Improved Cryptosporidium case findings using immunofluorescent microscopy on concentrated stool

Abstract

Background: Diarrhoea is a major cause of morbidity in Cape Town, South Africa, and mortality is attributed to a failure to recognize the severity of the condition. Cryptosporidium and Giardia are increasingly recognized as important causes of diarrhoea in Africa however, suboptimal diagnostic techniques may lead to underappreciation of their significance. Our objectives are to compare the diagnostic yield of direct immunofluorescent antigen (DFA) microscopy on concentrated stool samples for Cryptosporidium and Giardia, with the current approach of wet mount microscopy for Giardia and auramine fluorescent stain for Cryptosporidium on unconcentrated stool.
Methodology: Stool specimens (n=104) received at our hospital laboratory for routine microbiological investigations were used for the study. Direct wet-mount auramine-phenol fluorescent microscopy (auramine) detection of Cryptosporidium oocysts and wet mount iodine microscopy for Giardia detection, were performed on unconcentrated stool samples, while DFA stain for simultaneous detection of Cryptosporidium and Giardia was performed on sodium-acetate formalin concentrated stool samples. The diagnostic yields of the tests were compared using the MEDCALC® version 18.0
Results: Of the 104 stool specimens received for microbiological analysis, only 66 (63.5%) had specific Cryptosporidium requests while 38 (36.5%) had no Cryptosporidium specific requests. Of the 66 specimens, 9 (13.6%) were positive for Cryptosporidium oocysts with DFA while only 1 (1.5%) was positive with auramine staining (p=0.013). The one auramine-positive specimen was also positive by DFA. Auramine stain microscopy gave a sensitivity of 11.1% (95%CI: 0.28-48.25%) and specificity of 100% (95%CI: 93.7%-100%) when compared to DFA. Of the 38 stool specimens without specific Cryptosporidium request, DFA yielded 5 (13.2%) additional positive results. Taken together, Cryptosporidium was detected in 14/104 (13.5%; 95%CI: 8.36–21.7%) specimens and only 1 of 14 (7.1%) specimens with the current routine laboratory testing approach. Giardia was detected by DFA in 3/104 (0.9%) specimens, while direct iodine wet mount microscopy did not yield any positive results (0%). All 3 Giardia-positive specimens had Cryptosporidium oocysts detected by DFA.
Conclusion: These data suggest that a large proportion of Cryptosporidium cases remain undetected by the laboratory due to suboptimal testing methods, and failure by clinicians to specifically request for Cryptosporidium detection. There is need to periodically assess the effectiveness of diagnostic microbiology laboratory approaches to diarrhoea, and access to improved diagnostic laboratory techniques will contribute to more accurate differential diagnosis and a broadened understanding of local aetiology of diarrhoea diseases in Africa.

Keywords: Cryptosporidium, Giardia, diarrhoea, stool concentration, DFA, microscopy

French Title: Amélioration des découvertes de cas de Cryptosporidium à l'aide de la microscopie immunofluorescente sur des selles concentrées

Contexte: La diarrhée est une cause majeure de morbidité au Cap, en Afrique du Sud, et la mortalité est attribuée à l'incapacité de reconnaître la gravité de la maladie. Cryptosporidium et Giardia sont de plus en plus reconnus comme des causes importantes de diarrhée en Afrique, cependant, des techniques de diagnostic sous-optimales peuvent conduire à une sous-estimation de leur importance. Nos objectifs sont de comparer le rendement diagnostique de la microscopie à antigène immunofluorescent direct (DFA) sur des échantillons de selles concentrées pour Cryptosporidium et Giardia, avec l'approche actuelle de la microscopie à montage humide pour Giardia et la coloration fluorescente auramine pour Cryptosporidium sur des selles non concentrées.
Méthodologie: Des échantillons de selles (n=104) reçus au laboratoire de notre hôpital pour des examens microbiologiques de routine ont été utilisés pour l'étude. La détection directe par microscopie fluorescente auramine-phénol à montage humide (auramine) des oocystes de Cryptosporidium et la microscopie à l'iode à montage humide pour la détection de Giardia, ont été effectuées sur des échantillons de selles non concentrées, tandis que la coloration DFA pour la détection simultanée de Cryptosporidium et de Giardia a été réalisée sur de l'acétate de sodium formaline concentré échantillons de selles. Les rendements diagnostiques des tests ont été
comparés à l'aide de MEDCALC® version 18.0
Résultats: Sur les 104 échantillons de selles reçus pour l'analyse microbiologique, seuls 66 (63,5%) avaient des demandes spécifiques de Cryptosporidium tandis que 38 (36,5%) n'avaient pas de demandes spécifiques de Cryptosporidium. Sur les 66 échantillons, 9 (13,6%) étaient positifs pour les oocystes de Cryptosporidium avec DFA tandis que seulement 1 (1,5%) était positif avec coloration à l'auramine (p=0,013). Le seul échantillon positif à l'auramine était également positif au DFA. La microscopie à l'auramine a donné une sensibilité de 11,1% (IC 95%: 0,28-48,25%) et une spécificité de 100% (IC 95%: 93,7% -100%) par rapport au DFA. Sur les 38 échantillons de selles sans demande spécifique de Cryptosporidium, le DFA a donné 5 (13,2%) résultats positifs supplémentaires. Pris ensemble, Cryptosporidium a été détecté dans 14/104 (13,5%; IC à 95%: 8,36–21,7%) et seulement 1 des 14 échantillons (7,1%) avec l'approche actuelle des tests de routine en laboratoire. Giardia a été détecté par DFA dans 3/104 (0,9%) échantillons, tandis que la microscopie directe à l'iode sur monture humide n'a donné aucun résultat positif (0%). Les 3 échantillons positifs à Giardia avaient des oocystes de
Cryptosporidium détectés par DFA.
Conclusion: Ces données suggèrent qu'une grande proportion des cas de Cryptosporidium ne sont pas détectés par le laboratoire en raison de méthodes de test sous-optimales et de l'échec des cliniciens à demander spécifiquement la détection de Cryptosporidium. Il est nécessaire d'évaluer périodiquement l'efficacité des approches de laboratoire de microbiologie diagnostique pour la diarrhée, et l'accès à des techniques de laboratoire de diagnostic améliorées contribuera à un diagnostic différentiel plus précis et à une compréhension élargie de l'étiologie locale des maladies diarrhéiques en Afrique.

Mots clés: Cryptosporidium, Giardia, diarrhée, concentration des selles, DFA, microscopie