PENICILLINASE-PRODUCING
NEISSERIA GONORRHOEAS PRODUCTRICES DE PENICILLINASE (NGPP) C anada . — Suite à l’identification des premiers isolements de Neis seria gonorrhoeae productrices de penicillinase (NGPP) en 1976, les souches ont été séparées en types asiatique ou africain selon leur origine géographique, leur contenu plasmidique, leur auxotype et leur sensibilité aux antibiotiques. Originaires d’Asie, les souches de type asiatique ren ferment un plasmide de résistance de 7,2 kb (mesure de la masse molé culaire en milliers de paires de bases) codant pour la penicillinase, avec ou sans plasmide de transfert (39,2 kb); elles ont été classées d’après leur auxotype, soit en un type nécessitant de la praline, soit en un type sauvage et sont résistantes aux antibiotiques tels que la tétracycline. Les souches de type africain renferment un plasmide de résistance de 5,1 kb codant pour la pénicillinase, nécessitent de l’omithine, et sont modérément résistantes aux antibiotiques. La spécificité d’hôte du plasmide de trans fert de 39,2 kb s’est récemment élargie et comprend les souches renfer mant le plasmide de résistance de type africain. En outre, on a désormais pu isoler des plasmides de résistance de type africain et asiatique dansdes souches gonococciques présentant divers auxotypes et de nouveaux plas mides codant pour la /Üactamase ont été découverts. Dans certaines régions du monde, les isolements de NGPP représen tent 5 à 50% de tous les isolements gonococciques. Au Canada, leur incidence est au contraire inférieure à 5% et l’importation des souches a jusqu’ici constitué la raison principale de leur présence. La caractérisation des souches de NGPP par des méthodes sérologiques, génétiques et moléculaires a permis de suivre leur diffusion d’un pays à l’autre, d’iden tifier de nouvelles variétés et de repérer les poussées indigènes. Le présent rapport s’attache à l’étude de tous ces aspects par l’analyse des données moléculaires et épidémiologiques recueillies sur les souches de NGPP isolées au Canada entre 1976 et 1985.
NEISSERIA GONORRHOEAS (PPNG) C anada . — Following the isolation of the first penicillinaseproducing isolates of Neisseria ganorrhoeae (PPNG) in 1976, PPNG isolates were distinguished as Asian or African type based on their geographical origin, plasmid content, auxotype and anti microbial susceptibility characteristics. Asian-type strains origi nated in Asia, carried a 7.2 kb (kilobase pair—measurement of molecular mass) penicillinase-encoding plasmid with or without a transfer plasmid (39.2 kb), were auxotyped as either prolinerequiring or wild type and were resistant to antibiotics such as tetracycline. African-type strains earned a 5.1 kb penicillinase encoding plasmid, were ormthine-requinng, and were moderately resistant to antibiotics. Recently, the host range o f the 39.2 kb transfer plasmid has expanded to include strains harbounng the Afncan-type plasmid. In addition, African and Asian-type plas mids have now been isolated from gonococcal strains with a vanety of auxotypes and novel /Mactamase-encoding plasmids have been identified.
In some areas of the world, PPNG isolates comprise 5 to 50% of all gonococcal isolations. By contrast, the incidence of PPNG iso lations in Canada is under 5% and the importation of strains has been the major contributing factor to their presence. The charac terization o f PPNG by serological, genetic and molecular methods facilitates the documentation of the spread of these strains between countries, identifies new varieties and is useful in tracking indigenous outbreaks. The present report highlights all of these aspects by analysing molecular and epidemiological data per taining to PPNG isolated in Canada from 1976 to 1985. Frequency of PPNG isolations and geographical origin of infection In 1985 the number isolated decreased slightly in contrast to significant yearly increases observed in each o f the 4 previous years. PPNG were reported in Newfoundland for the first time in 1985. An unusual finding in 1984 was that the number o f cases naming a Canadian origin of infection was almost half o f the cases for which a geographical origin of infection could be ascertained.1This increase was due to 2 endemic outbreaks: 1 in Ontario/Quebec involving 20 cases and the other in Alberta invol vmg 50 cases. These outbreak strains represented 31% o f the total isolations for 1984. Preliminary data for 1986 also indicate that most PPNG isolated m Canada will be due to endemic foci of infection. In the first 6 months of 1986 over 200 cases of PPNG have been reported to the Laboratory Centre for Disease Control (LCDC). In previous years and again m 1985 most PPNG infec tions were contracted abroad and imported into Canada (e.g. 62.2% in 1983, 68.5% in 1982, 66% m 1985). The Far East con tinues to be the single area from which most PPNG are imported ; however, the number of strains imported from the Caribbean and Central America has increased substantially. ‘ Sec No 3, 1986, pp 16-17
Fréquence d’isolement des souches de NGPP et origine géographique de l’infection En 1985, le nombre de souches de NGPP isolées a légèrement diminué, contrairement aux augmentations annuelles importantes observées au cours des 4 années précédentes. La présence de NGPP a été signalée pour la première fois à Terre-Neuve en 1985. Constatation étonnante, en 1984 on précise une origine canadienne dans près de la moitié des cas d’infec tion dont l’origine géographique a pu être établie.1Deux poussées endé miques sont à l’origine de cette augmentation : l’une dans l’Ontario et au Québec, qui a touché 20 personnes, et l’autre dans l’Alberta, qui en a touché 50. Les souches en cause dans ces poussées représentaient 31% de tous les isolements de 1984. Les premiers résultats de 1986 montrent également que la plupart des souches de NGPP isolées au Canada devraient avoir pour origine des foyers d’endémie. Plus de 200 cas d’infection à NGPP ont été notifiés au Laboratoire de Lutte contre la Maladie (LLCM) pour le premier semestre 1986. En 1985, comme au cours des années précédentes, la plupart des infections à NGPP avaient été contractées à l’étranger et importées au Canada (62,2% en 1983 ; 68,5% en 1982 ; 66% en 1985). La majeure partie des souches de NGPP continue à être importée d ’Extrême-Orient; toutefois, le nombre de souches importées des Caraïbes et d’Amérique centrale s’est sensiblement accru. 1 Voir N“ 3, 1986, pp. 16-17
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Relevé eptdém. kebtL
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Distribution of PPNG infections by age and sex Data pertaining to distribution o f PPNG infections by age and sex indicate a male:female ratio o f 1.4:1 in 1984, down slightly from a ratio o f 1.6:1 in 1983. From 1976 to 1982 the maletfemale ratio was 2.6-2.3:l and in 1985 the ratio was 2.6:1 again. In gen eral, the male 25-34 age group showed the highest incidence of infections due to PPNG, while females in the 20-24-year age group showed the highest incidence. Plasmid content, auxotype and related characteristics of PPNG strains Five distinct plasmid patterns have been characterized in PPNG isolated in Canada (Table lj. The first 4 patterns comprise the now traditional Asian (7.2 kb) and African (5.1 kb) types, with (Asia+ , Africa+) or without (A sia-, Africa—) the transfer (39.2kb) plasmid. Most strains (48.8%) were of the Asia+ type, followed by A sia - (L8.8%), A frica- (18.4%) and Africa + (11.2%) strains. In 1984, analysis of an outbreak involving 2Û strains uncovered a novel penicillinase-encoding plasmid of 4.9 kb, named the Toronto plasmid. Strains of this later type, which comprise 2.8% of all PPNG characterized to December 1985, also carried a transfer plasmid. Analysis of PPNG isolates for auxotrophy (Table l) indicated that strains which carried the African or the Toronto-type plas mids were predominantly wild type (87.5% and 100%, respec tively), whereas 52% o f the strains with the Asian-type plasmid required prolme, or proline and ornithine (pro-oro-), for growth. The pro-om- auxotype was associated with an outbreak involving 51 cases during 1984. Other auxotypes comprised less than 2% of the PPNG characterized.
Répartition des Infections à NGPP, selon Pige et le sexe En 1984, lesdonnées sur la répartition descasd’infêctionàNGPP selon l’âge et 1e sexe révèlent un rapport de masculinité de 1,4:1, légèrement inférieur à celui de 1983, qui était de 1,6:1.Entre 1976 et 1982 ce rapport était de 2,6 à 2,3:1 ; en 1985, il était à nouveau de 2,6:1. L’incidence maximale des infections à NGPP a généralement été observée chez les hommes du groupe des 25 à 34 ans, et chez les femmes de 20 à 24 ans. Contenu plasmidique, auxotype et caractéristiques connexes des souches de NGPP On a pu caractériser 5 profils plasmidiques différents dans les souches de NGPP isolées au Canada (Tableau J). Les 4 premiers renferment les types asiatique (7,2 kb) et africain (5,1 kb) désormais classiques, avec (Asie+, Afrique+) ou sans (Asie—, Afrique—) plasratde de transfert (39,2 kb). La plupart des souches (48,8%) étudiées étaient de type Asie-t- ; venaient ensuite les souches A sie - (18,8%), A frique- (18,4%) et Afnque+ (11,2%). En 1984, l’analyse d’une poussée dans laquelle 20 souches ont été incriminées, a permis d'identifier un nouveau plasmide de 4,9 kb codant pour la penicillinase, appelé: plasmide Toronto. Les souches de ce type, qui représentent 2,8% de toutes les souches de NGPP caractérisées en décembre 1985, renferment également un plas mide de transfert. L’analyse de l’auxotrophie des isolements de NGPP (Tableau I) montre que la plupart des souches qui renferment les plasmides de résis tance de type africain ou Toronto sont de type sauvage (87,5% et 100%, respectivement), tandis que 52% des souches ayant un plasmide de type asiatique ont besoin soit de proline, soit de proline et d’oraithine (proom-), pour se développer. L'auxotype pro-om- a été associé à une poussée ayant touché 51 personnes au cours de l’année 1984. Les autres auxotypes représentaient moins de 2% des souches de NGPP caractérisées.
Table 1. Plasmid content and auxotype of 707 PPNG isolates Tableau 1. Contenu plasmidique et auxotype de 707 isolements de NGPP Auxoiypeb Plasm id pattern4 — Profil plasm idique3 Total (%)
NR/NA 1. 2. 3. 4. 5. A f n c a + — A f n q u e + .................................. A f r ic a ------- A f r i q u e - .................................... A sia + — A sie + .......................... A sia - — A sie .................................. T o ro n to + ........................................................ 67 116 166 6 20
Pro6 9 126 119
Om2
Pro-O ra•y 2 52 4
Pro-Hyx-
M eth1 2
Pro-Mech-
i i 2 0 .3
i i
3
7 9 (1 1 .2 ) 1 3 0 (1 8 .4 ) 345(4831) 1 3 3 (1 8 .8 ) 20 (2 .8 ) 707
T o ta l ........................................................................... P e rc e n ta g e — P o u r c e n t a g e .......................... .
375 5 3 .0
266 3 6 .8
4 0 .6
60 85
3 0 .4
3 04
* Ali strains harboured a 4 2 kb cryptic plasmid Africa + (5.1 + 39.2 kb plasmids), Africa — (5 1 kb plasmid), Asia + (7.2 + 39.2 kb plasmids), Asia - (7.2 kb plasmid), Toronto + (4.9 + 39.2 kb plasmids). — Toutes les souches abritaient un plasmide cryptique de 4,2 kb Afrique 4- (plasmides de 5,1 + 39,2 kb), Afrique — (plasmide de 5,1 kb), Asie + (plasmides de 1 2 + 39,2 kb), Asie — (plasmide de 1 2 kb), Toronto + (plasmides de 4,9 + 39,2 kb). b Prolme (Pro), ornithine (Om), hypoxanthine (Hyx), methionine (MetbX non-rcquinng o r wild type (NR). — Praline (Pro), ornithine (Orn), hypoxanthine (Hyx), methionine (Meth), non auxotrophe ou type sauvage (NA)
Serological analysis of the strains isolated from the 2 outbreaks (Ontario/Quebec and Alberta) indicated that distinct strains were involved in each outbreak. Strains with the Toronto-type (4.9 kb) plasmid were serologically typed as group WII/W1II, serovar Bacjk. The pro-om- isolates associated with the Alberta outbreak were of the WI serotype, serovar Ae. Other pro-om- PPNG not associated with the outbreak were also serotype Wl but had dif ferent serovars (data not included). The serovar A f characteristic of 4 pro-oro- strains isolated during 1984, but unrelated to the outbreak, has not been previously noted in other serological studies o f PPNG isolates. Conclusions 1. During 1985, PPNG comprised 0.5% o f the 40 741 cases of gonorrhoea reported to Statistics Canada. This low incidence is typical of other areas of the Northern hemisphere where most PPNG infections are imported from areas o f endemic infection. Data from 1984 and preliminary data for 1986 show that endemic foci o f infection in Canada contribute to significant increases in the frequency o f PPNG. As of June 1986,208 PPNG (99% o f last year’s total) had been reported to LCDC. As the low incidence of PPNG in this country has been largely due to the absence of local foci o f infection, an unpre cedented increase in the number of PPNG during 1986 can be anticipated. 2. The number of countries in which PPNG are endemic is increasing. In the Netherlands, PPNG comprise 10% of gono coccal isolates; countries in South-East Asia have reported that as many as 40% of the isolates are PPNG, and PPNG have been isolated from many African countnes at high frequency. The
L’analyse sérologique des souches isolées lors des 2 poussées (Ontario/Québec et Alberta) a montré que des souches différentes étaient en cause dans ces flambées. Le sérotypage des souches porteuses de plasmide de type Toronto (4,9 kb) a révélé qu’elles appartenaient au groupe WII/W1II, sérovar Bacjk. Les isolements pro-om- de la poussée de l’Alberta appartenaient au sérotype WI, sérovar Ae. Les autres souches de NGPP pro- om- qui n’étaient pas associées à la poussée appartenaient également au sérotype WI mais à des sérovars différents (données non précisées). Le sérovar Af, caractéristique de 4 souches pro-om- isolées au cours de l’année 1984, mais sans relation avec la poussée, n’avaient jusqu’ici jamais été observé dans les études sérologiques des isolements de NGPP. Conclusions 1. Au cours de l’année 1985, les NGPP ont été responsables de 0,5% des 40 741 cas de gonococcie notifiés à Statistique Canada. Cette faible incidence est caractéristique d ’autres régions de l’hémisphère Nord, où la plupart des infections à NGPP sont importées de zones d’endémie. Les donnéesde 1984 et les premières données de 1986 montrent que la présence de foyers d’infection endémiques au Canada contribue à l’augmentation importante de la fréquence des NGPP. Au mois de juin 1986,208 cas d’infections à NGPP (soit 99% du total de l’année pré cédente) avaient été notifiés au LLCM. Comme la faible incidence des infections à NGPP provenait surtout jusqu’ici de l’absence de foyers locaux d’infection, on peut s'attendre à une augmentation sans précé dent du nombre de cas d’infection à NGPP en 1986. 2. Les pays où les infections à NGPP existent à l’état endémique sont de plus en plus nombreux. Aux Pays-Bas, les souches de NGPP repré sentent 10% des isolements de gonocoques et, dans les pays du Sud-Est asiatique elles atteignent 40%; la fréquence des isolements de NGPP est également élevée dans de nombreux pays d’Afrique. L’importation
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importation of PPNG strains into Canada, which has been primarily from areas where they are endemic such as SouthEast Asia and certain .African countries, reflects the incidence of PPNG in a particular area. The increased importation of PPNG from Caribbean countries into Canada in recent years is a manifestation of a growing problem and suggests that increased surveillance for PPNG might be warranted in this area. 3. Unusual PPNG auxotypes (pro-om-) and novel plasmid-types (Toronto-type plasmid) contributed to 2 unique outbreaks in Canada during 1984. Strains related to each o f the outbreaks were unequivocally identified only by using a combination of molecular, serological and biochemical techniques. Restriction endonuclease mapping o f the Toronto plasmid indicated that it was a novel deletion derivative o f the Asian-type penicillinase plasmid. Thus, continued epidemiological and molecular sur veillance of PPNG is critical for controlling epidemic spread, for monitoring new varieties of^-lactamase-encoding plasmids and for distinguishing novel host strains. In addition, the sero logical analysis o f strains has uncovered new PPNG serovars (e.g. AO4. Plasmid-mediated resistance to tetracycline in strains of -V . gonorrhoeae was not observed in Canada until 1986.1 3. The correlation between auxotype and plasmid carriage observed in this and other reports continues to be an intriguing, unexplained phenomenon. The association between prolinerequiring strains and carriage of the Asian-type plasmid and the association of non-requiring strains with carriage o f the African-type plasmid was observed in the analysis of some of the first PPNG isolates and continues to be observed in more recent studies. 1Sec No. 36, 1986, p. 278.
de souches de NGPP au Canada, principalement de régions d ’endémie telles que le Sud-Est asiatique et certains pays d ’Afrique, rend compte de l’incidence des cas d’infection à NGPP dans la région d’origine. L’importation toujours plus forte de souches antillaises de NGPP que connaît le Canada depuis quelques années, est l'expression d’un pro blème grandissant et laisse à penser qu’une surveillance accrue des NGPP s’impose dans cette région. 3. Des auxotypes inhabituels de NGPP (pro-om-) et de nouveaux types de plasmides (type Toronto) ont été responsables des 2 poussées exceptionnelles survenues au Canada en 1984. Les souches mises en cause dans chacune des poussées n’ont pu être identifiées à coup sur qu’en combinant diverses techniques moléculaires, sérologiques et biochimiques. La cartographie de restriction du plasmide Toronto a révélé qu’il constituait un nouveau dérivé du plasmide producteur de pénicillinase de type asiatique obtenu par délétion. La surveillance épidémiologique et moléculaire constante des souches de NGPP est donc primordiale pour empêcher que leur propagation ne prenne des proportions épidémiques, pour surveiller les nouvelles variétés de plasmides codant pour la ^-lactamase et pour identifier les nouvelles souches hôtes. En outre, l'analyse sérologique des souches a permis d’identifier de nouveaux sérovars de NGPP (par exemple Af). 4. On n'a pas observé au Canada de tétracyclino-iésistance à médiation plasmidique parmi les souches de N. gonorrhoeae jusqu’en 1986.* 5. La corrélation observée dans cette étude et dans d’autres entre auxo type et plasmide porté demeure un phénomène curieux et inexpliqué. Comme l’avait révélé l’analyse de certains des premiers isolements de NGPP, les études plus récentes confirment l’existence d’une associa tion d’une part entre les souches ayant besoin de proline et la présence du plasmide de type asiatique, et d’autre part entre des souches non auxotrophes et la présence du plasmide de type africain. 1 Voir N° 36, 1986, p. 278.
(Based on/D’après: Canada Diseases Weekly Report/Rapport hebdomadaire des maladies au Canada, VoL 12-34, 1986; Health and W elfare/Santé et Bien-être social Canada.)