Molecular Epidemiology of Respiratory Viruses associated with Acute Lower Respiratory Tract Infections in Children from Ghana

Abstract

Acute lower respiratory tract infections (ALRI) cause annually more than one million deaths in children under the age of five years worldwide. This accounts for 18% of all childhood mortality, of which 99% occurs in developing countries. In Ghana, ALRI, particularly pneumonia, accounted for an 11.3% increase in hospital admissions with a case fatality rate of 38% in 2011. However, collection and analysis of surveillance data is rarely performed and limited to a few pathogens. Therefore from February 2006 to November 2006, and January 2013 to December 2014, children with ALRI between 0 and 5 years of age were prospectively enrolled from two hospitals in Accra, Ghana. Children below the age of one year were mostly affected by ALRI. Nasopharyngeal aspirates or nasal swabs were collected from all patients and investigated for 16 common respiratory pathogens by specific real-time PCR assays. Seventy-three percent (404/552) of the specimens were positive for at least one respiratory virus. Beside RSV (23%), RV (19%), HBoV (14%), HPIV (12%), and HAdV (12%) were found to considerably contribute to ALRI. Respiratory viruses each circulated in the dry and/or the rainy season causing enhanced ALRI activity in February, July, and October of each year. Further, infants were mainly infected with RSV (33%), toddlers with HBoV (21%), and preschool children with influenza viruses (22%). The clinical diagnosis of ALRI patients included bronchopneumonia and bronchiolitis, each being highly associated with RSV. Pneumonia was significantly associated with RV, and respiratory tract infection with HAdV and influenza viruses. To investigate the circulating virus strains phylogenetic analyses were performed. Of RSV group A and B viruses mainly genotypes ON1 and BA9, respectively, caused ALRI. Further, of HMPV genetic lineages A2a, B1, and B2 as well as of influenza virus A(H3N2), A(H1N1), and B /Victoria-lineage clades 3C.3, 6C, and 1A viruses were identified. HAdV species B and C were most commonly detected among other species in these patients. As expected, a high number of RV types including four new provisionally assigned types were identified. RV mainly belonged to species A and C. This study investigated the role of 16 respiratory pathogens on the viral etiology of ALRI in Ghana. For the first time, comprehensive molecular and epidemiological data were provided including rarely investigated pathogens like HMPV, RV, HBoV, and HCoV. The detection of multiple viruses highlights the need for prospective surveillance and routine diagnostic in order to take protective measures or to improve patient care.

Jährlich sterben weltweit mehr als eine Million Kinder bis zu einem Alter von fünf Jahren an akuten Erkrankungen der unteren Atemwege (ALRI). Dies entspricht einer Kindersterblichkeit von 18%; wobei 99% dieser Fälle in Entwicklungsländern auftreten. In Ghana führten 2011 ALRI, insbesondere Pneumonien, zu einem Anstieg der Krankenhauseinweisungen auf 11,3% und zu einer Letalität von 38%. Erregerspezifische Surveillance-Daten werden jedoch kaum erhoben und sind zudem auf wenige Pathogene begrenzt. Daher wurden von Februar 2006 bis November 2006 und Januar 2013 bis Dezember 2014 prospektiv Kinder mit ALRI im Alter von 0 und 5 Jahren aus zwei Krankenhäusern in Accra, Ghana in diese Studie aufgenommen. Der Großteil der an ALRI erkrankten Patienten waren Kleinkinder jünger als ein Jahr. Von allen Patienten wurden entweder Nasen-Rachen-Aspirate oder Nasenabstriche mit spezifischen real-time PCR-Assays auf 16 respiratorischer Erreger untersucht. Dreiundsiebzig Prozent (404/552) der Proben waren für mindestens ein Atemwegsvirus positiv. Neben RSV (23%) trugen RV (19%), HBoV (14%), HPIV (12%) und HAdV (12%) erheblich zu ALRI bei. Die respiratorischen Viren zirkulierten in der Trocken- und/oder Regenzeit und führten jedes Jahr im Februar, Juli und Oktober zu einer Verstärkung der ALRI Aktivität. Darüber hinaus wurden hauptsächlich Säuglinge mit RSV infiziert (33%), Kleinkinder mit HBoV (21%), und Vorschulkinder mit Influenzaviren (22%). Die klinische Diagnose von ALRI-Patienten beinhaltete unter anderem Bronchopneumonie und Bronchiolitis, welche jeweils signifikant mit RSV assoziiert waren. Pneumonie war signifikant mit RV und Erkrankungen der Atemwege mit HAdV und Influenza-Viren assoziiert. Um Informationen über die zirkulierenden Viren zu erhalten, wurden phylogenetische Analysen durchgeführt. ALRI wurde von RSV Gruppe A und B Viren hauptsächtlich durch die Genotypen ON1 und BA9 verursacht. Weiterhin wurden von HMPV die genetischen [237] Linien A2a, B1 und B2 sowie von Influenzavirus A(H3N2), A(H1N1) und B /Victoria-Linie die Clades 3C.3, 6C und 1A identifiziert. HAdV Spezies B und C wurden am häufigsten neben anderen HAdV Spezies in diesen Patienten nachgewiesen. Wie erwartet wurde eine hohe Anzahl von RV-Typen, darunter vier neue vorläufig bezeichnete RV-Typen, identifiziert. Diese RV-Typen gehörten vor allem zu den Spezies A und C. In dieser Studie wurde die Rolle von 16 Atemwegserregern auf die virale Ätiologie von ALRI in Ghana untersucht. Erstmalig wurden umfassende molekulare und epidemiologische Daten einschließlich selten untersuchter Erreger wie HMPV, RV, HBoV und HCoV erhoben. Die Vielzahl der nachgewiesenen respiratorischen Viren unterstreicht die Notwendigkeit für eine prospektive Surveillance und Routinediagnostik, um geeignete Präventionsmaßnahmen zu ergreifen oder die Patientenversorgung in Ghana zu verbessern.