Research Article

Real-time multiplex PCR for human echinococcosis and differential diagnosis

PCR multiplex en temps-réel pour le diagnostic de l’échinococcose humaine et diagnostic différentiel

¹ Department of Parasitology-Mycology, National Reference Centre for Echinococcoses, University Hospital of Besançon, 25030 Besançon, France
² UMR CNRS 6249 Laboratoire Chrono-environnement, University of Franche-Comté, 16 Route de Gray, 25030 Besançon, France
³ Department of Pathology, University Hospital of Besançon, 25030 Besançon, France
⁴ ANSES Nancy laboratory for Rabies and Wildlife, National Reference Laboratory for Echinococcus spp., Wildlife Surveillance and Eco-epidemiology Unit, Technopole Agricole et Vétérinaire, 54220 Malzéville, France

^* Corresponding author: jknapp@univ-fcomte.fr

Received: 25 August 2022
Accepted: 6 January 2023

Abstract

Molecular identification of rare human infectious pathogens appears to be one of the most relevant current methods for rapid diagnosis and management of patients. PCR techniques, in particular real-time quantitative PCR, are best suited for the detection of DNA from the pathogens, even at low concentrations. Echinococcosis infections are due to helminths of the Echinococcus genus, with closely related species involved in parasitic lesions affecting animals and, accidentally, humans. We developed a multiplex qPCR (MLX qPCR) assay allowing for the detection of four Echinococcus species involved in Europe in alveolar echinococcosis (AE) and cystic echinococcosis (CE) (Echinococcus multilocularis, E. granulosus sensu stricto, E. ortleppi, and E. canadensis), based on short mitochondrial targets. A collection of 81 fresh and formalin-fixed paraffin-embedded tissues (FFPE) of AE and CE lesions was assembled. The qPCR assays were performed in triplex for Echinococcus spp. detection, associated with a qPCR inhibitor control. A duplex qPCR was also designed to enable diagnosis of two other dead-end helminthiases (cysticercosis (Taenia solium), and toxocariasis (Toxocara cati and T. canis)). The sensitivity of the qPCR was assessed and ranged from 1 to 5 × 10⁻⁴ ng/μL (seven PCR assays positive), corresponding to 37–42 cycles for quantifiable DNA. The specificity was 100% for all the targets. This multiplex qPCR, adapted to low amounts of DNA can be implemented in the laboratory for the rapid molecular diagnosis of Echinococcosis species.

Résumé

L’identification moléculaire des pathogènes infectieux humains rares semble être l’une des méthodes actuelles les plus pertinentes pour un diagnostic et une prise en charge rapides des patients. Les techniques de PCR, en particulier la PCR quantitative en temps réel, sont bien adaptées à la détection d’ADN de pathogènes, même pour de faibles concentrations. Les infections à échinocoque sont dues à des helminthes du genre Echinococcus, des espèces étroitement apparentées, impliquées dans des lésions parasitaires affectant les animaux et accidentellement l’homme. Une qPCR multiplex (MLX qPCR), permettant la détection de quatre espèces d’Echinococcus impliquées en Europe dans l’échinococcose alvéolaire (EA) et kystique (EK) (Echinococcus multilocularis, E. granulosus sensu stricto, E. ortleppi et E. canadensis), basée sur de courtes cibles mitochondriales a été développée ici. Une collection a été constituée de 81 tissus frais ou fixés en paraffine (FFPE) de lésions d’EA et EK. Les essais de qPCR ont été réalisées en triplex pour la détection d’Echinococcus spp., associés à une qPCR de contrôle d’inhibition. Une PCR duplex a été développée pour le diagnostic de deux autres helminthiases en impasse chez l’Homme (cysticercose (Taenia solium), et toxocarose (Toxocara cati et T. canis). La sensibilité de la qPCR a été évaluée et s’échelonne de 1 à 5 × 10⁻⁴ ng/μl (sept essais de qPCR positifs), correspondant à 37 à 42 cycles pour l’ADN quantifiable. La spécificité était de 100 % pour toutes les cibles. Cette qPCR multiplex, adaptée à de faibles quantités d’ADN peut être mise en œuvre au laboratoire pour un diagnostic moléculaire rapide des espèces d’Echinococcus.