Brotes de TB y Epidemiología Molecular: Experiencia y Prospectos en EEUU

Transcripción

1 XV Taller Internacional Sobre Tuberculosis UITB-2011 Barcelona, España 29 noviembre 2011 Brotes de TB y Epidemiología Molecular: Experiencia y Prospectos en EEUU Kenneth G. Castro, M.D. Colaboradores Juliana Grant, M.D. Anne Marie France, Ph.D. Thomas Navin, M.D. National Center for HIV/AIDS, Viral Hepatitis, STD & TB Prevention Division of Tuberculosis Elimination

2 Indice Definición de genotipo en M. tuberculosis Historia del uso de genotipos y métodos Servicio nacional de genotipado en EEUU Metodología, uso de datos, y ejemplos concretos Evolución de genotipado para control y prevención y su potencial pronóstico Direcciones futuras

3 Que es un genotipo de TB? Análisis de huellas dactilares del ADN en cepas de Mycobacterium tuberculosis obtenidas de personas con TB y cultivos positivos, para determinar su relación y variabilidad genética Requiere casos de TB con cultivos positivos

4 Transmisión y Genotipos de TB Asumimos que los casos en una cadena de transmisión comparten genotipos iguales

5 HISTORIA USO DE GENOTIPOS EN TB

6 Fagotipo (Phage Typing) Rado TA, Bates JH, Engel HW, Mankiewicz E, Murohashi T, Mizuguchi Y, Sula L. World Health Organization studies on bacteriophage typing of mycobacteria. Subdivision of the species Mycobacterium tuberculosis. Am Rev Respir Dis. 1975;111(4): Mycobacterium tuberculosis puede ser subdivido en un mínimo de 3 fagotipos mayores: A, B, y C, y en 2 sujetos: Ax y A2. Aplicado a investigaciones de brotes en 1970s 1980s TB MDR en escuela y comunidad, Mississippi Albergue de ancianos (vinculó 8 de 11 casos) Elucidar contaminación intralaboratorio Limitationes: capacidad discriminatoria y muy pocos laboratorios capacitados

7 Fragmentos de Restricción de Longitud Polimorfa (RFLP) IS6110 Primer método con capacidad discriminatoria usado ampliamente Usado en investigación de brotes TB en 1990s Nueva York San Francisco

8 Uso de Genotipo RFLP Sirvió para Elucidar Epidemiología de TB en SF y NY 31% de casos en San Francisco debido a transmisión reciente 40% de casos en Nueva York debido a transmisión reciente, y casi 2/3 de casos TB MDR Small P, et al N Eng J Med 1994;330: Alland D, et al N Eng J Med 1994;330:1710-6

9 Red Nacional Sentinela de GenotipoTB Estudio en múltiples ciudades, Evaluó el uso de genotipado para TB a nivel poblacional Prueba de concepto Genotipos basados en RFLP Decisión de utilizarlo en el país Emerg Infect Dis 2002;8(11):

10 Valor de Genotipado en TB Identificar y prevenir transmisión reciente Mejorar investigación de contactos Describir lugares de transmisión no comunes Facilitar identificación de brotes Mejoras en manejo clínico Identificar cultivos falsos-positivos Diferenciar entre relapsos/recaídas y re-infección

11 Limitaciones del RFLP a Nivel Nacional Difícil comparar resultados provenientes de diversos laboratorios Requiere gran cantidad de ADN de alta calidad No se presta a ser usado con métodos de alto rendimiento (demoras en uso de resultados) Capacidad discriminatoria limitada para cepas con pocas copias ( 5 bandas)

12 Métodos Basados en Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR) Resultados pueden ser estandarizados en diversos laboratorios Resultados se prestan a análisis semi-cuantitativo Pruebas pueden ser completadas en 1 dia (resultados al Programa TB < 1 semana) Depende de cantidad y calidad menor de ADN que el RFLP

13 Genotipado de TB en EEUU Basado metodología PCR Espoligotipo (Spoligotype= Spacer oligonucleotide typing) Patrón de bandas Código binario Agrupación Designación octal Secuencias repetidas en puntos específicos de Mtb (MIRU-VNTR= Mycobacterial Interspersed Repetitive Units Variable Number Tandem Repeats)* * Inicialmente conjunto de 12-puntos. En 2009 se expandió a conjunto de 24-puntos (MIRU-24)

14 Potencial Optimo de Genotipado para Control y Prevención de TB Requiere Acceso Universal a PCR La visión parcial entraña mas desconocimiento que conocimiento

15 Servicio Nacional de Genotipado para Cepas M. tuberculosis (NTGS) MMWR 2005;54:47 Envío voluntario de aislado/cepas por Programas de TB a nivel local/estatal a partir del 2004 CDC costea envío y genotipado Objectivo: lograr genotipado universal de todo caso TB con cultivo positivo en EEUU

16 Servicio Nacional de Genotipado TB (NTGS) NYC San SD Diego Asignado a lab California Asignado a lab Michigan 2 laboratorios proveen servicio genotipado centralizado Basada en PCR (espoligotipo y MIRU-VNTR) para todo primer aislado de paciente con cultivo + Mycobacterium tuberculosis RFLP disponible en casos limitados, basado en pedidos específicos

17 Servicio Nacional de Genotipado TB (NTGS) Plan de implementación basado en consenso nacional Guía para usuarios Se comparten datos de genotipos a través de las diversas jurisdiciones

18 Cobertura del Sistema Nacional de Genotipado TB (NTGS), EEUU, % de casos TB notificados con cultivo positivo y resultado de Genotipo Mtb 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 51% 64% 68% 80% 80% 86% 89%

19 MÉTODOS Y USO DE DATOS LOCALES Y A NIVEL NACIONAL

20 Sistema de Manejo de Información de Genotipos para TB (TB GIMS) A partir de marzo 2010 Aplicación segura con base en la Web Mejor acceso, manejo, y uso de información sobre genotipos por Programas TB a nivel local y estatal Hasta septiembre ,683 cepas con resultados de genotipo 58,513 pacientes con resultados de genotipo ~500 usuarios activos

21 Sistema de Manejo de Información de Genotipos para TB (TB GIMS)

22 Funciones del Sistema TB GIMS Permite recibo y actualización inmediata de resultados de genotipos proveniente de laboratorios, cruzados con los datos del paciente contenidos en registro de vigilancia Accesible a los Programas locales, por medio de una aplicación segura con base en la Web Mapas de geolocalización permiten visualizar aglomerados de casos a nivel local, estatal, y nacional Examina y compara características demográficas, clínicas y factores de riesgo de pacientes en aglomerados de casos con genotipo común

23 Datos de Vigilancia y Genotipos Vinculados para Casos Notificados en TB GIMS * Ilustración con fines de entrenamiento

24 Datos de Vigilancia y Genotipos Vinculados para Casos Notificados en TB GIMS (2) * Ilustración con fines de entrenamiento

25 Datos de Vigilancia y Genotipos Vinculados para Casos Notificados en TB GIMS (3) * Ilustración con fines de entrenamiento

26 Ejemplo de Geolocalización de Aglomerados de Genotipos para la Detección de Brotes TB Localiza la distribución geográfica de genotipo PCR específico (PCR 1201), comparado con: Distribución en EEUU y distribución total de TB Aglomerados de casos de genotipo PCR 1201 concentrados en tiempo (agosto 2008-agosto 2011) y espacio probablemente representan cadenas de transmisión en Texas

27 Aglomerado de Genotipo CA_0408* Rx Start Age Sex LHD Race/Eth Country Site Sputum Smear Sputum Culture Cav CXR Risks Drug R? 60 s Male FRESNO Hispanic USA Pulm Neg Pos No Not Emp, ND 3/ s Male FRESNO 1/ s Male FRESNO 11/ s Male FRESNO 9/ s Male FRESNO 11/ s Male FRESNO Hispanic Hispanic Hispanic Hispanic Hispanic Mexico Pulm Pos Pos Yes Mig Work No Mexico Pulm Pos Pos Yes Alc, NIDU, Mig Work Mexico Pulm Pos Pos No Mig Work No Mexico Pulm Pos Pos Yes Alc No Mexico Pulm Pos Pos Yes Homeless, NIDU, Mig Work No No Individual: Todos hombres hispanos, 5/6 inmigrantes de México, edades 20s 40s, 5/6 baciloscopía positiva, cepas no farmacoresistentes Lugar: Unicos casos en EEUU con este genotipo en condado de Fresno (CA), 5/6 pacientes residen en misma ciudad en perímetro de 2 km 2 Tiempo: 3 casos en 2009; 3 casos * Shaw T. California TB Control Branch, 22 oct 2010

28 Ejemplo Reportes y Mapas en TB GIMS * Ilustración con fines de entrenamiento

29 Geolocalización de Genotipo TB, EEUU Espologotipo , MIRU Casos en EEUU compartían este genotipo al 31/10/ (65.2% ) de los casos en EEUU residían en estado de Indiana (Nota: 1 caso en Florida comparte espoligotipo y vínculo epidemiológico, aunque carece de resultado MIRU) Moonan P, Poonja S, Haddad M, et al. Datos no publicados 1

30 Distribución en Indiana del Genotipo Espologotipo , MIRU Casos en estado, al 31/oct/2006 Condado A (n = 25) 69.5% del total en estado 40.3% del total nacional Usuarios metanfetamina 1 Condado B (n = 7) 6 casos vínculo epidemiológico a casos en Condado A (metanfetamina) Otros condados se desconocían vínculos epidemiológicos con casos de Condados A y B Moonan P, Poonja S, Haddad M, et al. Datos no publicados

31 Distribución Nacional de PCR00629, * * Hasta 22 sept 2011, basado en TB GIMS (resultados de genotipo vinculado a registro en sistema de vigilancia) Powell K, et al. Datos no publicados, CDC, IDOH, 2011

32 Albergue Para Indigentes, Condado A Powell K, et al. Datos no publicados, CDC, IDOH, 2011

33 Ejemplo de Análisis Preliminar en NTGS y TB GIMS 6,706 (64.9%) clustered isolates 1,974 clusters Median of 3 members Range: Key characteristics for clustering

34 Investigaciones de Brotes de TB por CDC y Programas TB, * Genotipos (espoligotipo y MIRU) disponibles en 22/27 brotes. Tres brotes debidos a cepa Beijing (espoligotipo , MIRU ); 19 restantes con genotipos diversos. Factores Contribuyentes en 27 Brotes * Mitruka K, et al. Emerg Infect Dis 2011;17(3): No. Brotes Periodo infeccioso prolongado 24 Demoras de proveedor de salud en establecer diagnóstico 12 Tratamiento inadecuado 2 Demoras de pacientes en acudir a atención médica 6 Falta de adherencia a tratamiento 5 Desconfianza en sistema de salud pública 6 Investigación de contactos incompleta 10 Lugares hacinados con población de alto riesgo para la TB 7

35 EVOLUCIÓN DEL USO DE GENOTIPADO EN EL CONTROL Y PREVENCIÓN DE TB

36 Aplicaciones Prácticas de Genotipos en el Control y Prevención de TB Nivel Individual Distinguir recaída/relapso de nueva infección Detección de cultivos falsos-positivos Confirmar o refutar vínculos epidemiológicos Encontrar vínculos anteriormente desconocidos Nivel Poblacional Definir magnitud y escala de brotes Detección precóz de aglomerados de casos con alto riesgo de evolucionar a brotes Prevención de brotes Dar seguimiento a control de brotes a través del tiempo

37 Transmisión y Genotipos de TB Casos de TB con genotipos compartidos pueden: Alertarnos sobre posible cadena de transmisión no sospechada Confirmar posible cadena de transmisión

38 Vigilancia de Aglomerados de Genotipos para Pronosticar Brotes TB Podemos identificar cuáles aglomerados de genotipos se convertirán en brotes futuros? Hará falta: Pronósticar la probabilidad de crecimiento del aglomerado de casos en ausencia de medidas Identificar cadenas de transmisión desconocidas para aplicar medidas y prevenir evolución a brotes Identificar contactos prioritarios para la investigación e intervenciones preventivas

39 Métodos Analíticos para Pronosticar Crecimiento de Aglomerados de Casos y Brotes de TB Examina aglomerados de casos incidentes Identifica lo que se conocía al ocurrir el tercer caso Aplica seguimiento estandarizado por 48 meses Aplica medida de resultados estandarizados: Evolucionó el aglomerado a un brote? (Basado en tamaño del aglomerado de casos e información en el Programa TB) Define las características de aglomerados de casos con alta probabilidad de evolucionar a brotes

40 Logaritmo del Cociente de Probabilidad Log-Likelihood Ratio (LLR) Genotipo PCR de interés Sí No Dentro a b Fuera c d N = a+b+c+d Prevalencia de Genotipo PCR Observado en condado Dividido entre Prevalencia de Genotipo PCR Esperada en nación* Prevalencia de Genotipo PCR Observada fuera del condado Dividido entre Prevalencia de Genotipo PCR Esperada en nación a / (a+b) (a+c) / N c / (c+d) (a+c) / N LLR = a*log(obs_en/exp) + c*log(obs_fuera/exp) * Basado en intérvalos de 3 años

41 Nivel de Alerta en TB GIMS Valor numérico del LLR usado para emitir alertas en base a umbrales establecidos. Niveles: Alto 10 Medio Ninguno < 5 Umbrales basados inicialmente en consenso por panel de expertos que revisaron y estudiaron aglomerados de casos con genotipos comunes Niveles serán refinados en base a resultados de evaluaciones y estudios de campo

42 Ejemplo Detección de Alertas en Aglomerados de Casos, TB GIMS Medidas cuantitativas de concentración geográfica generan puntuación en base al logaritmo del cociente de probabilidad (Log-Likelihood Ratio) Traducidos a niveles de alerta en TB GIMS Alto, Medio, Ninguno Todo Programa TB tiene acceso a listado de alertas

43 Revisión de Aglomerados de Casos TB Identificados en Base a Concentración Asumimos Geoespacial Rareza de genotipo y concentración geoespacial correlacionados a transmisión reciente Nivel de Alerta en TB GIMS Basada en cifra obtenida del log del cociente de probabilidad -- Log-Likelihood Ratio (LLR) Compara concentración geográfica de aglomerado de casos con genotipo común en condado, con la concentración del mismo en el país durante 3 años

44 Detección de Aglomerados de Genotipos TB con Probabilidad de Evolucionar a Brotes Investigación de contactos sugiere un brote de TB Número inesperado de casos TB en tiempo y lugar Número inesperado de casos TB con mismo genotipo y alguna otra conección Geográfica, temporal, de factores de riesgo

45 Detección de Brotes de TB en Base a Aglomerados de Genotipos TB Identificar aglomerados de casos preocupantes Brotes activos no identificados de otra manera por el Programa TB local/estatal Diferenciar transmisón reciente de Transmisión en años previos o en otros lugares (e.j., en extranjero) Cambios en la población afectada (e.j., llegada de inmigrates provenientes de alta endemia) Identificar aglomerados que requieren respuesta prioritaria e intervenciones dirigidas

46 Aplicación de Métodos para Pronosticar Crecimiento de Aglomerados y Brotes TB GIMS Listado de Aglomerados de Genotipos PCR, por Condado

47 Aglomerados de Casos TB con Genotipos Comunes en Condados de EEUU (n=2033) Mayo 2008 Mayo aglomerados de casos con nivel alerta alto o medio 1659 aglomerados de casos sin alerta 2 casos con genotipo compartido en un mismo condado Rango observado: aglomerados por condado TB GIMS envió notificaciones electrónicas a usuarios sobre aglomerados con nivel de alerta alto o medio

48 Número de Aglomerados de Casos Identificados por Genotipo y Confirmados Como Brotes de TB, EEUU, * * Aglomerados de casos nuevos, a partir del Nota: Excluye 5 aglomerados con tamaño n 6 no confirmados como brotes.. Althomson S, Navin T. Datos no Publicados, CDC, 2011

49 DIRECCIONES FUTURAS EN GENOTIPADO TB

50 Direcciones Futuras en la Detección de Brotes TB Continuar la validación y refinamiento de los niveles de alerta Integrar los valores predictivos de alertas a acciones del programa Identificar brotes que cruzan varias jurisdicciones Establecer acuerdos que permitan la identificación e investigación rutinaria de brotes que cruzan jursdicciones diversas

51 Métodos de Genotipado Futuros Comparar MIRU-24 y RFLP Usando datos reales provenientes de investigaciones de campo Permitiría uso de datos anteriores al 2004 Secuenciación del genoma de M. tuberculosis Evaluar su aplicación a investigación de brotes Determinar factibilidad de su aplicación práctica y rutinaria

52 GRACIAS GRÀCIES/ MERCÈS

53 Cuándo se necesita el RFLP? Para decidir si las cepas con spoligo y MIRU común pertenecen a un aglomerado cuando hace falta evidencia adicional a favor o en contra en casos emparejados No es necesario En agrupados PCR raros con sospecha de estar verdaderamente vinculados Si es obvio que las personas con genotipos comunes aparentan representar una cadena epidemilógica de transmisión

54 Mitruka K, et al. Emerg Infect Dis 2011;17(3):

55 Aplicación de Métodos para Pronosticar Crecimiento de Aglomerados y Brotes (2) TB GIMS Cambios en Nivel de Alerta de Aglomerados de Genotipos PCR

56 Aplicación de Métodos para Pronosticar Crecimiento de Conglomerados y Brotes TB con Genotipo Común Uso de resultados para desarrollar un árbol de decisión TB GIMS sirve para identificar conglomerados con alta probablididad de convertirse en brote Alertas visibles a personal a nivel local, estatal, y federal Desarrollo de pautas para intervenciones en conglomerados de casos en cadena de transmisión

57 Métodos PCR: Espoligotipo Examen de patrón de espacios en ADN Laboratorio asigna número de 15-dígitos basado en presencia o ausencia de espacios en puntos específicos Espoligotipo:

58 Métodos PCR: MIRU-VNTR Examina el número de secuencias repetidas en puntos específicos del MIRU-VNTR Esquemas estandarizados internacionalmente consisten de conjuntos de 12, 15 y 24 puntos EEUU usó conjunto de 12-puntos hasta el 2009, cuando se expandió a conjunto de 24-puntos (MIRU- 24) Número de puntos de secuencias repetidas son concatenatenados en dos secuencias de 12-dígitos

59 Servicio Nacional de Genotipo TB (NTGS) Comienza en 2004 Dos laboratorios bajo contrato proveen servicio de genotipo centralizado Genotipado en base a PCR, rutinariamente aplicada a todo primer aislado de M. tuberculosis RFLP disponible en casos limitados, basado en pedidos específicos

60 Algoritmo de Laboratorio, Programa CDC de Genotipo para TB Pruebas en dos niveles para optimizar el poder discriminatorio PCR Espoligotipo MIRU VNTR RFLP basado en IS6110 Limitado a cepas iguales en ambas pruebas PCR Depende de solicitud del programa TB