Published August 2, 2013 | Version v1
Publication Open

Combined DNA extraction and antibody elution from filter papers for the assessment of malaria transmission intensity in epidemiological studies

Creators

  • 1. Radboud University Nijmegen
  • 2. Radboud University Medical Center
  • 3. Centers for Disease Control and Prevention
  • 4. Kenya Medical Research Institute
  • 5. London School of Hygiene & Tropical Medicine
  • 6. University of London

Description

Abstract Background Informing and evaluating malaria control efforts relies on knowledge of local transmission dynamics. Serological and molecular tools have demonstrated great sensitivity to quantify transmission intensity in low endemic settings where the sensitivity of traditional methods is limited. Filter paper blood spots are commonly used a source of both DNA and antibodies. To enhance the operational practicability of malaria surveys, a method is presented for combined DNA extraction and antibody elution. Methods Filter paper blood spots were collected as part of a large cross-sectional survey in the Kenyan highlands. DNA was extracted using a saponin/chelex method. The eluate of the first wash during the DNA extraction process was used for antibody detection and compared with previously validated antibody elution procedures. Antibody elution efficiency was assessed by total IgG ELISA for malaria antigens apical membrane antigen-1 (AMA-1) and merozoite-surface protein-1 (MSP-1 42 ). The sensitivity of nested 18S rRNA and cytochrome b PCR assays and the impact of doubling filter paper material for PCR sensitivity were determined. The distribution of cell material and antibodies throughout filter paper blood spots were examined using luminescent and fluorescent reporter assays. Results Antibody levels measured after the combined antibody/DNA extraction technique were strongly correlated to those measured after standard antibody elution (p < 0.0001). Antibody levels for both AMA-1 and MSP-1 42 were generally slightly lower (11.3-21.4%) but age-seroprevalence patterns were indistinguishable. The proportion of parasite positive samples ranged from 12.9% to 19.2% in the different PCR assays. Despite strong agreement between outcomes of different PCR assays, none of the assays detected all parasite-positive individuals. For all assays doubling filter paper material for DNA extraction increased sensitivity. The concentration of cell and antibody material was not homogenously distributed throughout blood spots. Conclusion Combined DNA extraction and antibody elution is an operationally attractive approach for high throughput assessment of cumulative malaria exposure and current infection prevalence in endemic settings. Estimates of antibody prevalence are unaffected by the combined extraction and elution procedure. The choice of target gene and the amount and source of filter paper material for DNA extraction can have a marked impact on PCR sensitivity.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

نبذة مختصرة تعتمد جهود مكافحة الملاريا وتقييمها على المعرفة بديناميكيات الانتقال المحلية. أظهرت الأدوات المصلية والجزيئية حساسية كبيرة لقياس كثافة الإرسال في البيئات المتوطنة المنخفضة حيث تكون حساسية الطرق التقليدية محدودة. تُستخدم بقع الدم المصنوعة من ورق الترشيح بشكل شائع كمصدر لكل من الحمض النووي والأجسام المضادة. لتعزيز الجدوى العملية لعمليات مسح الملاريا، يتم تقديم طريقة لاستخراج الحمض النووي وشطف الأجسام المضادة. طرق تم جمع بقع الدم الورقية المرشحة كجزء من مسح مستعرض كبير في المرتفعات الكينية. تم استخراج الحمض النووي باستخدام طريقة الصابونين/الكيلكس. تم استخدام شطف الغسيل الأول أثناء عملية استخراج الحمض النووي للكشف عن الأجسام المضادة ومقارنته بإجراءات شطف الأجسام المضادة التي تم التحقق منها مسبقًا. تم تقييم كفاءة شطف الأجسام المضادة من قبل مستضد الغشاء القمي لمستضدات الملاريا -1 (AMA -1) وبروتين سطح الميروزايت -1 (MSP -1 42 ). تم تحديد حساسية الحمض النووي الريبوزي الريبوزي 18S المتداخل ومقايسات تفاعل البوليميراز المتسلسل السيتوكروم ب وتأثير مضاعفة مادة ورق الترشيح لحساسية تفاعل البوليميراز المتسلسل. تم فحص توزيع المواد الخلوية والأجسام المضادة في جميع أنحاء بقع الدم المصنوعة من ورق الترشيح باستخدام فحوصات مراسل الإنارة والفلورسنت. النتائج ارتبطت مستويات الأجسام المضادة التي تم قياسها بعد تقنية استخلاص الأجسام المضادة/الحمض النووي مجتمعة ارتباطًا وثيقًا بتلك التي تم قياسها بعد شطف الأجسام المضادة القياسية (p < 0.0001). كانت مستويات الأجسام المضادة لكل من AMA -1 و MSP -1 42 أقل بشكل عام (11.3-21.4 ٪) ولكن لا يمكن تمييز أنماط الانتشار المصلي للعمر. تراوحت نسبة العينات الإيجابية للطفيليات من 12.9 ٪ إلى 19.2 ٪ في فحوصات تفاعل البوليميراز المتسلسل المختلفة. على الرغم من الاتفاق القوي بين نتائج فحوصات تفاعل البوليميراز المتسلسل المختلفة، لم يكشف أي من الفحوصات عن جميع الأفراد المصابين بالطفيليات. بالنسبة لجميع المقايسات، فإن مضاعفة مادة ورق الترشيح لاستخراج الحمض النووي تزيد من الحساسية. لم يتم توزيع تركيز الخلايا والأجسام المضادة بشكل متجانس في جميع أنحاء بقع الدم. الاستنتاج استخراج الحمض النووي وشطف الأجسام المضادة هو نهج جذاب من الناحية التشغيلية لتقييم الإنتاجية العالية للتعرض التراكمي للملاريا وانتشار العدوى الحالي في البيئات المتوطنة. لا تتأثر تقديرات انتشار الأجسام المضادة بإجراء الاستخراج والشطف المشترك. يمكن أن يكون لاختيار الجين المستهدف وكمية ومصدر مادة ورق الترشيح لاستخراج الحمض النووي تأثير ملحوظ على حساسية تفاعل البوليميراز المتسلسل.

Translated Description (French)

Résumé Contexte L'information et l'évaluation des efforts de lutte contre le paludisme reposent sur la connaissance de la dynamique de transmission locale. Les outils sérologiques et moléculaires ont démontré une grande sensibilité pour quantifier l'intensité de la transmission dans des contextes de faible endémie où la sensibilité des méthodes traditionnelles est limitée. Les taches de sang en papier filtre sont couramment utilisées comme source d'ADN et d'anticorps. Pour améliorer la faisabilité opérationnelle des enquêtes sur le paludisme, une méthode est présentée pour l'extraction combinée de l'ADN et l'élution des anticorps. Méthodes Des taches de sang en papier filtrant ont été recueillies dans le cadre d'une vaste enquête transversale dans les hautes terres du Kenya. L'ADN a été extrait à l'aide d'une méthode saponine/chelex. L'éluat du premier lavage au cours du processus d'extraction de l'ADN a été utilisé pour la détection des anticorps et comparé aux procédures d'élution des anticorps précédemment validées. L'efficacité d'élution des anticorps a été évaluée par l'ELISA des IgG totales pour les antigènes du paludisme, l'antigène-1 de la membrane apicale (AMA-1) et la protéine-1 de la surface du mérozoïte (MSP-1 42 ). La sensibilité des tests de PCR de l'ARNr 18S et du cytochrome b imbriqués et l'impact du doublement du matériau du papier filtre sur la sensibilité à la PCR ont été déterminés. La distribution du matériel cellulaire et des anticorps dans les taches de sang du papier filtre a été examinée à l'aide de tests de rapporteurs luminescents et fluorescents. Résultats Les taux d'anticorps mesurés après la technique d'extraction combinée anticorps/ADN étaient fortement corrélés à ceux mesurés après l'élution standard des anticorps (p < 0,0001). Les taux d'anticorps pour AMA-1 et MSP-1 42 étaient généralement légèrement inférieurs (11,3-21,4 %), mais les profils de séroprévalence selon l'âge étaient indiscernables. La proportion d'échantillons positifs au parasite variait de 12,9 % à 19,2 % dans les différents tests PCR. Malgré un fort accord entre les résultats de différents tests PCR, aucun des tests n'a détecté tous les individus positifs pour le parasite. Pour tous les dosages, le doublement du matériau du papier filtre pour l'extraction de l'ADN a augmenté la sensibilité. La concentration de matériel cellulaire et d'anticorps n'était pas répartie de manière homogène dans les taches de sang. Conclusion L'extraction combinée d'ADN et l'élution d'anticorps constituent une approche attrayante sur le plan opérationnel pour l'évaluation à haut débit de l'exposition cumulative au paludisme et de la prévalence actuelle de l'infection dans les contextes endémiques. Les estimations de la prévalence des anticorps ne sont pas affectées par la procédure combinée d'extraction et d'élution. Le choix du gène cible et de la quantité et de la source de papier filtre pour l'extraction de l'ADN peut avoir un impact marqué sur la sensibilité à la PCR.

Translated Description (Spanish)

Resumen Antecedentes La información y evaluación de los esfuerzos de control de la malaria se basa en el conocimiento de la dinámica de transmisión local. Las herramientas serológicas y moleculares han demostrado una gran sensibilidad para cuantificar la intensidad de transmisión en entornos de baja endemia donde la sensibilidad de los métodos tradicionales es limitada. Las manchas de sangre de papel de filtro se utilizan comúnmente como fuente de ADN y anticuerpos. Para mejorar la viabilidad operativa de las encuestas de malaria, se presenta un método para la extracción combinada de ADN y la elución de anticuerpos. Métodos Se recolectaron manchas de sangre de papel de filtro como parte de una gran encuesta transversal en las tierras altas de Kenia. El ADN se extrajo utilizando un método de saponina/chelex. El eluato del primer lavado durante el proceso de extracción de ADN se utilizó para la detección de anticuerpos y se comparó con los procedimientos de elución de anticuerpos previamente validados. La eficiencia de elución de anticuerpos se evaluó mediante ELISA de IgG total para antígenos de malaria, antígeno de membrana apical 1 (AMA-1) y proteína de superficie de merozoitos 1 (MSP-1 42 ). Se determinó la sensibilidad de los ensayos de PCR de ARNr 18S y citocromo b anidados y el impacto de duplicar el material de papel de filtro para la sensibilidad a la PCR. La distribución del material celular y los anticuerpos a lo largo de las manchas de sangre de papel de filtro se examinó utilizando ensayos de indicadores luminiscentes y fluorescentes. Resultados Los niveles de anticuerpos medidos después de la técnica de extracción combinada de anticuerpo/ADN se correlacionaron fuertemente con los medidos después de la elución del anticuerpo estándar (p < 0,0001). Los niveles de anticuerpos tanto para AMA-1 como para MSP-1 42 fueron generalmente ligeramente más bajos (11.3-21.4%), pero los patrones de seroprevalencia por edad fueron indistinguibles. La proporción de muestras positivas para parásitos varió de 12.9% a 19.2% en los diferentes ensayos de PCR. A pesar del fuerte acuerdo entre los resultados de diferentes ensayos de PCR, ninguno de los ensayos detectó a todos los individuos positivos para parásitos. Para todos los ensayos, duplicar el material de papel de filtro para la extracción de ADN aumentó la sensibilidad. La concentración de material de células y anticuerpos no se distribuyó homogéneamente a lo largo de las manchas de sangre. Conclusión La extracción combinada de ADN y la elución de anticuerpos es un enfoque operacionalmente atractivo para la evaluación de alto rendimiento de la exposición acumulada a la malaria y la prevalencia actual de infecciones en entornos endémicos. Las estimaciones de la prevalencia de anticuerpos no se ven afectadas por el procedimiento combinado de extracción y elución. La elección del gen objetivo y la cantidad y fuente de material de papel de filtro para la extracción de ADN pueden tener un impacto marcado en la sensibilidad a la PCR.

Files

1475-2875-12-272.pdf

Files (525.2 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:64c7ee1578639001cadfb6632ba75a86
525.2 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الجمع بين استخراج الحمض النووي وشطف الأجسام المضادة من أوراق الترشيح لتقييم شدة انتقال الملاريا في الدراسات الوبائية
Translated title (French)
Extraction combinée d'ADN et élution d'anticorps à partir de papiers filtres pour l'évaluation de l'intensité de la transmission du paludisme dans les études épidémiologiques
Translated title (Spanish)
Extracción combinada de ADN y elución de anticuerpos de papeles de filtro para la evaluación de la intensidad de transmisión de la malaria en estudios epidemiológicos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2103493790
DOI
10.1186/1475-2875-12-272

Is supplement to
https://openalex.org/W3107914858 (Other)
https://openalex.org/W2899155327 (Other)
https://openalex.org/W2751658562 (Other)
https://openalex.org/W2400183202 (Other)
https://openalex.org/W2377013271 (Other)
https://openalex.org/W2311803563 (Other)
https://openalex.org/W2245396768 (Other)
https://openalex.org/W2148354138 (Other)
https://openalex.org/W2045789442 (Other)
https://openalex.org/W1985419204 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Kenya

References

  • https://openalex.org/W1592700378
  • https://openalex.org/W1787098375
  • https://openalex.org/W1964881024
  • https://openalex.org/W1972599022
  • https://openalex.org/W1976619878
  • https://openalex.org/W1977784023
  • https://openalex.org/W1983196544
  • https://openalex.org/W2005796976
  • https://openalex.org/W2016590529
  • https://openalex.org/W2023978991
  • https://openalex.org/W2028081725
  • https://openalex.org/W2033270200
  • https://openalex.org/W2036368368
  • https://openalex.org/W2044250136
  • https://openalex.org/W2061029653
  • https://openalex.org/W2068830954
  • https://openalex.org/W2076892985
  • https://openalex.org/W2079362200
  • https://openalex.org/W2081354450
  • https://openalex.org/W2090874509
  • https://openalex.org/W2095777447
  • https://openalex.org/W2098900549
  • https://openalex.org/W2101839953
  • https://openalex.org/W2102867275
  • https://openalex.org/W2105454666
  • https://openalex.org/W2109129448
  • https://openalex.org/W2109483062
  • https://openalex.org/W2111179758
  • https://openalex.org/W2112985118
  • https://openalex.org/W2122753628
  • https://openalex.org/W2124563608
  • https://openalex.org/W2125263196
  • https://openalex.org/W2127848106
  • https://openalex.org/W2132409323
  • https://openalex.org/W2137871096
  • https://openalex.org/W2138055306
  • https://openalex.org/W2141367202
  • https://openalex.org/W2144029515
  • https://openalex.org/W2146245884
  • https://openalex.org/W2147272002
  • https://openalex.org/W2148765503
  • https://openalex.org/W2156433666
  • https://openalex.org/W2160666828
  • https://openalex.org/W2163644520
  • https://openalex.org/W2166709641
  • https://openalex.org/W2168116475
  • https://openalex.org/W2168330471
  • https://openalex.org/W2169310076
  • https://openalex.org/W2170005697