Humoral immune response to shiga toxin 2 (Stx2) in children with escherichiosis with hemolytic-uremic syndrome

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) causes acute intestinal infections and also causes acute renal failure, especially in children. Shiga toxins (Stx) occupy a central place in the pathogenesis of hemolytic uremic syndrome (HUS) in Escherichiosis. The presented work analyzes the effectiveness of laboratory diagnostics of enterohemorrhagic escherichiosis in patients at the stage of manifestation of HUS and/or acute renal failure using microbiological, immunological research methods and PCR analysis. The study used clinical material from 30 patients in the pediatric intensive care unit of the St. Vladimir Children’s City Clinical Hospital in Moscow with symptoms of HUS aged from 8 months to 5 years. Blood sera from 20 healthy donors were used as control. As a result of PCR analysis, stx2 DNA was detected in 23.3% of cases. Bacteriological research made it possible to sow a pure culture of Escherichia coli O157:H7 in only 3.3% of cases. Since the development of HUS begins in patients with acute intestinal infection caused by Shiga toxin-producing microorganisms starting from the 5th day of the disease, when antibiotic therapy is already carried out, the bacteria can be completely destroyed, which makes it difficult to identify them by bacteriological methods, as well as to detect genes encoding Shiga toxin in PCR analysis. Typically, patients with HUS are admitted to the intensive care unit 5–7 days after the onset of the disease, when class G immunoglobulins specific to the pathogen are already beginning to circulate in the blood. In this regard, the use of immunological tests can be effective to confirm the diagnosis of STEC infection. In our studies, enzyme immunoassay allowed us to detect antibodies to Stx2A in 63.3% and to Stx2B in 43.3% of patients. Using immunoblotting, antibodies to Stx2A were detected in all sera obtained from patients and in 66.7% of cases to Stx2B. Immunoblot analysis was characterized by higher sensitivity for detecting antibodies to Stx2, however, due to the presence of an immunological layer among healthy people, it is preferable to use ELISA analysis. In healthy donors with antibodies to Stx2, the antibody titer was significantly lower than in patients. Laboratory confirmation of the diagnosis of STEC infection is difficult when conducting microbiological and molecular genetic studies, which is confirmed in this work. The effectiveness of laboratory diagnostics can be expanded by performing an ELISA aimed at detecting antibodies to Stx2A.

About the authors

Maria A. Shkuratova

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Rospotrebnadzor

Author for correspondence.
Email: shkuratova@obolensk.org

Junior Researcher, Laboratory of Molecular Biology

Russian Federation, 142279, Moscow Region, Serpukhov District, Obolensk, Territory "Quarter A", 24

A. E. Khlyntseva

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Rospotrebnadzor

Email: shkuratova@obolensk.org

PhD (Biology), Researcher, Laboratory of Molecular Biology

Russian Federation, 142279, Moscow Region, Serpukhov District, Obolensk, Territory "Quarter A", 24

O. V. Kalmantaeva

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Rospotrebnadzor

Email: shkuratova@obolensk.org

PhD (Biology), Researcher, Laboratory of Molecular Biology

Russian Federation, 142279, Moscow Region, Serpukhov District, Obolensk, Territory "Quarter A", 24

N. N. Kartsev

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Rospotrebnadzor

Email: shkuratova@obolensk.org

PhD (Medicine), Senior Researcher, Antimicrobial Agents Laboratory, Molecular Microbiology Department

Russian Federation, 142279, Moscow Region, Serpukhov District, Obolensk, Territory "Quarter A", 24

A. L. Muzurov

Moscow Clinical Municipal Children Hospital St. Vladimir; Russian Medical Academy of Continuous Professional Education of the Ministry of Health

Email: shkuratova@obolensk.org

PhD (Medicine), Head of Department of Center of Gravitational Blood Surgery and Hemodialysis, Associate Professor, Department of Pediatric Anesthesiology, Critical Care Medicine and Toxicology

Russian Federation, Moscow; Moscow

V. V. Firstova

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Rospotrebnadzor

Email: shkuratova@obolensk.org

DSc (Biology), Head Researcher, Laboratory of Molecular Biology

Russian Federation, 142279, Moscow Region, Serpukhov District, Obolensk, Territory "Quarter A", 24

References

  1. Малов В.А., Малеев В.В., Козловская Н.Л., Цветкова Н.А., Сметанина С.В., Горобченко А.Н., Серова В.В., Ченцов В.Б., Волков А.Г., Фаллер А.П. Трудности диагностики гемолитико-уремического синдрома, ассоциированного с диареей, у взрослых // Терапевтический архив. 2017. Т. 89, № 11. С. 69–78. [Malov V.A., Maleev V.V., Kozlovskaya N.L., Tsvetkova N.A., Smetanina S.V., Gorobchenko A.N., Serova V.V., Chentsov V.B., Volkov A.G., Faller A.P. Difficulties in the diagnosis of diarrhea-associated hemolytic uremic syndrome in adults. Terapevticheskii arkhiv = Therapeutic Archive, 2017, vol. 89, no. 11, pp. 69–78 (In Russ.)] doi: 10.17116/terarkh2017891169-78
  2. Шкуратова М.А., Марьин М.А., Рогозин М.М., Сурин А.К., Коломбет Л.В., Фирстова В.В. Получение и масс-спектрометрическая характеристика рекомбинантных субъединиц шига-токсинов первого и второго типов (Stx1 и Stx2) Escherichia сoli // Бактериология. 2021. Т. 6, № 4. С. 30–38. [Shkuratova M.A., Maryin M.A., Rogozin M.M., Surin A.K., Kolombet L.V., Firstova V.V. Preparation and mass-spectrometric characteristics of recombinant shiga-toxin units of the first and second types (Stx1 and Stx2) Escherichia coli. Bacteriologiya = Bacteriology, 2021. vol. 6, no. 4, pp. 30–38. (In Russ.)] doi: 10.20953/2500-1027-2021-4-30-38
  3. Эмирова Х.М., Толстова Е.М., Каган М.Ю., Орлова О.М., Абасеева Т.Ю., Панкратенко Т.Е., Шпикалова И.Ю. Гемолитико-уремический синдром, ассоциированный с шига-токсин-продуцирующей Escherichia coli // Нефрология. 2016. Т. 20, № 2. С. 18–32. [Emirova Kh., Tolstova E.M., Kagan O.M., Orlova M.Yu., Abaseeva T., Pancratenko T.E., Shpikalova I.Yu. Hemolytic uremic syndrome associated with shiga-toxin-producing Esherichia coli. Nefrologiya = Nephrology (Saint-Petersburg), 2016, vol. 20, no. 2, pp. 18–32. (In Russ.)]
  4. Ariceta G. Hemolytic uremic syndrome. Curr. Treat. Options Pediatr., 2020, vol. 6, no. 4, pp. 252–262. doi: 10.1007/s40746-020-00216-1
  5. Barrett T.J., Green J.H., Griffin P.M., Pavia A.T., Ostroff S.M., Wachsmuth L.K. Enzyme linked immunosorbent assays for detecting antibodies to Shiga-like toxin I, Shiga-like toxin II, and Escherichia coli O157:H7 lipopolysaccharide in human serum. Curr. Microbiol., 1991, vol. 23, pp. 189–195. doi: 10.1007/BF02092278
  6. Bruyand M., Mariani-Kurkdjian P., Le Hello S., King L.A., Van Cauteren D., Lefevre S., Gouali M., Jourdan-da Silva N., Mailles A., Donguy M.P., Loukiadis E., Sergentet-Thevenot D., Loirat C., Bonacorsi S., Weill F.X., De Valk H.; Réseau Français Hospitalier de Surveillance du Shu Pédiatrique. Paediatric haemolytic uraemic syndrome related to Shiga toxin-producing Escherichia coli, an overview of 10 years of surveillance in France, 2007 to 2016. Euro Surveill., 2019, vol. 24, no. 8: 1800068. doi: 10.2807/1560-7917.ES.2019.24.8.1800068
  7. Cai K., Gao X., Li T., Wang Q., Hou X., Tu W., Xiao L., Tian M., Liu Y., Wang H. Enhanced immunogenicity of a novel Stx2Am-Stx1B fusion protein in a mice model of enterohemorrhagic Escherichia coli O157:H7 infection. Vaccine, 2010, vol. 29, no. 5, pp. 946–952. doi: 10.1016/j.vaccine.2010.11.035
  8. Joseph A., Cointe A., Mariani Kurkdjian P., Rafat C., Hertig A. Shiga Toxin-Associated Hemolytic Uremic Syndrome: A Narrative Review. Toxins (Basel), 2020, vol. 12, no. 2, pp. 67. doi: 10.3390/toxins12020067
  9. Karmali M.A., Mascarenhas M., Petric M., Dutil L., Rahn K., Ludwig K., Arbus G.S., Michel P., Sherman P.M., Wilson J., Johnson R., Kaper J.B. Age-specific frequencies of antibodies to Escherichia coli verocytotoxins (Shiga toxins) 1 and 2 among urban and rural populations in southern Ontario. J. Infect. Dis., 2003, vol. 188, no. 11, pp. 1724–1729. doi: 10.10⁸6/379726
  10. Majowicz S.E., Scallan E., Jones-Bitton A., Sargeant J.M., Stapleton J., Angulo F.J., Yeung D.H., Kirk M.D. Global incidence of human Shiga toxin-producing Escherichia coli infections and deaths: a systematic review and knowledge synthesis. Foodborne Pathog. Dis., 2014, vol. 11, no. 6, pp. 447–455. doi: 10.10⁸9/fpd.2013.1704
  11. O’Brien A.D., Tesh V.L., Donohue-Rolfe A., Jackson M.P., Olsnes S., Sandvig K., Lindberg A.A., Keusch G.T. Shiga toxin: biochemistry, genetics, mode of action, and role in pathogenesis. Curr. Top. Microbiol. Immunol., 1992, vol. 180, pp. 65–94 doi: 10.1007/978-3-642-77238-2_4

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. Examples of the results of detection of IgG antibodies to Stx2A and Stx2B by immunoblot analysis in the blood sera of patients with typical symptoms of HUS, in the acute phase of intestinal infection

Download (352KB)
3. Figure 2. Optical density values reflecting the presence and level of IgG to Stx2 subunits in patients with typical symptoms of HUS in the acute phase of intestinal infection

Download (236KB)
4. Fig.1

Download (22KB)
5. Fig.2

Download (28KB)
6. Fig.3

Download (27KB)
7. Fig.4

Download (27KB)
8. Fig.5

Download (25KB)
9. Fig.6

Download (26KB)
10. Fig.7

Download (26KB)
11. Fig.8

Download (28KB)
12. Fig.9

Download (27KB)
13. Fig.10

Download (28KB)
14. Fig.11

Download (22KB)

Copyright (c) 2024 Shkuratova M.A., Khlyntseva A.E., Kalmantaeva O.V., Kartsev N.N., Muzurov A.L., Firstova V.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».