molecular Epidemiology: Prevalence of Human Cutaneous Leishmaniasis in palestine in the period between 2016 and 2024 using Next Generation Sequencing
Date
2025-01-12
Authors
Hanan Abdelmajeed Al-Jawabreh
حنان عبد المجيد عبد العزيز المناصرة /الجوابرة
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Al-Quds University
Abstract
Background: Leishmaniasis is a vector-borne disease caused by protozoan parasite of the
genus Leishmania. The infection is transmitted by bite of infected female sandflies of the
genus Phlebotomus in the old world or Lutzomyia in the new world. The diagnosis is made
by stained smear microscopy, in-vitro culture, and DNA-based detection methods.
Materials and Methods: In this study that spanned from 2016 to 2024 included patients
from eleven districts in the West Bank of Palestine. The diagnostic methods used in the
study included microscopy of Giemsa-stained touch smears, in-vitro culture using NNN
medium, and ITS1-PCR. The amplicon-based next-generation sequencing of ITS1-219
was included in the comparison part of the study. The comparison arm of the study
compared two groups, CL-confirmed group in w were positive by any of the tests used in
the epidemiologic part of the study and a non-CL group which were negative by all
diagnostic methods. The NGS1-219-PCR was compared to ITS1-PCR, which is considered
as a gold standard owing to its superiority over microscopy and in-vitro culture.
Results: The positivity rate during the study period was 17% (213/1262) with a
prevalence of 7.0 per 100,000. The annual incidence rate 0.84 per 100,000 (25 cases per
year) with approximately equal distribution between males (52%) and females (48%).
The age range between 0 to 14 yrs was the most affected by CL. The CL lesions
primarily affected the head (45%), followed by the upper extremities (38%) and the lower
extremities (17%).
The choropleth mapping showed that Jericho is still the district with highest annual
incidence rate (21 per 100,000). The study revealed that Leishmania tropica is the
predominating species with L. major restricted mainly to Jericho. The year 2017 was the
last year to witness a CL peak in Palestine with Jericho contributing to 40% of peak cases.
More than half (52%) of the cases appeared in the months of January to March. As for the
comparison arm of the study, ITS1-219-NGS was shown to have a higher sensitivity of
94% compared to the imperfect gold standard (ITS1-PCR) of 86%. The agreement between
the two tests was fair (Kappa-0.24) only agreed on 56% of the cases only. Furthermore, the
standard ITS1-PCR was unable to genotype 29 CL cases but were genotyped by ITS1-219-
NGS and confirmed by BLAST search. Unlike the ITS1-PCR, imperfect gold standard,
ITS1-219-NGS genotypes all its positive results correctly as confirmed by BLAST search.
Moreover, 13 ITS1-PCR weak positive CL cases were found to be negative by ITS1-219-
NGS and upon BLAST search shown to be contamination of human and bacterial origin.
Conclusion: Jericho area remains the main focus of CL in Palestine with L. tropica as the
main species in the country and L. major restricted to Jericho area. Incidence rate has
dropped compared to the two decades preceding this study as result of control measures
implemented. Amplicon-based NGS is a feasible, highly sensitive, and high throughput
diagnostic method with accurate species identification that can be used in clinical practice
and epidemiologic survey.
داء الليشمأنيا هو مرض يتناقل عن طريق الذباب ويسببه طفيلي اولي يسمى الليشمانيا، تنتقل العدوى عن طريق لدغة أنثى ذبابة الرمل المصابة، يتم التشخيص عن طريق الفحص المجهري لشريحة الدم المأخوذة من المنطقة المصابة، وعن طريق الزراعة في المختبر، وطريقة الكشف القائمة على الحمض النووي. المواد والطرق: في هذه الدراسة التي امتدت من عام 2016 الى عام 2024 شملت مرضى من احدى عشر منطقة في الضفة الغربية الفلسطينية، تضمنت طرق التشخيص المستخدمة في الدراسة الفحص المجهري للعينة المصبوغة بصبغة جيمسا ، وفحص الزراعة باستخدام الوسط الغذائي NNN ، كذلك تم استخدام تقنية فك الشيفره الوراثيه الحديثة بالجيل التالي ((NGS القائم على مضاعفة جزءمعين من الجين-NGS 219ITS1- في جزء المقارنة من الدراسة ، حيث تم مقارنة في مجموعتين ، مجموعة ايجابية أي إصابة مؤكدة بواسطة أي من الاختبارات المستخدمة ، ومجموعة سلبية بجميع طرق التشخيص، تمت مقارنة نتائج ITS1-PCR مع نتائج NGS1-219-PCR والذي يعتبر معيار ذهبي نظرا لتفوقه على الفحص المجهري و فحص الزراعة. النتائج: كان معدل الإصابات خلال فترة الدراسة 17% (213/1262) بمعدل أنتشار7 لكل 100,000. حددت الدراسة أن معدل الإصابة السنوي 0.84 لكل 100,000، (25 حالة في السنة) مع توزيع متساو تقريبا بين الذكور (52%) والأناث (48%). كانت الفئة العمرية بين 0-14 عاما هي الأكثر تأثرا بهذا المرض، كانت أغلب الإصابات (45%) في الرأس، و(38%) في المناطق العلوية من الجسم والأطراف السفلية (17%). أظهرت خريطة توزيع الحالات أن أريحا لا تزال منطقة ذات أعلى معدل إصابة سنوي (21لكل 100,000). كشفت الدراسة أن الليشمأنيا المدارية هي النوع السائد مع اقتصار الليشمانيا الكبرى بشكل أساسي على أريحا. كان عام 2017 هو العام الأخير الذي شهد ذروة الإصابات بهذا المرض في فلسطين حيث ساهمت أريحا بنسبة 40% من الحالات. ظهرت أكثر من نصف الحالات (52%) في شهري كانون ثاني إلى آذار. أما بالنسبة للمقارنة طريقتي الفحص فقد تبين أن ITS1-219-NGS يتمتع بحساسية اعلى بنسبة 94% مقارنة بنتائج ITS1-PCR (85%). وكان معامل التوافق k=0.24 فقط 56% من الحالات وكذلك فلم يتمكن فحص ITS1-PCR من تحديد النمط الجيني ل 29 عينة ولكن تم تحديد النمط الجيني لها بواسطة ITS-219-NGS وتم تأكيده من خلال بحث BLAST على عكس ITS1-PCR. تمكن ITS1-219-NGS من تحديد نوع الليشمانيا لجميع نتائجه الإيجابية بشكل صحيح كما أكده بحث BLAST في بنك الجينات، علاوة على ذلك وجد أن 13 حالة إيجابية على ITS1-PCR كانت سلبية بواسطة ITS1-PCR-NGS وعند بحث BLAST تبين أنها تلوث من أصل بشري أوبكتيري . الاستنتاج: تظل أريحا هي البؤرة الرئيسية لمرض الليشمانيا في فلسطين حيث تعتبر الليشمانيا الاستوائية (L. tropica) هي النوع الرئيسي والليشمانيا الكبرى ((L. major محصورة في أريحا. إنخفض معدل الإصابة مقارنة بالعقدين السابقين في هذه الدراسة نتيجة لتدابير المكافحة التي تم تنفيذها. الفحص التشخيصي القائم على الامبليكون من NGS هو طريقة تشخيصية مجدية وحساسة للغاية وعالية الأنتاجية مع تحديد دقيق للأصناف ويمكن استخدامها في التشخيص وفي المسح الوبائي.
داء الليشمأنيا هو مرض يتناقل عن طريق الذباب ويسببه طفيلي اولي يسمى الليشمانيا، تنتقل العدوى عن طريق لدغة أنثى ذبابة الرمل المصابة، يتم التشخيص عن طريق الفحص المجهري لشريحة الدم المأخوذة من المنطقة المصابة، وعن طريق الزراعة في المختبر، وطريقة الكشف القائمة على الحمض النووي. المواد والطرق: في هذه الدراسة التي امتدت من عام 2016 الى عام 2024 شملت مرضى من احدى عشر منطقة في الضفة الغربية الفلسطينية، تضمنت طرق التشخيص المستخدمة في الدراسة الفحص المجهري للعينة المصبوغة بصبغة جيمسا ، وفحص الزراعة باستخدام الوسط الغذائي NNN ، كذلك تم استخدام تقنية فك الشيفره الوراثيه الحديثة بالجيل التالي ((NGS القائم على مضاعفة جزءمعين من الجين-NGS 219ITS1- في جزء المقارنة من الدراسة ، حيث تم مقارنة في مجموعتين ، مجموعة ايجابية أي إصابة مؤكدة بواسطة أي من الاختبارات المستخدمة ، ومجموعة سلبية بجميع طرق التشخيص، تمت مقارنة نتائج ITS1-PCR مع نتائج NGS1-219-PCR والذي يعتبر معيار ذهبي نظرا لتفوقه على الفحص المجهري و فحص الزراعة. النتائج: كان معدل الإصابات خلال فترة الدراسة 17% (213/1262) بمعدل أنتشار7 لكل 100,000. حددت الدراسة أن معدل الإصابة السنوي 0.84 لكل 100,000، (25 حالة في السنة) مع توزيع متساو تقريبا بين الذكور (52%) والأناث (48%). كانت الفئة العمرية بين 0-14 عاما هي الأكثر تأثرا بهذا المرض، كانت أغلب الإصابات (45%) في الرأس، و(38%) في المناطق العلوية من الجسم والأطراف السفلية (17%). أظهرت خريطة توزيع الحالات أن أريحا لا تزال منطقة ذات أعلى معدل إصابة سنوي (21لكل 100,000). كشفت الدراسة أن الليشمأنيا المدارية هي النوع السائد مع اقتصار الليشمانيا الكبرى بشكل أساسي على أريحا. كان عام 2017 هو العام الأخير الذي شهد ذروة الإصابات بهذا المرض في فلسطين حيث ساهمت أريحا بنسبة 40% من الحالات. ظهرت أكثر من نصف الحالات (52%) في شهري كانون ثاني إلى آذار. أما بالنسبة للمقارنة طريقتي الفحص فقد تبين أن ITS1-219-NGS يتمتع بحساسية اعلى بنسبة 94% مقارنة بنتائج ITS1-PCR (85%). وكان معامل التوافق k=0.24 فقط 56% من الحالات وكذلك فلم يتمكن فحص ITS1-PCR من تحديد النمط الجيني ل 29 عينة ولكن تم تحديد النمط الجيني لها بواسطة ITS-219-NGS وتم تأكيده من خلال بحث BLAST على عكس ITS1-PCR. تمكن ITS1-219-NGS من تحديد نوع الليشمانيا لجميع نتائجه الإيجابية بشكل صحيح كما أكده بحث BLAST في بنك الجينات، علاوة على ذلك وجد أن 13 حالة إيجابية على ITS1-PCR كانت سلبية بواسطة ITS1-PCR-NGS وعند بحث BLAST تبين أنها تلوث من أصل بشري أوبكتيري . الاستنتاج: تظل أريحا هي البؤرة الرئيسية لمرض الليشمانيا في فلسطين حيث تعتبر الليشمانيا الاستوائية (L. tropica) هي النوع الرئيسي والليشمانيا الكبرى ((L. major محصورة في أريحا. إنخفض معدل الإصابة مقارنة بالعقدين السابقين في هذه الدراسة نتيجة لتدابير المكافحة التي تم تنفيذها. الفحص التشخيصي القائم على الامبليكون من NGS هو طريقة تشخيصية مجدية وحساسة للغاية وعالية الأنتاجية مع تحديد دقيق للأصناف ويمكن استخدامها في التشخيص وفي المسح الوبائي.
Description
Keywords
Citation
Al-Jawabreh، Hanan Abdelmajeed. (2025). molecular Epidemiology: Prevalence of Human Cutaneous Leishmaniasis in palestine in the period between 2016 and 2024 using Next Generation Sequencing [رسالة ماجستير منشورة، جامعة القدس، فلسطين]. المستودع الرقمي لجامعة القدس.