| Literature DB >> 30413747 |
Bhagwan Maharjan1,2, Chie Nakajima2,3, Norikazu Isoda3,4, Jeewan Thapa2, Ajay Poudel5, Yogendra Shah2, Tomoyuki Yamaguchi2, Bhabana Shrestha1, Harald Hoffmann6,7, Korkut Avsar7,8, Ashish Shrestha9,10, Stephen V Gordon3,11, Yasuhiko Suzuki12,13.
Abstract
Multidrug-resistant tuberculosis (MDR-TB) is an emerging public health problem in Nepal. Despite the implementation of a successful TB control program in Nepal, notifications of MDR-TB are increasing, yet the reasons are unknown. The objective of this study was to understand the genetic diversity and epidemiological characteristics of MDR-Mycobacterium tuberculosis (MTB) isolates in Nepal. We isolated and genotyped 498 MDR-MTB isolates collected from April 2009 to March 2013 and analyzed the patients' background information. Our results showed that the lineage 2 (Beijing family) was the most predominant lineage (n = 241; 48.4%), followed by lineage 3 (n = 153, 30.7%). Lineage 4 was the third most prevalent (n = 73, 14.5%) followed by lineage 1 (n = 32, 6.4%). The lineages were significantly associated with geographic region, ethnic group, age and sex of patients. The Beijing genotype was found to have an important role in transmitting MDR-TB in Nepal and was significantly associated with the eastern region, mongoloid ethnic group and younger age group. We conclude that early diagnosis and treatment including molecular-epidemiological surveillance of MDR-TB cases will help to control transmission of MDR-TB in Nepal.Entities:
Mesh:
Substances:
Year: 2018 PMID: 30413747 PMCID: PMC6226479 DOI: 10.1038/s41598-018-34306-w
Source DB: PubMed Journal: Sci Rep ISSN: 2045-2322 Impact factor: 4.379
Figure 1Locations of the 11 MDR-TB treatment centers in Nepal from where MDR-MTB samples were collected: (A) Mahendranagar, (B) Dhangadhi, (C) Nepalgunj, (D) Bhairahawa, (E) Butwal, (F) Pokhara, (G) Birgunj, (H) Kathmandu, (I) Dhanusa, (J) Dharan and (K) Biratnagar. Sample numbers collected in each center: (Total).
Distribution of MDR-MTB isolates according to its genotypic lineages and patient’s geographical region, ethnic group, sex and age.
| Variable | n (%) |
|---|---|
|
| |
| 1 (Indo-Oceanic) | 32 (6.4) |
| 2 (Beijing) | 241 (48.4) |
| 3 (CAS/Delhi) | 153 (30.7) |
| 4 (Euro-American) | 72 (14.4) |
|
| |
| Eastern | 74 (14.8) |
| Central | 214 (42.9) |
| Western | 101 (20.2) |
| Mid-Western | 58 (11.6) |
| Far-Western | 51 (10.2) |
|
| |
| Mongoloid | 204 (40.96) |
| Non-mongoloid | 294 (59) |
|
| |
| 0–23 | 129 (25.9) |
| 24–30 | 127 (25.5) |
| 31–42 | 120 (24) |
| >42 | 122 (24.4) |
|
| |
| Male | 355 (71.2) |
| Female | 143 (28.7) |
Distribution of Mycobacterium tuberculosis lineages and spoligotype families among the MDR-TB in Nepal (n: 498).
| Lineage* | SIT† | Clade | spoligo type pattern (spacer 1–43) | n | Genotyping |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 11 | EAI3_IND | ■■□□■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□□□□■□■■□□□■■■■ | 10 | spoligotype |
| 1 | 138 | EAI5 | ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□□□□■□■■■■■□□□□ | 7 | spoligotype |
| 1 | 126 | EAI5 | ■□□■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□□□□■□■■■■■■■■■ | 5 | spoligotype |
| 1 | 1435 | EAI1_SOM | ■■■■■■■□□■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□□□□■□■■■■■□■■■ | 1 | spoligotype |
| 1 | 48 | EAI1_SOM | ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□□□□■□■■■■■□■■■ | 1 | spoligotype |
| 1 | 236 | EAI5 | □□□■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□□□□■□■■■■■■■■■ | 1 | spoligotype |
| 1 | 763 | EAI5 | ■■■■■■■■■■■■■□□□□□□■■■■■■■■■■□□□□■□■■■■■□□□□ | 1 | spoligotype |
| 1 | 2148 | CAS | ■■■□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□ | 2 | LSP‡ |
| 1 | 27 | U(CAS_ANCESTOR?) | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■■■■■□□■■■■■■■■■□□□□■■■■■■ | 1 | LSP |
| 1 | — | orphan | ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□□□□■□□□■■■□□□□ | 1 | LSP |
| 1 | — | orphan | □□■□□□□■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□□□□■□■■■■■□■■■ | 1 | LSP |
| 1 | — | orphan | ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□□□■■□■■■■■■■■■ | 1 | LSP |
| Subtotal | 32 | ||||
| 2 | 1 | Beijing | □□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 239 | spoligotype |
| 2 | 1168 | Beijing | □□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□■■■■□□■■■ | 1 | spoligotype |
| 2 | 265 | Beijing | □□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□■■□■■■■■■ | 1 | spoligotype |
| Subtotal | 241 | ||||
| 3 | 26 | CAS1_DELHI | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 54 | spoligotype |
| 3 | 599 | CAS | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□□□□□□■■■■■■■ | 12 | spoligotype |
| 3 | 288 | CAS2 | ■■■□□□□□□□■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 6 | spoligotype |
| 3 | 357 | CAS | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□□□■■■■■■■ | 6 | spoligotype |
| 3 | 2147 | CAS1_DELHI | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■□□□□□■■ | 5 | spoligotype |
| 3 | 471 | CAS1_DELHI | □■■□□□□■■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 4 | spoligotype |
| 3 | 1312 | CAS1_DELHI | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■□□■□■■■ | 4 | spoligotype |
| 3 | 22 | CAS | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 4 | spoligotype |
| 3 | 427 | CAS1_DELHI | ■■■□□□□■■■■■□□□■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 3 | spoligotype |
| 3 | 25 | CAS1_DELHI | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■□□■■■■■ | 3 | spoligotype |
| 3 | 142 | CAS | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 3 | spoligotype |
| 3 | 486 | CAS | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□□□□■■■■■■ | 3 | spoligotype |
| 3 | 428 | CAS1_DELHI | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■□■■■■■■ | 2 | spoligotype |
| 3 | 429 | CAS1_DELHI | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■■■■□■■■ | 2 | spoligotype |
| 3 | 1590 | CAS | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■□■■■□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 2 | spoligotype |
| 3 | 1093 | CAS1_DELHI | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 2 | spoligotype |
| 3 | 1343 | CAS1_DELHI | ■■■□□□□■■■■■□■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 1 | spoligotype |
| 3 | 1314 | CAS1_DELHI | ■■■□□□□■■□■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■□□■■■■■ | 1 | spoligotype |
| 3 | 1883 | CAS1_DELHI | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■■■■■■□□ | 1 | spoligotype |
| 3 | 1947 | CAS1_DELHI | ■■■□□□□■■■■■■■■□□■■■■■□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 1 | spoligotype |
| 3 | 2693 | CAS1_DELHI | □■■□□□□■■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■□□■■■■■ | 1 | spoligotype |
| 3 | 1968 | CAS1_DELHI | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■■■■□□■■ | 1 | spoligotype |
| 3 | 1266 | CAS | ■■■□□□□□□■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 1 | spoligotype |
| 3 | 485 | CAS | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 1 | spoligotype |
| 3 | 356 | CAS | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■ | 1 | spoligotype |
| 3 | 1151 | CAS | ■■■□□□□□□□■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■ | 1 | spoligotype |
| 3 | 203 | CAS | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■ | 1 | LSP |
| 3 | 1391 | U | ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□□■■□■■■■■■ | 1 | LSP |
| 3 | 1089 | CAS | ■□□□□□□■■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 1 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■■□□□□■■■■■■■■■■□□■■■□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 2 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□ | 2 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■■□□□□□□□■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□□■■■■■□□□ | 2 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■■□□□□□□□■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□□□□□■■■■■■ | 2 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■■□□□□■■■■■■■■■■■□■■□□□□□□□□□□□□□□□■■■■■■■ | 1 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■■□□□□■■■■■□□■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 1 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■■□□□□■■■■■■□■■■■■■□□□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 1 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■□□□□□□□■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 1 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□□□□□□□■■■■ | 1 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■■□□□□■■□■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□□□■■■■■■■ | 1 | LSP |
| 3 | — | orphan | □□■□□□□■■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 1 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■■□□□□■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■ | 1 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■■□□□□■■■■■□□■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□■■■□■■■■■ | 1 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■■□□□□■■□□□□□□□■■■■■□□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 1 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■■□□□□■■■■■■■□■■■■■□□□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 1 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■■□□□□■■■■■■□□□□□□□□■□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 1 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■■□□□□■■■■■■□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□■■□■■■ | 1 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■■□□□□■■■■■□■■■□□□■■■□□□□□□□□□□□□□□□□■■■■■ | 1 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■■□□□□□■■□■■■□■■■■■■■■□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 1 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■■□□□□□■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□□□■■■■■■■■■ | 1 | LSP |
| 3 | — | orphan | ■■■□□□□□□□■■■■■■■■■■■■□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□ | 1 | LSP |
| Subtotal | 153 | ||||
| 4 | 53 | T1 | ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□□□□■■■■■■■ | 33 | spoligotype |
| 4 | 52 | T2 | ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□□□□■■■□■■■ | 7 | spoligotype |
| 4 | 655 | H3 | ■□□■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□■□□□□■■■■■■■ | 4 | spoligotype |
| 4 | 42 | LAM9 | ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□□□□■■■■■■■■□□□□■■■■■■■ | 4 | spoligotype |
| 4 | 194 | LAM2-LAM4 | ■■□■■■■■■■■■□■■■■■■■□□□□■■■■■■■■□□□□■■■□■■■ | 2 | spoligotype |
| 4 | 628 | T1 | ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□□□□■■■■■□□ | 1 | spoligotype |
| 4 | 1324 | T1 | ■■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□■□□■■■■■■■■□□□□■■■■■■■ | 1 | spoligotype |
| 4 | 1077 | T2 | ■■■■■■■■■■■■■■■■■■□■■■■■■■■■■■■■□□□□■■■□■■■ | 1 | spoligotype |
| 4 | 1745 | T3 | ■■■■■■□■■■■■□■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□□□□■■■■■■■ | 1 | spoligotype |
| 4 | 119 | X1 | ■■■■■■■■■■■■■■■■■□■■■■■■■■■■■■■■□□□□■■■■■■■ | 1 | spoligotype |
| 4 | 137 | X2 | ■■■■■■■■■■■■■■■■■□■■■■■■■■■■■■■■□□□□■■□□□□■ | 1 | spoligotype |
| 4 | 92 | X3 | ■■■□□□□□□□□□■■■■■□■■■■■■■■■■■■■■□□□□■■■■■■■ | 1 | spoligotype |
| 4 | 50 | H3 | ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□■□□□□■■■■■■■ | 1 | spoligotype |
| 4 | 20 | LAM1 | ■■□■■■■■■■■■■■■■■■■■□□□□■■■■■■■■□□□□■■■■■■■ | 1 | spoligotype |
| 4 | 176 | LAM6 | ■■■■■■■■■■■■□■■■■■■■□□□□■■■■□■■■□□□□■■■■■■■ | 1 | spoligotype |
| 4 | — | Orphan | ■■■■■■■■■■■■■■■■■□□□■■■■■■■■■■■■□□□□■■□□□□■ | 5 | LSP |
| 4 | — | Orphan | ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□□□■□□□□□□■□□□□■■■□■■■ | 1 | LSP |
| 4 | — | Orphan | ■■□■■■■■■■■■□■■■■□□□■■■■■■■■■□□■□□□□□□□□□□□ | 1 | LSP |
| 4 | — | Orphan | ■■■■■■■■■■■■■■■■□■■■■■■■■■■■■■■■□□□□■■□□□□■ | 1 | LSP |
| 4 | — | Orphan | ■■□□□□□□□■■■■■■■■□■■■■■■■■■■■■■■□□□□■■■■■■■ | 1 | LSP |
| 4 | — | Orphan | ■■■■■■■■■■■■■■■■■■□■■□■■■■■■■■■■□□□□■■■□■■■ | 1 | LSP |
| 4 | — | Orphan | ■■□□□□□□■■■■■■□□□□□□□■□□■■■■■■■■□□□□■■■■■■■ | 1 | LSP |
| 4 | — | Orphan | ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■□□■■■□□□□■■■■■■■ | 1 | LSP |
| Subtotal | 72 | ||||
*Lineage 1: Indo-Oceanic, Lineage 2: East Asian (includes Beijing strains), Lineage 3: Delhi/CAS, Lineage 4: Euro-American lineage.
SIT†, Spoligotype International Type according to definition SITVIT web database (http://www.pasteur–guadelope.fr.8081/SITVIT_ONLINE).
LSP‡, Large sequence polymorphism.
Association of genotypic lineages of MDR-MTB isolates with patient’s geographical region, ethnic group, sex and age.
| MDR-TB patient’s characteristics | Lineage 1 (Indo-Oceanic) | Lineage 2 (Beijing) | Lineage 3 (CAS/Delhi) | Lineage 4 (Euro-American) | chi-square | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| n (%) | ||||||
|
| 55.05 | <0.0001 | ||||
| Eastern Region | 3 (4.1) | 53 (71.6) | 10 (13.5) | 8 (10.8) | ||
| Central Region | 14 (6.6) | 113 (52.8) | 55 (25.7) | 32 (15) | ||
| Western Region | 7 (6.9) | 44 (43.6) | 32 (31.7) | 18 (17.8) | ||
| Mid-Western Region | 1 (1.7) | 18 (31) | 34 (58.6) | 5 (8.6) | ||
| Far Western Region | 7 (13.7) | 13 (25.5) | 22 (43.1) | 9 (17.6) | ||
|
| 9.02 | 0.028 | ||||
| Mongoloid | 10 (4.9) | 115 (56.4) | 53 (26) | 26 (12.7) | ||
| Non-Mongoloid | 22 (7.5) | 126 (42.9) | 100 (34) | 46 (15.6) | ||
|
| 19.31 | 0.022 | ||||
| 0–23 | 6 (4.7) | 70 (54.3) | 31 (24) | 22 (17.1) | ||
| 23–30 | 5 (3.9) | 71 (55.9) | 39 (30.7) | 12 (9.4) | ||
| 31–42 | 8 (6.7) | 48 (40) | 40 (33.3) | 24 (20) | ||
| >42 | 13 (10.7) | 52 (42.6) | 43 (35.2) | 14 (11.5) | ||
|
| 16.34 | 0.0009 | ||||
| Male | 27 (7.6) | 163 (45.9) | 123 (34.6) | 42 (11.8) | ||
| Female | 5 (3.5) | 78 (54.5) | 30 (21) | 30 (21) | ||
Figure 2Geographical distribution of different lineages of MDR-MTB isolates in different geographic regions of Nepal: (A) Far-Western development region, (B) Mid-Western development region, (C) Western development region, (D) Central development region, (E) Eastern development region. Each line represents routes of people movement in Nepal as indicated. The distribution of lineages in each geographic region is represented in corresponding pie-chart as indicated.
A univariate analysis of odds ratios for geographical distribution, ethnic group, age and sex between Beijing and Non-Beijing family of MDR-MTB isolates in Nepal.
| Variance | Category | Beijing | Non-Beijing | Odds ratio (95% CI) | |
|---|---|---|---|---|---|
| n (%) | |||||
| Region | Eastern | 53 (71.6) | 21 (28.4) | 1 | — |
| Central | 113 (52.8) | 101 (47.2) | 0.443 (0.25–0.785) | 0.005 | |
| Western | 44 (43.6) | 57 (56.4) | 0.306 (0.161–0.580) | <0.001 | |
| Mid-Western | 18 (31) | 40 (69) | 0.178 (0.084–0.378) | <0.001 | |
| Far-Western | 13 (25.5) | 38 74.5) | 0.125 (0.055–0.284) | <0.001 | |
| Ethnic group | Mongoloid | 115 (56.4) | 89 (43.6) | 1 | — |
| Non-Mongoloid | 126 (42.9) | 168 (57.1) | 0.580 (0.408–0.832) | 0.003 | |
| Age group (years) | 31–42 | 48 (40) | 72 (60) | 1 | — |
| >42 | 52 (42.6) | 70 (57.4) | 1.114 (0.668–1.859) | 0.679 | |
| 0–23 | 70 (54.3) | 59 (45.7) | 1.780 (1.076–2.944) | 0.024 | |
| 24–30 | 71 (55.9) | 56 (44.1) | 1.902 (1.147–3.155) | 0.012 | |
| Sex | Male | 163 (45.9) | 192 (54.1) | 1 | — |
| Female | 78 (54.5) | 65 (45.5) | 1.414 (0.957–2.087) | 0.081 | |
P < 0.05 represents statistically significant difference.
Final logistic regression model of genetic diversity of Beijing and non-Beijing family MDR-TB and predictor variables.
| Variable | B | SE | Wald | Sig | Exp B (95% CI) |
|---|---|---|---|---|---|
| Constant | 0.899 | 0.335 | 6.407 | 0.011 | 2.456 |
| Region (RG)* | 32.174 | 0.000 | |||
| RG (Central) | −0.954 | 0.306 | 9.721 | 0.002 | 0.385 (0.212–0.702) |
| RG (Western) | −1.408 | 0.343 | 16.902 | 0.000 | 0.245 (0.125–0.479) |
| RG (Mid-Western) | −1.891 | 0.405 | 21.803 | 0.000 | 0.151 (0.068–0.334) |
| RG (Far-Western) | −2.043 | 0.436 | 21.920 | 0.000 | 0.130 (0.055–0.305) |
| Ethnic (Non-Mongolian) | −0.323 | 0.211 | 2.345 | 0.126 | 0.724 (0.479–1.095) |
| Sex (Male) | 0.42 | 0.215 | 0.38 | 0.845 | 1.043 (0.685–1.588) |
| Age (AGP)* | 14.047 | 0.003 | |||
| AGP (>42) | −0.128 | 0.278 | 0.210 | 0.647 | 0.880 (0.510–1.519) |
| AGP (0–23) | 0666 | 0.272 | 6.003 | 0.014 | 1.947 (1.143–3.319) |
| AGP (24–30) | 0.653 | 0.273 | 5.713 | 0.017 | 1.921 (1.125–3.280) |
*Parentheses; Reference: Region (RG)- Eastern region; Age (AGP)- 31–40.