Epidemiological markers of Clostridium difficile

Summary

The identification of Clostridium difficile as a major enteric pathogen that causes nosocomial infections has necessitated the development of typing methods both to provide a better understanding of the epidemiology of this organism, and some insight into the pathogenicity of various strains. Several fingerprinting and typing methods have been developed based on phenotypic and molecular epidemiological markers. Phenotypic markers include antibiotic resistance, bacteriocin and bacteriophage susceptibility patterns and protein electrophoretic profiles including radiolabelled proteins. Immunological markers have been used to develop typing methods based on Western blotting profiles and serogrouping using slide agglutination. More recently the profiles of volatile products produced by pyrolysis mass spectrometry (PMS) have also been used in the fingerprinting of C. difficile.

Genotypic markers such as plasmid profiles, DNA restriction endonuclease and ribosomal rRNA restriction patterns have also been used in fingerprinting C. difficile. These have the advantage of stability, but are often more time consuming to perform than the phenotypic methods. However, serogrouping and phage typing, although simple to apply, require the maintenance of stocks of antisera and phages. More recently the application of PCR with arbitrary primers to amplify the rRNA intergenic spacer regions have been successfully applied in the fingerprinting of C. difficile strains.

Despite the avalanche of techniques, there is still no interlaboratory standardisation of methods and no unified nomenclature. Attempts are currently being undertaken to exchange type strains and establish an international nomenclature.

Résumé

L’identification de C. difficile comme germe entéropathogène responsable d’infections nosocomiales a nécessité le développement de méthodes de typage, pour permettre une meilleure compréhension de l’épidémiologie de ce microorganisme, ainsi qu’une connaissance plus approfondie de la pathogénicité des différentes souches.

Plusieurs techniques d’empreinte génétique et de typage ont été développées à partir des marqueurs épidémiologiques (marqueurs phénotypiques ou génotypiques). Les marqueurs phénotypiques comprennent la résistance aux antibiotiques, les profils de sensibilité aux bactériocines (bactériocinotypie), aux bactériophages (lysotypie), et les profils de migration électrophorétique des protéines par marquage radioactif. Des marqueurs immunologiques ont été utilisés pour développer des méthodes de typage basées sur la mise en évidence des protéines spécifiques par “Western blot”, ou sur le sérotypage par la technique d’agglutination sur lame. Plus récemment, les profils chromatographiques des acides gras volatils obtenus par spectrométrie de masse après pyrolyse (PMS) ont également été utilisés pour identifier C. difficile.

Les marqueurs génotypiques tels que les profils plasmidiques, les profils de restriction des ADN en général et en particulier de l’ADN ribosomal ont contribué à établir une empreinte génétique de C. difficile. Ces techniques présentent l’avantage d’être reproductibles, mais elles sont plus longues à réaliser que les méthodes phénotypiques. Cependant, le sérogroupage et le typage par phages, bien que simples à exécuter, demandent le maintien de stocks d’antisérums et de phages. Plus récemment, l’application de la PCR (Polymerase Chain Reaction) avec utilisation des amorces aléatoires, ainsi que la technique d’amplification d’une séquence cible située dans la région non codante de l’ARN ribosomal ont été appliquées avec succès pour l’établissement d’empreintes génétiques de différentes souches de C. difficile.

En dépit de la multiplication des techniques, il n’y a pas encore de standardisation commune à l’ensemble des laboratoires, et pas de nomenclature unique. Un objectif général est d’entreprendre l’échange des différentes souches afin d’établir une nomenclature internationale.

Zusammenfassung

Die Identifikation von C. difficile als wichtigstes Darmpathogen und Auslöser nosokomialer Infektionen machte die Entwicklung von Typisierungsmethoden notwendig, um die Epidemiologie dieses Keims besser zu verstehen und zugleich Einblicke in die Pathogenität bestimmter Stämme zu gewinnen. Mehrere Fingerprinting- und Typisierungsmethoden wurden ausgehend von phänotypischen und molekularen epidemiologischen Markern entwickelt. Zu den phänotypischen Markern gehören Antibiotikaresistenz, Empfindlichkeitsmuster gegenüber Bakteriocinen und Bakteriophagen sowie Eiweißelektrophorese-Profile einschließlich radioaktiv markierter Proteine. Immunologische Marker werden zur Entwicklung von Typisierungsverfahren ausgehend vom Western Blotting Test und der Bestimmung serologischer Gruppen mittels Objektträgeragglutination eingesetzt. Seit kurzem werden auch die Profile der bei der pyrolytischen Massenspektrometrie (PMS) entstehenden flüchtigen Produkte für das Fingerprinting von C. difficile eingesetzt.

Genotypische Marker wie Plasmidprofile, DNA-Restriktionsendonuklease- und rRNA-Restriktionsmuster wurden ebenfalls für das Fingerprinting von C. difficile herangezogen. Sie haben den Vorteil, stabil zu sein, sind allerdings oft zeitaufwendiger als phänotypische Methoden. Die Bestimmung serologischer Gruppen und die Phagentypisierung sind zwar einfach anzuwendende Methoden, erfordern jedoch einen Vorrat an Antiseren und Phagen. Neuerdings werden im Rahmen des Fingerprinting von C. difficile-Stämmen Polymerase-Kettenreaktionen mit Zufallsprimern oder zur Vermehrung von intergenen Spacersequenzen der rRNA erfolgreich eingesetzt.

Trotz der Vielfalt an Verfahren steht eine Standardisierung der Methoden zwischen den verschiedenen Labors noch ebenso aus wie eine einheitliche Nomenklatur. Gegenwärtig sind Versuche im Gange, Stammtypen auszutauschen und eine internationale Nomenklatur zu erstellen.