Molecular epidemiology of multidrug-resistant tuberculosis among pulmonary tuberculosis patients in Tigray Region, Ethiopia

Abstract

Tuberculosis (TB), which is caused by closely related Mycobacterium tuberculosis complex (MTBC) species, is an ancient human disease that gravely affects millions of people every year. TB is a preventable and treatable infectious disease. The continuing emergence and spread of multidrug-resistant tuberculosis (MDR-TB ) threaten the global TB control efforts. TB is the first killer among infectious diseases worldwide. According to the WHO report, there were an estimated 10.0 million incident cases, 1.4 million TB deaths, with more than 95% of these deaths in developing countries in 2019. Ethiopia is among the three high TB, TB/HIV, and MDR-TB burden countries. In 2019 in Ethiopia, there were 157,000 new TB cases, 1,400 MDR/RR-TB cases and 23,800 death from TB. This thesis aimed to describe the molecular epidemiology of multidrugresistant Mycobacterium tuberculosis among pulmonary TB patients in Tigray Region, Ethiopia. Three hundred sputum samples were collected from six hospitals of the Tigray Region between July 2018 and August 2019. The 227 samples culture positive for MTBC were subjected to drug susceptibility test to 1st- and 2nd- line anti-TB drugs using line probe assay. Among the 227 positive cultures, 74 samples were sequenced using whole-genome sequencing (WGS). WGS analysis showed diversified Mycobacterium tuberculosis genotypes circulating in the region, with L4 as the predominant genotype. The overall proportion of MDR-TB was high. The high proportion of MDR-TB among new and previously treated patients is alarming and calls for an urgent intervention to improve patient management. The high proportion of MDR-TB among newly diagnosed cases and the high level of recent transmission index indicates an ongoing transmission, which suggests the need for an enhanced TB control program performance to interrupt transmission. The study highlighted the usefulness of mutations at rpoB, katG, embB, rpsL, pncA, ethA, gyrA and rrs genes as a molecular marker for the rapid detection of resistance to RIF, INH, ETB, SM, PZA, ETH, FLQs and injectable 2nd-line anti-TB drugs, respectively. Besides the canonical mutations, a significant number of disputed rpoB mutations were also reported. Overall, the regional TB control program should be strengthened to detect and provide appropriate early treatment and follow-up for drug-resistant TB (DR-TB) cases. Abiding by the five WHOrecommended priority actions for DR-TB management is necessary to reduce the current high MDR-TB burden in the study region. Periodic surveillance of drug-resistance conferring mutations, early diagnosis and treatment of TB, and scaling up of drug susceptibility testing facilities to prevent and control the transmission of DR-TB in the community is recommended.

Tuberkulose (TB) forårsakes av nært beslektede arter innen Mycobacterium tuberculosiskomplekset (MTBC), og er en eldgammel, alvorlig sykdom hos mennesker som rammer millioner hvert år. TB er en smittsom sykdom som kan forebygges og behandles, men fremveksten og spredningen av multiresistent tuberkulose (MDR-TB) truer den globale bekjempelsesinnsatsen. TB er den smittsomme sykdommen som gir størst antall dødsfall i verden. WHO anslår at det i 2019 var anslagsvis 10,0 millioner tilfeller, 1,4 millioner TB dødsfall, med mer enn 95% av disse dødsfallene i utviklingsland. Etiopia er blant de tre land som er mest belastet, med høye tall av TB, TB / HIV og MDR-TB. I Etiopia var det i 2019 157.000 nye TB-tilfeller, 1400 MDR tilfeller og 23 800 dødsfall fra TB. Denne doktorgradens overordnede mål var å beskrive den molekylære epidemiologien til sjukdom forårsaket av multiresistent Mycobacterium tuberculosis blant lungepasienter i Tigray-regionen, Etiopia. Tre hundre sputumprøver ble samlet inn fra seks sykehus i Tigray-regionen mellom juli 2018 og august 2019. Av disse ble de 227 prøvene som var positive for MTBC, undersøkt med en følsomhetstest mot 1. og 2. linje anti-TB medisiner ved bruk av Line Probe Assay. Av de 227 positive kulturene ble 74 prøver sekvensert ved bruk av helgenomsekvensering (WGS). WGS-analysene viste at forskjellige MTBC-genotyper som sirkulerte i regionen, med L4 som den dominerende genotypen. Den høye andelen MDR-TB blant nye og tidligere behandlede pasienter er alarmerende og stiller store krav til en forbedret pasienthåndtering. Den høye andelen MDR-TB blant nylig diagnostiserte tilfeller og det høye nivået av nylig overførte infeksjoner indikerer en pågående overføring, og antyder behovet for en forbedret ytelse av TB-kontrollprogrammet for å avbryte overføringen. Studien fremhevet nytten av mutasjoner ved rpoB, katG, embB, rpsL, pncA, ethA, gyrA og rrs gener som en molekylær markør for rask påvisning av resistens mot RIF, INH, ETB, SM, PZA, ETH, FLQ og injiserbare andrelinje anti-TB medisiner. Samlet sett bør det regionale TB-kontrollprogrammet styrkes for å oppdage og gi tilpasset passende behandling og oppfølging av TB-tilfeller. Å identifisere TB-kontrollprogrammets begrensninger i regionen, og følge de fem WHO-anbefalte prioriterte tiltakene for styring av DRTB, er nødvendig for å redusere den nåværende høye MDR-TB-belastningen i studieområdet. Det anbefales periodisk overvåking av mutasjoner som gir antibiotikaresistens, tidlig diagnose og behandling av TB, og oppskalering av fasiliteter for testing av isolater for antibiotikafølsomhet for å forhindre og kontrollere overføring av DR-TB i samfunnet.