Dengue virus infection : Diagnostics and molecular epidemiology

Abstract

Dengue is a mosquito-borne viral disease caused by the four dengue virus serotypes (DENV-1-4) and is currently considered as the most important arthropod-borne viral disease in the world. Nearly half of the human population lives in risk areas, and 50-100 million infections occur yearly according to World Health Organization. The disease can vary from a mild febrile disease to severe haemorrhagic fever and shock. A secondary infection with heterologous serotype increases the risk for severe disease outcome. During the last three decades the impact of dengue has dramatically increased in the endemic areas including the tropics and subtropics of the world. The current situation with massive epidemics of severe disease forms has been associated with socio-ecological changes that have increased the transmission and enabled the co-circulation of different serotypes. Consequently, an increase of dengue has also been observed in travelers visiting these areas. Currently approximately 30 cases are diagnosed yearly in Finnish travelers.

In travelers dengue is rarely a life-threatening disease, however in the current study, a fatality was documented in a young Finnish patient who experienced a prolonged primary dengue infection. To improve particularly early laboratory diagnostics, a novel real-time RT-PCR method was developed for the detection of DENV-1-4 RNA based on TaqMan chemistry. The method was shown to be sensitive and specific for detecting DENV RNA and suitable for diagnostic use. The newly developed real-time RT-PCR was compared to other available early diagnostic methods including IgM and NS1 antigen detection using a panel of selected patient samples. The results suggest that the best diagnostic rates are achieved by a combination of IgM with RNA or NS1 detection.

The dengue virus strains studied here included the first DENV strains isolated from serum samples of Finnish travelers collected in 2000-2005. The results of sequence analysis demonstrated that the 11 isolates included all four DENV serotypes and presented a global sample of DENV strains from different geographical areas including Asia, Africa and South America. In the present study sequence analysis was also carried out for a collection of 23 novel DENV-2 isolates from Venezuelan patients collected in 1999-2005. The Venezuelan DENV-2 exclusively represented the American-Asian genotype, suggesting that no foreign DENV-2 lineages have recently been introduced to the country. The results also suggest that the DENV-2 viruses detected earlier from Venezuela have been maintained in the area where they have evolved into several lineages. This is in contrast to the pattern observed in some other dengue endemic areas, where introductions of novel virus types and lineages are frequently detected.

Maailmanlaajuisesti denguekuume on merkittävimpiä hyttysten välittämiä tauteja. Maailman terveysjärjestön arvioiden mukaan siihen sairastuu vuosittain 50-100 miljoonaa ihmistä. Denguevirusta esiintyy maapallon trooppisilla ja subtrooppisilla alueilla. Dengueviruksia on neljä (DENV-1-4) ja ne ovat flavivirusten sukuun kuuluvia, vaipallisia RNA-viruksia. Infektio yhdellä virustyypillä ei suojaa muiden virustyyppien infektioilta vaan päinvastoin altistaa vakaville tautimuodoille, kuten verenvuotokuumeelle tai shokkioireyhtymälle uusintainfektiossa. Suomalaisissa matkailijoissa havaitaan denguekuumetta kasvavassa määrin, viime vuosina noin 30 tapausta vuosittain. Kasvuun on syynä dengueviruksen yleistyminen maailmalla sekä lisääntynyt kaukomatkailu varsinkin Aasiaan. Matkailijalla taudinkuva on yleensä lievä, oireina tyypillisesti kuume, päänsärky, erilaiset lihas- ja nivelkivut ja mahdollisesti ihottuma. Tähän mennessä vakavaan denguetautiin on kuollut yksi suomalainen potilas, jonka taudinmäärityksen varmistaminen kuului osana tähän tutkimukseen.

Suomessa käytössä oleva diagnostiikka perustuu menetelmiin, joilla osoitetaan denguevirus-vasta-aineita potilaiden seeruminäytteistä. Nämä menetelmät ovat epäluotettavia taudin ensipäivinä ja useimmiten tarvitaan toinen näyte taudinmääritykseen. Lisäksi vasta-ainetestien ongelmana ovat mahdolliset ristireaktiot muiden flavivirusten kanssa. Tässä tutkimuksessa kehitettiin varhaisen diagnostiikan tarpeisiin uusi kaikki denguevirustyypit havaitseva geenimonistusmenetelmä jonka todettiin olevan herkkä ja tarkka dengue-viruksen RNA:n osoittamiseen potilasnäytteistä. Tutkimusta varten on kerätty näytteet kaikista Suomessa diagnosoiduista denguepotilaista. Valikoituja taudin varhaisen vaiheen potilasnäytteitä tutkittiin uudella geenimonistusmenetelmällä sekä muilla käytettävissä olevilla menetelmillä. Luotettavimmin diagnoosi saatiin yhdistämällä vasta-aineiden osoitus geenimonistukseen tai virusproteiinin osoittamiseen.

Tässä tutkimuksessa eristettiin ensimmäistä kertaa dengueviruksia suomalaisista potilaista. Vuosina 2000-2005 kerätyistä näytteistä eristyi 11 dengueviruskantaa, joiden sekvensianalyysi osoitti niiden edustavan kaikkia neljää virustyyppiä. Alkuperämaat olivat Etelä-Amerikassa, Afrikassa ja Kaakkois-Aasiassa. Näiden suomalaisista matkailijoista eristettyjen viruskantojen lisäksi tutkimuksessa analysoitiin 23 dengue-virustyyppi 2:n (DENV-2) kantaa Venezuelasta vuosilta 1999-2005. Toisin kuin monilla muilla dengevirukselle endeemisillä alueilla, joilla usein on havaitaan uusia viruskantoja, tutkimus osoitti että Venezuelaan ei hiljattain ole uusia DENV-2 kantoja ilmaantunut, vaan että jo aiemmin havaitut viruskannat ovat säilyneet ja kehittyneet useiksi linjoiksi.