Analyse der Sensitivität und Spezifität einer kommerziellen und zweier in-house Taqman Real-time-multiplex-PCR-Assays zur Diagnose von enteropathogenen, enterotoxischen und enteroaggregativen Escherichia coli ohne Verwendung eines Goldstandards

Abstract

Diagnostic methods provide the basis for clinical and epidemiological trials. However, the interpretation of results determined by diagnostic methods requires knowledge of the characteristics and limitations of each method. Statistical methods for the estimation of prevalence and treatment efficacy allow adjusting for the diagnostic quality of positivity rates obtained by diagnostic methods, but only under consideration of their sensitivities and specificities. However, especially the diagnostic quality of laboratory diagnostic methods is often insufficiently evaluated and may vary between different laboratories and target populations. Furthermore, data collected from larger representative populations from (sub)tropical regions are often determined by the use of less expensive in-house methods instead of standardised commercial assays because of their high costs. In this study, three multiplex PCRs have been evaluated for the detection of entero-pathogenic (EPEC), entero-toxigenic (ETEC) and entero-aggregative (EAEC) Escherichia coli. 580 stool samples of patients returning from areas of high endemicity were divided into a group of i. short-term (returning travellers) and ii. long-term stay (arriving refugees/locals) and examined by one commercial and two in-house multiplex PCRs. The diagnostic characteristics of an already established in-house PCR and the commercial PCR were estimated using the method of Hui and Walter. The advantage of this method is that no gold standard and therefore no knowledge about the actual status of a potential disease are required for the analysis. Subsequently, the sensitivity and specificity of a newly developed in-house PCR was determined applying the method of Gart and Buck, using the previously mentioned PCRs as a reference. For the detection of EPEC, ETEC and EAEC, the commercial PCR had a sensitivity of 0.84, 0.83 and 0.69, and a specificity of 0.97, 1 and 1, respectively. The yet established in-house PCR had a sensitivity of 0.89, 0.76 and 0.54 and a specificity of 1 for all pathogens. The newly developed PCR presented with a sensitivity of 0.96, 0.61 and 0.69 and a specificity of 0.94, 1, and 1. 3 Though sensitivities of the evaluated PCRs are not high, their use in epidemiological and clinical studies is uncritical, as the methods of Gart and Buck provide target point estimators for the adjustment of sensitivity and specificity of prevalence. However, the lack of sensitivity and the impossibility of adjustment for patient-specific misinterpretations currently diminish their value for clinical diagnosis. Further independent evaluations might help to overcome this limitation.

Diagnostische Methoden bilden die Grundlage für klinische und epidemiologische Studien. Die Kenntnis ihrer diagnostischen Qualität ist deshalb essentiell für die Interpretation der unter Verwendung diagnostischer Methoden erzielten Studienergebnisse. Für die Schätzung von Prävalenzen und Behandlungseffekten existieren statistische Methoden die es erlauben, die mittels diagnostischer Methoden ermittelten Positivraten hinsichtlich ihrer diagnostischen Qualität zu adjustieren. Um diese Adjustierung vorzunehmen ist jedoch die Kenntnis ihrer Sensitivität und Spezifität erforderlich. Speziell labordiagnostische Methoden, deren diagnostische Genauigkeit zwischen Laboren variieren kann, sind hinsichtlich ihrer diagnostischen Qualität teils unzureichend evaluiert. In tropischen Gebieten stehen darüber hinaus kommerzielle mikrobiologische Diagnoseverfahren aus Kostengründen oft nicht zur Verfügung, sodass entsprechende Studien nur mit kostengünstigeren, jedoch kaum evaluierten In-house-Methoden durchgeführt werden können. In der vorliegenden Studie wurde die diagnostische Qualität mehrerer Multiplex-PCRs für enteropathogene, enterotoxische und enteroaggregative Escheria coli (EPEC, ETEC, EAEC) untersucht. Hierfür wurden 580 Stuhlproben aus der der klinischen Routinediagnostik eines tropenmedizinisch-mikrobiologischen Labors, die von zwei Populationen mit kurzer und langer Aufenthaltsdauer in Hochendemiegebieten gesammelt wurden, durch eine kommerzielle und zwei In-house-PCRs analysiert. Mit der Methode von Hui und Walter wurden dann die diagnostischen Eigenschaften der kommerziellen PCR 1 und der bereits etablierten In-house-PCR 2 geschätzt. Diese Methode zeichnet sich dadurch aus, dass für die Schätzung der diagnostischen Qualität kein Goldstandard benötigt wird, sodass sie auch anwendbar ist, wenn der wahre Krankheitsstatus eines Patienten unbekannt ist. Die Sensitivität und Spezifität der neu entwickelten In-house-PCR wurde anschließend mit der Methode von Gart und Buck ermittelt. Hier dienten die beiden etablierten PCRs als Referenzteste. Für die kommerzielle PCR wurden Sensitivitäten von 0,84 für EPEC, 0,83 für ETEC und 0,69 für EAEC sowie Spezifitäten von 0,97 für EPEC und 1 für ETEC sowie EAEC ermittelt. Für die etablierte In-house-PCR liegen die Sensitivitäten bei 0,89 (EPEC), 0,76 (ETEC) und 0,54 (EAEC). Die Spezifitäten betragen für alle Erreger 1. Die neu entwickelte In-house-PCR verfügt über Sensitivitäten von 0,96 für EPEC, 0,61 für ETEC und 0,69 für EAEC. Die Spezifität beträgt 0,94 für EAEC und 1 für die beiden anderen Erreger. Obwohl die Sensitivitäten für alle PCRs nicht sehr hoch sind, ist deren Verwendung in klinischen und epidemiologischen Studien unkritisch, da durch Gart und Buck für Sensitivität und Spezifität adjustierte Punkt-Schätzer für Prävalenzen zur Verfügung stehen. Der Einsatz der evaluierten PCRs in der klinischen Diagnostik ist hingegen mit moderaten Sensitivitätsproblem behaftet, da eine individuelle Adjustierung für diagnostische Fehlklassifikationen nicht möglich ist. Eine unabhängige Mehrfachtestung könnte diese Probleme aber beheben.