Enteric infection caused by enteroaggregative Escherichia coli in children from Brazilian semiarid: characterization of diagnosis, virulence-related genes profile and coinfection

Enteroaggregative Escherichia coli (EAEC) is one of the most prevalent enteric E. coli pathotype associated with diarrhea and asymptomatic infections in children less than five years of age living in developing countries. In the present study, we investigated the socioeconomic determinants related to the development of diarrhea or asymptomatic infection in the childhood population colonized by the EAEC, as well as the influence of virulence-related genes (GRVs) and coinfections during clinical manifestations. In order to better understand the versatility of this infection and to identified DNA markers for potential intervention or used to measure the infection severity. A cross-section study of diarrhea etiology in children aging 2-36 months old from Brazilian semiarid was conducted during 2009 to 2011. Data on health and socio-economic status and health-related behaviors and habits, collected via questionnaires, anthropometric measurements and stool sample have collected from all participants. The extracted DNA and RNA were used for the diagnosis of the enteropathogenic panels (bacteria, viruses and protozoa) by the Luminex platform. EAEC was detected in 54.6% (650/1191) of the children. Only 232 samples identified with the two genetic targets of EAEC diagnoses were selected to the evaluation of 27 GRVs investigated by polymerase chain reactions. Our results showed that children aged 0-6 months, mothers aged 14-25 years and non-exclusive breastfeeding were associated with the development of diarrhea; while the asymptomatic infection was correlated with the third year of infant life, non-exclusive breastfeeding, untreated water sources, and reduction of weight-for-height z scores when compared to the diarrheic group. In the evaluation of GRVs, the plasmid-borne gene encoding a hexosyltransferase homolog (capU) was the most frequently detected (89.7%). The gene encoding enterotoxin EspC (espC) was correlated with diarrhea infantile and its severe condition. While the presence of the hypothetical plasmid-encoded hemolysin (aar) was associated with a reduction of the number of diarrhea days and episodes by day. In addition, only AAF/IV fimbrial subunit (agg4A) was associated significantly with the control group. Regarding coinfections analysis, the most detected co-pathogen was atypical enteropathogenic Escherichia coli (aEPEC) (43,5%), followed by Giardia lamblia (23.5%), enterotoxigenic Escherichia coli (20.7%). The combination of EAEC and Giardia lamblia in the absence of aEPEC was associated specifically with the control group. Our data indicate that different VRGs and coinfection profile could influence diarrhea outcomes. The espC gene is proposed as an indicator of disease severity increase, whereas the aar would indicate the opposite effect.Escherichia coli enteroagregativa (EAEC) é um dos mais prevalentes agentes etiológicos associados à infecções em crianças menores de cinco anos de idade principalemte em países em desenvolvimento. No presente trabalho, investigou-se os determinates sócioeconômicos vinculados ao desenvovimento da diarreia ou infecção asssintomática na população infantil colonizada pela EAEC, bem como a influência do perfil de genes relacionados à virulência (GRVs) e coinfecções durante as manifestações clínicas. Estas análises podem contribuir para o entendimento da versatilidade dessa infecção e identificar possíveis biomarcadores de fragmentos de DNA que podem ser utilizados para avaliar a evolução da gravidade da doença ou como medida de intervenção da infecção. O estudo transversal de etiologia de diarreia infantil foi realizado em crianças de 2-36 meses de idade residentes no Semiárido brasileiro. Questionário sobre as condições socioeconômicas das famílias foi aplicado no momento da coleta das amostras fecais. O DNA e RNA extraídos foram utilizadoa para os diagnósticos dos painéis de enteropatógenos (bactérias, virus e protozoários) pela plataforma Luminex. Detectou-se EAEC em 54,6% (650/1191) das crianças. A heterogeneidade da infecção causada pela EAEC foi avaliada pela pesquisa de 27 GRVs investigados por reações de polimerase em cadeia. Para essas análises foram selecionadas 232 crianças identificadas com os dois alvos genéticos de diagnósticos da EAEC. Observam-se que as crianças na primeira infância, mães com idade entre 14 a 25 anos e amamentação não exclusiva foram associados ao desenvolvimento da diarreia; enquanto a infeção assintomática foi correlacionada ao terceiro ano de vida infantil, à amamentação não-exclusiva, à fontes de água não tratadas e à redução dos índices de z-escores de peso-por-altura quando comparados ao grupo diarreico. Na avaliação de GRVs, o gene transmitido pelo plasmídeo que codifica um homólogo de hexosiltransferase (capU) foi o mais frequentemente detectado (89,7%). O gene que codifica a enterotoxina EspC (espC) foi correlacionado com a diarréia infantil e sua condição grave. Enquanto a presença do gene da hemolisina hipotética codificada pelo plasmídeo (aar) foi associado a redução do número de dias e episódios de diarreia por dia. Contudo, apenas a subunidade fimbrial AAF/IV (agg4A) foi correlacionada significativamente ao grupo controle. Quanto à análise das coinfecções, o co-patógeno mais detectado foi Escherichia coli enteropatogênica atípica (aEPEC) (63,1%), seguido de Giardia lamblia (23,5%), Escherichia coli enterotoxigênica (20,7%). A combinação de EAEC e Giardia lamblia na ausência de aEPEC foi associada especificamente ao grupo controle. Nossos dados indicam que específicos GRVs e coinfecções podem influenciar na indução diarréia. O gene espC é proposto como um indicador do aumento da gravidade da doença, enquanto o aar indicaria o efeito oposto