Comparative genomics of Treponema pallidum subspecies and molecular diagnostics of syphilis in the Czech Republic

Mgr. Lenka Mikalová, Ph.D.

Doctoral thesis

Anotácia:

Rod Treponema zahrnuje několik druhů a poddruhů patogenních spirochet. Mezi klinicky nejvýznamnější lidské patogeny patří Treponema pallidum subsp. pallidum (TPA), původce syfilis; T. pallidum subsp. pertenue (TPE), původce yaws; T. pallidum subsp. endemicum (TEN), původce endemické syfilis. Studium těchto patogenů je limitováno skutečností, že tyto treponemy nelze kultivovat v podmínkách in vitro. 7 treponemálních kmenů bylo porovnáno technikou „whole genome fingerprinting“ (WGF) s referenčním genomem kmene TPA Nichols. Technikou WGF byla zjištěna vysoká sekvenční příbuznost mezi zástupci TPA a TPE kmenů přesahující 99,6 %. Výsledky WGF naznačují, že rozdílná virulence TPA a TPE kmenů, odlišná klinická manifestace a způsob přenosu syfilis a yaws je způsobena relativně malými odlišnostmi v příslušných genomech. Jednou z diagnostických metod pro identifikaci syfilis je PCR. PCR přináší navíc možnost molekulárně typovat kmeny způsobující syfilis. V průběhu let 2004-2012 bylo diagnostikováno pomocí PCR 124 pacientů se syfilis. Citlivost metody PCR je poměrně nízká a je ovlivněna především stádiem syfilis a typem klinického materiálu použitého k PCR detekci treponemální DNA. Typovací systém, založený na sekvenaci genů TP0136, TP0548 a 23S rRNA, identifikoval mezi typovatelnými vzorky od 85 pacientů celkem 9 různých genotypů. 45 % kmenů poddruhu TPA v rámci České republiky je rezistentních k makrolidům. Poměrně vysoký výskyt makrolidové rezistence u kmenů způsobující syfilis brání v používání těchto antibiotik k léčbě syfilis. Typovací systém založený na sekvenaci vybraných lokusů je schopen rozlišit a dlouhodobě sledovat rozdíly ve variabilitě a prevalenci kmenů způsobující syfilis v České republice.

Abstract:

The genus Treponema comprises several human pathogenic spirochetes including T. pallidum subsp. pallidum (TPA), T. pallidum subsp. pertenue (TPE), T. pallidum subsp. endemicum (TEN), the causative agents of syphilis, yaws and endemic syphilis, respectively. The study of these pathogens is limited by the fact that these treponemes cannot be cultivated under in vitro conditions. Seven treponemal strains from T. pallidum subspecies were compared with the whole genome sequence of TPA Nichols strain using the whole genome fingerprinting technique (WGF). Based on the WGF results, TPA and TPE strains are closely related (>99.6% sequence identity). The identified genetic differences between TPA and TPE are probably responsible for differences in clinical manifestation, in different routes of transmission and the decreased virulence of TPE strains compared to TPA strains. PCR-based methods were used for syphilis diagnostic purposes and for molecular typing of syphilis-causing strains in Czech Republic. During the years 2004-2012, PCR-positive results were detected in samples taken from 124 patients. PCR sensitivity was found to be moderate and is affected mainly by patient´s syphilis stage and by the type of clinical material. 45% of strains in the Czech Republic are resistant to macrolides. The high prevalence of A2058G and A2059G mutations precludes the use of azithromycin and other macrolides for syphilis treatment The sequence-based typing scheme (TP0136, TP0548, 23S rRNA) identified 9 different genotypes among 85 fully or partially typed treponemal samples. The sequence-based typing enabled to monitor the distribution and variability of syphilis-causing strains and brought insights into epidemiology of syphilis in the Czech Republic.

Keywords

Treponema pallidum, yaws, syphilis, comparative genomics, molecular typing, PCR

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 26. 9. 2013

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 27. 9. 2013
• Vedúci: prof. MUDr. David Šmajs, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / odbor:
Medical Biology (4-years) / Medical Biology