investigation of the Clonal Relationships Between the Isolates

Barış OTLU1, Cemşit KARAKURT2, Yaşar BAYINDIR3, Üner KAYABAŞ3, Yusuf YAKUPOĞULLARI1,
Harika GÖZÜKARA BAĞ4

1 İnönü Üniversitesi Tıp Fakültesi, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, Malatya.

1 Inonu University Faculty of Medicine, Department of Medical Microbiology, Malatya, Turkey.

2 İnönü Üniversitesi Tıp Fakültesi, Pediatrik Kardiyoloji Bilim Dalı, Malatya.

2 Inonu University Faculty of Medicine, Department of Pediatric Cardiology, Malatya, Turkey.

3 İnönü Üniversitesi Tıp Fakültesi, Enfeksiyon Hastalıkları ve Klinik Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, Malatya.

3 Inonu University Faculty of Medicine, Department of Infectious Diseases and Clinical Microbiology, Malatya, Turkey.

4 İnönü Üniversitesi Tıp Fakültesi, Biyoistatistik Anabilim Dalı, Malatya.

4 Inonu University Faculty of Medicine, Department of Biostatistics, Malatya, Turkey.

* Bu çalışma, İnönü Üniversitesi Tıp Fakültesi Etik Kurulu tarafından (Protokol no :2008/30) onaylanmış olup, İnönü Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından desteklenmiştir.

ÖZ

M-proteini ve pirojenik toksinler Streptococcus pyogenes'in en önemli virülans faktörleri olup, bu faktörler sırasıyla akut romatizmal ateş ve kızıl hastalığının patofizyolojisinde önemli rol oynarlar. Bu çalışmada, ilköğretim okulu çocuklarının farengeal S.pyogenes taşıyıcılık durumları, suşlar arasındaki klonal ilişki, izolatların M-protein tipleri ve pirojenik toksin gen varlığının araştırılması amaçlanmıştır. Çalışmaya, bölgemizdeki iki ilköğretim okulunda bulunan 668 çocuktan (yaş aralığı: 6-16 yıl) alınan boğaz kültürü örnekleri dahil edilmiştir. İzole edilen grup A streptokok suşları arasındaki klonal ilişki DiversiLab (BioMérieux, Fransa) yöntemiyle araştırılmış ve tespit edilen klonal ilişkiler PFGE (pulsed-field gel electrophoresis) yöntemi ile doğrulanmıştır. İzolatların M-protein (emm) tiplemesi Centers for Disease Control and Prevention (CDC) tarafından önerilen DNA dizi analizi yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. Pirojenik toksin kodlayan genlerden speA ve speC'nin varlığı in-house multipleks polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) yöntemi ile araştırılmıştır. Çalışmada toplam 134 (%20.05) öğrencinin boğaz kültüründen S.pyogenes izole edilmiştir. 10 yaş ve üzeri öğrencilerin GAS taşıyıcılık oranı, 7-9 yaş grubu öğrencilerine göre istatistiksel olarak daha yüksek bulunmuştur (%22'ye karşı %16.4; p< 0.05). Dizi analizi ile bu izolatlardan 123'ünün M protein geni tiplendirilebilmiş ve 20 farklı emm tipi saptanmıştır. En sık tespit edilen emm tipi emm1 (n= 38, %30.9) olmuş, bunu sırasıyla emm12 (n= 18, %14.6), emm89 (n= 10, %8.1), emm118 (n= 8, %7.3) ve emm4 (n= 7, %5.7) izlemiştir. Toplam 25 (%18.6) izolatta pirojenik toksin geni bulunmuş; bunların 11'inde (%8.2) speA, 12'sinde speC (%8.9) ve ikisinde (%1.5) her iki gen birden saptanmıştır. DiversiLab yöntemi ile 134 S.pyogenes suşu içerisinde 62 farklı Rep (Repetitive extragenic palindromic)-PCR profili belirlenmiştir. Klonal olarak ilişkili 36 izolat, 13 farklı küme içerisinde yer almıştır. Suşların kümeleşme oranı %26.9 olarak bulunmuş; aynı küme içerisinde yer alan izolatların tümü arasındaki klonal ilişki, PFGE yöntemi ile de doğrulanmıştır. Çalışmamızda, bölgemizdeki ilköğretim çocukları arasında GAS taşıyıcılığının yüksek olduğu ve M-protein tiplerine göre suşların 30 valanlı aşı tarafından kapsanma oranının %90'nın üzerinde olduğu tespit edilmiştir. İzolatların yaklaşık beşte birinde pirojenik toksin geni bulunması, taşıyıcılarda da kızıl hastalığı riskinin yüksek olabileceğini göstermiştir. Bununla birlikte, izolatlar arasında tespit edilen klonal ilişki oranı, okul içi GAS yayılımının risk oluşturabileceği lehine yorumlanmıştır.

Anahtar sözcükler: Streptococcus pyogenes; grup A streptokok; emm tipi; streptokokal pirojenik toksin; DNA parmak izi analizi.

ABSTRACT

M-protein and pyrogenic toxins are the most important virulence factors of Streptococcus pyogenes, and they play significant role in the pathophysiology of acute rheumatoid fever and scarlet fever, respectively. In this study, the pharyngeal carriage of S.pyogenes of the primary school children, clonal relationship of the strains, M-protein types, and the presence of pyrogenic toxin genes were aimed to be investigated. A total of 668 throat cultures obtained from children (age range: 6-16 years) in two primary schools in our region, were included in the study. The clonal relationships of the isolated group A streptococci (GAS) strains were investigated by DiversiLab assay (BioMérieux, France), and the clonal relatedness was confirmed by pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) method. M-protein (emm) typing was performed by DNA sequencing as suggested by Centers for Disease Control and Prevention (CDC). The genes encoding pyrogenic toxins, speA and speC, were investigated by an in-house multiplex polymerase chain reaction (PCR) method. S.pyogenes was isolated from 134 (20.05%) of the throat samples. The GAS carriage rate of the students aged ≥10 was statistically higher than those 7-9 years age group (%22 vs %16.4, p< 0.05). The M protein gene could be characterized only among 123 isolates by DNA sequencing, and 20 different emm types were detected. The most frequent emm type was emm1 (n= 38, 30.9%) followed by emm12 (n= 18, 14.6%), emm89 (n= 10, 8.1%), emm118 (n= 9, 7.3%), and emm4 (n= 7, 5.7%). Pyrogenic toxin genes were found in 25 (18.6%) of the isolates, including speA in 11 isolates (8.2%) and speC in 12 isolates (8.9%) and both genes were detected in 2 isolates (1.5%). Sixty-two different Rep (Repetitive extragenic palindromic)-PCR profiles were detected in 134 S.pyogenes isolates by DiversiLab method. Thirteen different clusters were formed by a total of clonally related 36 isolates revealing a strain clustering ratio of 26.9%. Clonal relationship of all isolates in the same cluster was confirmed by PFGE method. In this study, relatively high percentage of GAS carriage was observed among primary school children in our region. The coverage rate of the 30-valent vaccine was determined to be over 90% with respect to M-protein types. Since the pyrogenic toxin-encoding genes were found in one fifth of the isolates from the studied subjects, we concluded that the carrier population may also have high risk for scarlet fever. We also concluded that, the clonal relationship ratio determined among the isolates may be a risk in school transmission of GAS.

Keywords: Streptococcus pyogenes; group A streptococci; emm type; streptococcal pyrogenic toxin; DNA fingerprinting.

Geliş Tarihi (Received): 26.01.2015 • Kabul Ediliş Tarihi (Accepted): 09.03.2015

GİRİŞ

Grup A streptokoklar (GAS; Streptococcus pyogenes) alt solunum yolu enfeksiyonları, yumuşak doku enfeksiyonları (impetigo, erisipel, selülit), kızıl, nekrotizan fasiit, streptokoksik toksik şok sendromu, bakteriyemi ve sepsis gibi hayatı tehdit eden enfeksiyonlara neden olabilmektedir1,2. Tonsillo-farenjit, GAS'ın toplumda en sık rastlanan enfeksiyonu olup, bu atakları takiben gelişen akut romatizmal ateş (ARA), GAS'ın neden olduğu en önemli sağlık sorunudur2,3. Bunun yanında, yetişkinlerde daha az olmakla birlikte, okul çağındaki çocuklarda %15-20 oranlarında farenkste GAS taşıyıcılığı bildirilmektedir4,5.

Yapılan çalışmalar GAS'ın en önemli virülans faktörünün M-proteini olduğunu göstermiş olup, M-proteini olmayan suşlar avirülan olarak kabul edilmektedir6. GAS enfeksiyonu sonrasında M-proteinine karşı oluşan immünoglobulinlerin, akut eklem romatizması gelişiminde önemli bir faktör olduğu saptanmıştır2. M-proteinini kodlayan gen bölgesi (emm geni), yüksek derecede değişken olup yapılan dizi analizi çalışmalarında şu ana kadar 250'den fazla emm gen tipi tespit edilmiştir7. Birçok çalışmada, GAS'ın yol açtığı farklı klinik tablolarda emm tiplerinin belirleyici olduğu ileri sürülmektedir2,6,7. Bunun yanında, bu durumun tamamen emm tiplerine bağlı olmadığı, patojen ile konağın immün yanıtı arasındaki ilişkilerin de araştırılmasının gerektiğini bildiren çalışmalar vardır8. Bu nedenle, sağlıklı taşıyıcıların belirlenmesi ve emm tiplerinin saptanması, duyarlı konaklarda etkenin neden olabileceği sağlık sorunlarını önlemek için stratejiler geliştirilmesini sağlayacaktır. Bununla birlikte yaygın emm tiplerinin belirlenmesi aşı çalışmaları açısından da oldukça önem taşımaktadır.

Streptokokların diğer bir önemli virülans faktörü de ürettiği toksinlerdir. Özellikle speA ve speC'nin lizojenik bir bakteriyofaj aracılığıyla bakteriye taşındığı ve hücre duvarında yer alan emm tipinin bakteriyofaj tarafından suşun seçiminde etkili olduğu öne sürülmektedir9. Aynı zamanda speA ve speC'nin, en önemli ekzotoksin olan pirojenik toksini kodladığı ve bu toksinlerin kızıl hastalığının gelişiminde kritik faktörler olduğu gösterilmiştir9,10.

Grup A streptokok enfeksiyonları, tüm dünyada önemli bir morbidite ve mortalite nedenidir. Gelişmekte olan ülkelerde GAS'a bağlı ciddi hastalıkların (akut romatizmal ateş, romatizmal kalp hastalığı, post-streptokokal glomerülonefrit ve invazif enfeksiyonların) prevalansının, Kuzey Amerika ve Batı Avrupa ülkelerine göre yaklaşık 10 kat (0.3/1000 olgu/yıl'a karşı 2.5-3.2/1000 olgu/yıl) fazla olduğu öngörülmektedir1. Özellikle gelişmekte olan ülkelerde, GAS enfeksiyonlarına karşı mevcut kontrol stratejilerinin güçlendirilmesi ve yeni primer kontrol stratejilerinin geliştirilmesi için moleküler epidemiyolojik çalışmalara ihtiyaç duyulmaktadır1. Ancak, ülkemizden bu alanda yapılmış çalışma sayısı oldukça sınırlıdır. Bu çalışmada, GAS taşıyıcısı ilköğretim çocuklarında emm tiplerinin, pirojenik toksin genlerinin ve izolatlar arasındaki klonal ilişkilerin belirlenmesi amaçlanmıştır.

GEREÇ ve YÖNTEM

Çalışma Grubu ve Suşların Tanımlanması

Bu çalışma, 2010-2011 yılları arasında, Malatya ilinde bulunan iki ilköğretim okulunda eş zamanlı olarak gerçekleştirildi. Çalışmaya dahil edilen ilköğretim okulları, benzer sosyoekonomik düzeye sahip iki farklı bölgeden seçildi. Bu ilköğretim okullarında okuyan yaşları 6 ile 16 arasında değişen, toplam 701 öğrenci (okul A: 461 öğrenci, okul B: 240 öğrenci) çalışmanın evreni olarak saptandı. Enfeksiyon hastalıkları ve pediyatri uzmanları tarafından öğrencilerin muayeneleri yapılarak, herhangi bir akut sağlık sorunu ve enfeksiyonu olmadığı saptanan 668 öğrenci çalışmaya dahil edildi.

Tüm öğrencilerin her iki tonsil ve posterior orofarenks bölgesinden steril eküvyonla boğaz sürüntüsü alındı. Elde edilen örnekler, %5 koyun kanlı agara (Oxoid, İngiltere) ekilerek 35ºC'de 24 saat inkübe edildi. Kanlı agar besiyerinde üreyen beta-hemolitik kolonilerden yapılan boyamada gram-pozitif kok morfolojisinde olanlar ileri tanımlama testlerine alındı. Gerektiğinde şüpheli koloninin saflaştırılması için kanlı agar plaklarına alt kültürler yapıldı.

Katalaz reaksiyonu negatif, basitrasine duyarlı, trimetoprim/sülfametoksazole dirençli, PYR testi (DrySlide Kit, BBL, USA) pozitif ve lateks aglütinasyon (Slidex; Bio Mérieux, Fransa) testinde A grubu olarak sınıflandırılan streptokok türleri, S.pyogenes olarak tanımlandı. Elde edilen suşlar, skim milk besiyeri (Oxoid, UK) içine inoküle edilerek ileri moleküler çalışmalar için -80°C'de saklandı.

SpeA ve SpeC toksin genlerinin belirlenmesi

Streptococcus pyogenes olarak tanımlanan suşların taşıdıkları speA ve speC pirojenik ekzotoksin genlerinin varlığı, Schmitz ve arkadaşlarının10 tasarladıkları primerler (speA 5'-TAA GAA CCA AGA GAT GG ATT CTT GAG CAG TTA CC-3', speC 5'-AAG AAG CAA AAG ATA GC TGG TAG AAG TTA CGT CC-3') kullanılarak multipleks polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) yöntemi ile araştırıldı. Bakteri hücrelerinden DNA izolasyonu, kolon temelli hazır kit (DNA mini kit, Qiagen, Almanya) ile yapıldı. SpeA ve speC genlerini çoğaltmak için kullanılacak primer karışımı, her bir primerin son konsantrasyonu 0.2 µM olacak şekilde tek tüp içerisinde hazırlandı. Multipleks PCR reaksiyonu için hazır amplifikasyon karışımı kullanılarak (Qiagen, Almanya), amplifikasyon koşulları; 95°C'de 15 dakika başlangıç denatürasyonun ardından, 35 döngü olmak üzere; 94°C'de 30 saniye, 60°C'de 90 saniye, 72°C'de 90 saniye ve 72°C'de 10 dakika olarak uygulandı. Elde edilen amplifikasyon ürünleri %1.5'luk agaroz jelde, 60 dakika elektroforeze tabi tutuldu. Elektroforezden sonra DNA bantlarının görüntülenmesi amacıyla jel, 0.5 µg/mL etidyum bromür içeren 1xTBE tamponu içinde 15 dakika boyandı ve bantlar UV transilüminator ile görüntülendi.

M-proteini (emm) Tiplendirilmesi

M-protein (emm) tiplendirilmesi için Centers for Disease Control and Prevention (CDC) tarafından önerilen metot kullanıldı (http://www.cdc.gov/streplab/M-ProteinGene-typing.html). Bu yönteme göre M-protein gen bölgesi P1 5'-TAT TCG CTT AGA AAA TTA A-3' ve P2 5'-GCA AGT TCT TCA GCT TGT TT-3' primer çifti ile çoğaltıldı. Çoğaltılan PCR ürünlerinin dizi analizi, emmseq2- 5'-TAT TCG CTT AGA AAA TTA AAA ACA GG-3' primeri kullanılarak BigDye terminator 3.1 (Applied Biosystems, USA) kiti ve ABI prism 310 (Applied Biosystems, ABD) otomatik dizi analiz cihazı ile yapıldı. Elde edilen emm dizilerinin tiplendirilmesi için CDC'nin veri bankasındaki referans DNA dizileri kullanılarak, ClustalW v2.1 yazılımı ile tüm dizileri içeren global hizalama yapıldı ve emm tipleri belirlendi.

Suşlar Arasındaki Klonal İlişkinin Belirlenmesi

İzole edilen S.pyogenes suşları arasındaki klonal ilişkinin araştırılmasında, Rep-PCR  (Repetitive extragenic palindromic-Polymerase chain reaction) tabanlı otomatize DiversiLab (Bio Mérieux, Fransa) sistemi kullanıldı. İlişkili saptanan izolatlar arasındaki olası klonal yakınlığın doğrulanması, değişken alanlı jel elektroforezi (PFGE; Pulsed-field gel electrophoresis)  yöntemi ile yapıldı.

DiversiLab metodu (Streptokok kiti), üretici firmanın önerileri doğrultusunda uygulandı. Kısaca, amplifikasyon sonucunda elde edilen PCR ürünlerinin görüntülenmesi ve elektroforezi için, Diversilab DNA LabChip kiti (Bio Mérieux, Fransa) ile Agilent 2100 Bioanalyzer (BioMérieux, Fransa) cihazı kullanıldı. Oluşan bant profillerinin analizi, DiversiLab Software (V3.4) kullanılarak gerçekleştirildi. Bant analizleri için benzerlik hesaplarının yapılmasında Pearson korelasyon katsayısı ve kümeleşme analizi için de UPGMA (Unweighthed pairvise grouping mathematical averaging) yöntemi kullanıldı. Benzerlik oranları > %90'nın üzerinde olan suşlar klonal olarak ilişkili olarak değerlendirildi.

PFGE ile genotiplendirme için Elliott ve arkadaşlarının11 önerdiği yöntem, minör değişikliklerle uygulandı. Genomik DNA'lar 20 U XbaI (Fermantas Corporation, ABD) ile kesildikten sonra agaroz kalıplar CHEF DR II (Bio-Rad Laboratories, Belçika) sisteminde elektroforeze tabi tutuldu. Elektroforez koşulları başlangıç vuruş süresi 5 saniye, bitiş vuruş süresi 40 saniye, akım 6 V/cm2, sıcaklık 14°C, süre 18 saat olacak şekilde ayarlandı. Bant profilleri GelCompar Software (V6.0; Applied Maths, Belçika) ile değerlendirildi. İzolatlar arası benzerlik analizi için Dice benzerlik katsayısı ve kümeleşme analizi için de UPGMA metodu kullanıldı. Dice benzerlik katsayısına göre, izolatlar arası benzerlik sınırı %80 kabul edildi.

İstatistiksel analiz

İstatistiksel analizler SPSS (V13.0) programı kullanılarak yapıldı. Çalışma sonucunda elde edilen GAS taşıyıcılığının ve tespit edilen emm tiplerinin; suşların izole edildiği okula, yaşa ve cinsiyete göre dağılımlarını değerlendirmek için Pearson ki-kare ve Fisher kesin ki-kare testleri uygulandı. Tüm karşılaştırmalarda anlamlılık düzeyi 0.05 olarak kabul edildi.

BULGULAR

Boğaz sürüntüsü alınan 668 öğrencinin 134'ünde (%20.05) grup A streptokok üretilmiştir. İzolat sayılarının her bir okul için dağılımı Tablo I'de verilmiştir. Okullar arasında GAS taşıyıcılığı yönünden istatistiksel olarak anlamlı bir fark bulunamamıştır (p> 0.05). Çalışmaya dahil edilen öğrencilerin yaş ortalaması 11.6 yıl olup, 71'i (%53) erkek ve 63'ü (%47) kızdır. Çalışmamızda 10 yaş ve üzeri öğrencilerde GAS taşıyıcılık oranı, 7-9 yaş grubu ile karşılaştırıldığında istatistiksel olarak anlamlı derecede yüksek saptanmıştır (%22'ye karşı %16.4, p< 0.05). Cinsiyetlere göre GAS taşıyıcılığı arasında, istatistiksel olarak anlamlı bir fark bulunamamıştır (p> 0.05).


Tablo I

Yapılan dizi analizi sonucunda; taşıyıcılara ait 134 izolattan 123'ünün emm tipi belirlenebilmiştir. Geriye kalan 11 izolatın 3'ünde PCR ürünü elde edilemezken, 9'unda ise elde edilen dizi, referans tiplerden herhangi birisi ile uyumlu bulunmamıştır. En sık saptanan emm tipleri, 38 (%30.9) izolatta emm1, 18 izolatta (%14.6) emm12, 10 izolatta emm89 (%8.1), 9 izolatta emm118 (%7.3) ve 7 izolatta emm4 (%5.7) olmuştur (Tablo II). Bu tiplerin dışında çalışmamızda; emm77, emm5, emm3, emm28, emm11, emm75, emm44, emm29, emm85, emm18, emm71, emm24, emm9, emm22 ve emm78 tipleri de saptanmıştır. Tespit edilen emm tiplerinin okullara göre dağılımında istatistiksel olarak anlamlı fark tespit edilmemiştir (Tablo I). Bununla birlikte emm tipleri ile cinsiyet ve yaş grupları arasında da istatistiksel olarak anlamlı bir fark gözlenmemiştir (p> 0.05).


Tablo II

Toplam 134 GAS izolatının 25'inde (%18.6) pirojenik toksin genlerinden speA ve speC'nin varlığı saptanmıştır. Buna göre 134 izolatın 11'inde (%8.2) speA ve 12'sinde speC (%8.9) geni bulunurken, izolatların 2'sinde (%1.5) her iki gen birden tespit edilmiştir. 

Suşlarda saptanan toksin genlerinin gösterildiği PCR jel ürünü Şekil 1'de verilmiştiir. Çalışılan suşların emm tipleri ve toksin genlerine göre dağılımı Tablo II'de gösterilmiştir.


Şekil 1

DiversiLab yöntemi ile yapılan genotiplendirme sonucunda 134 S.pyogenes suşu, 62 farklı rep-PCR profili göstermiştir. Klonal yönden ilişkili 36 izolat, 13 farklı küme içerisinde yer almıştır. Suşların kümeleşme oranı; A okulunda %25 ve B okulunda %26.6 olarak bulunmuştur. Tüm suşlar birlikte değerlendirildiğinde, kümeleşme oranı %26.9 olarak saptanmıştır. En büyük küme (P-kümesi) altı izolattan oluşmuş, bunu her biri dört izolat içeren C, K ve L kümeleri izlemiştir. Diğer dokuz kümenin her birinde ise iki izolat mevcuttur. Suşların klonal ilişkileri Şekil 2'de gösterilmiştir. Sadece klonal olarak ilişkili bulunan suşlar için PFGE tiplendirmesi yapılmış ve bu yöntemde benzerlik sınırı %80 ve üzeri alındığında (Dice benzerlik katsayısına göre), tüm sonuçlar DiversiLab sistemi ile uyumlu bulunmuştur (Şekil 3).


Şekil 2

Şekil 3

TARTIŞMA

S.pyogenes, hayatı tehdit eden ciddi enfeksiyonlardan, asemptomatik taşıyıcılığa kadar değişen geniş bir klinik görünüme sahip, virülansı yüksek bir bakteridir5,12,13. Özellikle akut romatizmal ateş, romatizmal kalp hastalığı ve post-streptokokal glomerülonefrit gibi GAS'a bağlı ciddi hastalıklar tüm dünyada önemli bir sağlık sorunudur. Bu hastalıkların dünya çapında prevalans ve insidans değerlerinin sırasıyla 18.1 ve 1.78 milyon olduğu ve bunlardan yıllık en az 517 bin kişinin hayatını kaybettiği öngörülmektedir1. GAS'a bağlı enfeksiyonlara karşı önlem alınabilmesi ve korunma stratejilerinin geliştirilebilmesi için; etken mikroorganizmanın tespiti, bulaş yollarının araştırılması, virülanslarından sorumlu genlerin ve izolatlar arası klonal ilişkilerin belirlenmesini de kapsayan moleküler epidemiyolojik çalışmalara ihtiyaç vardır. Bununla birlikte aşı ile ilişkili antijenik determinantların belirlenmesi de, moleküler epidemiyolojik çalışmaların bir parçasıdır14.

Yapılan çalışmalarda, GAS taşıyıcılık oranlarının; yaşa, mevsime, ülkelerin ve bölgelerin sosyoekonomik gelişmişlik oranlarına göre değiştiği görülmektedir15. Çalışmamızda, ortalama sosyoekonomik düzeydeki sağlıklı ilköğretim öğrencilerinin, yaklaşık beşte birinin GAS taşıyıcısı olduğu bulunmuş ve bu oranın yaş ile artış gösterdiği saptanmıştır. Çalışmalarda, S.pyogenes taşıyıcılık oranın dokuz yaşından sonra arttığı ve özellikle beş yaşın altındaki çocuklarda taşıyıcılığın anlamlı derecede düşük olduğu bildirilmektedir15,16. Bunun nedeni olarak anneden geçen koruyucu antikorların varlığı gösterilmektedir. Ülkemizde yapılan çalışmalarda, GAS taşıyıcılık oranları %2.8 ile %25.9 arasında değişiklik göstermektedir17-19. Asemptomatik çocuklardaki GAS taşıyıcılığının değerlendirildiği ve tüm dünyadan 21 çalışmanın incelendiği bir meta-analizde, taşıyıcılık oranlarının %3-26 arasında olduğu saptanmıştır15. Buna göre, bulduğumuz taşıyıcılık oranı literatür bilgilerine göre yüksek sınırlara yakındır.

M-proteini, grup A streptokokların hücre duvarında yer alan en önemli virülans faktörüdür ve suşa özgü immün yanıtın gelişiminden sorumludur. Yapılan çalışmalarda, GAS'ın yol açtığı farklı klinik tablolarda farklı emm tiplerinin rol oynadığı ileri sürülmektedir8,13. Çalışmamızda, en sık olarak emm1 (%30.9) tipi tespit edilmiştir. Bunu sırasıyla; emm12 (%14.6), emm89 (%8.1), emm118 (%7.3) ve emm4 (%5.7) izlemektedir. Ülkemizde taşıyıcılara ait izolatların emm tiplerinin araştırıldığı tek çalışma vardır. Mengeloğlu ve arkadaşlarının18 60 izolat ile yaptıkları bu çalışmada; en sık emm12 (%25), emm89 (%15), emm77 (%10), emm1 (%8.3) ve emm5.7 (%5) tipleri tespit edilmiştir. Bu çalışmada en sık görülen, beş emm tipinin dördü (emm1, emm12, emm 77, emm 89), bizim çalışmamızda tespit edilen emm tipleri ile ortaktır ve söz konusu emm tipleri her iki çalışmada da toplam suşların %60'ından fazlasını oluşturmaktadır. Ülkemizin farklı bölgelerinden klinik izolatlar ile yapılan çalışmalar bir araya getirildiğinde, toplam 266 izolatta en sık olarak emm1 (%15.8) ve emm12 (%12.4) tiplerinin tespit edildiği görülmektedir. Bunu emm3 (%9.8), emm4 (%6.8) ve emm89 (%6.4) tipleri izlemektedir18,20-22. Bizim sonuçlarımız ile birlikte ülkemizden yapılan tüm çalışmalar göz önüne alındığında, Türkiye'de emm1 ve emm12 tiplerinin (tüm örneklerin yaklaşık 1/3'ü) yaygın olduğu görülmektedir.

Toplam 38.081 GAS izolatını içeren 102 çalışmanın sonuçlarının değerlendirildiği bir meta-analizde, dünya genelinde de en sık görülen emm tiplerinin emm1 (%18.3) ve emm12 (%11.1) olduğu görülmüştür23. Birçok farklı ülkede, asemptomatik çocuklardan izole edilen suşlarla yapılan çalışmalarda da, yine en sık olarak emm1 ve emm12 tipleri saptanmıştır24,25. Bu bulgular, çalışmamızda saptadığımız verilerle uyumludur.

Yapılan çalışmalarda, S.pyogenes'in emm 1, 3, 5, 6, 12, 14, 18, 19, 24, 27 ve 29 tiplerini taşıyan suşlarının romatojenik komplikasyonlarla ilişkili olduğu bildirilmektedir8,13,26. Buna göre, çalışmamızda bulunan 20 farklı emm tipi içerisinden beşinin (%20) romatojenik türler arasında olduğu görülmüştür. Ancak, saptanan türlerin oransal ağırlığı dikkate alındığında; emm tipi belirlenebilen 123 izolatın 92'si (%74.7) romatojenik gruptadır. Son yıllarda, romatizmal ateşin gelişiminde emm tiplerinin yanında, konak immün yanıtının rolü de araştırılmaktadır. Bu araştırmaların odak noktasını, doğal immün yanıtın aktivasyonunda ve sinyalizasyon yolaklarında meydana gelebilecek hatalar oluşturmaktadır. Picard ve arkadaşları27, MyD88/IRAK-4 eksikliği olan bireylerde, invazif GAS hastalığının sağlıklı bireylere göre daha fazla görüldüğü tespit etmişlerdir. Fernandez ve arkadaşları28 da, etkene karşı gelişen MyD88/IRAK-4'e bağımlı immün yanıtın, virülans faktörlerinin ve toksinlerin klinik seyir ile ilişkisini araştırmışlardır. Bu araştırmanın sonucunda, klinik görünüm ile emm tipleri veya virülans faktörleri arasında bir korelasyon olmadığı, buna karşın konak immün yanıtının belirleyici olduğu vurgulanmıştır28. Uchiyama ve arkadaşları29 ise, GAS ile ilişkili farklı virülans faktörlerini ve bunların immün sistemle olan ilişkilerini araştırmışlardır. Bu çalışmada, yakın zamanda keşfedilen bir diğer GAS virülans faktörü olan streptodornaz (Sda1)'ın, doğal immün yanıtın bir parçası olan Toll benzeri reseptör-9 (TLR-9) üzerine olan etkisini tespit etmek için, deneysel hayvan modeli oluşturulmuştur. Sonuç olarak, Sda1'in TLR-9 aracılı immün yanıtı baskıladığı ve bu sayede GAS'ın, makrofajların bakterisidal etkilerinden kaçabildiği belirlenmiştir29. Ne var ki, bütün bu araştırmalara karşın, GAS'a karşı gelişen immün yanıtın bireyler arasında neden bu kadar farklı olduğu net olarak cevaplanamamıştır. 

Bölgemizde GAS taşıyıcılığının yüksek olması ve izolatların emm tiplerinin romatojenik olarak bilinen suşlar içinde yer alması, toplumumuzun akut romatizmal ateş yönünden taşıdığı riskin yüksek olabileceği konusunda uyarıcı bir bulgudur. Bununla birlikte sonuçlarımız, ülkemizin emm tipleri açısından genel durumunun ortaya konulması için daha geniş kapsamlı çalışmalara ihtiyaç olduğunu göstermiştir. Toplumda S.pyogenes eradikasyonu yapılması ve önleyici girişimlerin artırılmasına ihtiyaç duyulabilir. Bu amaçla GAS'a karşı koruyucu aşı çalışmaları yürütülmektedir. En son, Kuzey Amerika ve Avrupa'da yaygın olan emm tiplerini içeren 30 valanlı aşının potansiyel etkinliğinin araştırıldığı bir çalışmada, üretilen aşının kapsadığı tüm tiplere yönelik antikor üretimini sağlayabildiği; ayrıca, içermediği 24 emm tipine karşı da bakterisidal antikor ürettirebildiği tespit edilmiştir30. Aynı çalışmada bildirilen emm tipleri dikkate alındığında, çalışmamızda bulduğumuz emm tiplerinin kapsanma oranı %92.8 (13/14 suş) olarak bulunmaktadır. Bu sonuca göre, üretilen bu son aşının toplumuzda S.pyogenes enfeksiyonlarının ve buna bağlı gelişebilen romatolojik komplikasyonların önlenmesinde faydalı olabileceği tarafımızdan öngörülmüştür.

Grup A streptokokların toplumdaki yayılım dinamiklerinin ve salgınların tespit edilmesi için izolatlar arasındaki klonal ilişkilerin araştırılması gereklidir. Yapılan çalışmalar, okul ve işyeri gibi kalabalık yaşama ortamlarının, etkenin yayılımında önemli olduğunu göstermektedir15-18. Çalışmamızda, örneklerin toplandığı her iki okulda da baskın bir salgın izolatı tespit edilmemiştir. Tüm izolatlar birlikte değerlendirildiğinde, suşlar arasındaki kümeleşme oranı %26.9 olarak saptanmış ve klonal ilişkilerin tamamı PFGE ile doğrulanmıştır. Farkı okullardan izole edilen suşların hiçbiri, birbirleriyle klonal olarak ilişkili bulunmamıştır. Aynı küme içerisinde yer alan izolatlar, büyük oranda (%91.6) aynı sınıfta olan öğrencilerden izole edilmiştir (Şekil 2). Bu durum, GAS yayılımının okul çağındaki çocuklarda önemli bir risk oluşturduğunu göstermektedir. Bölgemizden yapılan diğer bir çalışmada, asemptomatik 130 okul çocuğundan izole edilen suşlar arasındaki klonal ilişki oranı %36.1 olarak bulunmuş ve sonuçlar klasik epidemiyolojik verilerle de doğrulanmıştır17. Mengeloğlu ve arkadaşları18 ise, taşıyıcılardan izole edilen GAS izolatları arasındaki klonal ilişkiyi, %80.4 gibi oldukça yüksek bir oranda bulmuşlardır.

Grup A streptokokların diğer önemli virülans faktörleri arasında pirojenik ekzotoksinler yer almaktadır. Süperantijen yapısındaki bu toksinler, şok ve yaygın organ hasarı ile sonuçlanabilecek proinflamatuvar sitokinlerin aşırı üretilmesine neden olabilirler9-10. Bunlardan SpeA ve speC geni tarafından kodlanan pirojenik toksinler, bakteriyofaj tarafından transdüksiyon ile bakteriye aktarılırlar. Çalışmamızda toplam 134 GAS izolatının 11'inde speA (%8.2), 12'sinde speC (%8.9) ve ikisinde (%1.5) her iki toksin geni birlikte tespit edilmiştir. Ülkemizde yapılan bir çalışmada Mengeloğlu ve arkadaşları18, 79 klinik ve 60 taşıyıcıdan izole ettikleri 139 GAS izolatında speA ve speC dahil olmak üzere beş farklı toksin genini araştırmışlardır. Taşıyıcılardan izole edilen suşların %35'inde speA, %48.3'ünde speC pozitif bulunurken, klinik izolatların %26.6'sında speA ve %50.6'sında ise speC pozitif bulunmuştur. Bu oranlar bizim çalışmamızdan oldukça yüksektir.

Bu çalışmada elde ettiğimiz sonuçlara göre, bölgemizdeki ilkokul çocuklarında GAS taşıyıcılığının yüksek olduğu saptanmış; ancak herhangi bir salgın izolatı tespit edilmemiştir. Bununla birlikte, M-protein türlerine göre izolatların yaklaşık 3/4'ünün romatojenik olarak tanımlanan suşlar arasında olması; ayrıca, suşların yaklaşık 1/5'inin toksin geni taşıması ve okul içi GAS yayılımının tespit edilmesi endişe vericidir. Ülkemizin GAS yönünden risk durumunun saptanarak, korunma ve kontrol stratejilerinin geliştirilmesi için daha geniş ve toplum merkezli çalışmalara gereksinim olduğu görülmektedir.

KAYNAKLAR

  1. Carapetis JR, Steer AC, Mulholland EK, Weber M. The global burden of group A streptococcal diseases. Lancet Infect Dis 2005; 5(11): 685-94.
  2. Metzgar D, Zampolli A. The M protein of group A Streptococcus is a key virulence factor and a clinically relevant strain identification marker. Virulence 2011; 2(5): 402-12.
  3. Ralph AP, Carapetis JR. Group A streptococcal diseases and their global burden. Curr Top Microbiol Immunol 2013; 368:1-27.
  4. Fazeli MR, Ghaemi E, Tabarraei A, et al. Group A streptococcal serotypes isolated from healthy schoolchildren in iran. Eur J Clin Microbiol Infect Dis 2003; 22(8):475-8.
  5. Martin JM, Green M. Group A streptococcus. Semin Pediatr Infect Dis 2006; 17(3): 140-8.
  6. Olive C, Schulze K, Sun HK, et al. Enhanced protection against Streptococcus pyogenes infection by intranasal vaccination with a dual antigen component M protein/SfbI lipid core peptide vaccine formulation. Vaccine 2007; 25(10):1789-97.
  7. Smeesters PR, McMillan DJ, Sriprakash KS. The streptococcal M protein: a highly versatile molecule. Trends Microbiol 2010; 18(6): 275-82.
  8. Ayoup E, Kotb M, Cunningham M. Rheumatic Fever Pathogenesis, pp:102-32. In: Stevens D, Kaplan E (eds), Streptococcal Infections: Clinical Aspects, Microbiology and Molecular Pathogenesis. 2000, Oxford University Press, New York.
  9. Wu PC, Lo WT, Chen SJ, Wang CC. Molecular characterization of group A streptococcal isolates causing scarlet fever and pharyngitis among young children: a retrospective study from a northern Taiwan medical center. J Microbiol Immunol Infect 2014; 47(4): 304-10.
  10. Schmitz FJ, Beyer A, Charpentier E, et al. Toxin-gene profile heterogeneity among endemic invasive European group A streptococcal isolates. J Infect Dis 2003; 188(10): 1578-86.
  11. Elliott JA, Farmer KD, Facklam RR. Sudden increase in isolation of group B streptococci, serotype V, is not due to emergence of a new pulsed-field gel electrophoresis type. J Clin Microbiol 1998; 36(7): 2115-6.
  12. Martin JM, Barbadora KA. Continued high caseload of rheumatic fever in western Pennsylvania: Possible rheumatogenic emm types of Streptococcus pyogenes. J Pediatr 2006; 149(1): 58-63.
  13. Bryant PA, Robins-Browne R, Carapetis JR, Curtis N. Some of the people, some of the time: susceptibility to acute rheumatic fever. Circulation 2009; 119(5): 742-53.
  14. Levin BR, Lipsitch M, Bonhoeffer S. Population biology, evolution, and infectious disease: convergence and synthesis. Science 1999; 283(5403): 806-9.
  15. Shaikh N, Leonard E, Martin JM. Prevalence of streptococcal pharyngitis and streptococcal carriage in children: a meta-analysis. Pediatrics 2010; 126(3): 557-64.
  16. Vijaya D, Sathish JV, Janakiram K. The prevalence of group a streptococci carriers among asymptomatic school children. J Clin Diagn Res 2013; 7(3): 446-8.
  17. Durmaz R, Durmaz B, Bayraktar M, et al. Prevalence of group A streptococcal carriers in asymptomatic children and clonal relatedness among isolates in Malatya, Turkey. J Clin Microbiol 2003; 41(11): 5285-7.
  18. Mengeloglu FZ, Aktas E, Otlu B, et al. Evaluation of emm gene types, toxin gene profiles and clonal relatedness of group A streptococci. Bosn J Basic Med Sci 2013; 13(3): 163-9.
  19. Toprak D, Demirdal T, Aşçı Z, Orhan S, Çetinkaya Z, Demirtürk N. Sağlıklı okul çocuklarında nazofarinksde A grubu beta hemolitik streptokok taşıyıcılığı. Düzce Tıp Fakültesi Derg 2008; 2: 26-9.
  20. Akça G. Boğaz enfeksiyonu nedeni olan A grubu beta hemolitik streptokokların M protein tiplerinin "emm" gen sekans analizi ile belirlenmesi. Doktora Tezi, 2006. Gazi Üniversitesi Tıp Fakültesi Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, Ankara.
  21. Arslan U, Oryasin E, Eskin Z, et al. Distribution of emm genotypes and antibiotic susceptibility of Streptococcus pyogenes strains: analogy with the vaccine in development. Mikrobiyol Bul 2013; 47(2): 318-23.
  22. Çakmak A. İstanbul'da 2007-2009 döneminde çocuk hastaların boğaz kültürlerinden izole edilen A grubu beta hemolitik streptokokların M proteini (emm) geni tiplendirilmesi. Uzmanlık Tezi, 2009. İstanbul Üniversitesi İstanbul Tıp Fakültesi Çocuk Sağlığı ve Hastalıkları Anabilim Dalı, İstanbul.
  23. Steer AC, Law I, Matatolu L, Beall BW, Carapetis JR. Global emm type distribution of group A streptococci: systematic review and implications for vaccine development. Lancet Infect Dis 2009; 9(10): 611-6.
  24. Chang H, Shen X, Fu Z, et al. Antibiotic resistance and molecular analysis of Streptococcus pyogenes isolated from healthy schoolchildren in China. Scand J Infect Dis 2010; 42(2): 84-9.
  25. Pires R, Rolo D, Morais A, et al. Description of macrolide-resistant and potential virulent clones of Streptococcus pyogenes causing asymptomatic colonization during 2000-2006 in the Lisbon area. Eur J Clin Microbiol Infect Dis 2012; 31(5): 849-57.
  26. Erdem G, Mizumoto C, Esaki D, et al. Group A streptococcal isolates temporally associated with acute rheumatic fever in Hawaii: differences from the continental United States. Clin Infect Dis 2007; 45(3): 20-4.
  27. Picard C, Casanova JL, Puel A. Infectious diseases in patients with IRAK-4, MyD88, NEMO, or IkappaBalpha deficiency. Clin Microbiol Rev 2011; 24(3): 490-7.
  28. Fernandez I, Brito RM, Bidet P, et al. Invasive group A Streptococcus disease in French-Canadian children is not associated with a defect in MyD88/IRAK4-pathway. Allergy Asthma Clin Immunol 2014; 10(1): 9.
  29. Uchiyama S, Andreoni F, Schuepbach RA, Nizet V, Zinkernagel AS. DNase Sda1 allows invasive M1T1 Group A Streptococcus to prevent TLR9-dependent recognition. PLoS Pathog 2012; 8(6): e1002736.
  30. Dale JB, Penfound TA, Chiang EY, Walton WJ. New 30-valent M protein-based vaccine evokes cross-opsonic antibodies against non-vaccine serotypes of group A streptococci. Vaccine 2011; 29(46): 8175-8.

İletişim (Correspondence):

Doç. Dr. Barış Otlu,

İnönü Üniversitesi Tıp Fakültesi,

Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı,

Malatya, Türkiye.

Tel (Phone): +90 533 371 0780,

E-posta (E-mail): botlu@yahoo.com

Yazdır