Examination of Cerebrospinal Fluid Samples from Patients with Presumptive Central Nervous System Infections Using Conventional and Molecular Methods

Abstract

Objective: The aim of this study was to detect bacterial and viral agents in BOS samples using conventional and molecular methods and to compare the diagnostic efficacy of these methods based on the findings obtained. Methods: The cerebrospinal fluid (CSF) culture and polymerase chain reaction (PCR) results of 90 patients with a preliminary diagnosis of SSS infection were retrospectively screened from the laboratory information recording system. Conventional culture methods (Gram staining, biochemical tests, etc.) and the automated VITEK 2 Compact device (BioMérieux, France) were used to identify bacterial pathogens. The Multiplex PCR method (Anatolia Geneworks Bacterial-Viral Meningitis Panel, Turkey) was used to detect the presence of bacterial and viral agents such as HSV 1-2, VZV, EV, Parechovirus, S. pneumoniae, N. meningitidis, and H. influenzae. Results: Reproduction was detected in 10 (11.5%) samples in BOS culture. In three of the cultures where reproduction was detected, Methicillin-sensitive coagulase-negative Staphylococcus was reproduced, in three Methicillin-resistant coagulase-negative Staphylococcus was reproduced, and in two Methicillin-resistant Staphylococcus aureus was reproduced. An increase in white blood cell count was observed in six of the 10 patients with BOS culture growth, and this was found to be statistically significant (p<0.001). The presence of PMNL was observed in 11 (12.2%) of all BOS samples that underwent Gram staining. A statistically significant association was found between the presence of PMNLs in Gram staining and culture positivity (p<0.001). PCR positivity was detected in seven (6.3%) samples in the study. In the seven samples with PCR positivity, three (3.3%) S. pneumoniae DNA, three (3.3%) HSV-1 DNA, and one (1.1%) VZV DNA were detected. Conclusion: While conventional methods such as BOS culture, Gram staining, and cell counting remain important in the diagnosis of bacterial meningitis, PCR has been shown to be a valuable complementary diagnostic tool, especially in culture-negative cases. While the culture method is considered the gold standard in the diagnosis of bacterial meningitis, PCR is critical for the rapid and reliable detection of viral meningitis pathogens.

Keywords

• BOS
• meningitis
• molecular methods

Santral Sinir Sistemi Enfeksiyonu Ön Tanılı Hastaların Beyin Omurilik Sıvısı Örneklerinin Konvansiyonel ve Moleküler Yöntemlerle İncelenmesi

Abstract

Amaç: BOS örneklerinde bakteriyel ve viral etkenlerin konvansiyonel ve moleküler yöntemlerle saptanması ve elde edilen bulgular doğrultusunda bu yöntemlerin tanısal etkinliklerinin karşılaştırılması amaçlanmıştır. Yöntem: SSS enfeksiyonu ön tanısı almış, 90 hastanın BOS kültür ve polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) sonuçları laboratuvar bilgi kayıt sisteminden geriye dönük olarak tarandı. Bakteriyel etkenlerin tanımlanmasında konvansiyonel kültür yöntemleri(Gram boyama, biyokimyasal testler..vb.) ve otomatize VITEK 2 Compact cihazı (Biomérieux, Fransa) kullanıldı. HSV 1-2, VZV, EV, Parechovirüs, S. pneumoniae, N. meningitidis ve H. influenzae gibi bakteriyel ve viral etken varlığını tespit etmek için Multiplex PCR yöntemi (Anatolia Geneworks Bacterial-Viral Meningitis Panel, Türkiye) kullanıldı. Bulgular: BOS kültüründe 10 (%11,5) örnekte üreme saptandı. Üreme tespit edilen kültürlerin üçünde Metisiline Duyarlı Koagulaz Negatif Stafilacoccus, üçünde Metisiline Dirençli Koagulaz Negatif Stafilacoccus, ikisinde Metisiline Dirençli Stafilacoccus aureus üredi. BOS kültür üremesi olan 10 hastanın altısında beyaz küre sayısında artış gözlendi ve istatiksel olarak anlamlı bulundu(p<0,001). Gram boyaması yapılan tüm BOS örneklerinin 11’inde (%12,2) PMNL varlığı gözlendi. Gram boyamada PMNL varlığı ile kültür pozitifliği arasında istatistiksel olarak anlamlı bir ilişki bulundu(p<0,001). Çalışmada yedi (%6,3) örnekte PCR pozitifliği saptandı. PCR pozitifliği olan yedi örnekte üç adet (%3,3) S. pneumoniae DNA’sı, üç adet (%3,3) HSV-1 DNA’sı ve bir adet (%1,1) VZV DNA’sı saptandı. Sonuç: BOS kültürü, Gram boyama ve hücre sayımı gibi konvansiyonel yöntemler bakteriyel menenjit tanısında halen önemini korurken PCR yönteminin ise özellikle kültür negatif olgularda değerli bir tamamlayıcı tanı aracı olduğu ortaya konmuştur. Kültür yöntemi, bakteriyel menenjitin teşhisinde altın standart olarak kabul edilirken, viral menenjit etkenlerinin hızlı ve güvenilir şekilde tespitinde PCR yöntemi kritik öneme sahiptir.

Keywords

• BOS
• menenjit
• moleküler yöntemler

References

1. 1. Çelebi G. Bakteriyel-viral menenjit ayırımında erken dönemde serum prokalsitonin ve akut faz yanıtlarının değeri [uzmanlık tezi]. Ankara: Hacettepe Üniversitesi Tıp Fakültesi; 2001.
2. 2. Uzun Ö, Ünal S. Güncel Bilgiler Işığında İnfeksiyon Hastalıkları II. Bilim Tıp Yayınevi, Ankara. 2002;602.
3. 3. Karakartal G, Altay G, Arısoy ES. İnfeksiyon Hastalıkları ve Mikrobiyolojisi. In: Topçu A, Söyletir G, Doğanay M, editors. İstanbul: Nobel Tıp Kitabevi, 2002; s. 985–1018.
4. 4. Yılmaz K, Demiray T, Ölmez M, ve ark. A Case of Meningitis and Brain Abscess Due to Streptococcus constellatus. J Biotechnol and Strategic Health Res. 2017;1(1):31-33.
5. 5. Kılıç I, Altuğlu I, Ciçek C, ve ark. Santral Sinir Sistemi Enfeksiyonu Etkeni Enterovirusların RT-PCR ve Hücre KültürYöntemleri ile Saptanması. Mikrobiyol Bul. 2011;45(3):468–477.
6. 6. Attia J, Hatala R, Cook DJ, et al. The rational clinical examination. Does this adult patient have acute meningitis? JAMA. 1999 Jul 14;282(2):175–181.
7. 7. Amin M, Ghaderpanah M, Navidifar T. Detection of Haemophilus influenzae type b, Streptococcus agalactiae, Streptococcus pneumoniae and Neisseria meningitidis in CSF specimens of children suspicious of Meningitis in Ahvaz, Iran. Kaohsiung J Med Sci. 2016 Oct;32(10):501–506.
8. 8. Jarrin I, Sellier P, Lopes A, et al. Etiologies and management of aseptic meningitis in patients admitted to an Internal Medicine Department. Med (United States). 2016;95(2):1–9.

9. 9. Abuhandan M. Meningitis in children: Analysis of 92 cases. Dicle Med J / Dicle Tıp Derg. 2013;40(1):15–20.
10. 10. Andrino da Silva W, Macêdo A, Gomes L, et al. Epidemiological profile of acute bacterial meningitis in the State of Rio Grande do Norte, Brazil. Rev Soc Bras Med Trop 2010;43(4):455–457.
11. 11. Taşkesen M, Taş AM. Çocuklarda Merkezi Sinir Sistemi Enfeksiyonları. Dicle Tıp Derg. 2007;2(34):123–126.
12. 12. Kanra G, Ceyhan M, Kara A. Menenjit II: Klinik bulgular ve tani. Cocuk Sagligi ve Hast Derg. 2003;46(2):128–38.
13. 13. Sünbül M, Esen Ş, Eroğlu C, ve ark. Meninjitli 130 olgunun retrospektif değerlendirilmesi. İnfeksiyon Derg. 1999;13(3):303–308.
14. 14. Çelik İ, Özden M, Kılıçoğlu A, ve ark. Yüz Yirmi Bir Menenjit Olgusunun Retrospektif Olarak Değerlendirilmesi. Klimik Derg. 2003;1(16):11–14.
15. 15. Hussein AS, Shafran SD. Acute Bacterial Meningitis in Childhood. Lancet. 1976;79(6):701.
16. 16. Tülek N, Tanyel E. Santral Sinir Sistemi Enfeksiyonlarına Genel Bakış. In: Topçu W, Söyletir G, Doğanay M, editors. Enfeksiyon Hastalıkları ve Mikrobiyolojisi. İstanbul: Nobel Tıp Kitabevleri, 2008;s. 1375–1390.
17. 17. Ödemiş Başpınar E. Bakteriyel menenjit tanısında BOS kültürü ve BOS PCR yöntemlerinin karşılaştırılması [uzmanlık tezi]. Ankara: Hacettepe Üniversitesi Tıp Fakültesi; 2013.
18. 18. Durand ML, Calderwood SB, Weber DJ, et al. Acute bacterial meningitis in adults--A review of 493 episodes. New England Journal of Medicine.1993;328(1), 21-28.
19. 19. Tunkel AR, Scheld WM. Acute meningitis. In: Mandell G, Douglas R, Bennett J, editors. Mandell, Douglas and Bennett.s Principles and Practice of Infectious DiseasesNew York, 2005; s. 1083–1126.
20. 20. Toprak S, Can K, Çalışkan R, et al. Determination of Bacterial Meningitis Agents by Culture and PCR in Patients Diagnosed with Meningitis. Türk Mikrobiyoloji Cemiy Derg. 2019;49(4):191–196.
21. 21. Yarpuzlu M, Aslan G, Ülger M, et al. Investigation of Bacterial Meningitis Agents from Patients with Suspicion of Non-Neonatal Meningitis by Conventional and Molecular Methods. Türk Mikrobiyoloji Cemiy Derg. 2017;47(4):205–212.
22. 22. Failace L, Wagner M, Chesky M, et al. Simultaneous detection of Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzae and Streptococcus sp. by polymerase chain reaction for the diagnosis of bacterial meningitis. Arq Neuropsiquiatr. 2005;63(4):920–924.
23. 23. De Gans, J., De Beek V. MD. Dexamethasone in Adults With Bacterial Meningitis. N Engl J Med. 1997;347(20):1769–1775.
24. 24. Chakrabarti P, Das BK, Kapil A. Application of 16S rDNA based seminested PCR for diagnosis of acute bacterial meningitis. Indian J Med Res. 2009;129(2):182–188.
25. 25. Aronin SI, Peduzzi P, Quagliarello VJ. Adverse Clinical Outcome and Effect of Antibiotic Timing. Ann Intern Med. 1998;129:862–869.
26. 26. Pişkin N, Yalçı A, Aydemir H, ve ark. İkiyüzkırkdört Erişkin Santral Sinir Sistemi İnfeksiyonu Olgusunun Değerlendirilmesi. Flora. 2004;1(3):119–124.
27. 27. Meyer CN, Samuelsson IS, Galle M, et al. Adult bacterial meningitis: aetiology, penicillin susceptibility, risk factors, prognostic factors and guidelines for empirical antibiotic treatment. Clin Microbiol Infect. 2004;10(8):709–717.
28. 28. Kılıç I, Altuğlu I, Ciçek C, ve ark. Santral Sinir Sistemi Enfeksiyonu Etkeni Enterovirusların RT-PCR ve Hücre KültürYöntemleri ile Saptanması. Mikrobiyol Bul. 2011;45(3):468–477.
29. 29. Akkaya O, Güvenç Hİ, Güzelant A, et al. Investigation of the Causative Agents of Meningitis By Real-Time PCR Method. Türk Mikrobiyoloji Cemiy Derg. 2017;47(3):131–137.
30. 30. Gültepe B, Bayram Y, Güdücüoğlu H, et al. Investigation of Bacterial and Viral Meningitis Agents with Different PCR Methods at a University Hospital. Abant Med J. 2015;4(2):125–129.
31. 31. Çiçek C, Pullukçu H, Kalfaoğlu H, ve ark. Akut Menenjit Kliniği ile Başvuran Hastaların BOS Örneklerinde Viral Etkenlerin Erken Tanısı. Flora. 2015;20(4):174–181.
32. 32. Read SJ, Kurtz JB. Laboratory diagnosis of common herpesvirus infections of the central nervous system by a multiplex PCR assay. J Clin Microbiol. 2001;39(12):4426–4432.
33. 33. Gaeta A, Verzaro S, Cristina LM, et al. Diagnosis of neurological herpesvirus infections: Real time PCR in cerebral spinal fluid analysis. New Microbiol. 2009;32(4):333–340.
34. 34. Chiba N, Murayama SY, Morozumi M, et al. Rapid detection of eight causative pathogens for the diagnosis of bacterial meningitis by real-time PCR. J Infect Chemother. 2009;15(2):92–98.
35. 35. Yıldırım İ, Ceyhan M, Uygun S, ve ark. Bakteriyel Menenjit Vakalarında Neisseria Meningitidis, Haemophilus İnfluenza Tip B ve Streptococcus Pneumoniae’nin Çok Katmanlı, Eş Zamanlı, Tek-Tüp PCR Yöntemiyle Tespiti. 2 Uludağ Pediatr Kış Kongresi. 1971;173.
36. 36. Ceyhan M, Yildirim I, Balmer P, et al. A prospective study of etiology of childhood acute bacterial meningitis, Turkey. Emerg Infect Dis. 2008;14(7):1089–1096.
37. 37. Nhantumbo AA, Cantarelli VV, Caireão J, et al. Frequency of pathogenic paediatric bacterial meningitis in Mozambique: The critical role of multiplex real-time polymerase chain reaction to estimate the burden of disease. Elsevier. 2018;10(9):1–17.