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Revista Peruana de Medicina Experimental y Salud Publica logoLink to Revista Peruana de Medicina Experimental y Salud Publica
. 2025 Mar 18;42(1):70–75. doi: 10.17843/rpmesp.2025.421.14390
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Detection of Streptococcus pneumoniae in sterile liquids using real-time PCR (qPCR) in hospitalized patients with suspected invasive pneumococcal disease

Brayan E Gonzales 1,2, Erik H Mercado 1,2, Marcela Lopez-Briceño 1, David Durand Vara 1, Francisco Campos 2,3, Eduardo Chaparro 4,5, Olguita Del Águila 2,6, María E Castillo 4,7, Andrés Saenz 2,8, Isabel Reyes 2,9, Roger Hernandez 4,5, Theresa J Ochoa 1,4
PMCID: PMC12176015  PMID: 40498937

ABSTRACT

The standard for diagnosing invasive pneumococcal disease (IPD) is to isolate pneumococcus in culture. However, the etiological agent cannot be identified in some patients, especially those who received empirical antibiotic therapy. This study aimed to detect pneumococcus in normally sterile fluids by qPCR in patients with suspected IPD hospitalized in Lima. qPCR had a detection limit of 1.2 x 101 genome copies/uL. Of the 71 clinical samples (51 were pleural fluid [PF] and 20 were cerebrospinal fluid [CSF]), 29.4% (28/71) were positive for pneumococcus by culture and 71.8% (51/71) were positive by qPCR, including 78.4% (40/51) in PF and 55.0% (11/20) in CSF. Of the positive samples, 13/51 were serotype 19A. The detection of pneumococcus was almost double by qPCR compared to the conventional microbiological method. Therefore, molecular methods such as qPCR should be implemented to improve the identification and timely treatment of IPD in Peru and in the region.

Keywords: Streptococcus pneumoniae; qPCR, invasive pneumococcal disease; pneumoniae; meningitis, molecular methods

INTRODUCTION

Streptococcus pneumoniae (pneumococcus) is a Gram-positive, encapsulated diplococcus with more than 100 serotypes that causes high morbidity and mortality rates, particularly in children, older adults, and patients with chronic diseases in low- and middle-income countries 1. Pneumococcus causes non-invasive disease (otitis or sinusitis) and invasive pneumococcal disease (IPD) such as bacteremia, pneumonia, and meningitis. It is one of the leading causes of acute otitis media, pneumonia, and bacterial meningitis in children after the introduction of the Haemophilus influenzae type b vaccine worldwide 2. Although the incidence of IPD has increased in the last two decades, it is expected to decline with the widespread use of pneumococcal conjugate vaccines (PCV) 3.

Microbiological culture is the primary method for detecting S. pneumoniae and diagnosing IPD, but it often yields negative results in patients who have received antibiotics prior to sample collection. The use of BioFire® FilmArray®Panels offers high accuracy in pathogen detection, but they are expensive and difficult to access for many healthcare centers 4. Because of this, the use of more accessible molecular tests is recommended, such as conventional PCR or real-time PCR (qPCR), which offer results comparable to automated methods 5.

Given this situation, there is a need to evaluate usually-sterile fluids using molecular methods to optimize diagnosis. Molecular methods such as qPCR are used in blood, pleural fluid (PF), and cerebrospinal fluid (CSF) samples 6,7. The sensitivity and specificity of these methods are higher than those of microbiological methods 8 and represent a promising strategy for identifying these pathogens in patients with clinical suspicion of IPD.

In the absence of local data on the use of molecular methods in clinical samples, we conducted this study in order to determine pneumococcus in normally sterile fluids using qPCR in hospitalized patients with suspected IPD in national hospitals and private clinics in Lima, Peru, between 2016 and 2023.

KEY MESSAGES

Motivation for the study. Invasive pneumococcal disease (IPD) is usually diagnosed by microbiological culture to detect pneumococcus. However, this is sometimes not possible, particularly in patients who have previously received antibiotics. This study sought to detect pneumococcus using a molecular technique such as qPCR in hospitalized patients in Lima with suspected IPD.

Main findings. qPCR detected a higher frequency of pneumococcus than the standard microbiological technique.

Implications for public health. These findings suggest that the implementation of qPCR could significantly improve the identification and treatment of IPD in Peru.

THE STUDY

Study design

Multicenter cross-sectional case series study of IPD in seven national hospitals (2 de Mayo National Hospital, Cayetano Heredia National Hospital, National Pediatric Emergency Hospital, Daniel Alcides Carrión National Hospital, Edgardo Rebagliati Martins National Hospital, San Bartolomé Mother and Child Teaching Hospital, and the National Institute of Child Health in Breña) and seven clinics and private laboratories (Centenario Clinic, International Clinic, Anglo-American Clinic, Delgado Clinic, Good Hope Clinic, ROE Laboratories, and Medlab Laboratories) in Lima, Peru, between 2016 and 2023.

Study population

Hospitalized patients of all ages with suspected pneumonia (with pleural effusion or empyema) or bacterial meningitis with samples of normally sterile fluids (pleural fluid and CSF) that were collected by the treating physician during hospital care for diagnostic purposes and that met the case definition.

Case definition

Invasive pneumococcal disease: clinical suspicion of pneumococcal infection in patients with meningitis, pneumonia with effusion or empyema, bacteremia, septic arthritis, and bacterial peritonitis. For this study, we only included patients diagnosed with community-acquired pneumonia with parapneumonic effusion or empyema and bacterial meningitis with a positive or negative microbiological result for pneumococcus performed at the participating hospital or clinic.

Community-acquired pneumonia: lung infection, usually within seven days, with symptoms and signs of respiratory distress (fever, tachypnea, hypoxemia, dyspnea, pleuritic pain, cough, mucopurulent sputum production, signs of consolidation or effusion such as dullness, crackles, decreased breath sounds), and evidence of pulmonary consolidation on chest X-ray.

Parapneumonic effusion: presence of fluid in the pleural space ≥5 cm on chest X-ray or chest ultrasound with characteristics of exudate [pleural fluid protein/blood protein ratio >0.5, lactate dehydrogenase (LDH) pleural fluid/blood LDH ratio >0.6, pleural fluid LDH >2/3 upper normal limit in blood].

Empyema: Exudate in the pleural space with the presence of pus and/or Gram stain or positive culture in pleural fluid.

Bacterial meningitis: inflammation of the meninges, with signs and symptoms of fever, neck stiffness, altered level of consciousness, and headache, as well as CSF with leukocytes ≥10 cells/mm3 with a predominance of polymorphonuclear cells, proteins >40 mg/dL, glucose <40 mg/dL, or CSF/blood glucose ratio <0.5 9.

Clinical data

Basic demographic and clinical data were collected from medical records, including age, sex, day of sample collection after hospitalization, previous use of antibiotics (before culture), and culture results.

Laboratory study

PF and CSF samples collected at hospitals or clinics were transported to the Pediatric Infectious Diseases Laboratory at Cayetano Heredia Peruvian University (UPCH), where they were stored at -20°C until processing. DNA extraction was performed with 200 µL of sample using the High Pure PCR Template Preparation Kit® (Roche, Switzerland). For the molecular diagnosis of S. pneumoniae, a SYBR Green-based qPCR (SsoAdvancedTM Universal SYBR® Green Supermix, BioRad) was standardized using primers that amplified the lytA gene encoding autolysin in S. pneumoniae, which is a methodology previously described and validated and is not part of a commercial kit for the detection of this pathogen 10,11. The CFX96TM Real-Time System (Bio-Rad®, USA) was used with initial denaturation conditions of 95°C for 2 min, with 40 amplification cycles with denaturation at 95°C for 15 sec, hybridization at 60°C for 30 sec, and final extension at 95°C for 30 sec, in addition to a melting curve between 70-95°C with an increase of 0.5 every 0.5 sec. Pneumococcal serotyping was performed in samples positive for the lytA gene using a conventional sequential multiplex PCR system developed by the Streptococcus Laboratory (StrepLab) of the CDC-USA 12.

The standard strain of S. pneumoniae serotype 2 (D39/NCTC7466) was used to determine the detection limit of qPCR. Serial dilutions were conducted in a factor of 10 in the range of 1.2 x 106 to 1.2 x 100 genome copies/uL. The test efficiency value was determined by generating a linear regression evaluating the slope value, linearity correlation coefficient (R2), and amplification efficiency.

Statistical analysis

The characteristics were described and frequencies were compared using the Chi-square test and Fisher’s exact test in the statistical program Stata/SE v.18.0. A p-value of <0.05 was considered statistically significant.

Ethical considerations

The study was registered in the Decentralized Research Information and Monitoring System (SIDISI 100703) and evaluated by the Institutional Ethics Committee of the Cayetano Heredia Peruvian University (certificate 062-02-22) and by each participating hospital and clinic. Informed consent was requested from patients or parents of pediatric patients to use remnants of PF and CSF samples previously taken by the treating physician for diagnostic purposes.

FINDINGS

A total of 71 fluid samples (51 PF and 20 CSF) were analyzed from patients with suspected IPD, according to the case definition. Of these patients, 53.5% were male with a median age of 3 years (IQR: 1-9), and 93.9% of cases were children. We found that 76.6% of samples were collected within the first 7 days of hospitalization, and 63.6% received antibiotics prior to culture (Table 1).

Table 1. Characteristics of hospitalized patients with meningitis or pleural effusion (N=71).

Characteristics n (%)
Sex, male 38/71 (53.5)
Age (months) a 3 (1 - 9)
Age group
Breastfeeding infants (<2 years) 18 (25.7)
Preschoolers (2-6 years old) 28 (40.0)
Schoolchildren (6 - <18 years old) 19 (27.2)
Adults (≥18 years) 5 (7.1)
Days from hospitalization to sample collection
0 - ≤3 32 (50.0)
>3 - ≤7 17 (26.6)
>7 15 (23.4)
Received antibiotics prior to culture 42/66 (63.6)
Sample type
Pleural fluid 51 (71.8)
Cerebrospinal fluid 20 (28.2)
Culture result
Streptococcus pneumoniae 28 (39.4)
Negative 38 (53.5)
Other b 5 (7.1)
qPCR lytA, positive 51/71 (71.8)
Cycle threshold (CT)
<25 23 (45.1)
≥25 - <30 10 (19.6)
≥30 18 (35.3)
Serotypes c
Not determined (low load) 28
19A 13
23A 2
Serogroup 24 2
10A 1
Serogroup 6 1
  Not classifiable 4
a

Median (interquartile range).

b

Staphylococcus aureus, Streptococcus group B, Staphylococcus epidermidis.

c

Serotype determined by sequential multiplex PCR.

The detection limit of qPCR was 1.2 x 101 genome copies/uL, with 40 amplification cycles, and no non-specificities were reported after this amplification cycle. qPCR showed an amplification efficiency value of 102.9% and a melting temperature of the lytA gene of 80.0 ± 0.50 °C (Figure 1).

Figure 1. Concentration curve of S. pneumoniae using qPCR. A. Evaluation of qPCR using different concentrations of DNA showed that the detection limit is 1.2 x 101 genome copies/uL. B. The melting curves of DNA extracted from the standard strain overlap, demonstrating the reproducibility of qPCR. C. qPCR showed an efficiency of 102.9% for the detection of the lytA gene with a correlation coefficient of 1.0.

Figure 1

Of the total positive samples by qPCR, 23 (45.1%) had an amplification threshold or cycle threshold (Ct) <25, i.e., a high bacterial load; the serotype was determined in these samples, with 19A being the most frequent, found in 13 samples (25.5% of the total) (Table 1). The serotype could not be determined due to low bacterial load in the remaining samples (CT≥25).

S. pneumoniae was detected by qPCR in 51 (71.8%) of the samples analyzed, including 78.4% (40/51) in PF and 55.0% (11/20) in CSF (Table 2). Of these samples, only 28 (39.4%) were positive for S. pneumoniae by culture. On the other hand, of the 38 culture-negative samples, S. pneumoniae was detected in 20 (52.6%) by qPCR. Pneumococcus was identified by qPCR in 3 of 5 samples in which another pathogen was isolated by culture, suggesting coinfection. Pneumococcus detection was higher when the sample was collected in the first days of hospitalization; however, the difference was not significant with late samples. In 42 samples collected after the start of antibiotics, pneumococcus was detected in 20 (47.6%) by culture vs. 33 (78.6%) by qPCR.

Table 2. qPCR results for the diagnosis of S. pneumoniae in normally sterile fluids according to sample characteristics (N=71) a.

Characteristics N qPCR lytA positive Positive pneumococcal culture
51/71 28/71
n (%) n (%)
qPCR lytA
Negative 20 0 (0.0) 0 (0.0)
Positive 51 51 (71.8) 28 (54.9)
Diagnosis by culture
Negative 38 20 (52.6) 0 (0.0)
S. pneumoniae 28 28 (100.0) 28 (39.4)
Other b 5 3 (60.0) 0 (0.0)
Type of fluid
Pleural fluid 51 40 (78.4) 21 (41.2)
Cerebrospinal fluid 20 11 (55.0) 7 (35.0)
Days from hospitalization to sample collection
0 - ≤3 32 26 (81.3) 16 (50.0)
>3 - ≤7 17 13 (76.5) 7 (41.2)
>7 15 9 (60.0) 4 (26.7)
Received antibiotics prior to culture
No 24 15 (62.5) 7 (29.2)
  Yes 42 33 (78.6) 20 (47.6)
a

Some variables may total less than 71 due to missing data.

b

Staphylococcus aureus, Streptococcus group B, Staphylococcus epidermidis.

DISCUSSION

Our results show that pneumococcal detection in normally sterile fluids in patients with suspected IPD increased from 39.4% by culture to 71.8% by qPCR. Positivity was 78.4% in PF and 55.0% in CSF. Overall, positivity was higher when the sample was taken within the first three days of hospitalization (81.3%). Previous antibiotic use did not affect pneumococcal detection by qPCR.

An important fact is that 92.8% of the samples were from pediatric patients. More than ten years after the introduction of pneumococcal conjugate vaccines (PCV) into Peru’s national immunization program, cases of IPD have decreased 13. However, these data show that the pediatric population remains the most affected by this condition.

Multiple studies report the ability of molecular techniques to improve pathogen detection compared to microbiological techniques using normally sterile fluid samples. In the case of patients with meningitis, reports such as those from Sao Paulo, Brazil, show that when qPCR was used, the positivity rate for S. pneumoniae increased from 9.9% to 14.4% in 263 CSF samples 14. A similar increase in positivity was reported in a study of Mexican patients, in which it increased from 0.9% to 5.1% in 512 CSF samples 5. In patients with suspected meningitis in Morocco, the use of qPCR increased positivity from 11% to 19% 15. In a study in Fiji in 17 patients with pneumococcal meningitis confirmed by several methods (Gram stain, culture, latex agglutination, and qPCR), culture positivity was 41.0% (7/17), while qPCR positivity was 100.0% (16/16) 16. Similarly, in a study conducted in Egypt, 28% of 50 CSF samples were positive for S. pneumoniae by microbiology and 52% by qPCR 17.

Regarding the detection of S. pneumoniae in pleural fluid samples, our results show a 41.2% positivity rate using microbiology and a 78.4% positivity rate using qPCR. In a study evaluating 60 pleural fluid samples confirmed with pneumococcal infection through 16S and/or PCR, only 6 (10%) had a positive culture, while 54 (90%) were positive by PCR 18. Similarly, in a quasi-experimental study in the United States, where children diagnosed with complicated pneumonia were evaluated before and after the implementation of S. pneumoniae detection by qPCR in pleural fluid, S. pneumoniae detection increased by 34.5% after the implementation of qPCR, which complements the microbiological culture previously used in that study 8. These findings suggest that the improvement in detection by PCR compared to microbiological culture are not related to a single type of biological sample.

The length of hospital stay and antibiotic use prior to sampling were not associated with lower qPCR positivity for the diagnosis of S. pneumoniae. In contrast, a cross-sectional study of 4,676 pediatric and adult patients diagnosed with community-acquired pneumonia reported that, in both blood cultures and sputum cultures, bacterial detection was 2.6% (p<0.01) and 23.2% (p<0.01) higher when samples were collected prior to antibiotic use. However, this did not affect PCR detection or the urine pneumococcal antigen test 19. These reports indicate that the use of empirical antibiotic therapy from hospital admission in cases of meningitis and pneumonia could affect the culture of microorganisms using standard microbiological methods.

One limitation of our study was that only the lyta gene was used as a target for detecting S. pneumoniae. This gene can also be found in other bacteria such as Streptococcus pseudoneumoniae and mitis group streptococci 20. New recommendations suggest combining genes such as plyA or psaA for pneumococcal detection by qPCR 18. However, this recommendation is for studies in carriers, since S. pneumoniae shares the colonization site with other microorganisms. Despite this, qPCR that detects the lytA gene remains one of the most sensitive methods for detecting invasive pneumococcal disease 5.

In conclusion, standardization of qPCR with a detection limit of 1.2x101 genome copies/uL is a useful tool for improving pneumococcal detection in normally sterile fluids with suspected IPD. qPCR represents a rapid alternative to the three-day wait for culture results, allowing early initiation of appropriate antibiotic therapy. This technique is also useful in cases of prior antibiotic use.

Acknowledgments

We would like to thank all members of the Peruvian Pneumococcal Research Group (GPIN) who provided the necessary support for conducting the study. We would also like to thank StrepLab, Wellcome Sanger Institute, and the Global Pneumococcal Sequencing Project (GPS) for sequencing the pneumococcal isolates and providing bioinformatics support.

Biographies

Biologist

master’s degree in Public Health

Biologist

Bachelor’s degree in biology

Biologist

Bachelor’s degree in biology

Physician specialized in pediatrics

Pediatric infectious disease physician

Pediatric infectious disease physician

Physician specialized in pediatrics

Physician specialized in pediatrics

Pediatric infectious disease physician

Pediatric infectious disease physician

Doctor of philosophy

Funding.: The study was funded by the Pediatric Infectious Diseases Laboratory at Cayetano Heredia Peruvian University.

Cite as:

Gonzales BE, Mercado EH, Lopez-Briceño M, Durand Vara D, Campos F, Chaparro E, et al. Detection of Streptococcus pneumoniae in sterile liquids using real-time PCR (qPCR) in hospitalized patients with suspected invasive pneumococcal disease. Rev Peru Med Exp Salud Publica. 2025;42(1):70-5. doi: 10.17843/rpmesp.2025.421.14390.

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Rev Peru Med Exp Salud Publica. 2025 Mar 18;42(1):70–75. [Article in Spanish]

Detección de Streptococcus pneumoniae en líquidos estériles mediante una PCR en tiempo real (qPCR) en pacientes hospitalizados con sospecha de enfermedad neumocócica invasiva

Brayan E Gonzales 1,2, Erik H Mercado 1,2, Marcela Lopez-Briceño 1, David Durand Vara 1, Francisco Campos 2,3, Eduardo Chaparro 4,5, Olguita Del Águila 2,6, María E Castillo 4,7, Andrés Saenz 2,8, Isabel Reyes 2,9, Roger Hernandez 4,5, Theresa J Ochoa 1,4

RESUMEN

El estándar para diagnosticar enfermedad neumocócica invasiva (ENI) es aislar neumococo en cultivo. Sin embargo, en algunos pacientes, sobre todo los que recibieron terapia antibiótica empírica, no se logra identificar el agente etiológico. El objetivo de este estudio fue detectar neumococo en líquidos normalmente estériles mediante qPCR en pacientes con sospecha de ENI hospitalizados en Lima. La qPCR tuvo un límite de detección de 1,2 x 101 copias del genoma/uL. De las 71 muestras clínicas (51 de líquido pleural [LP] y 20 de líquido cefalorraquídeo [LCR]), el 29,4% (28/71) fueron positivas para neumococo por cultivo y 71,8% (51/71) fueron positivas por qPCR, incluyendo 78,4% (40/51) en LP y 55,0% (11/20) en LCR. De las muestras positivas, 13/51 fueron del serotipo 19A. La detección de neumococo fue casi el doble por qPCR en comparación con el método microbiológico convencional. Por lo tanto, se debe implementar métodos moleculares como esta qPCR para mejorar la identificación y tratamiento oportuno de ENI en Perú y en la región.

Palabras clave: Streptococcus pneumoniae, qPCR, enfermedad neumocócica invasiva, neumonía, meningitis, métodos moleculares

INTRODUCCIÓN

Streptococcus pneumoniae (neumococo) es un diplococo grampositivo, capsulado, con más de 100 serotipos, que causa alta morbilidad y mortalidad, especialmente en niños, adultos mayores, pacientes con enfermedades crónicas en países de medianos y bajos ingresos 1. Neumococo causa enfermedad no invasiva (otitis o sinusitis) y enfermedad neumocócica invasiva (ENI) como bacteriemia, neumonía y meningitis. Es una de las principales causas de otitis media aguda, neumonía y meningitis bacteriana en niños después de la introducción de la vacuna contra Haemophilus influenzae tipo b en el mundo 2. Aunque la incidencia de ENI aumentó en las últimas dos décadas, se espera que disminuya con el uso generalizado de vacunas conjugadas neumocócicas (PCV, por sus siglas en inglés) 3.

El cultivo microbiológico es el método principal para detectar S. pneumoniae y diagnosticar ENI, pero a menudo resulta negativo en pacientes que han recibido antibióticos antes de la toma de muestra. El uso de BioFire® FilmArray®Panels ofrecen alta precisión en la detección de patógenos, pero son costosos y de difícil acceso en muchos centros de salud 4. Debido a esto, se recomienda el uso de pruebas moleculares más accesibles, como la PCR-convencional o en tiempo real (qPCR), que ofrecen resultados comparables a los métodos automatizados 5.

Ante esta situación, surge la necesidad de evaluar los líquidos provenientes de sitios normalmente estériles por métodos moleculares para optimizar el diagnóstico. Los métodos moleculares como la qPCR son empleados en muestras de sangre, líquido pleural (LP), líquido cefalorraquídeo (LCR) 6,7. La sensibilidad y especificidad de estos métodos son mayores en comparación a los métodos microbiológicos 8) y representan una estrategia prometedora para identificar estos patógenos en pacientes con sospecha clínica de ENI.

Al no tener datos locales sobre el uso de métodos moleculares en muestras clínicas, realizamos este estudio con el objetivo de determinar neumococo en líquidos normalmente estériles mediante qPCR en pacientes hospitalizados con sospecha de ENI en hospitales nacionales y clínicas privadas en Lima, Perú entre 2016 y 2023.

MENSAJE CLAVE

Motivación para realizar el estudio. El diagnóstico de la enfermedad neumocócica invasiva (ENI) normalmente se hace mediante cultivo microbiológico para detectar a neumococo. Sin embargo, a veces esto no es posible, especialmente en pacientes que han recibido antibióticos antes. Este estudio buscó detectar neumococo usando una técnica molecular como la qPCR en pacientes hospitalizados en Lima con sospecha de ENI.

Principales hallazgos. La qPCR detectó una mayor frecuencia de neumococo que la técnica microbiológica estándar.

Implicancias para la salud pública. Estos hallazgos sugieren que la implementación qPCR podría mejorar de manera significativa la identificación y tratamiento de ENI en Perú.

EL ESTUDIO

Diseño de estudio

Estudio transversal multicéntrico de serie de casos de ENI en siete hospitales nacionales (Hospital Nacional 2 de Mayo, Hospital Nacional Cayetano Heredia, Hospital Nacional Emergencias Pediátricas, Hospital Nacional Daniel Alcides Carrión, Hospital Nacional Edgardo Rebagliati Martins, Hospital Docente Madre-niño San Bartolomé y Instituto Nacional de Salud del Niño Sede Breña) y siete clínicas, y laboratorios privados (Clínica Centenario, Clínica Internacional, Clínica Angloamericana, Clínica Delgado, Clínica Good Hope, Laboratorios ROE y Laboratorios Medlab) en Lima, Perú entre 2016 y 2023.

Población de estudio

Pacientes hospitalizados de todas las edades con sospecha de neumonía (con derrame pleural o empiema) o meningitis bacteriana con muestras de líquidos normalmente estériles (LP y LCR) que fueron colectadas por el médico tratante durante la atención hospitalaria con fines diagnósticos y que cumplieron con la definición de caso.

Definición de caso

Enfermedad neumocócica invasiva: sospecha clínica de infección por neumococo en pacientes con meningitis, neumonía con derrame o empiema, bacteriemia, artritis séptica y peritonitis bacteriana. Para este estudio, nosotros solo incluimos pacientes con diagnóstico de neumonía adquirida en la comunidad con derrame paraneumónico o empiema y meningitis bacteriana con resultado microbiológico positivo o negativo para neumococo realizado en el hospital o clínica participante.

Neumonía adquirida en la comunidad: infección pulmonar, usualmente en un periodo menor de siete días, con síntomas y signos de compromiso respiratorio (fiebre, taquipnea, hipoxemia, disnea, dolor pleurítico, tos, producción de esputo mucopurulento, signos de consolidación o derrame como matidez, crepitantes, disminución de murmullo vesicular), y evidencia de consolidación pulmonar en la radiografía de tórax.

Derrame paraneumónico: presencia de líquido en el espacio pleural ≥5 cm en la radiografía de tórax o ecografía de tórax con características de exudado [relación proteínas líquido pleural/proteínas sangre >0.5, relación deshidrogenasa láctica (LDH) Líquido pleural/LDH sangre >0.6, LDH líquido pleural >2/3 límite alto normalidad en sangre].

Empiema: Exudado en el espacio pleural con presencia de pus y/o tinción Gram o cultivo positivo en líquido pleural.

Meningitis bacteriana: inflamación de las meninges, con signos y síntomas de fiebre, rigidez de nuca, alteración del nivel de la conciencia y cefalea, así como LCR con leucocitos ≥10 células/mm3 a predominio de polimorfonucleares, proteínas >40mg/dL, glucosa <40mg/dL o relación glucosa LCR/sangre <0,5 (9.

Datos clínicos

Se colectaron datos demográficos y clínicos básicos de las historias clínicas, como edad, sexo, día de toma de muestra luego de la hospitalización, uso previo de antibióticos (antes del cultivo) y resultados del cultivo.

Estudio de laboratorio

Las muestras de LP y LCR colectadas en los hospitales o clínicas fueron transportadas al Laboratorio de Infectología Pediátrica de la Universidad Peruana Cayetano Heredia (UPCH) donde se almacenaron a -20 °C hasta su procesamiento. La extracción de ADN se realizó con 200uL de muestra empleando Hight pure PCR template Preparation kit® (Roche, Suiza). Para el diagnóstico molecular de S. pneumoniae se estandarizó una qPCR basado en SYBR Green (SsoAdvanced TM Universal SYBR® Green Supermix, BioRad) empleando cebadores que amplifican el gen lytA que codifica la autolisina en S. pneumoniae, la cual es una metodología previamente descrita y validada en la literatura y no forma parte de un kit comercial para la detección de este patógeno 10,11. Se empleó el equipo CFX96TM Real-Time System (Bio-Rad®, USA) con las condiciones de desnaturalización inicial de 95°C por 2 min, con 40 ciclos de amplificación con desnaturalización de 95°C por 15 seg., hibridación a 60°C por 30 seg y extensión final con 95 °C 30 seg, además de una curva melting entre 70 - 95 °C con incremento de 0,5 a cada 0,5 seg. En las muestras positivas al gen lytA se realizó la serotipificación de neumococo mediante un sistema de PCR multiplex secuencial convencional desarrollado por el Streptococcus Laboratory (StrepLab) del CDC-USA 12.

Para poder determinar el límite de detección de la qPCR, se empleó la cepa estándar de S. pneumoniae serotipo 2 (D39/NCTC7466). Se realizaron diluciones seriadas en factor de 10 en el rango de 1,2 x 106 a 1,2 x 100 copias de genoma/uL. Se determinó el valor de eficiencia de la prueba generando una regresión lineal evaluando el valor de la pendiente, coeficiente de correlación de linealidad (R2) y eficiencia de amplificación.

Análisis estadístico

La descripción de las características y comparación de frecuencias fueron realizadas mediante la prueba de Chi cuadrado y Exacta de Fisher en el programa estadístico Stata/SE v.18.0. Se consideró p<0,05 como significativo.

Aspectos éticos

El estudio fue registrado en el Sistema Descentralizado de Información y Seguimiento a la Investigación (SIDISI 100703) y evaluado por el Comité Institucional de Ética de la Universidad Peruana Cayetano Heredia (constancia 062-02-22) y por cada hospital, y clínica participante. Se solicitó consentimiento informado a los pacientes o padres de pacientes pediátricos para usar remanentes de muestras de LP y LCR previamente tomadas por el médico tratante para fines diagnósticos.

HALLAZGOS

Se analizaron un total de 71 muestras de líquidos (51 de LP y 20 de LCR) de pacientes con sospecha de ENI, según la definición de caso. De estos pacientes, 53,5% fueron de sexo masculino con una mediana de edad de 3 años (RIC: 1 - 9), el 93,9% de los casos fueron en población pediátrica. El 76,6% de las muestras fueron colectadas en los primeros 7 días de la hospitalización del paciente y 63,6% recibió antibióticos previos al cultivo (Tabla 1).

Tabla 1. Características de pacientes hospitalizados con meningitis o derrame pleural (N=71).

Características n (%)
Sexo, masculino 38/71 (53,5)
Edad (meses) a 3 (1 - 9)
Grupo etario
Lactantes (<2 años) 18 (25,7)
Pre-escolares (2 - <6 años) 28 (40,0)
Escolares (6 - <18 años) 19 (27,2)
Adultos (≥18 años) 5 (7,1)
Días de la toma de muestra desde la hospitalización
0 - ≤3 32 (50,0)
>3 - ≤7 17 (26,6)
>7 15 (23,4)
Recibió antibiótico previo al cultivo 42/66 (63,6)
Tipo de muestra
Líquido pleural 51 (71,8)
Líquido cefalorraquídeo 20 (28,2)
Resultado de cultivo
Streptococcus pneumoniae 28 (39,4)
Negativo 38 (53,5)
Otro b 5 (7,1)
qPCR lytA, positivo 51/71 (71,8)
Cycle threshold (CT)
<25 23 (45,1)
≥25 - <30 10 (19,6)
≥30 18 (35,3)
Serotipos c
No determinado (baja carga) 28
19A 13
23A 2
Serogrupo 24 2
10A 1
Serogrupo 6 1
  No tipificable 4
a

Mediana (rango intercuartilico).

b

Staphylococcus aureus, Streptococcus grupo B, Staphylococcus epidermidis.

c

Serotipo determinado por PCR multiplex secuencial.

El límite de detección de la qPCR fue de 1.2 x 101 copias del genoma/uL, con 40 ciclos de amplificación y no se observaron inespecificidades pasado este ciclo de amplificación. El qPCR presentó un valor de eficiencia de amplificación de 102,9%, y temperatura melting del gen lytA de 80.0 ± 0.50 °C (Figura 1).

Figura 1. Curva de concentración de S. pneumoniae mediante qPCR. A. La evaluación de la qPCRempleando distintas concentraciones de ADN mostra-ron que el límite de detección es de 1,2 x 101 copias del genoma/uL, B. Las curvas melting del ADN extraído de la cepa patrón se superponen, mostrando la reproducibilidad de la qPCR, C. La qPCR mostró una eficiencia de 102,9% para la detección del gen lytA con un coeficiente de correlación de 1,0.

Figura 1

Del total de muestras positivas por qPCR, 23 (45,1%) presentaron un umbral de amplificación o Cycle threshold (Ct) <25, es decir una carga bacteriana alta; en estas se pudo determinar el serotipo, siendo el más frecuente el 19A, presente en 13 muestras (25,5% del total) (Tabla 1). En el resto de las muestras, no se logró determinar el serotipo por presentar baja cargar bacteriana (CT≥25).

Mediante qPCR se detectó S. pneumoniae en 51 (71,8%) de las muestras analizadas, incluyendo 78,4% (40/51) en LP y 55.0% (11/20) en LCR (Tabla 2). De estas muestras, solo 28 (39,4%) fueron positivas para S. pneumoniae por cultivo. Por otro lado, de las 38 muestras negativas por cultivo, se detectó S. pneumoniae en 20 de ellas (52,6%) mediante qPCR. En 3 de 5 muestras en las que se aisló otro patógeno por cultivo, se identificó neumococo por qPCR, sugiriendo coinfección. La detección de neumococo fue mayor cuando la muestra se colectó en los primeros días de hospitalización, sin embargo, la diferencia no fue significativa con muestras tardías. En 42 muestras colectadas luego del inicio de antibióticos, la detección de neumococo fue de 20 (47,6%) por cultivo vs. 33 (78,6%) por qPCR.

Tabla 2. Resultado de qPCR para diagnóstico de S. pneumoniae en líquidos normalmente estériles según características de la muestra (N=71)a.

Características N qPCR lytA positivo Cultivo neumococo positivo
51/71 28/71
n (%) n (%)
qPCR lytA
Negativo 20 0 (0,0) 0 (0,0)
Positivo 51 51 (71,8) 28 (54,9)
Diagnóstico por cultivo
Negativo 38 20 (52,6) 0 (0,0)
S. pneumoniae 28 28 (100,0) 28 (39,4)
Otro b 5 3 (60,0) 0 (0,0)
Tipo de líquido
Líquido pleural 51 40 (78,4) 21 (41,2)
Líquido cefalorraquídeo 20 11 (55,0) 7 (35,0)
Días de la toma de muestra desde la hospitalización
0 - ≤3 32 26 (81,3) 16 (50,0)
>3 - ≤7 17 13 (76,5) 7 (41,2)
>7 15 9 (60,0) 4 (26,7)
Recibió antibiótico previo al cultivo
No 24 15 (62,5) 7 (29,2)
  42 33 (78,6) 20 (47,6)
a

Algunos variables pueden sumar menos de 71 por datos faltantes.

b

Staphylococcus aureus, Streptococcus grupo B, Staphylococcus epidermidis.

DISCUSIÓN

Este estudio encontró que la detección de neumococo en líquidos normalmente estériles en pacientes con sospecha de ENI aumentó de 39,4% por cultivo a 71,8% por qPCR. La positividad fue de 78,4% en LP y 55,0% en LCR. En general la positividad fue mayor cuando la muestra se tomó en los primeros tres días de la hospitalización (81,3%). El uso previo de antibióticos no afectó la detección de neumococo mediante la qPCR.

Un dato relevante a destacar es que el 92,8% de las muestras provienen de pacientes pediátricos. A más de diez años de la introducción de las vacunas conjugadas neumocócicas (PCV, en inglés) en el plan nacional de inmunización de Perú, se ha observado una reducción en los casos de ENI 13. Sin embargo, estos datos indican que la población pediátrica sigue siendo la más afectada por este patógeno.

Múltiples estudios reportan la capacidad de las técnicas moleculares para mejorar la detección de patógenos en comparación con las técnicas microbiológicas empleando muestras de líquidos normalmente estériles. En el caso de pacientes con meningitis, existen reportes como en Sao Paulo, Brasil al emplear qPCR, la positividad de S. pneumoniae aumentó del 9,9% al 14,4% en 263 muestras de LCR 14. Un incremento similar en la positividad se reportó en un estudio realizado en pacientes mexicanos, donde aumentó del 0,9% al 5,1% en 512 muestras de LCR 5. En pacientes con sospecha de meningitis en Marruecos, el uso de qPCR aumentó la positividad del 11% al 19% 15. En un estudio en Fiji en 17 pacientes con meningitis neumocócica confirmada por varios métodos (tinción gram, cultivo, aglutinación de látex y qPCR), la positividad por cultivo fue de 41,0% (7/17) mientras que por qPCR la positividad fue de 100,0% (16/16) 16. Asimismo, en un estudio realizado en Egipto, se encontró que de 50 muestras de LCR recolectadas, 28% fueron positivas a S. pneumoniae mediante microbiología y 52% empleando qPCR 17.

Con respectó a la detección de S. pneumoniae en muestras de líquido pleural, este estudio obtuvo un 41,2% de positividad mediante microbiología y un 78,4% mediante qPCR. En un estudio donde se evaluó 60 líquidos pleurales confirmados con infección neumocócica a través de 16S y/o PCR, solo 6 (10%) tuvieron un cultivo positivo, mientras que 54 (90%) fueron positivos por PCR 18. De manera similar, en un estudio cuasiexperimental en Estados Unidos, donde se evaluaron niños con diagnóstico de neumonías complicadas antes y después de la implementación de la detección de S. pneumoniae por qPCR en líquido pleural, se observó que la detección de S. pneumoniae aumentó en un 34,5% tras la implementación de la qPCR, la cual complementa al cultivo microbiológico utilizado previamente en dicho estudio 8. Estos hallazgos sugieren que la mejora en la detección mediante PCR frente al cultivo microbiológico no está relacionada con un solo tipo de muestra biológica.

El tiempo de hospitalización y el consumo de antibióticos previo a la toma de muestra no estuvieron asociados a menor positividad de la qPCR para diagnóstico de S. pneumoniae. En contraste, en un estudio transversal realizado en 4676 pacientes pediátricos y adultos con diagnóstico de neumonías adquiridas en la comunidad, reportó que tanto en hemocultivos como en cultivos empleando esputo, la detección de bacterias fue 2,6% (p<0,01) y 23,2% (p<0,01) mayor cuando la muestras fueron colectadas previo al uso del antibiótico. Sin embargo, esto no afectó ni a la detección por PCR ni antigenuria 19. Estos informes señalan que el uso de terapia empírica con antibióticos desde el ingreso hospitalario en casos de meningitis y neumonía podría afectar el cultivo de microorganismos mediante métodos microbiológicos estándares.

Una de las limitaciones de este estudio fue que solo se empleó el gen lyta como diana para la detección de S. pneumoniae. Este gen también puede encontrarse en otras bacterias como Streptococcus pseudoneumoniae y estreptococos del grupo mitis20. Las nuevas recomendaciones sugieren la combinación de genes como plyA o psaA para la detección de neumococo mediante qPCR 18. Sin embargo, esta recomendación es para estudios en portadores, debido a que S. pneumoniae comparte el lugar de colonización con otros microorganismos. A pesar de esto, la qPCR que detecta el gen lytA sigue siendo uno de los más sensibles para la detección de enfermedad neumocócica invasiva 5.

En conclusión, la estandarización de esta qPCR con un límite de detección de 1,2x101 copias del genoma/uL, es una herramienta útil para mejorar la detección de neumococo en líquidos normalmente estériles con sospecha de ENI. La qPCR representa una alternativa rápida en comparación a los tres días de espera para el resultado del cultivo, con lo cual se puede instaurar tempranamente una adecuada terapia antibiótica. Esta técnica resulta además útil para los casos de uso previo de antibióticos.

Agradecimientos.

Agradecemos a todos los integrantes del Grupo Peruano en Investigación en Neumococo (GPIN) que proporcionaron el soporte necesario para la realización del estudio. Asimismo, al StrepLab, Wellcome Sanger Institute y Global Pneumococcal Sequencing Project (GPS) por el secuenciamiento de los aislamientos neumocócicos y el soporte bioinformático.

Biographies

Biólogo

maestro en Salud Pública

Biólogo

Bachiller en Biología

Biólogo

Bachiller en Biología

Médico especialista en Pediatría

Médico infectólogo pediatra

Médico infectólogo pediatra

Médico especialista en Pediatría

Médico especialista en Pediatría

Médico infectólogo pediatra

Médico infectólogo pediatra

Doctor en Filosofía

Financiamiento.: El estudio fue financiado con los fondos propios del Laboratorio de Infectología Pediátrica de la Universidad Peruana Cayetano Heredia.

Citar como: Gonzales BE, Mercado EH, Lopez-Briceño M, Durand Vara D, Campos F, Chaparro E, et al. Detección de Streptococcus pneumoniae en líquidos estériles mediante una PCR en tiempo real (qPCR) en pacientes hospitalizados con sospecha de enfermedad neumocócica invasiva. Rev Peru Med Exp Salud Publica. 2025;42(1). doi: 10.17843/rpmesp.2025.421.14390.


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