A Comparison of PCR and ELISA Methods to Detect Different Stages of Plasmodium Vivax in Anopheles Arabiensis.
Creators
- 1. Armauer Hansen Research Institute
- 2. University of Notre Dame
Description
Abstract Background: In characterizing malaria epidemiology, measuring mosquito infectiousness informs the entomological inoculation rate, an important metric of malaria transmission. PCR-based methods have been touted as more sensitive than the current "gold-standard" circumsporozoite (CSP) ELISA. Wider application of PCR-based methods has been limited by lack of specificity for the infectious sporozoite stage. We compared a PCR method for detecting the parasite's cytochrome oxidase I (COX-I) gene with ELISA for detecting circumsporozoite protein for identification of different life stages of the parasite during development within a mosquito. Methods: A PCR-based method targeting the Plasmodium COX-I gene was compared with the CSP ELISA method to assess infectivity in Anopheles arabiensis colony mosquitoes fed on blood from patients infected with Plasmodium vivax. Mosquitoes were tested at six post-infection timepoints (days 0.5, 1, 6, 9, 12, 15). Head and thoraces, and abdomens for each specimen were tested separately with both methods. Agreement between methods at each infection stage was measured using Cohen's Kappa measure of test association. Results: Infection status of mosquitoes was assessed in approximately 90 head and thoraces and 90 abdomens at each time point; in total 538 head and thoraces and 534 abdomens were tested. In mosquitoes bisected after 0.5, 1-, and 6-days post-infection, the COX-I PCR detected Plasmodium DNA in both the abdomens (88%, 78%, and 67%, respectively) and head and thoraces (69%, 60%, and 44%, respectively) whilst CSP-ELISA detect sporozoites in only 1 abdomen on day 6 post-infection. PCR was also more sensitive than ELISA for detection of Plasmodium in mosquitoes bisected after 9-, 12-, and 15-days post-infection in both the head and thoraces and abdomens. There was fair agreement between both methods for time points 9 -15 days post-infection (κ = 0.312, 95% CI: 0.230 – 0.394). Conclusion: The COX-I PCR is a highly sensitive, robust method for detecting Plasmodium DNA in mosquitoes, but its limited Plasmodium life-stage specificity cannot be overcome by bisection of the head and thorax from the abdomen prior to PCR. Thus, the COX-I PCR is a poor candidate for identifying infectious mosquitoes.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
خلفية الملخص: في توصيف وبائيات الملاريا، يُعلم قياس عدوى البعوض معدل التلقيح الحشري، وهو مقياس مهم لانتقال الملاريا. وُصفت الطرق القائمة على تفاعل البوليميراز المتسلسل بأنها أكثر حساسية من معيار ELISA "المعيار الذهبي" الحالي. كان التطبيق الأوسع للطرق القائمة على تفاعل البوليميراز المتسلسل محدودًا بسبب عدم وجود خصوصية لمرحلة الحيوانات البوغية المعدية. قارنا طريقة تفاعل البوليميراز المتسلسل للكشف عن جين أكسيديز السيتوكروم I (COX - I) للطفيلي مع ELISA للكشف عن بروتين المحيطة لتحديد مراحل الحياة المختلفة للطفيلي أثناء التطور داخل البعوض. الطرق: تمت مقارنة طريقة قائمة على تفاعل البوليميراز المتسلسل تستهدف جين بلازموديوم COX - I مع طريقة CSP ELISA لتقييم العدوى في بعوض مستعمرة الأنوفيلة العربية التي تتغذى على دم المرضى المصابين بالبلازموديوم فيفاكس. تم اختبار البعوض في ست نقاط زمنية بعد الإصابة (الأيام 0.5، 1، 6، 9، 12، 15). تم اختبار الرأس والصدر والبطن لكل عينة بشكل منفصل بكلتا الطريقتين. تم قياس التوافق بين الطرق في كل مرحلة من مراحل العدوى باستخدام مقياس كابا الخاص بكوهين لارتباط الاختبار. النتائج: تم تقييم حالة عدوى البعوض في حوالي 90 رأسًا وصدرًا و 90 بطنًا في كل نقطة زمنية ؛ في المجموع تم اختبار 538 رأسًا وصدرًا و 534 بطنًا. في البعوض المنقسم بعد 0.5 و 1 و 6 أيام بعد العدوى، اكتشف تفاعل البوليميراز المتسلسل COX - I الحمض النووي المتصورة في كل من البطن (88 ٪ و 78 ٪ و 67 ٪ على التوالي) والرأس والصدر (69 ٪ و 60 ٪ و 44 ٪ على التوالي) بينما اكتشف CSP - ELISA الكائنات الحية البوغية في بطن واحد فقط في اليوم السادس بعد العدوى. كان تفاعل البوليميراز المتسلسل أيضًا أكثر حساسية من ELISA للكشف عن المتصورة في البعوض المنقسم بعد 9 و 12 و 15 يومًا بعد العدوى في كل من الرأس والصدر والبطن. كان هناك اتفاق عادل بين الطريقتين للنقاط الزمنية 9-15 يومًا بعد الإصابة (κ = 0.312، 95 ٪ CI: 0.230 – 0.394). الخلاصة: إن تفاعل البوليميراز المتسلسل COX - I هو طريقة حساسة للغاية وقوية للكشف عن الحمض النووي المتصورة في البعوض، ولكن لا يمكن التغلب على خصوصية مرحلة حياة المتصورة المحدودة عن طريق تقطيع الرأس والصدر من البطن قبل تفاعل البوليميراز المتسلسل. وبالتالي، فإن تفاعل البوليميراز المتسلسل COX - I هو مرشح ضعيف لتحديد البعوض المعدي.Translated Description (French)
Résumé Contexte : En caractérisant l'épidémiologie du paludisme, la mesure de l'infectiosité des moustiques informe le taux d'inoculation entomologique, une mesure importante de la transmission du paludisme. Les méthodes basées sur la PCR ont été présentées comme plus sensibles que l'ELISA « standard » actuel de circumsporozoïte (CSP). L'application plus large des méthodes basées sur la PCR a été limitée par le manque de spécificité pour le stade sporozoïte infectieux. Nous avons comparé une méthode de PCR pour détecter le gène de la cytochrome oxydase I (COX-I) du parasite avec ELISA pour détecter la protéine circumsporozoïte pour l'identification des différents stades de vie du parasite au cours du développement chez un moustique. Méthodes : Une méthode basée sur la PCR ciblant le gène Plasmodium COX-I a été comparée à la méthode CSP ELISA pour évaluer l'infectivité chez les moustiques des colonies d'Anopheles arabiensis nourris avec du sang de patients infectés par Plasmodium vivax. Les moustiques ont été testés à six points de temps post-infection (jours 0,5, 1, 6, 9, 12, 15). La tête, le thorax et l'abdomen de chaque échantillon ont été testés séparément avec les deux méthodes. La concordance entre les méthodes à chaque stade de l'infection a été mesurée à l'aide de la mesure Kappa de Cohen de l'association du test. Résultats : L'état infectieux des moustiques a été évalué dans environ 90 têtes et thoraces et 90 abdomens à chaque point temporel ; au total, 538 têtes et thoraces et 534 abdomens ont été testés. Chez les moustiques coupés en deux après 0,5, 1 et 6 jours après l'infection, la PCR COX-I a détecté de l'ADN de Plasmodium à la fois dans l'abdomen (88 %, 78 % et 67 %, respectivement) et dans la tête et le thorax (69 %, 60 % et 44 %, respectivement) tandis que CSP-ELISA détecte des sporozoïtes dans seulement 1 abdomen au jour 6 après l'infection. La PCR était également plus sensible que l'ELISA pour la détection de Plasmodium chez les moustiques coupés en deux après 9, 12 et 15 jours après l'infection à la fois à la tête, au thorax et à l'abdomen. Il y avait un accord équitable entre les deux méthodes pour les points de temps 9 à 15 jours après l'infection (κ = 0,312, IC à 95 % : 0,230 – 0,394). Conclusion : La PCR COX-I est une méthode très sensible et robuste pour détecter l'ADN de Plasmodium chez les moustiques, mais sa spécificité limitée au stade de vie de Plasmodium ne peut pas être surmontée par une bissection de la tête et du thorax de l'abdomen avant la PCR. Ainsi, la PCR COX-I est un mauvais candidat pour identifier les moustiques infectieux.Translated Description (Spanish)
Resumen Antecedentes: Al caracterizar la epidemiología de la malaria, la medición de la infecciosidad de los mosquitos informa la tasa de inoculación entomológica, una métrica importante de la transmisión de la malaria. Los métodos basados en PCR se han promocionado como más sensibles que el actual ELISA de circumsporozoitos (CSP) "estándar de oro". La aplicación más amplia de los métodos basados en PCR se ha visto limitada por la falta de especificidad para la etapa de esporozoitos infecciosos. Comparamos un método de PCR para detectar el gen de la citocromo oxidasa I (COX-I) del parásito con ELISA para detectar la proteína circumsporozoito para la identificación de diferentes etapas de la vida del parásito durante el desarrollo dentro de un mosquito. Métodos: Un método basado en PCR dirigido al gen Plasmodium COX-I se comparó con el método CSP ELISA para evaluar la infectividad en mosquitos de la colonia Anopheles arabiensis alimentados con sangre de pacientes infectados con Plasmodium vivax. Los mosquitos se probaron en seis puntos de tiempo posteriores a la infección (días 0.5, 1, 6, 9, 12, 15). La cabeza y el tórax, y el abdomen para cada muestra se probaron por separado con ambos métodos. La concordancia entre los métodos en cada etapa de infección se midió utilizando la medida Kappa de Cohen de la asociación de la prueba. Resultados: El estado de infección de los mosquitos se evaluó en aproximadamente 90 cabezas y torácicos y 90 abdómenes en cada punto de tiempo; en total se probaron 538 cabezas y torácicos y 534 abdómenes. En los mosquitos bisecados después de 0,5, 1 y 6 días después de la infección, la PCR de COX-I detectó ADN de Plasmodium tanto en el abdomen (88%, 78% y 67%, respectivamente) como en la cabeza y el tórax (69%, 60% y 44%, respectivamente), mientras que CSP-ELISA detectó esporozoitos en solo 1 abdomen el día 6 después de la infección. La PCR también fue más sensible que el ELISA para la detección de Plasmodium en mosquitos bisecados después de 9, 12 y 15 días después de la infección tanto en la cabeza como en el tórax y el abdomen. Hubo un acuerdo justo entre ambos métodos para los puntos de tiempo 9-15 días después de la infección (κ = 0.312, IC del 95%: 0.230 – 0.394). Conclusión: La COX-I PCR es un método altamente sensible y robusto para detectar ADN de Plasmodium en mosquitos, pero su limitada especificidad de etapa de vida de Plasmodium no puede superarse mediante la bisección de la cabeza y el tórax del abdomen antes de la PCR. Por lo tanto, la PCR de COX-I es una mala candidata para identificar mosquitos infecciosos.Files
latest.pdf.pdf
Files
(594.9 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:9980ca4806641a7de86d0b85913e7479
|
594.9 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- مقارنة بين طرق تفاعل البوليميراز المتسلسل وطرق إليسا للكشف عن المراحل المختلفة من المتصورة النشيطة في الأنوفيلة العربية.
- Translated title (French)
- A Comparison of PCR and ELISA Methods to Detect Different Stages of Plasmodium Vivax in Anopheles Arabiensis.
- Translated title (Spanish)
- Una comparación de los métodos de PCR y ELISA para detectar diferentes etapas de Plasmodium Vivax en Anopheles Arabiensis.
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4229629450
- DOI
- 10.21203/rs.3.rs-589001/v1