Quantificação e caracterização genotípica de Cryptosporidium spp. isolados de água bruta superficial e esgoto bruto para a monitorização em mananciais de abastecimento público na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) / Quantification and molecular characterization of Cryptosporidium spp. from raw surface water and raw sewage for the monitoring of public water supply sources in the metropolitan region of São Paulo

As doenças de veiculação hídrica, sobretudo aquelas causadas por protozoários intestinais, emergiram como um dos principais problemas de saúde pública. Diferentes aspectos são abordados sobre a biologia e a epidemiologia dos principais protozoários parasitas de transmissão hídrica. Cryptosporidium está descrito como um importante parasita associado a casos de surtos de veiculação hídrica e alimentos no mundo. A epidemiologia complexa desse protozóario e o fato de que a maioria das espécies e genótipos não pode ser diferenciada morfologicamente, aumentam o interesse por metodologias sensíveis e rápidas na detecção de espécies responsáveis pela infecção em humanos. Neste estudo foram avaliadas 50 amostras de água bruta superficial, coletadas no Rio São Lourenço da Serra (P1A) e Represa de Guarapiranga (P2A) e 50 de esgoto bruto coletadas em São Lourenço da Serra (P1E) e no poço vertical de Taboão da Serra (P2E) entre os meses de janeiro e dezembro de 2013. O isolamento dos oocistos na água foi realizado pelo Método 1623.1 e as amostras de esgoto bruto por centrifugação, separação imunomagnética (IMS). A caracterização genotípica ocorreu por meio da nested PCR, clonagem e sequenciamento com base no gene 18S rRNA comum a todas as espécies de Cryptosporidium. O ensaio de PCR em tempo real (qPCR) foi avaliado simultaneamente para detecção e quantificação de oocistos nas amostras. De acordo com os resultados obtidos pela nested PCR, Cryptosporidium foi detectado na água bruta superficial em 12 por cento (3/25) no manancial P1A e 16 por cento (4/25) no P2A. No esgoto bruto o parasito foi detectado em 20 por cento (5/25) das amostras no ponto P1E e 24 por cento (6/25) no poço vertical P2E. A qPCR detectou 52 por cento (0,79 a 1,85 oocistos/L) de amostras positivas no manancial P1A e o parasito foi detectado em 64 por cento (0,72 a 1,4 oocistos/L) no manancial P2A. No esgoto bruto 72 por cento das amostras foram positivas tanto no ponto P1E (7 a 655 oocistos/L) como no P2E (5 a 519 oocistos/L). A caracterização molecular permitiu a identificação de C. parvum e C. hominis na água bruta superficial, e C. hominis, C. parvum, e C. muris no esgoto bruto. As espécies do gênero Cryptosporidium identificadas neste estudo apresentam expressiva relevância para o desenvolvimento da doença humana. Neste sentido, as metodologias de concentração e caracterização empregadas nas análises demonstraram no geral, o potencial para aplicação em estudos de vigilância ambiental e foram úteis na diferenciação de espécies patogênicas. A presença de C. muris associada às espécies antroponóticas identificadas auxiliou na investigação de prováveis fontes de contaminação no ambiente confirmando a necessidade da expansão de medidas efetivas para proteção destes mananciais.

Waterborne diseases, especially those caused by intestinal protozoa, have emerged as a major public health problem. Different aspects are addressed on the biology and epidemiology of most waterborne protozoan parasites. Cryptosporidium is described as an important parasite associated with cases of waterborne and food outbreaks in the world. The complex epidemiology of this protozoan, as well as the fact that most species and genotypes cannot be differentiated morphologically, increase the interest for sensitive and rapid methods for the detection of species responsible for infection in humans. In this study, 50 samples of raw surface water were collected from São Lourenço River (P1A) and Guarapiranga Dam (P2A), and 50 samples of raw sewage were collected from São Lourenço da Serra (P1E) and from Taboão da Serras vertical well (P2E), between January and December of 2013. The isolation of oocysts in water was carried out by the USEPA Method 1623.1 and raw sewage samples were processed by centrifugation, immunomagnetic separation (IMS). Genotypic characterization occurred by nested PCR, cloning and sequencing based on 18S rRNA gene, which is common to all Cryptosporidium species. Real time PCR assays (qPCR) were carried out both for detection and quantification of oocysts simultaneously in the samples. According to the results obtained by nested PCR, Cryptosporidium was detected in raw surface water in 12 per cent (3/25) of samples at P1A and in 16 per cent (4/25) at P2A. In raw sewage the parasite was detected in 20 per cent (5/25) of samples at P1E and 24 per cent (6/25) in P2E vertical well. qPCR detected 52 per cent (0.79 to 1.85 oocysts/L) of positive samples at P1A, while the parasite was detected in 64 per cent (0.72 to 1.4 oocysts/L) of samples at P2A water supply. Regarding raw sewage, 72 per cent of samples were positive both at P1E (7 to 655 oocysts/L) and P2E (5 to 519 oocysts/L Molecular characterization allowed the identification of C. parvum and C. hominis in raw surface water, and C. hominis, C. parvum and C. muris in raw sewage. Cryptosporidium species identified herein belong to a group of organisms of significant relevance in waterborne diseases. Therefore, concentration and characterization methodologies applied in our analyses showed to be useful for environmental surveillance studies, as well as they were useful in the differentiation of human pathogens. The presence of C. muris associated to anthroponotic species helped in the investigation of likely contamination sources in the environment, confirming the need of expansion in effective measures to protect these water supplies.

A modified method for detecting Cryptosporidium oocysts using DNA templates extracted from environmental samples / Método modificado para detecção de oocistos de Cryptosporidium utilizando DNA extraído de amostras ambientais

The protozoan parasite Cryptosporidium has emerged as one of the most important water contaminants, causing outbreaks of waterborne diarrhea worldwide. In order to assess the importance for public health of this pathogen’s presence in environmental samples, several methods have been developed to isolate and detect Cryptosporidium oocysts. In the present study, a reliable and reproducible method has been standardized for detecting and identifying Cryptosporidium oocysts in water samples in the State of São Paulo, Brazil as the first step for future genotyping studies. Water samples were concentrated by filtration, and then subjected to ultrasound in Tween 80 0.1%, the obtained sediment was transferred into micro tubes containing 1.0 ml of distilled water and stored at -20ºC. DNA was extracted with the addition of 1% PVP in lysis buffer, the organic extraction was performed in Phase Lock GelHeavy®. There was a 214 bp amplification on the expected fragment in five out of the 11 water samples analyzed. The results of this study demonstrated the application usefulness of the standardized test in epidemiological studies and surveillance programs because the technology allowed to increase significantly the amount of amplified product.

O protozoário parasito Cryptosporidium tem emergido como um dos mais importantes contaminantes da água, causando surtos de diarreia de veiculação hídrica em todo mundo. Para avaliar o significado, para a saúde pública,da presença desse agente patogênico em amostras ambientais, vários métodos têm sido desenvolvidos para isolar e detectar oocistos de Cryptosporidium. No presente estudo foi padronizado um método confiável e reprodutível para detectar e identificar oocistos de Cryptosporidium em amostras de água no Estado de São Paulo, Brasil, comoo primeiro passo para futuros estudos de genotipagem. Amostras de água foram concentradas por filtração,submetidas a ultrasom em solução de Tween 80 a 0.1%; o sedimento obtido foi transferido para microtuboscontendo 1,0 ml de água destilada e conservado a -20ºC. O DNA foi extraído com adição de 1% de PVP no tampão de lise; a extração foi realizada em tubo Phase Lock Gel Heavy®. Houve amplificação do fragmento esperado de 214 bp em cinco das 11 amostras de água analisadas. Os resultados deste estudo demonstraram a utilidade deaplicação do teste padronizado em estudos epidemiológicos e em programas de vigilância, em virtude da técnica ter apresentado sensibilidade para incrementar significativamente a quantidade de produto amplificado.

Ocorrência de Giardia, Cryptosporidium e microsporídios em animais silvestres em área de desmatamento no Estado de São Paulo, Brasil / Occurrence of Giardia, Cryptosporidium and microsporidia in wild animals from a deforestation area in the state of São Paulo, Brazil

A ocorrência de Giardia, Cryptosporidium e microsporídios foi investigada por meio da análise de 98 amostras fecais de animais silvestres capturados em uma área de desmatamento para a construção das barragens de Paraitinga e Biritiba, localizadas nos Municípios de Mogi das Cruzes, Salesópolis e Biritiba-Mirim, no Estado de São Paulo. As amostras foram obtidas de 46 roedores, 21 marsupiais, 16 sapos, nove morcegos, três primatas e três lagartos. As técnicas de centrífugo-flutuação com sulfato de zinco, de Kinyoun e a coloração de Gram-Chromotrope foram utilizadas, respectivamente, para a pesquisa de Giardia, de Cryptosporidium e de microsporídios. O total de animais parasitados por um dos protozoários investigados foi de 17,35 por cento (17/98). Cistos de Giardia foram encontrados em amostras fecais de dois pequenos roedores da espécie Coendou villosus (ouriço-cacheiro). Os três animais positivos para Cryptosporidium foram roedores das espécies Akodon montensis, Thaptomys nigrita (ambos conhecidos como ratos do mato) e Sciurus aestuans (serelepe ou caxinguelê). Esporos de microsporídios foram encontrados nas fezes de 12 animais, sendo seis roedores das espécies Oligoryzomys sp.(um), Akodon montensis (três) e Coendou villosus (dois), três marsupiais pertencentes às espécies Didelphis aurita (dois) e Marmosops incanus (um) e três morcegos da espécie Diphylla ecaudata. Este é o primeiro relato de microsporidiose em animais silvestres no Brasil. A presente investigação enfatiza a importância de animais silvestres, particularmente pequenos mamíferos, como potenciais fontes de infecção desses protozoários para outras populações animais, incluindo o homem, em áreas de desmatamento.

The occurrence of Giardia, Cryptosporidium and microsporidia was investigated in 98 faecal specimens from wildlife animals, captured in an area of deforestation for the construction of two water reservoirs (Paraitinga and Biritiba), located in the municipalities of Mogi das Cruzes, Salesópolis and Biritiba-Mirim, in the state of São Paulo (Brazil). Samples were obtained from 46 rodents, 21 marsupials, 16 frogs, 9 bats, 3 tamarins and 3 lizards. For the detection of Giardia, Cryptosporidium and microsporidia it was used, respectively, the floatation technique with lead sulphate, the Kinyoun method and the Gram-Chromotrope staining. The total number of parasitized animals by one of these protozoans was 17.35 percent (17/98). Cysts of Giardia were found in faecal samples from 2 prehensile-tailed porcupines (Coendou villosus). The three positive animals for Cryptoporidium were rodents - 1 montane akodont (Akodon montensis), 1 ebony akodont (Thaptomyces nigrita) and 1 guainan squirrel (Sciurus aestuans). Microporidia spores were seen in the stools of 12 animals - 6 small rodents, including 3 montane akodonts, 1 prehensile-tailed porcupine and 2 pigmy rice rats (Oligoryzomys sp.); 3 marsupials, including 1 gray slender mouse opossum (Marmosops incanus) and 2 big eared opossums (Didelphis aurita); 3 hairy-legged vampire bats (Diphylla ecaudata). This is the first description of microsporidiosis in wildlife animals in Brazil. The present study emphasizes the importance of these animals, particularly small mammals, as potential sources of protozoan infection to other animal populations, including man, in areas of deforestation.

Protocol for DNA extraction of Cryptosporidium spp. oocysts in fecal samples / Protocolo para extração de DNA de oocistos de Cryptosporidium spp. em amostras fecais

Molecular characterization of Cryptosporidium spp.oocysts in clinical samples is useful for public health since it allows the study of sources of contamination as well as the transmission in different geographical regions. Although widely used in developed countries, in Brazil it is restricted to academic studies, mostly using commercial kits for the extraction of genomic DNA, or in collaboration with external reference centers, rendering the method expensive and limited. The study proposes the application of the modifications recently introduced in the method improving feasibility with lower cost. This method was efficient for clinical samples preserved at -20 °C for up to six years and the low number of oocysts may be overcomed by repetitions of extraction.

A caracterização molecular de oocistos de Cryptosporidium spp. em amostras clínicas é útil à saúde pública, pois permite estudo das fontes de contaminação e a transmissão em determinadas regiões geográficas. Apesar de largamente utilizada em países desenvolvidos, no Brasil está restrita aos estudos acadêmicos, na maioria utilizando kits comerciais para extração do DNA genômico, ou em colaborações com centros de referência externos, o que torna o método caro e limitado. Este estudo propõe a introdução de modificações nos métodos existentes para melhorar a viabilidade e baixar custos. O método proposto foi eficiente em amostras clínicas preservadas a -20 °C por até seis anos e o baixo número de oocistos pode ser contornado por replicadas extrações de DNA.

Genotipagem de Cryptosporidium spp. provenientes de amostras de águas superficiais e recreacionais como fonte de informação da dispersão de espécies no ambiente, 2006-2008 / Genotyping of Cryptosporidium spp. from superficial and recreational waters samples as source of information of species dispersion in the environment, 2006-2008

As doenças causadas por patógenos emergentes e oportunistas são uma grande preocupação para os profissionais de Saúde Pública. A criptosporidiose é uma doença cosmopolita, cujo agente etiológico é o protozoário coccídia Cryptosporidium. Este parasita emergiu como um importante patógeno de veiculação hídrica, responsável por surtos em diferentes países e atualmente é considerado um problema para indivíduos imunocomprometidos e imunocompetentes. A taxonomia do gênero, baseada em aspectos morfológicos, é de difícil realização devido ao reduzido tamanho dos oocistos e também devido à perda de suas características morfológicas, principalmente em amostras ambientais. Essa limitação estimulou a aplicação de métodos moleculares na identificação das espécies destes microrganismos. Neste estudo, amostras de águas superficiais foram submetidas à ested-PCR para detecção de Cryptosporidium. No total 30 amostras de águas de 10 pontos de coleta situados no estado de São Paulo foram analisadas. Cryptosporidium foi detectado em 30 por cento das amostras analisadas e a genotipagem permitiu a identificação de C. hominis, C. meleagridis e C. andersoni. Embora a identificação de Cryptosporidium em amostras ambientais seja uma tarefa complexa, os métodos moleculares são essenciais para determinação de espécies, ajudando a elucidar a epidemiologia deste protozoário em nosso país.