1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE CIÊNCIAS DA SAÚDE DE PORTO ALEGRE – UFCSPA CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM HEPATOLOGIA Carlos Eduardo Becker Utilização da Curva de Melting como Screening para Análise dos Genótipos A, D e F do Vírus da Hepatite B em Pacientes de um Hospital Geral do Sul do Brasil Porto Alegre 2012 2 Carlos Eduardo Becker Utilização da Curva de Melting como Screening para Análise dos Genótipos A, D e F do Vírus da Hepatite B em Pacientes de um Hospital Geral do Sul do Brasil Tese submetida ao Programa de PósGraduação em Hepatologia da Fundação Universidade Federal de Ciências da Saúde de Porto Alegre como requisito para a obtenção do grau de Doutor Orientadora: Drª Ana Beatriz Gorini de Veiga Co-Orientador: Dr. Ângelo Alves de Mattos Porto Alegre 2012 3 Catalogação na Publicação B395u Becker, Carlos Eduardo Utilização da curva de melting como screening para análise dos genótipos A, D e F da hepatite B em pacientes de um hospital geral do Brasil / Carlos Eduardo Becker. – 2012. 84f. : graf., Il., tab.; 30 cm. Tese (doutorado) – Fundação Universidade Federal de Ciências da Saúde de Porto Alegre, Programa de Pós-Graduação em Hepatologia, 2012. “Orientadora: Prof.ª Drª. Ana Beatriz Gorini de Veiga”. “Co-orientador: Dr. Ângelo Alves de Mattos”. 1. Hepatite B. 2. Vírus da hepatite B. 3. Genótipos. 4. Curva de Melting. I. Título. CDD 616.362.3 CDU 616 16 002 Bibliotecária Ruth Borges Fortes de Oliveira- CRB 10/501 4 DEDICATÓRIA Aos meus pais, Onofre Jorge e Maria Ignez, por terem me transmitido sua força de trabalho e determinação. À minha avó, Holanda, quem destinou sua vida à minha educação, ensinando-me a bravura e superação, sendo meu exemplo de transpor as dificuldades cotidianas. A minha referência em todos os momentos. À Juliana, pelo amor, compreensão, companheirismo e cumplicidade. Sempre presente, me incentiva todos os dias para que eu conquiste todos os meus objetivos de vida. 5 AGRADECIMENTOS A Deus, por me amparar nos momentos difíceis, me dar força interior para superar as dificuldades, mostrar o caminho nas horas incertas e me suprir em todas as minhas necessidades. Aos pacientes, sem os quais este trabalho não seria possível. À Universidade Federal Ciências da Saúde de Porto Alegre, pela oportunidade de realizar este Doutorado. À Drª Ana Beatriz Gorini da Veiga, pela orientação, gentileza, colaboração, presteza. Agradeço pelas conversas construtivas que tivemos e pelo conhecimento no desenvolvimento desta Tese. Ao Dr. Angelo Alves de Mattos, pelo apoio, paciência, compreensão, incentivo, amizade, confiança e ensinamentos recebidos por esse que é, sem dúvida, um exemplo de conduta e postura profissional. Ao Dr. Nelson Kretzman, à Drª Fernanda Schild Branco de Araújo, à Drª Lísia Hoppe e à Drª Gabriela Perdomo Coral, pela amizade, ensinamentos, ideias e colaboração incondicional transmitidas durante toda a etapa deste trabalho. Ao Dr. Rafael Sommer e à Drª Sílvia Dal’Alba pela busca de informações e auxílio que, sem dúvida alguma, contribuíram para a elaboração deste trabalho. Ao Laboratório Central do Complexo Hospitalar Santa Casa, representado na pessoa do Dr. Carlos Franco Voegeli, pelo auxílio na fase inicial do estudo e na coleta e armazenamento das amostras dos pacientes. Ao Laboratório de Técnicas Especiais do Hospital Albert Einstein, em São Paulo - SP, pela dedicação e colaboração na parte prática. 6 Ao Laboratório DB - Diagnósticos do Brasil, em Curitiba - PR, em especial ao seu diretor Dr. Marcelo Ruiz, pelo incentivo e valorização à capacitação dos seus profissionais. Aos professores e pesquisadores do Centro de Biologia Genômica e Molecular da PUCRS que me auxiliaram no desenvolvimento desta Tese. À equipe de Gastroenterologia e Hepatologia do Complexo Hospitalar Santa Casa que permitiu que os pacientes, sob seus cuidados, fossem incluídos neste estudo. E a todas as pessoas que, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização e conclusão deste trabalho. 1 RESUMO Introdução: O Vírus da Hepatite B (VHB) pode causar hepatite fulminante, cirrose e carcinoma hepatocelular (CHC), sendo uma das causas mais frequentes de doença aguda e crônica do fígado. As variantes genéticas do VHB podem ser determinantes para a evolução da doenças assim como para a eleição da terapêutica. Objetivos: O objetivo deste estudo foi padronizar e avaliar uma metodologia in house, através da utilização da curva de melting de PCR em tempo real (qPCR), como rastreamento para análise dos genótipos A, D e F do vírus da hepatite B em pacientes do Rio Grande do Sul. Metodologia: Foram avaliados 104 pacientes com infecção crônica pelo Vírus da Hepatite B (VHB). O DNA foi extraído com kit comercial, os genótipos e as mutações foram determinados utilizando diferentes protolocos baseados em PCR. Resultados: Foi padronizada uma metodologia baseada em PCR para a análise dos genótipos A, D e F do VHB. A técnica consistiu de uma PCR Nested incluindo uma etapa final de PCR em tempo real Multiplex, utilizando a curva de melting como ferramenta para a definição dos fragmentos. Foi observada uma maior frequência do genótipo D (44,2%), seguido do genótipo A (22,1%) e do genótipo F (3,8%) na amostra analisada. Conclusão: O ensaio padronizado fornece um método rápido e preciso para diferenciar genótipos do VHB mais frequentes no Sul do Brasil – A, D e F – usando um PCR Nested Multiplex com primers específicos, o qual apresenta potencial aplicação na prática clínica. 2 ABSTRACT Introduction: Hepatitis B Virus (HBV) can cause fulminant hepatitis, cirrhosis and hepatocellular carcinoma (HCC), and is one of the most common causes of acute and chronic liver failure. The genetic variants of HBV can be decisive for the evolution of these diseases as well as for the election of therapy. Objectives: The aim of this study was to evaluate an in house methodology based on the melting curve of real-time PCR (qPCR) analysis to screen for genotypes A, D and F of hepatitis B virus in patients of Rio Grande do Sul, Brazil. Methodology: We evaluated 104 patients with HBV chronic infection. The DNA was extracted with a commercial kit, genotypes and different mutations were determined using PCRbased protocols. Results: A PCR-based methodology was standardized for the analysis of genotypes A, D and F of HBV. The technique was based in a Nested PCR with the final step consisting of a Multiplex real-time PCR, using the melting curve as a tool for the differentiation of fragments. We observed a higher frequency of genotype D (44.4%), followed by genotype A (22.2%) and genotype F (3.7%). Conclusion: The standardized test, a Nested PCR-Multiplex qPCR using specific primers, provides a rapid and accurate method for the differentiation of HBV genotypes that are more frequent in Southern Brazil – A, D and F. This method can be applied in the clinical practice. 3 LISTA DE ABREVIATURAS ALT Alanina Aminotransferase AST Aspartato Aminotransferase Anti-HBeAg Anticorpo contra o antígeno HBe Anti-HBsAg Anticorpo contra o antígeno HBs CHC Carcinoma Hepatocelular ddNTPs Di-deoxinucleotídeos DNA Ácido desoxiribonucleioco EtBr Brometo de Etídeo EXO I Exonuclease I HBcAg Antígeno Core do VHB HBeAg Antígeno e do VHB HBsAg Antígeno de superfície do VHB mL Mililitros µL Microlitros pb Pares de base PCR Reação em Cadeia da Polimerase qPCR Reação em Cadeia da Polimerase quantitativa em tempo real RNA Ácido ribonucleico 4 RS Rio Grande do Sul SAP Shrimp Alkaline Phosphatase SINAN Sistema de Informação de Agravos de Notificação Tm Temperatura de Melting VHB Vírus da Hepatite B VHC Vírus da Hepatite C 5 LISTA DE FIGURAS E TABELAS Gráfico 1 - Detecção do VHB no Rio Grande do Sul por faixa etária em 2009................................. 5 Figura 1 - Mapa do Coeficiente de Detecção da Hepatite B, por região (CRS) 2009....................... 5 Tabela 1 – Número de casos confirmados de Hepatite B no RS no período 1999-2008.................. 6 Figura 2 - Genoma do VHB............................................................................................................... 7 Figura 3 - Gráfico de amplificação de ácidos nucleico por PCR em tempo real.............................. 13 Figura 4 - Curvas de Melting. Fragmentos de tamanhos distintos e Tm distintas............................. 14 Figura 5 - Fluxograma do desenvolvimento método-científico.......................................................... 18 Tabela 2 - Descrição dos primers utilizados..................................................................................... 20 Tabela 3 - Características Clínicas dos pacientes e Genótipos do VHB........................................... 27 Figura 6 - Curvas de Melting para genotipagem do VHB. (A) Curvas de Melting normalizadas. (B) Curvas de Melting derivadas. Genótipos A, D e F........................................................................ 28 Tabela 4 - Características Clínicas e Moleculares dos Pacientes de acordo com o Genótipo VHB.... 29 Figura 7 - Frequência dos subtipos do VHB...................................................................................... 30 6 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO................................................................................................................. 1 1.1 História Natural da Infecção pelo VHB.................................................................... 2 1.2 Epidemiologia do VHB............................................................................................. 3 1.2.1 O Vírus da Hepatite B............................................................................................ 6 1.2.2 Genótipos do VHB................................................................................................ 8 1.3 Diagnóstico do VHB ............................................................................................... 9 1.3.1 Diagnóstico Molecular do VHB............................................................................. 10 1.3.1.1 PCR em tempo real ..................................................................................... 12 2 JUSTIFICATIVA.............................................................................................................. 15 3 OBJETIVOS................................................................................................................... 16 3.1 Objetivo Primário..................................................................................................... 16 3.2 Objetivos Secundários............................................................................................ 16 4 PACIENTES E MÉTODOS............................................................................................. 17 4.1 Casuística.................................................................................................................. 17 4.2 Métodos..................................................................................................................... 17 4.2.1 Determinação dos Genótipos e das Mutações...................................................... 19 4.2.1.1 Extração de Ácidos Nucleicos.......................................................................... 19 4.2.1.2 Reações de PCR ............................................................................................. 19 4.2.1.2.1 PCR Nested para o sequenciamento e para PCR em tempo real................. 20 4.2.1.3 Identificação dos Produtos das Reações.......................................................... 22 4.2.1.4 Reação de Purificação (controle)...................................................................... 23 4.2.1.5 Reação de Sequenciamento (controle).............................................................. 23 4.2.1.6 Análise das Sequências (controle)..................................................................... 25 4.3 Análise Estatística............................................................................................... 25 5 RESULTADOS............................................................................................................. 26 7 6 DISCUSSÃO................................................................................................................... 31 7 CONCLUSÃO.................................................................................................................. 40 8 ANEXOS.......................................................................................................................... 41 8.1 Protocolo................................................................................................................... 41 8.2 Consentimento Pós-Informação.............................................................................. 42 8.3 Manuscrito................................................................................................................. 43 9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................... 62 1 1 INTRODUÇÃO A infecção pelo vírus da hepatite B (VHB) é um grave problema de saúde pública mundial(1). A infecção pode ser transmitida através de contato parenteral ou, ainda, transmissão vertical (mãe/filho), podendo levar à doença hepática crônica, incluindo a cirrose e o carcinoma hepatocelular (CHC). Com base na distribuição dos casos de hepatite B, podemos dividir o mundo em três regiões: alta [África, região sudeste da Ásia, incluindo a China, Coréia, Indonésia e as Filipinas; o Oriente Médio, exceto Israel; as ilhas do Pacífico Sul e Ocidental; as áreas no interior da bacia hidrográfica do Rio Amazonas e em certas partes do Caribe (Haiti e República Dominicana)], média (região centro-sul e sudoeste da Ásia, Israel, Japão, regiões leste e sul da Europa, Rússia, na maior parte das áreas ao redor da bacia hidrográfica do Rio Amazonas, Honduras e Guatemala) e baixa endemicidade (Oeste da Europa, América do Norte, Austrália, Nova Zelândia, México e na região sul da América do Sul)(2). Algumas medidas podem contribuir para a diminuição dos índices de infecção pelo VHB, tais como: mudança de comportamento sexual de risco, aumento dos níveis educacionais, teste laboratorial em doadores de sangue, técnicas assépticas na prática clínica e, ainda, aumentando o rastreamento populacional de diagnóstico para infecção pelo VHB(3). As vacinas são também muito eficazes na prevenção da hepatite B e de suas consequências, como a cirrose e o CHC. Desta forma, as políticas públicas de vigilância epidemiológica favorecem o controle e o tratamento das infecções pelo VHB. 2 As características moleculares do VHB são responsáveis pelo desenvolvimento não somente da hepatite B aguda, mas também pelas diferentes manifestações da doença hepática crônica, portanto a identificação do genótipo viral contribui para o tratamento adequado e estudo epidemiológico do VHB(4). 1.1 História Natural da Infecção pelo VHB O fígado atua de forma fundamental na manutenção da homeostase metabólica, no processamento de aminoácidos, carboidratos, lipídios e vitaminas da dieta, no metabolismo do colesterol e das toxinas, na produção de fatores de coagulação e no armazenamento da glicose(5). As doenças hepáticas são classificadas geralmente em duas categorias: hepatocelular e colestática (obstrutiva). Nas doenças hepatocelulares (como a hepatite viral ou a doença hepática alcoólica), inflamação e necrose hepáticas predominam como características do dano celular. Dentre as causas mais comuns de doença hepática aguda, o VHB entra em primeiro plano junto com o vírus da hepatite C (VHC). Em relação à doença hepática crônica, o VHB ocupa a quarta posição como fator etiológico(5). A classificação se refere à avaliação da gravidade ou à atividade da doença hepática – se aguda ou crônica, ativa ou inativa, e leve, moderada ou grave. Os níveis séricos de aminotransferases são usados como meio conveniente e não-invasivo de acompanhar a atividade da doença. Essas enzimas são liberadas em grandes quantidades no sangue quando há dano nas células hepáticas. Entretanto, nem sempre são confiáveis para exprimir a real dimensão da enfermidade, uma vez que a doença hepática pode não estar acompanhada por necrose(5). 3 A injúria ao parênquima hepático, de variadas etiologias, associada com um influxo de células inflamatórias, é um evento denominado hepatite. A cirrose é o resultado do processo inflamatório onde há o estímulo crônico à fibrogênese, com a consequente fibrose difusa e a desarquiteturização do parênquima, com a formação de nódulos(6). A fibrose hepática sempre foi considerada um processo irreversível; contudo, evidências recentes sugerem que possa ser reversível, como demonstrado em alguns pacientes com hepatite crônica viral submetidos a terapias anti-virais(7). As injúrias crônicas ao fígado podem evoluir para a cirrose por mecanismos fisiopatológicos diversos em que há uma persistente tentativa de reconstituição do parênquima, resultando em fibrose e nodulações difusas. Estima-se que, para que ocorram complicações como a disfunção hepatocelular e outras manifestações clínicas, que configuram a descompensação do paciente com doença hepática, aproximadamente 80% a 90% do parênquima hepático deve estar modificado(7). A associação entre doença hepática crônica causada pela infecção pelo VHB e alterações morfológicas das células hepáticas, como os tumores primários, foi reconhecida há mais de 30 anos onde 65% dos pacientes com CHC tinham cirrose(8). Atualmente, estima-se que em 80% dos casos há associação de cirrose com CHC, e consideram-se as alterações nas células indiferenciadas hepáticas como possível evento relacionado ao aparecimento de tumores(9). 1.2 Epidemiologia do VHB A hepatite viral B é uma doença comum e grave causada pelo VHB, um vírus de DNA parcialmente fita dupla, da família Hepadnaviridae. Quatro principais sorotipos (adw, ayw, adr e ayr) e nove menores foram identificados para o antígeno 4 de superfície do VHB, o HBsAg. O sequenciamento completo do genoma do VHB levou à identificação de oito genótipos (de A a H), mostrando uma distribuição etnogeográfica diferente para cada um dos genótipos. Os genótipos do VHB também têm sido associados com diferentes desfechos clínicos e com resposta à terapêutica com interferon(10). O VHB é uma das principais causas da cirrose e do CHC. A doença aguda ocorre geralmente quando a resposta imune é bem preservada, enquanto que pacientes com imunodeficiência são mais propensos a desenvolver uma doença crônica, tornando-se uma fonte de transmissão da doença. A probabilidade de que uma infecção pelo VHB se torne crônica depende da idade em que uma pessoa é infectada; além disso, lactantes e crianças jovens são os mais propensos a desenvolver uma infecção crônica(10). Globalmente, estima-se que cerca de um terço da população mundial já tenha sido infectada pelo VHB; 6% são portadores crônicos e mais de 600.000 pessoas morrem a cada ano de doença aguda ou crônica, secundária à infecção pelo VHB(2). Com base na taxa de portadores do VHB, o mundo pode ser dividido em regiões de endemicidade alta, média e baixa. A grande preocupação está em países de alta endemicidade, especialmente na Ásia e na África, onde as rotas mais comuns de infecção permanecem a transmissão vertical (de mãe para filho) e a transmissão horizontal entre crianças(2). No Brasil, o Ministério da Saúde estima que pelo menos 15% da população já tenha sido contaminada com o VHB, sendo que os casos crônicos correspondem a cerca de 1% da população brasileira e a taxa de mortalidade é de 0,6 por 100.000 habitantes(11). A literatura médica refere a Região Sul como área de baixa endemicidade; as regiões Centro-Oeste, Nordeste e Sudeste de intermediária 5 endemicidade; a região da Amazônia, o estado do Espírito Santo e a região oeste do estado de Santa Catarina constituem regiões de alta endemicidade(11-14). No Estado do Rio Grande do Sul e em Porto Alegre, as notificações de hepatite pelo VHB em 2009 são apresentadas no Gráfico 1 e na Figura 1. Gráfico 1. Detecção do VHB no Rio Grande do Sul por faixa etária em 2009. Fonte: Secretaria Estadual da Saúde / RS SINAN/DVE/CEVS/SES-RS. Figura 1. Mapa do Coeficiente de Detecção da Hepatite B, por região (CRS), 2009 (por 100.000 habitantes). Fonte: Secretaria Estadual da Saúde / RS SINAN/DVE/CEVS/SES-RS. A Tabela 1 mostra o número de casos confirmados de hepatite B no RS no período de 1998 a 2008. 6 Tabela 1. Número de casos confirmados de Hepatite B no RS no período 1999-2008. Ano Casos confirmados 1999 618 2000 1.068 2001 1.017 2002 885 2003 1.100 2004 1.211 2005 1.399 2006 1.274 2007 1.106 2008 1.191 Fonte: MS/SVS – Sistema de Informação de Agravos de Notificação – SINAN 1.2.1 O vírus da Hepatite B O vírus da hepatite B (VHB) possui um nucleocapsídeo icosaédrico e apresenta um envelope externo lipídico. O capsídeo envolve o DNA viral e uma DNA polimerase com atividade de transcriptase reversa. A camada externa contém proteínas envolvidas na entrada e fixação do vírus nas células susceptíveis à infecção. O VHB é um dos menores vírus envelopados conhecidos, embora haja formas pleiomórficas, incluindo filamentos esféricos e sem núcleo (core). Estas partículas não são infecciosas e são constituídas simplesmente de lipídios e proteínas que formam parte da superfície do vírus, isto é, os antígenos de superfície (HBsAg), os quais são produzidos em excesso durante o ciclo de vida do vírus(15). 7 A partícula denominada Dane é a partícula viral completa. Sua estrutura é complexa e com um envoltório duplo. O envoltório externo contém proteínas antigênicas denominadas de HBsAg; o interno, junto com o DNA e a enzima DNApolimerase, constitui o core, que apresenta uma outra proteína antigênica – o antígeno do core (HBcAg) – e um antígeno solúvel, antígeno “e” do vírus da hepatite B (HBeAg)(16, 17). Figura 2. Genoma do VHB. Fonte: Naito et al.,2001. O genoma do VHB é composto por uma molécula de DNA circular dupla fita descontínua (Figura 2). O genoma contém entre 3020-3320 pares de bases (perímetro máximo) e entre 1700-2800 pb em sua fita interna. O DNA viral pode ser encontrado no núcleo das células hospedeiras logo após a infecção(18). Existem quatro genes conhecidos no genoma, chamados C, X, P e S. A proteína do núcleo (core) é codificada pelo gene C (HBcAg) e seu códon de início é precedido por outro códon ATG, a partir do qual é codificada a proteína précore. O processamento desta proteína pré-core, por proteólise, produz o antígeno ‘e’ 8 (HBeAg). A DNA polimerase é codificada pelo gene P. O gene S é o que codifica o antígeno de superfície HBsAg. O gene do HBsAg compreende uma extensa fase de leitura aberta dentro da qual existe um códon de início ATG que divide sua sequência em três secções: pré-S1+pré-S2+S, pré-S2+S e S. A função da proteína codificada pelo gene X ainda não é completamente conhecida(19). 1.2.2 Genótipos do Vírus da Hepatite B A progressão da doença hepática, assim como a resposta às terapias antivirais, têm sido relacionadas aos diferentes genótipos do VHB(20). O curso da infecção pelo VHB depende de muitos fatores que podem influenciar a interação vírus-hospedeiro, sendo provavelmente de relevância a variabilidade genética do vírus, incluindo os genótipos, os quais podem influenciar a expressão dos antígenos virais(21). São conhecidos oito diferentes genótipos do VHB (A-H) com distinta distribuição geográfica mundial(16). Em estudo anterior de nosso grupo, evidenciamos a presença dos genótipos A, D e F no estado do Rio Grande do Sul(13). No Brasil, os genótipos A e D são mais prevalentes, assim como na Europa, América do Norte, Índia e África; os genótipos B e C são encontrados com maior frequência no Sudeste da Ásia, China e Japão; o genótipo E é restrito à África; o genótipo F é encontrado na população nativa das Américas do Sul e Central; o genótipo G foi descrito na França, Estados Unidos e México; e o genótipo H foi encontrado na América Central(13, 22-24). O comportamento de risco e também a migração e origem étnica podem influenciar a distribuição geográfica dos genótipos(16). Os estudos sobre os diferentes subtipos de VHB de acordo com a distribuição populacional nos diferentes continentes ainda estão incompletos, havendo poucos dados, por exemplo, da 9 América do Sul(25, 26). Além disso, a distribuição genotípica do VHB e sua correlação com o curso clínico da doença hepática ainda não estão bem esclarecidos(27). Estudos indicam que o genótipo C promove uma doença hepática crônica com maior gravidade comparado com os demais genótipos. Estudos com pacientes de Taiwan mostraram que a cirrose e o CHC são mais frequentes em portadores do genótipo C do que B(28, 29). O genótipo C é mais prevalente em pacientes HBeAg positivos do que o genótipo B(42). O risco de desenvolver o CHC, além de estar relacionado com o aumento da carga viral dos pacientes, também está relacionado com o genótipo do VHB. No Japão e na China, o genótipo C do VHB está diretamente relacionado com o desenvolvimento do CHC(20, 30). O genótipo D, por sua vez, está associado com maior gravidade da doença hepática quando comparado ao genótipo A e pode também favorecer a ocorrência de CHC em pacientes jovens(17, 31, 32), dado esse relevante para o acompanhamento clínico dos pacientes no estado do Rio Grande do Sul sendo um dos três genótipos presentes neste estado. Uma avaliação geral dos genótipos do VHB nestes pacientes favorece uma melhor conduta no tratamento desta população(13). 1.3 Diagnóstico da Hepatite B Utilizam-se habitualmente marcadores sorológicos como indicadores de diagnóstico e/ou prognóstico de infecção aguda ou crônica por VHB. O marcador mais frequente de infecção por VHB consiste na presença do antígeno de superfície do VHB (HBsAg)(33). No entanto, a utilização deste marcador para monitorar a 10 progressão da doença pode ter uma utilidade limitada, pois o vírus é frequentemente alvo de alterações genéticas(13). Foi referido que a capacidade para detectar DNA do VHB no soro possui valor prognóstico para a evolução de infecções agudas e crônicas por VHB. A metodologia pode permitir a detecção do DNA do VHB após o desaparecimento de HBsAg ou a detecção do VHB sem marcadores sorológicos(34). A eficácia da terapêutica antiviral utilizada no tratamento de doentes com VHB também pode ser avaliada por marcadores sorológicos ou por medição da função das enzimas hepáticas(35). Todavia, acredita-se que a medida mais direta e fidedigna replicação viral consiste na quantificação do DNA viral em soro ou plasma. Uma descida rápida e mantida dos níveis de DNA do VHB em doentes submetidos a tratamento constituiu um fator de previsão para um resultado favorável do mesmo. A monitorização dos níveis de DNA do VHB, assim como a identificação dos genótipos, pode predizer o desenvolvimento de resistência à terapêutica. Por conseguinte, um teste quantitativo para a determinação do DNA do VHB constitui uma importante ferramenta que pode ser utilizada em conjunto com outros marcadores sorológicos no tratamento da infecção por VHB. No plasma, o DNA do VHB pode ser identificado através de tecnologias de amplificação de ácidos nucleicos, como é o caso da reação em cadeia da polimerase (PCR)(36, 37). 1.3.1 Diagnóstico Molecular do Vírus B O conhecimento dos genomas virais pode revelar variações entre genótipos que podem representar uma predisposição a desenvolver um prognóstico ruim ou até mesmo opções de tratamento que podem ser mais eficazes. Testes de 11 diagnóstico moleculares analisam o conteúdo genético para obter informações dos vírus. Estes testes podem analisar sequências de regiões específicas do material genético dos vírus para identificar mutações ou quantificar os níveis de certos materiais genéticos que podem ser expressos(34). Sequências características de ácidos nucleicos – no caso do VHB, uma sequência de DNA – podem apresentar mutações antigas ou novas, as quais podem fazer com que o paciente desenvolva uma doença hepática crônica de uma maneira mais agressiva. A identificação de uma mudança genética para um comportamento mais agressivo no genoma do VHB ou para uma condição específica pode servir como alerta para a equipe médica e auxiliar na escolha de determinadas condutas, a fim de evitar ou controlar o desenvolvimento ou descompensação da doença hepática. Certos genótipos e mutações podem influenciar, assim, as opções de tratamento, pois afetam a resposta terapêutica, como por exemplo o tratamento com a Lamivudina(38). Algumas terapias possuem respostas distintas se o alvo da droga contém mutações críticas(39). Portanto, esta informação da composição genética do VHB pode ser utilizada para selecionar a melhor estratégia terapêutica para para cada indivíduo e sua infecção de forma personalizada. O diagnóstico molecular é considerado atualmente o método mais adequado para fins de avaliação de tratamento e acompanhamento da replicação viral em sangue periférico. Valores de carga viral acima de 100.000 cópias/mL indicam replicação ativa, enquanto valores mais baixos indicam paciente portador do vírus, porém com pouca atividade do VHB. A PCR quantitativa realizada previamente ao tratamento, com dados de carga viral, pode ser utilizada na avaliação de prognóstico 12 em resposta ao tratamento. A genotipagem do VHB é realizada geralmente por sequenciamento do DNA(13). 1.3.1.1 PCR em tempo real Na biologia molecular, a PCR em tempo real quantitativa (real time PCR ou qPCR) é uma técnica laboratorial baseada PCR para amplificar ácidos nucleicos. A qPCR combina a metodologia de PCR convencional com um mecanismo de detecção e quantificação através da emissão de fluorescência, permitindo o monitoramento da reação em tempo real. Desta forma, a cada ciclo de amplificação são gerados dados, os quais podem ser analisados em tempo real, ao contrário da PCR convencional, em que a análise é realizada somente ao final da reação, geralmente por eletroforese em gel(40). A qPCR permite que os processos de amplificação, detecção e quantificação de DNA sejam realizados em uma única etapa, agilizando a obtenção de resultados, diminuindo o risco de contaminação da amostra e garantindo maior precisão. Os testes diagnósticos para o VHB que envolvem métodos moleculares de amplificação geralmente compreendem as etapas de extração dos ácidos nucleicos de amostras biológicas, seguido da amplificação de um segmento específico e detecção do fragmento amplificado (amplicon)(40). Fluorescência 13 Figura 3. Gráfico de amplificação de ácidos nucleico por PCR em tempo real. A detecção da amplificação na qPCR pode estar baseada no uso de sondas fluorescentes específicas para uma região da molécula que está sendo amplificada, ou com o uso de reagentes fluorescentes que se intercalam na molécula de DNA. Dentre estes últimos, o sistema Sybr Green é um dos mais utilizados para detecção do VHB e outros vírus por qPCR(41, 42). O Sybr Green possui ligação altamente específica ao DNA dupla-fita sendo utilizado para detectar o produto da PCR do VHB conforme ele se acumula durante os ciclos da reação. Para todas as reações utilizando este sistema de detecção deve-se realizar a análise da curva de melting como controle de especificidade para o fragmento amplificado de acordo com o tamanho do fragmento(43). A análise de curva de melting permite a identificação do fragmento do VHB amplificado através de uma temperatura específica (temperatura de melting, Tm), podendo também distinguir sequencias de composições semelhantes com bases na diferença de suas temperaturas de dissociação. A Tm é a temperatura na qual 14 metade das fitas de DNA está na forma de fitas simples e a outra metade na forma de dupla hélice. A Tm é dependente da composição do DNA, de modo que um aumento do conteúdo de G+C no DNA gera um incremento na Tm ocasionado pelo maior número de ligações de ponte de H(43, 44). No caso do VHB este tipo de análise também pode ser utilizada(36, 42), assim como para o VHC(41). Figura 4. Curva de Melting. Fragmentos de tamanhos distintos e Tm distintas. Outro tipo de PCR, a PCR Multiplex, utiliza iniciadores (primers) múltiplos para a amplificação de vários fragmentos dentro de uma única reação de PCR convencional. No entanto, a sua transferência de uma plataforma convencional para a plataforma da PCR em tempo real confundiu sua terminologia tradicional. O termo PCR Multiplex PCR em tempo real é mais comumente usado para descrever o uso de múltiplas sondas fluorogênicas na discriminação de vários amplicons(45, 46). Melhorias recentes na análise dos fragmentos através de curva de melting permitem a utilização desta metodologia também para o sistema que utiliza o Sybr Green no diagnóstico do VHB. Nesta metodologia os distintos fragmentos possuem Tm diferentes apresentando picos característicos de cada alvo selecionado através da utilização de primers específicos(36, 37, 42). 15 2. JUSTIFICATIVA Tendo em vista a gravidade potencial da doença hepática em pacientes com VHB e as características genéticas virais como determinantes do curso da doença hepática, torna-se necessário desenvolver uma metodologia prática, rápida e de baixo custo para o rastreamento das infecções pelo VHB no estado do Rio Grande do Sul. 16 3 OBJETIVOS 3.1 Objetivo Primário Estabelecer uma metodologia in house, através da utilização da curva de melting de PCR em tempo real (qPCR), para análise dos genótipos A, D e F do vírus da hepatite B em amostras de pacientes com infecção crônica pelo Vírus da Hepatite B do Complexo Hospitalar Irmandade Santa Casa de Misericórdia de Porto Alegre, Rio Grande do Sul, Brasil. 3.2 Objetivos Secundários Estabelecer um teste molecular único para pesquisa dos genótipos A, D e F do VHB na população do estado do Rio Grande do Sul baseado em PCR Nested qPCR Multiplex; Avaliar a prevalência dos genótipos do VHB em uma população geral; Avaliar a presença das mutações no promotor basal do core e no pré-Core e sua associação com a resistência aos antivirais; Avaliar a correlação das mutações estudadas com os genótipos do VHB. 17 4 PACIENTES E MÉTODOS 4.1 Casuística Foram avaliados 104 pacientes com infecção crônica pelo VHB que estavam em acompanhamento no Ambulatório de Gastroenterologia e na Unidade de Transplante Hepático do Complexo Hospitalar Irmandade Santa Casa de Misericórdia de Porto Alegre, Rio Grande do Sul, Brasil. Os critérios de inclusão foram: pacientes com pesquisa solicitada para HBsAg no soro, independente dos níveis séricos de ALT (Alanina Aminotransferase) e AST (Aspartato Aminotransferase). Os critérios de exclusão foram: pacientes com anti-HCV positivo, anti-HIV positivo, presença de co-infecção com o vírus delta (VHD), ingesta de bebida alcoólica acima de 40 g/dia, uso de medicamentos potencialmente hepatotóxicos, como ácido valpróico, carbamazepina, fenitoína, metotrexato e paracetamol. Foi preenchido o protocolo pré-estabelecido no Setor de Transplante ou no Ambulatório de Gastroenterologia (Anexo 8.1). Foram coletados dados dos seguintes exames laboratoriais: ALT e AST, anti-HBc total, anti-HBs, anti-HBe e HBeAg, anti-HIV e anti-HCV. Este projeto foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da UFCSPA, registrado na Comitê Nacional de Ética em Pesquisa (CONEP) sob o n° 09-443. 4.2 Métodos De cada paciente foram coletados, a vácuo, dois frascos de sangue total com EDTA gel (PPT) (2 x 5 mL - Vacutainer BD / Becton Dickinson UK Ltda). Após 18 centrifugação a 500 g, os plasmas foram separados e estocados em freezer a -80ºC no Laboratório de Biologia Molecular da UFSCPA. Após a coleta, as amostras receberam um número sequencial, de maneira que a identificação dos pacientes fosse conhecida apenas pelo autor do projeto. A Figura 5 mostra o fluxograma do desenvolvimento método-científico do trabalho desenvolvido. Figura 5. Fluxograma do desenvolvimento método-científico. 19 4.2.1 Determinação dos Genótipos e das Mutações Virais Os genótipos do VHB foram determinados através do sequenciamento e pela reação de PCR em tempo real (qPCR); as mutações foram determinadas por sequenciamento segundo Sitnik et al (2004) (50). Cada procedimento será detalhado a seguir. A extração do DNA, a realização da reação em cadeia da polimerase em tempo real (qPCR) in house e o sequenciamento das amostras foram realizados no laboratório de Biologia Molecular da UFCSPA, na Simbios Biotecnologia (Canoas, RS) e no Laboratório Weinmann Ltda (Porto Alegre, RS). 4.2.1.1 Extração de Ácidos Nucleicos Para a extração do DNA viral foi utilizado o kit PureLink™ Viral RNA/DNA Mini kit (Invitrogen, CA) de acordo com as instruções do fabricante. Resumidamente, as amostras foram incubadas com proteinase K e tampão eluente por 20 min a 56ºC; após a adição de etanol 100%, transferiu-se para a coluna de extração. A coluna foi lavada com tampão e, após, foi transferida para um novo tubo coletor. Por fim, foi realizada a eluição com 30 µL de H2O livre de RNAses e DNAses. A coluna foi centrifugada novamente e o material do tubo coletor foi armazenado em freezer a -80ºC. 4.2.1.2 Reações de PCR O DNA extraído foi inicialmente amplificado por reação em cadeia da polimerase Nested (PCR Nested) com primers específicos (Tabela 2), para ser posteriormente empregado tanto para a reação de sequenciamento quanto para o 20 rastreamento pela reação de qPCR com discriminação dos genótipos pela análise da curva de melting. Tabela 2. Descrição dos primer utilizados. Primer Sequências Temp. Anel. Utilização Primers PCR Nested e Sequenciamento (controle)* FHBS1 5’-GAG TCT AGA CTC GTG GTG GAC TTC-3’ 56ºC Forward Externo-seq RHBS1 5’-AAA TKG CAC TAG TAA ACT GAG CCA-3’ 56ºC Reverse Externo-seq FHBS2 5’-CGT GGT GGA CTT CTC TCA ATT TTC-3’ 56ºC Forward Interno-seq RHBS2 5’-GCC ARG AGA AAC GGR CTG AGG CCC-3’ 56ºC Reverse Interno -seq Primers PCR Nested e qPCR (Tempo Rea)l ** FGEN 5′-TCA CCA TAT TCT TGG GAA CAA GA-3′ 56ºC Forward Genotipagem RGEN 5′-CGA ACC ACT GAA CAA ATG GC-3′ 56ºC Reverse Genotipagem FMA 5′-GGC TCM AGT TCM GGA ACA GT-3′ 58ºC Forward GEN A RMA 5′-CTC GCG GAG ATT GAC GAG ATG T-3′ 58ºC Reverse GEN A FMD 5′-GCC AAC AAG GTA GGA GCT-3′ 58ºC Forward GEN D FMF 5′-GYT ACG GTC CAG GGT TAC CA-3′ 58ºC Forward GEN F RMD/F 5′-GGA GGC GGA TYT GCT GGC AA-3′ 58ºC Reverse GEN D * Sitnik et al. (2004); ** Naito et al. (2001). 4.2.1.2.1 PCR Nested para o sequenciamento e para a PCR em tempo real O tipo de PCR realizado no estudo foi a PCR Nested na qual, para melhorar a especificidade e a eficiência da reação, o segmento genômico é amplificado 21 primeiramente de forma abrangente com um par de primers e, depois, este primeiro produto de amplificação é utilizado em uma segunda reação com primers específicos mais internos ao primeiro par de primers. Estas duas etapas (rodadas) foram realizadas concomitantemente. O limite de sensibilidade de detecção viral do teste da PCR utilizado foi de 400 cópias/mL, conforme Becker et al., 2010 (13). Os soros dos pacientes foram tratados como descrito acima e submetidos a duas rodadas de amplificação (PCR convencional), usando os primers externos FHBS1 e RHBS1 e internos FHBS2 e RHBS2 para a reação de sequenciamento (Tabela 2). Para cada PCR foi utilizado o kit Hot-Start (Promega) com 12,5 µl de GoTaq® Hot Start Green Master Mix, 2X, 1,25 µl do primer Foward, 1,25 µl do primer Reverse, 2 µL de DNA template e 10 µL de Nuclease-Free Water. A concentração final dos primers foi de 0,5 µM(13). A amplificação nas duas rodadas da PCR ocorreu com os seguintes ciclos em um termociclador PTC-200 (MJ Research, Watertown, MA, USA): desnaturação inicial a 94ºC por 20 s; 30 ciclos de 94ºC por 20 s, anelamento a 56ºC por 20 s, extensão a 72ºC por 30 s; extensão final a 72ºC por 1 min; as amostras foram mantidas a 4ºC até a etapa seguinte. Para a qPCR utilizando a curva de melting como ferramenta de análise dos fragmentos, foi realizada uma nova PCR Nested, combinada com Multiplex, baseada em Naito et al. (2001), com algumas modificações. A primeira etapa da reação foi realizada em plataforma de PCR convencional (primers externos) e a segunda etapa da reação foi realizada em termociclador de PCR em tempo real (Applied Biosystem 7500), utilizando o kit GoTaq® qPCR Master Mix (Promega) com 12,5 µl de GoTaq® Hot Start Green Master Mix, 2X, 1 µl de cada primer e 8,5 µl de Nuclease-Free Water. 22 Na primeira etapa foram utilizados os primers (0,5 µM, concentração final) FGEN (nt 2823-2845) e RGEN (nt 685-704) (Tabela 2), nas seguintes condições de reação: desnaturação inicial a 94ºC por 20 s; 50 ciclos de 94ºC por 20 s, 56ºC por 30 s e 72ºC por 30 s; extensão final a 72ºC por 1 min. A segunda reação foi uma PCR Multiplex (triplex) empregando os primers FMA (nt 67–86); RMA (nt 113–134); FMD (nt 2979–2996); FMF (nt 3032–3051); RMD/F (nt 3078–3097), todos com na concentração final de 0,1 µM (Tabela 2). As condições de reação foram: desnaturação inicial a 95ºC por 50 s; 20 ciclos de 94ºC por 15 s, 58ºC por 20 s, 72ºC por 30 s; extensão final a 72ºC por 1 min. 4.2.1.3 Identificação dos Produtos das Reações A detecção dos produtos amplificados pela segunda reação de PCR (convencional) Nested para o sequenciamento foi feita através de eletroforese em gel de agarose. Para a separação em gel dos produtos das reações da PCR, aplicou-se uma voltagem que variou entre 70 V e 110 V, dependendo do tamanho da cuba utilizada. Foram utilizadas concentrações de 0,5% a 1,5% de agarose no gel. A visualização dos produtos no gel após a corrida foi realizada com brometo de etídio (EtBr) a 0,5 mg/mL. Esse composto tem a capacidade de inserir-se nas fendas da cadeia de DNA e emite fluorescência quando excitado com radiação ultravioleta. Adicionou-se o EtBr no gel de agarose liquefeito antes da corrida. As amostras foram aplicadas no gel; como controle negativo foi utilizada água bidestilada estéril, e como controle positivo foi aplicada uma amostra 23 conhecidamente positiva para cada produto de amplificação. As bandas foram observadas em transiluminador com luz ultravioleta. A detecção da amplificação dos produtos da qPCR foi realizada pela observação das curvas de melting, conforme demonstrado na Figura 5. 4.2.1.4 Reação de Purificação para o sequenciamento (controle) Os produtos da PCR foram purificados enzimaticamente. A reação de purificação tem, como objetivo, deixar apenas o DNA íntegro, degradando os demais componentes para que estes não interfiram no sequenciamento. Os reagentes utilizados na purificação dos amplificados foram: clorofórmio, exonuclease I (EXO I) e fosfatase alcalina (Shrimp alkaline phosphatase, SAP). Para a reação de purificação, 2,0 µL de enzima SAP/EXO foram adicionados a 2,0 µL do produto amplificado extraído com clorofórmio; as amostras foram incubadas em termociclador por 15 min a 37ºC e 15 min a 80ºC. 4.2.1.5 Reação de Sequenciamento (controle) Para o sequenciamento, foi utilizada a técnica derivada da metodologia de Sanger et al. (13) utilizando-se didesoxinucleotídeos (ddNTPs) contendo marcadores fluorescentes (Kit ABI PrismR BigDye™ Terminator Cycle Sequencing Ready Reaction, Applied Biosystems, Foster City, CA, USA). O sequenciador automático utilizado foi o ABI 3130 (Applied Biosystems). Para a reação utilizou-se 3-10 ng do DNA amplificado e purificado, 2,5 µL (3,2 pmol) de primer (primers FHBS2 ou RHBS2), 4 µL da mistura de reação do kit de 24 sequenciamento, 4 µL de tampão Tris-HCI (pH 9,0) e MgCI2 5X e 7,5 µL de água destilada estéril para um volume final de 20 µL. Em seguida, as amostras foram submetidas à reação de extensão e marcação (Cycle sequencing) com BigDye Terminator (Applied Biosystens), (4 µL de Reaction Premix , 5 µL de BigDye Sequencing Buffer, 3,2 pmols de Primer e 10 ng de amostra) volume final de 20 µL, em um termociclador (PTC-200, MJ Research, Watertown, MA, USA) com um programa específico para a síntese da fita e incorporação dos ddNTPs marcados (25 ciclos de 96ºC por 30 s, 50ºC por 15 s e 60ºC por 4 min). Após a reação de marcação, as amostras foram precipitadas com isopropanol para a retirada dos ddNTPs marcados não incorporados. Aos 20 µL de reação, foram adicionados 80 µL de isopropanol 75%. Os microtubos foram submetidos à forte agitação por 10 segundos e incubados à temperatura ambiente por 15 minutos. Após incubação, as amostras foram centrifugadas por 20 minutos a 600 g, à temperatura ambiente. Em seguida, removeu-se o isopropanol e adicionaram-se 1000 µL de etanol 70% ao precipitado. As amostras foram novamente centrifugadas por 15 min a 600 g, à temperatura ambiente. Após a centrifugação, o etanol foi retirado e as amostras foram incubadas a 90ºC por 2 min para a retirada total do etanol. Às amostras foram adicionados 6 µL de tampão de amostra (5 partes de formamida: 1 parte de blue dextran (Applied Biosystems), homogeneizou-se várias vezes, centrifugou-se por 15 s e incubou-se a 95ºC por 5 min para desnaturação. As amostras foram analisadas no analisador genético ABI 3130 (Applied Biosystems). 25 4.2.1.6 Análise das Sequências (controle) As análises dos genótipos e subtipos virais foram realizadas através da comparação das sequências nucleotídicas, obtidas com sequências já conhecidas dos diferentes genótipos do VHB, depositadas em bancos genômicos. Para análise das sequências foi utilizado o programa Chromas Versão 2.31 (Technelysium Pty Ltd), para tradução da sequência o programa DNA for Windows Versão 2.2 (David Dixon) e, para comparação da sequência encontrada com as já conhecidas, ou seja, para identificar o genótipo e subtipo viral, foi utilizado o programa GeneMapper Versão 3.7 (Applied Biosystems). 4.3 Análise Estatística Para análise dos dados resultantes foi utilizado o tratamento da estatística descritiva (Média, Mediana, Frequência e Desvio Padrão). A ferramenta utilizada foi o software SPSS versão 18. Para uma melhor visualização os resultados foram dispostos em tabelas e gráficos. 26 5 RESULTADOS A idade média dos pacientes foi 47,9 anos e a maior frequência de indivíduos foi do sexo masculino (73%) (Tabela 3). A mediana das avaliações das enzimas transaminases hepáticas foi 34,5 U/L (ALT) e 32,0 U/L (AST), sendo consideradas dentro da normalidade (ALT < 50 U/L e AST < 40 U/L). O perfil sorológico dos pacientes foi caracterizado por 82,7% de pacientes HBsAg positivos, 20,5% AntiHBsAg positivos, 29,7% HBeAg positivos, 66,2% Anti-HBeAg positivos, 95,3% AntiHBC Total positivos. 27 Tabela 3. Características Clínicas dos pacientes e Genótipos do VHB. Variável Valores Idade, anos (média-Desvio 47,9+13,1 padrão) Sexo n(%) Masculino 73 (70,3%) Feminino 31 (29,7%) ALT mediana (p25-p50) 34,5 (22,2-52,75) AST 32,0 (23,0-57,0) HBsAg (n=104) Positivo 86 (82,7%) Negativo 18 (17,3%) Anti-HBsAg (n=73) Positivo 15 (20,5%) Negativo 58 (79,5%) HBeAg (n=74) Positivo 22 (29,7%) Negativo 52 (70,3%) Anti-HBeAg (n=71) Positivo 47 (66,2%) Negativo 24 (33,8%) Anti-HBC Total (n=64) Positivo 61 (95,3%) Negativo 3 (4,7%) Genótipos (n=104) A 23 (22,1%) D 46 (44,2%) F 4 (3,8%) Indetectável 31 (29,8%) 28 A técnica utilizada, PCR Nested-qPCR Multiplex (em tempo real), possibilitou a identificação dos distintos fragmentos e a temperatura de melting específica para cada um dos genótipos (p<0,001). Cada genótipo possui tamanhos de fragmentos diferentes, bem como a sua Tm: genótipo A possui 68 pares de base e a sua Tm é de 76,1ºC; o genótipo D possui 119 pares de base e a sua Tm é de 82,4ºC e o genótipo F possui 97 pares de base e a sua Tm é de 79,9ºC (Figura 6). A confirmação dos resultados encontrados foi realizada pela genotipagem das amostras pela técnica de sequenciamento. A B Figura 6. Curvas de Melting para genotipagem do VHB. (A) Curvas de Melting normalizadas. (B) Curvas de Melting derivadas. Genótipos A, D e F. Com relação às frequências genotípicas, podemos observar uma maior frequência do genótipo D (44,2%), seguido do genótipo A (22,1%) e do genótipo F (3,8%). Cabe ressaltar que a frequência de casos onde o PCR para o VHB foi indetectável (negativo) foi de 29,8%. Considerando os dados detectáveis, a frequência do genótipo A foi de 32%, do genótipo D de 63% e do genótipo F de 5%. 29 A tabela 4 descreve a distribuição dos dados relacionando as características dos pacientes com os genótipos do VHB das amostras dos pacientes (apenas os genótipos detectáveis). Tabela 4. Características Clínicas e Moleculares dos Pacientes de acordo com o Genótipo do VHB. Variável Genótipos A D F 48,7+16,7 45,69+12,4 35,3+2,5 Masculino 15 (65,3%) 14 (30,5%) 4 (100%) Feminino 8 (34,7%) 32 (69,5%) - 30 (14-43,5) 42 (23,7-71,7) 49 (33-52) 34 (26,7-42,2) 36,5 (22,2-59,7) 39 (28-60) Normal 18 (78,3%) 24 (52,2%) 3 (75,0%) Elevada 5 (21,7%) 22 (47,8%) 1 (25,0%) Normal 20 (86,9%) 35 (76,1%) 3 (75,0%) Elevada 3 (13,1%) 11 (23,9%) 1 (25,0%) Positivo 16 (69,5%) 43 (93,4%) 3 (75,0%) Negativo 7 (30,5%) 3 (6,6%) 1 (25,0%) Positivo 6 (55,5%) 2 (8,0%) - Negativo 5 (45,5%) 23 (92,0%) - Positivo 5 (50,0%) 8 (30,8%) 3 (100%) Negativo 5 (50,0%) 18 (69,2%) - Idade, anos (média-Desvio padrão) Sexo n(%) AST mediana (p25-p50) ALT AST ALT HBsAg Anti-HBsAg HBeAg 30 Anti-HBeAg Positivo 3 (30,0%) 18 (66,7%) 1 (50,0%) Negativo 7 (70,0%) 9 (33,3%) 1 (50,0%) Positivo 9 (81,8%) 21 (100%) 1 (100%) Negativo 2 (18,2%) - Anti-HBC Total Ao analisarmos as frequências dos subtipos virais nas 81 amostras genotipadas, encontramos 34 (42,0%) pacientes ayw, 19 (23,5%) pacientes adw, 3 (3,7%) pacientes adw4 e 1 (1,2%) paciente aym, sendo que em 24 (29,6%) pacientes os subtipos do VHB foram indetectáveis. Figura 7. Frequência dos subtipos do VHB. Por fim, através do sequenciamento realizado para confirmar na sua totalidade os genótipos encontrados na reação de PCR em tempo real, foi realizada a análise das mutações no VHB, assim como as características de resistência, para os tratamentos disponíveis, em cada mutação. Nas 104 amostras estudas e genotipadas, foram encontradas apenas 2 mutações, sendo estas mutações não relacionadas com resistência ao tratamento convencional dos pacientes com VHB. 31 6 DISCUSSÃO A genotipagem do VHB é importante para esclarecer a rota e patogenia do vírus. Em particular, a análise da sequência dos diferentes isolados virais é importante, porque as variantes podem diferir nos seus padrões de reatividade sorológica, patogenicidade, virulência e resposta ao tratamento. Além disso, o VHB possui variações genéticas com distribuição geográfica específica(13). Os portadores de doença crônica pelo VHB chegam a cerca 400 milhões de indivíduos sendo que aproximadamente 30% da população mundial já foi infectada segundo dados da Organização Mundial de Saúde. No Brasil e no Rio Grande do Sul, a prevalência da infecção pelo VHB é baixa, estando ao redor de 0,4%(14, 4750). A partir da década de 1990, iniciaram-se os estudos que revelaram a diversidade genômica do VHB, com o isolamento de 8 genótipos (A-H)(16). Posteriormente, alguns autores demonstraram que o amplo espectro de manifestações clínicas que envolvem a doença hepática pelo VHB, bem como a resposta ao tratamento antiviral, poderiam estar relacionados aos genótipos do vírus B(13, 16, 51). No Brasil, ainda são poucos os estudos que demonstram a prevalência dos genótipos e subtipos do VHB(11, 13, 14, 49); para tanto existem algumas razões que poderiam ser aventadas, como a pouca oferta de kits comerciais para genotipagem e subtipagem do VHB, o que faz com que as técnicas da PCR sejam realizadas in house, e o alto custo dos equipamentos e reagentes que envolvem a realização das técnicas de biologia molecular, aumentando consideravelmente a dificuldade na realização dos estudos nessa linha de pesquisa. Porém, a utilização da PCR em 32 tempo real com SybrGreen pode reduzir consideravelmente esses custos e o tempo necessário para realizar esse procedimento. A nova técnica comparada com a convencional (Sequenciamento) é 15 vezes mais barata e 10 vezes mais rápida(43). Para realizar o diagnóstico molecular do VHB é de costume que a equipe médica tenha acesso aos dados solicitados de sorologia(1, 33, 52). Existem vários tipos de exames moleculares para o diagnóstico do VHB, dois deles utilizados neste trabalho: o sequenciamento e a PCR. A PCR para o VHB é um dos métodos mais utilizados, sendo o sequenciamento do genoma completo ou parcial do VHB utilizado clinicamente para a verificação dos genótipos do VHB, porém com um custo de insumos e mão de obra especializada elevados(13, 37, 53). Na pesquisa o sequenciamento é utilizado para análise de mutações no genoma do VHB. A replicação do VHB em um paciente infectado chega a 1011 novas partículas por dia. A vida média do VHB no sangue é menor que 3 dias, porém, dentro do hepatócito, o VHB pode sobreviver por mais de 100 dias(54). A alta capacidade replicativa do VHB e o frequente desenvolvimento de uma infecção crônica tornam necessário um tratamento prolongado. Por outro lado o conhecimento do genótipo viral faz com que seja poupado tempo e recursos financeiros, ao evitar um tratamento não adequado para um determinado genótipo(22). Os testes moleculares e sorológicos diferem em sua sensibilidade e especificidade para detectar os diferentes alvos diagnósticos do VHB, sua disponibilidade comercial, o tempo desde a obtenção da amostra e a obtenção do resultado, no status de aprovação pelas autoridades e na sua habilidade de distinguir os achados entre os distintos genótipos virais(15). Neste panorama, a forma mais adequeda de pesquisa do VHB é a detecção do material genético do 33 vírus. Os testes sorológicos rápidos normalmente detectam antígenos (proteínas) do vírus e são pouco sensíveis quando se relaciona com um polimorfismo e até mesmo uma mutação pré-core(50, 55). Define-se a classificação dos genótipos do vírus da hepatite B com base na comparação de genomas completos designando os genótipos pelas letras A-H. A genotipagem do VHB é importante para elucidar as diferenças na diversidade das sequências e da filogenia viral(25). Vários métodos têm sido aplicados para genotipagem do VHB, incluindo sequenciamento, PCR com sondas, análise de RFLP, ensaio de mutação de ponto colorimétrico, ensaio de reação em cadeia de ligase, espectrometria de massa e ensaio imunoenzimático para os epitopos genótipo-específicos(53, 56). Os principais sistemas de genotipagem que foram desenvolvidos são baseados na reação em cadeia da polimerase, sendo que o de Naito et al. (2001), baseado em PCR seguida por sequenciamento, utiliza primers específicos para cada tipo do VHB, possibilitando a identificação dos genótipos de A a F(57), mas não G e H; já o outro sistema, de Liu et al.(2008), é baseado em PCR Multiplex para diferenciação dos genótipos A-G do VHB(58). A utilização de uma metodologia como a qPCR fornece dados de maneira rápida; uma qPCR que permita a diferenciação genotípica dispensa, para fins de diagnóstico e tratamento, as etapas de sequenciamento e análise das sequências(59). O diagnóstico molecular do VHB pode ser realizado em soro, plasma ou até mesmo fluido oral(60). Para cada uma das amostras, padronizações e melhorias na qualidade e quantidade de DNA devem ser realizadas. Neste panorama, Portilho et al. salientam que cada centro de diagnóstico deve realizar a sua padronização de acordo com as rotinas de coleta e processamento das amostras(60). Com esse objetivo, o estudo aqui apresentado utilizou tanto para a 34 reação de sequenciamento quanto para a padronização da PCR em tempo real Multiplex para os genótipos do VHB, uma PCR prévia promovendo aumento da qualidade e quantidade do DNA viral. Seguido da primeira reação, na segunda reação foi realizada a PCR Multiplex com o sistema Sybr Green. A utilização do Sybr Green indispensavelmente necessita da análise da curva de melting para verificar o fragmento amplificado quanto a sua especificidade. Diversos estudos utilizam esta metodologia em Multiplex por possuir um custo operacional muito menor que o sistema Taqman. As sondas Taqman requerem marcação específica com fluoróforos, acarretando em maiores custos tanto no que diz respeito à síntese de óligos para a sonda, como para a marcação com o quencher ou com o repórter da sonda(43). No Rio Grande do Sul, até o presente estudo, nenhum centro havia realizado a técnica de PCR Multiplex para a determinação da genotipagem do vírus B da hepatite. A utilização da curva de melting no presente estudo obteve especificidade e reprodutibilidade semelhante àquelas obtidas e demonstradas para a detecção de outros vírus(41, 43, 44). Diversos trabalhos visam a utilização da reação de PCR em tempo real para a identificação de cepas, porém com uma abordagem generalista. Daniel et al.(2009) desenvolveram um ensaio in house para a quantificação do VHB, sugerindo a utilização de uma reação Multiplex para a identificação de co-infecções com o vírus de hepatite C e o vírus da imunodeficiência humana(37). Liu et al. (2006) utilizaram a curva de melting como ferramenta para definição dos genótipos do VHB após a utilização de um pré-PCR com sondas, dividindo os genótipos em dois grupos(61). No presente estudo foi utilizado um conjunto de primers em Multiplex visando 35 detectar os genótipos mais frequentes em nosso país, principalmente no Rio Grande do Sul, diferente do estudo citado anteriormente. Uma vantagem deste novo conjunto de primers é que o genótipo é obtido diretamente na PCR, sem tratamento posterior. Além disso, o método foi desenhado para ter uma maior precisão na genotipagem e sensibilidade para genótipos mistos de detecção igual ou maior do que a das reações que utilizam o sequenciamento, as quais são as metodologias mais frequentemente aplicadas nos laboratórios de diagnóstico de nossa região. Em recente estudo de Yin et al., foi demonstrada a importância de uma co-infecção dos genótipos do VHB, o que promoveu o aumento da carga viral, assim como maior risco para o desenvolvimento do CHC (62). Uma possível limitação do método é que o genótipo não é identificado por uma reação única. Esse estudo objetivou, primariamente, a implementação de uma técnica ainda não realizada em nossa região, combinando um desempenho fácil com boa sensibilidade e especificidade. Além disso, a análise de genotipagem utilizando um PCR Multiplex pode detectar infecções por dois ou mais genótipos. Portanto, este método é muito conveniente e poderá ajudar pesquisadores na realização de estudos epidemiológicos em grande escala. Investigações adicionais, utilizando amostras de soro a partir de outras regiões geográficas, são necessárias para a classificação e caracterização do VHB. Uma vez alcançado o objetivo primário, analisamos a soroprevalência dos genótipos e subtipos do VHB em uma população de pacientes com marcadores sorológicos da infecção viral B, que estavam em acompanhamento ambulatorial e em uma unidade de gastroenterologia de um hospital geral. Uma limitação do trabalho foi a presença de 29,8% de amostras com genótipos não detectáveis. Este 36 fato pode estar relacionado a uma limitação dos testes moleculares laboratoriais porem, salienta-se que não foi realizado o acompanhamento dos pacientes em relação ao tratamento onde se constata que em alguns casos uma possível soroconversão(51, 63). As razões para a ausência do DNA do VHB no soro, em pacientes com HBsAg positivo, permanecem desconhecidas, no entanto, a presença de variantes do VHB com um baixo nível de replicação, neste estudo traduzidas pela ausência do HBeAg, podem e devem ser consideradas como mecanismos inibitórios relacionados ao sistema imunológico dos pacientes infectados ou resultado falsopositivo do antígeno viral. No entanto, deve ser ressaltado que foi possível identificar o VHB e seus genótipos em pacientes HBeAg negativos e com aminotransferases normais, sugerindo que a metodologia utilizada possa apresentar melhor sensibilidade mesmo nesta população de portadores inativos do VHB. Outros parâmetros relacionados à detecção do DNA do VHB devem ser analisados, tais como o método diagnóstico utilizado, as condições de armazenamento das amostras e o tipo de material biológico analisado (soro, células mononucleares do sangue periférico e tecido hepático). A presença de 80% (em HBsAg positivos) de positividade do DNA viral em nossa amostra corroboram resultados de estudos anteriores, de 79,1% e 76%(13, 64, 65). Um cenário semelhante foi encontrado por outros autores em uma população de pacientes em hemodiálise de Goiânia, nos quais o VHB-DNA pela PCR foi positivo entre 67% e 88% dos pacientes HBsAg positivos(12, 66, 67). Os resultados encontrados nesta análise demonstram uma prevalência elevada do genótipo D (63%) seguido do genótipo A (32%). O genótipo F foi encontrado em apenas 5% da população genotipada, dados semelhantes ao estudo 37 realizado no Brasil, de Haddad, e também semelhante à um estudo anterior de nosso grupo(13, 38). A distribuição dos genótipos na população brasileira correlaciona-se à origem dos nossos ascendentes. A presença dos genótipos A e D sugere a influência da afrodescendência, ocorrida por conta do período da escravidão passada, além da influência da colonização européia. O Instituto Oswaldo Cruz (IOC), pioneiro em estabelecer os genótipos do vírus que circulam no Brasil, identificou que cerca de 50% dos vírus encontrados no país são do genótipo A, subtipo africano, possivelmente relacionado à introdução dos africanos no Brasil pelo comércio escravo. Um estudo realizado na Bahia com 120 indivíduos com diagnóstico de hepatite B crônica demonstrou que o genótipo mais frequente foi o A, seguido do genótipo F(50). Já no Rio Grande do Sul, há um predomínio de descendentes europeus. Na presente análise, o genótipo D foi o mais prevalente no grupo dos pacientes com hepatite B crônica, indo ao encontro de resultados já publicados(13), sendo que os subgenótipos D têm distribuição mundial não seletiva. Outro estudo realizado na região Sul(68) demonstrou a mesma frequência dos genótipos do VHB que encontramos, sendo o genótipo D o mais frequente, em seguida o genótipo A, e o menos frequente o genótipo F. O genótipo D é encontrado, principalmente, na região do Mediterrâneo, local de uma importante leva de imigrantes que se dirigiram à região Sul do Brasil, como italianos, espanhóis e portugueses(69), o que pode explicar os achados descritos. O genótipo F é, por sua vez, característico da população nativa das Américas, com um aumento desse genótipo na Argentina(70), o que então não surpreende de ter sido encontrado neste estudo. No estudo em foco, os genótipos B, C, E, G e H não foram encontrados na análise dos pacientes. 38 A presença do HBsAg na maioria das amostras indica infecção aguda ou quadros ativos de hepatite crônica pelo VHB. A maior parte dos pacientes em nosso estudo apresentaram positividade para HBsAg independente do genótipo, porém, em alguns pacientes, mesmo com HBsAg negativo foi possível fazer a identificação do VHB e sua genotipagem. A frequência da positividade do HBsAg nos pacientes em que foi possível identificar o genótipo vai de encontro com a literatura(12, 35, 66). Os marcadores sorológicos podem apresentar comportamento de janela imunológica independente do genótipo do VHB. Foi encontrada, em nosso estudo, uma maior frequência de pacientes negativos para Anti-HBsAg e também para HBeAg no genótipo D, não apresentando diferença no genótipo A. Podemos inferir que estes pacientes não estavam em processo de infectividade. Sendo assim, observamos também que 18 pacientes com o genótipo D apresentaram positividade para o HBeAg, sugerindo fase ativa. Sitnik e colaboradores encontraram que mutações pre-core podem fazer com que o teste diagnóstico para o HBeAg possa apresentar resultado negativo, de forma que mais estudos comparando as sorologias dos pacientes e os genótipos do VHB devem ser realizados(50). O desconhecimento do estado de tratamento de cada paciente dificulta uma abordagem mais detalhada, fazendo com que alterações nos padrões sorológicos sejam erroneamente interpretadas. Poucos estudos relacionam os marcadores sorológicos da hepatite B com os genótipos do VHB. O sequenciamento direto de um fragmento relativamente curto do genoma do VHB parece ser eficiente para a determinação tanto do genótipo quanto do subtipo viral, bem como as mutações com potencial impacto sobre a antigenicidade do VHB e resposta ao tratamento. Porém, para uma triagem populacional e um rápido diagnóstico, outras metodologias devem ser avaliadas. Muitos estudos buscam 39 estabelecer metodologias abertas para a avaliação dos parâmetros moleculares do VHB. Por fim, este estudo estabeleceu uma metodologia visando a rápida determinação dos genótipos de VHB mais frequentes na população brasileira, principalmente no Rio Grande do Sul. 40 7 CONCLUSÃO O ensaio de PCR descrito no presente estudo fornece um método rápido e preciso para diferenciar genótipos do VHB (A, D e F) usando uma PCR Nested combinada com uma PCR Multiplex em tempo real (PCR Nested – qPCR Multiplex) com primers específicos. Este método pode ser útil para a genotipagem do VHB em larga escala clínica e para estudos epidemiológicos, especialmente em regiões com alta prevalência de infecção pelo VHB. A simplicidade e a rapidez do presente ensaio de PCR pode reduzir o custo e complexidade de reconhecer estes genótipos. Foi possível estabelecer um teste molecular único para detecção e diferenciação dos genótipos A, D e F do VHB na população do estado do Rio Grande do Sul; Foi descrita a prevalência dos genótipos do VHB em uma população geral metropolitana de Porto Alegre, sendo o genótipo D o mais frequente; Apenas 2 amostras possuíam mutações no promotor basal do core e na pré-Core e não foi encontrada associação com a resistência aos antivirais; Não foi possível avaliar a correlação das mutações estudadas com os genótipos do VHB. Os resultados apresentados neste trabalho foram utilizados para a preparação de um manuscrito a ser submetido para publicação como artigo científico (Anexo 8.3). 41 8 ANEXOS 8.1 Protocolo Data: __/__/__ No: ________ PROTOCOLO Nome do paciente: ______________________________________________________ Idade: _______ anos Sexo: ( ) 1 - Feminino / 2 - Masculino Cor: ( ) 1 - Branco / 2 - Negro Endereço: _____________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Cidade: ___________________ Fone: ________________ Celular: ______________ Grupo: ( ) 1 – pacientes ambulatoriais que não receberam tratamento para o VHB; 2 – pacientes ambulatoriais que receberam tratamento para o VHB; 3 – pacientes submetido a TOF (transplante ortotópico de fígado). Exames: AST: _______ BD:_______ Plaquetas: ________ anti-HBE: ___________ ALT: _______ TP:_______ AFP: ____________ anti-HBc total: _______ BT: ________ FA: _______ HBeAg __________ anti-HBs:___________ 42 8.2 Consentimento Pós-Informação Data: __/__/__ o N : ____ CONSENTIMENTO PÓS-INFORMAÇÃO Estamos realizando, neste hospital um trabalho de pesquisa sobre o Vírus da Hepatite B (VHB) e gostaríamos de saber se o senhor(a) se dispõe a ajudar-nos. Muitas pessoas são atendidas diariamente, depois de saber que têm o VHB após fazer exames de laboratório. Elas podem ter-se contaminado através de relações sexuais, uso de drogas, após ter feito cirurgia ou durante o parto. Já se sabe que existem diferentes tipos de vírus, por nós chamados de genótipos que, através de uma detecção, poderemos saber quais os tipos de vírus da Hepatite B existem na cidade de Porto Alegre – RS, a relação destes com a evolução da doena do fígado e quais pessoas responderam melhor ao tratamento. Muitos estudos estão sendo feitos por todo o mundo, mas muito poucos em nossa região, por isso estamos realizando esse trabalho. Para colaborar conosco, você terá que responder poucas perguntas e coletar sangue como você sempre fez nos exames de rotina. Com esse estudo, o senhor(a) saberá o tipo (genótipo), e se há ou não mutações. As informações referentes aos resultados encontrados neste estudo, seu nome e outros dados pessoais serão mantidos em absoluto segredo. Desta maneira realizará um exame que ainda não é disponível no nosso meio sem nenhum custo. A sua decisão em participar ou não desta pesquisa não irá influenciar de forma nenhuma na qualidade do atendimento oferecida pela equipe médica deste hospital, e serão realizados os exames laboratoriais usuais. Essa pesquisa não terá nenhum custo extra a você. Caso queira retirar-se do estudo, estará livre para fazê-lo em qualquer momento que desejar. Se tiver alguma dúvida em relação à pesquisa, por favor, entre em contato para que possamos explicá-la. PACIENTE (letra de forma) PESQUISADOR CARLOS EDUARDO BECKER Fone: 51 99997240 Assinatura do Paciente Assinatura do Pesquisador 43 8.3 Manuscrito Melting Curve Analysis for the Screening of Hepatitis B Virus Genotypes A, D and F in Patients from a General Hospital in Southern Brazil 1 Carlos Eduardo Becker, 1Nelson Alexandre Kretzmann Filho, 1Ângelo Alves de Mattos, 1,2,*Ana Beatriz Gorini da Veiga 1 Universidade Federal de Ciências da Saúde de Porto Alegre – Programa de Pós-Graduação em Medicina: Hepatologia 2 Universidade Federal de Ciências da Saúde de Porto Alegre – Programa de Pós-Graduação em Patologia * Corresponding author. A.B.G.Veiga. Email [email protected]. Tel +55 51 3303 8763 Key words: Hepatitis B Virus, Melting Curve Analysis, Genotypes, Nested-Multiplex qPCR ABSTRACT: Introduction: Hepatitis B virus (HBV) can cause fulminant hepatitis, cirrhosis and hepatocellular carcinoma (HCC), and is one of the most common causes of acute and chronic liver failure. The genetic variants of HBV can be decisive for the evolution of these diseases as well as for the election of therapy. Objectives: The aim of this study was to evaluate and standardize an in house methodology based on the analysis of the melting curve of real-time PCR (qPCR) to screen for genotypes A, D and F of hepatitis B virus in patients from a hospital in Rio Grande do Sul, Brazil. Methodology: We evaluated 104 patients with HBV chronic infection. Viral DNA was extracted from plasma and viral genotypes and different mutations were determined using PCR-based protocols. Results: A PCR-based methodology was standardized for the analysis of genotypes A, D and F of HBV. The technique was based in a nested PCR with the final step consisting of a multiplex 44 real-time PCR, using the melting curve as a tool for the differentiation of fragments. A higher frequency of genotype D (44.4%), followed by genotype A (22.2%) and genotype F (3.7%) was observed. Conclusion: The standardized assay, a nested PCR-multiplex qPCR using specific primers, provides a rapid and accurate method for the differentiation of HBV genotypes that are more frequent in Southern Brazil – A, D and F. This method can be applied in the clinical practice. 1. INTRODUCTION Infection by hepatitis B virus (HBV) is a serious global public health problem (1). The infection can be transmitted through sexual intercourse, parenteral contact or vertical transmission (mother-to-child), and can lead to chronic liver disease, including cirrhosis and hepatocellular carcinoma (HCC) (2). In Brazil, the Ministry of Health estimates that at least 15% of the population has already been infected with HBV, with chronic disease in about 1% of the Brazilian population and a mortality rate of 0.6 per 100,000 inhabitants (3). The medical literature refers to the southern region as an area of low endemicity; the Midwest, Northeast and Southeast regions as intermediate endemicity; and the Amazon region, the State of Espírito Santo and the Western region of the State of Santa Catarina as regions of high endemicity (3-6). The molecular characteristics of the virus are responsible for the development not only of acute hepatitis B, but also for various manifestations of chronic liver disease, accounting for an important percentage of liver diseases (7). 45 The progression of liver disease, as well as the response to antiviral therapy, are dependent on the HBV genotype (8). The course of HBV infection is influenced by many factors that affect the virus-host interaction, including genetic factor such as the viral genotype, which can influence the expression of the viral antigens (9). Eight different HBV genotypes (A-H), with distinct geographic distribution, are known (10). The investigation of the distribution of viral genomes may reveal variations between genotypes, which might be associated, for instance, with bad prognosis or even with more effective treatment options. Molecular diagnostic tests analyze the genetic content for information of the virus. These tests allow the analysis of sequences of specific regions of the viral genetic material, to identify mutations or quantify the levels of genetic material that can be expressed (11). Viral load data obtained by quantitative real time polymerase chain reaction (qPCR) prior to treatment can be used in the evaluation of prognosis in response to treatment. HBV genotyping is generally carried out by DNA sequencing (5). In view of the severity of liver disease in HBV patients, and the viral genetic characteristics as determinants of liver disease progression, the present study aimed to develop a practical, rapid and low cost methodology for the screening of HBV genotypes A, D and F in patients of Rio Grande do Sul, through the use of the melting curve analysis of real time PCR (qPCR) products. 46 2. PATIENTS AND METHODS 2.1. Patients The study included 104 patients with chronic infection by hepatitis B virus attended to in the Gastroenterology Center and Liver Transplant Unit of the Complexo Hospitalar Irmandade Santa Casa de Misericórdia in Porto Alegre, Rio Grande do Sul, Brazil. The inclusion criteria were: patients with requested search for HBsAg in serum, independent of serum levels of ALT and AST. The exclusion criteria were: patients with positive anti-HCV or anti-HIV serum, presence of co-infection with the delta virus (HDV), daily alcohol intake higher than 40 g, and use of potentially hepatotoxic drugs. A pre-established form was filled at the Gastroenterology Center or Liver Transplant. The results of the following laboratory tests were registered: ALT and AST, total anti-HBc, anti-HBs, anti-HBe and HBeAg. This study was approved by the Research Ethics Committee of Universidade Federal de Ciências da Saúde de Porto Alegre (UFCSPA), and registered at the National Ethics Research Committee (CONEP) under number 09-443. 2.2 Methods 2.2.1. Determination of Genotypes and Viral Mutations The HBV genotypes were determined by sequencing and qPCR reaction; the mutations were determined by sequencing, according to Sitnik et al (2004) (12). 47 2.2.1.1. PCR The viral DNA was extracted with PureLink™ Viral RNA/DNA Mini kit (Invitrogen, CA), according to the manufacturer's instructions. The DNA was first amplified by nested PCR with two pairs of specific primers (Table 1) for each reaction (sequencing reaction and screening by qPCR with discrimination of genotypes by melting curve analysis). Table 1. Description of primers. Primer Sequences Annealing temperature Use Primers for Nested PCR and Sequencing (control)* FHBS1 5’-GAG TCT AGA CTC GTG GTG GAC TTC-3’ 56ºC Forward External-seq RHBS1 5’-AAA TKG CAC TAG TAA ACT GAG CCA-3’ 56ºC Reverse External-seq FHBS2 5’-CGT GGT GGA CTT CTC TCA ATT TTC-3’ 56ºC Forward Internal-seq RHBS2 5’-GCC ARG AGA AAC GGR CTG AGG CCC-3’ 56ºC Reverse Internal-seq Primers for Nested PCR and qPCR (Real Time) ** FGEN 5′-TCA CCA TAT TCT TGG GAA CAA GA-3′ 56ºC Forward Genotyping RGEN 5′-CGA ACC ACT GAA CAA ATG GC-3′ 56ºC Reverse Genotyping FMA 5′-GGC TCM AGT TCM GGA ACA GT-3′ 58ºC Forward GEN A RMA 5′-CTC GCG GAG ATT GAC GAG ATG T-3′ 58ºC Reverse GEN A FMD 5′-GCC AAC AAG GTA GGA GCT-3′ 58ºC Forward GEN D FMF 5′-GYT ACG GTC CAG GGT TAC CA-3′ 58ºC Forward GEN F RMD/F 5′-GGA GGC GGA TYT GCT GGC AA-3′ 58ºC Reverse GEN D * Sitnik et al. (2004); ** Naito et al. (2001). 2.2.1.2. Nested PCR for sequencing and for qPCR Sera of patients underwent two rounds of amplification using external (FHBS1 and RHBS1) and internal primers (FHBS2 and RHBS2) for the sequencing reaction. The Hot-Start mix (Promega, Brazil) was used for each PCR reaction, with a final 48 primer concentration of 0.5 µM (7). The PCR was performed with the following cycles: initial denaturation at 94ºC for 20 s; 30 cycles of 20 s at 94ºC, annealing at 56ºC for 20 s, extension at 72ºC for 30 s; and final extension at 72ºC for 1 min. A nested triplex PCR reaction was performed for the melting curve analysis, according to Naito et al (2001), with modifications. The first step of the reaction was performed by conventional PCR (external primers), and the second step of the reaction was performed in a qPCR system (Applied Biosystem 7500), using the GoTaq® qPCR Master Mix kit (Promega, Brazil). The FGEN and RGEN primers (final concentration 0.5 µM each) were used for the first step of amplification, with the following conditions: initial denaturation at 94ºC for 20 s; 50 cycles at 94ºC for 20 s, 56°C for 30 s and 72ºC for 30 s; final extension at 72ºC for 1 min. The second PCR step used the FMA, RMA, FMD, FMF and RMD/F primers, all in the final concentration of 0.1 µM. The reaction conditions were: initial denaturation at 95ºC for 50 s; 20 cycles of 94ºC for 15 s, 58ºC for 20 s, 72ºC for 30 s; final extension at 72ºC for 1 min. The sensitivity of the lower limit of viral detection was established at 400 copies/mL. 2.2.1.3. Sequencing Reaction The amplified fragments were sequenced based on the methodology described by Sanger et al. (13), using dideoxinucleotides (ddNTPs) labeled with fluorescent markers (Kit ABI PrismR BigDye™ Terminator Cycle Sequencing Ready Reaction, Applied Biosystems, Foster City, CA, USA). The automatic ABI 3130 DNA analyzer (Applied Biosystems) was used in a commercial molecular laboratory as control. Sequences were analyzed with the Chromas program (Version 2.31, 49 Technelysium Pty Ltd) and translated with the DNA program for Windows (Version 2.2, David Dixon). The GeneMapper program Version 3.7 (Applied Biosystems) was used for comparison of the sequence found with known sequences, to identify the viral genotype and subtype. 2.2.2. Statistical Analysis The results were analyzed using descriptive statistical methods (mean, median, frequency and standard deviation), with the software SPSS version 18. Results were arranged in tables and charts, for best visualization. 3. RESULTS This study was conducted with 104 HBV patients, attended at the Complexo Hospitalar Santa de Misericórdia de Porto Alegre. A nested PCR method with a final step consisting of a multiplex real time PCR (Nested-Multiplex qPCR), using melting curve analysis for the identification of genotype-specific fragments, was standardized for analysis of HBV genotypes. The average age of patients was 47.9 years, and males accounted for 70.3% of the sample (Table 2). Median values of liver transaminases were 34.5 U/L (ALT) and 32.0 U/L (AST), considered within the normal range (ALT, 50 U/L and AST, 40 U/L). The serological analysis showed that 82.6% of the blood samples were positive for HBsAg, 20.5% for anti-HBsAg, 29.7% for HBeAg, 66.2% for anti-HBeAg, and 95,3% for HBC-Total. 50 Table 2: Clinical Characteristics of Patients and HBV Genotypes. Variable Age in years deviation) Values n (%) (mean-standard 47.9+13.1 Gender n (%) Male 73 (70.3%) Female 31 (29.7%) ALT median (p25-p50) 34.5 (22.2-52.75) AST 32.0 (23.0-57.0) HBsAg (n=104) Positive 86 (82.6%) Negative 18 (17.4%) Anti-HBsAg (n=73) Positive 15 (20.5%) Negative 58 (79.5%) HBeAg (n=74) Positive 22 (29,7%) Negative 52 (70,3%) Anti-HBeAg (n=71) Positive 47 (66,2%) Negative 24 (33,8%) HBC-Total (n=64) Positive 61 (95,3%) Negative 3 (4,7%) Genotypes (n=104) A 23 (22,1%) D 46 (44,2%) F 4 (3,8%) Undetectable 31 (29,8%) After extraction of DNA, samples were amplified by PCR and the fragments were analyzed by agarose gel electrophoresis, with detection of HBV. After confirmation of the presence of the fragment, each amplification product was used for the second amplification reaction with genotype-specific primers. The second reaction, performed using the reagent Sybr Green, allows evaluation of the specificity of the reaction by melting curve analysis, with a specific melting temperature (Tm) for each fragment amplified. As already mentioned, the melting curve analysis is based on the Tm, in which half of the DNA molecules are in 51 the form of single strand and the other half in the form of a double helix. The Tm is dependent on DNA composition, and is directly related to the G+C content in DNA – which, in turn, involves a higher number of H bonds. Since each amplified fragment has a specific size and base composition, they can be identified by melting curve analysis. In the present study, this analysis was also used for identification of HBV genotypes: A (68 bp), D (119 bp) and F (97 bp). The technique used, Nested-Multiplex qPCR, allowed the identification of fragments with the expected melting temperature for each of the specific viral genotypes (p<0.001) (Figure 1). The genotypes were confirmed by DNA sequencing (data not shown). A B Figure 1: Melting curve analysis for HBV genotyping. (A) Normalized melting curves. (B) Derived melting curves. Genotypes A, D and F. The results showed a higher frequency of genotype D (44.2%), followed by genotype A (22.1%) and genotype F (3.8%). It should be noted that, in 29.8% of the samples, HBV was undetectable (negative) by PCR. Considering the remaining samples, the frequency of the genotypes A, D and F was 32%, 63% and 5%, respectively. 52 Table 3 describes the molecular characteristics of patients according to HBV genotypes, as well as other clinical data. Table 3: Clinical and Molecular Characteristics of Patients According to HBV Genotypes. Variable Genotype A D F 48.7+16.7 45.69+12.4 35.3+2.5 Male 15 (65.3%) 14 (30.5%) 4 (100%) Female 8 (34.7%) 32 (69.5%) - ALT median (p25-p50) 30 (14-43.5) 42 (23.7-71.7) 49 (33-52) AST 34 (26.7-42.2) 36.5 (22.2-59.7) 39 (28-60) Normal 18 (78.3%) 24 (52.2%) 3 (75.0%) High 5 (21.7%) 22 (47.8%) 1 (25.0%) Normal 20 (86.9%) 35 (76.1%) 3 (75.0%) High 2 (13.1%) 11 (23.9%) 1 (25.0%) Positive 16 (71.4%) 43 (93.5%) 3 (66.7%) Negative 7 (28.6%) 3 (6.5%) 1 (33.3%) Positive 6 (55.5%) 2 (8.0%) - Negative 5 (45.5%) 23 (92.0%) - Positive 5 (50.0%) 8 (30.8%) 3 (100%) Negative 5 (50.0%) 18 (69.2%) - Positive 3 (30.0%) 18 (66.7%) 1 (50.0%) Negative 7 (70.0%) 9 (33.3%) 1 (50.0%) Positive 9 (81.8%) 21 (100%) 1 (100%) Negative 2 (18.2%) - Age in years (mean-standard deviation) Gender n (%) AST ALT HBsAg Anti-HBsAg HBeAg Anti-HBeAg HBC-Total Finally, DNA sequencing performed to confirm the genotypes found by qPCR reaction allowed also the analysis of mutations presented by HBV, as well as the associated resistance to the treatments available (data not shown). Only two mutations, unrelated with resistance to conventional treatment of patients with HBV, were observed in the 104 samples studied and genotyped. 53 4. DISCUSSION Genotyping of HBV is important to investigate the route of infection and pathogenicity of the virus. In particular, the analysis of the DNA sequence in different viral isolates may identify their patterns of serological reactivity, pathogenicity, virulence and response to treatment. In addition, genetic variations of HBV have specific geographical distribution (5). In Brazil, yet there are few investigations on the prevalence of HBV genotypes and subtypes (3, 5, 6, 14). Some of the reasons for that are related to the short supply of commercial kits for genotyping and subtyping of HBV, which causes the PCR techniques to be conducted in house, and the high cost of equipment and reagents necessary for molecular biology techniques, which greatly increase the difficulty in conducting studies in this line of research. However, the use of real-time PCR with Sybr Green can dramatically reduce these costs (15). In clinical practice, the molecular diagnosis of HBV usually includes serological analyses (1, 16, 17). Two of the several types of molecular tests available for HBV diagnosis were used in this work: sequencing and PCR. The PCR for HBV is one of the most used methods, with complete or partial genome sequencing as a clinical tool for the determination of HBV genotypes. The costs of reagents and labor, however, are high (5, 18, 19). In research activities, sequencing is used for analysis of mutations in the genome of HBV. Molecular and serological tests differ in their sensitivity and specificity to detect the different HBV diagnostic targets, as well as in their commercial availability, time between receiving the samples and producing the result, approval status by the authorities and in their ability to distinguish between viral genotypes (20, 21). In this context, the molecular techniques used to investigate HBV infection enable the 54 detection of viral genetic material and are considered more adequate for diagnosis. On the other hand, rapid serologic tests generally detect viral antigens (proteins) and have low sensitivity for identification of polymorphisms and even pre-core mutations (12, 22). Genotyping of HBV is important to elucidate the differences in diversity of sequences and viral phylogeny (23). Several methods have been used for genotyping of HBV, including sequencing, PCR with probes, RFLP analysis, colorimetric test for detecting point mutations, ligase chain reaction, mass spectrometry and enzyme-linked immunosorbent assay for genotype-specific epitopes (18, 24). The main genotyping systems that have been developed are based on the polymerase chain reaction. The system described by Naito et al. (2001) uses primers specific to each type of HBV, allowing the identification of genotypes AF (25), but not G and H. The system described by Liu et al. (2008), on the other hand, is based on multiplex PCR (26). The use of real-time PCR provides rapid results. With a real time PCR method that allows genotyping, sequencing and analysis of sequences for diagnostics and treatment are not necessary (27). The molecular diagnosis of HBV can be accomplished with serum, plasma, or even oral fluid samples (28). Standardization and improvement in the quality and quantity of DNA must be performed for each sample. In this context, Portilho et al. observed that laboratories should standardize their own procedures according to the routines of collecting and processing of samples (28). With this objective, in the present study a previous PCR was conducted to increase the quality and quantity of the viral DNA, both for the sequencing reaction and for the standardization of the multiplex real-time PCR to study HBV genotypes. After the first reaction, a multiplex PCR with the Sybr Green 55 system was performed. The use of Sybr Green must be followed by melting curve analysis to determine the specificity of the amplified fragment. Several studies use this multiplex methodology, due to its lower operating cost when compared to the Taqman system, whose higher costs are related to the need of synthetic fluorescent probes consisting of fluorochrome and quencher, in addition to primers (15). This is the first study using a multiplex PCR technique for the genotyping of hepatitis B virus in the state of Rio Grande do Sul, Southern Brazil. The use of melting curve analysis showed that the specificity and reproducibility were similar to previously published results for other viruses (15, 29, 30). Several reports have described the use of real-time PCR for the identification of strains, however with a generalist approach. Daniel et al. (2009) have developed an in house assay for the quantification of HBV, suggesting the use of a multiplex reaction for the identification of co-infections with hepatitis C virus and human immunodeficiency virus (19). Liu et al. (2006) used melting curve analysis as a tool for definition of HBV genotypes; in that study, a pre-PCR step using specific probes separated the genotypes in two groups prior to the PCR (26, 31). In the present study, a set of multiplex primers was used for detection of the most common HBV genotypes in our country, especially in Rio Grande do Sul; therefore, our methodology was faster and did not require specific probes, which usually implies in higher costs. The set of primers designed in the present study has the advantage to determine the genotype directly in the PCR, without further methodological steps. In addition, the method was designed to have greater accuracy in genotyping and greater sensitivity to identify mixed genotypes when compared to sequencing reactions, which are usually employed in diagnostic laboratories in our region. A 56 recent study by Yin et al. demonstrated the importance of a co-infection of HBV genotypes, resulting in increased viral load as well as increased risk for the development of HCC (32). A possible limitation of their method is that the genotype is not identified by a single reaction, requiring further analytical steps. The reasons for the absence of HBV DNA in the serum of HBsAg-positive patients in our study remain unknown. However, the presence of HBV variants with a low level of replication, which in the present study resulted in absence of HBeAg, can and should be considered as inhibitory mechanisms related to the immune system of infected patients or false-positive results of viral antigen. However, it should be pointed out that HBV and its genotypes could be identified in HBeAg-negative patients with normal aminotransferase levels, suggesting that adjustments in the methodology used could provide better sensitivity even in this population of inactive carriers of HBV. Other parameters related to the detection of HBV DNA should be examined, such as the diagnostic method used, the storage conditions of the samples and the type of biological material analyzed (serum, peripheral blood mononuclear cells and hepatic tissue). In this study, a high prevalence of genotype D (63%), followed by genotype A (32%) was found in patients of Rio Grande do Sul. Genotype F was found in only 5% of the population investigated. Similar results were reported in Brazil by Haddad and also by a previous study of our group (5, 33). The distribution of genotypes in the Brazilian population correlates with the origin of our ancestors. The frequency of genotypes A and D suggests the influence of African ancestry, resulting from the period of slavery, as well as the influence of European colonization. Studies conducted at Instituto Oswaldo Cruz (IOC), a pioneer in establishing the genotype of viruses in Brazil, showed that about 50% of the 57 viruses found in the country have the A genotype, which is the African subtype, possibly related to the introduction of Africans in Brazil by the slave trade. A study in Bahia with 120 patients with chronic hepatitis B showed that the most frequent genotype was A, followed by genotype F (4, 34). In Rio Grande do Sul, there is a predominance of European descendants. In this study, genotype D, which has a global distribution, was the most prevalent in the group of patients with chronic hepatitis B, similar to previous reports (5). The frequencies of HBV genotypes observed in the present study, with prevalence of genotype D, followed by A and F, are similar to a previous investigation conducted in the southern region (35). The D genotype is found mainly in the Mediterranean region, from where a major wave of immigrants, including Italians, Spaniards and Portuguese, came to southern Brazil (34), which may explain the present findings. The F genotype is characteristic of the native population of the Americas, and has increased frequency in Argentina (35), which explains the frequency found in the present study. We did not observe the genotypes B, C, E, G and H in the patients included in this investigation. The time course of detection of serologic markers can be related to immunological windows, regardless of HBV genotype. In this study, an increased frequency of patients with the C-genotype HBV, but not with the A genotype, were negative for anti-HBsAg and HBeAg. These results suggested that these patients were not in the infectious stage. We also observed that 18 patients with C-genotype HBV were positive for HBeAg, suggesting active phase. Sitinik and collaborators found that pre-core mutations can cause negative results for HBeAg, showing the need for further studies comparing the serology of patients and HBV genotypes (12). Lack of information about the stage of treatment of each patient hampers a more 58 detailed investigation, and may lead to erroneous interpretation of serological patterns. Few studies relate serological markers of hepatitis B with HBV genotypes. 5. CONCLUSION The PCR assay described in this study provides a rapid and accurate method to differentiate HBV genotypes (A, D and F) using a Nested-Multiplex qPCR with specific primers. This method can be useful for HBV genotyping in large clinical scale and epidemiological studies, especially in regions with high prevalence of HBV infection. The simplicity and speed of this PCR assay can reduce the cost and complexity of genotype identification. 6. REFERENCES 1. El-Serag HB. Epidemiology of viral hepatitis and hepatocellular carcinoma. Gastroenterology. 2012 May;142(6):1264-73.e1. PubMed PMID: 22537432. Pubmed Central PMCID: PMC3338949. eng. 2. Franco E, Bagnato B, Marino MG, Meleleo C, Serino L, Zaratti L. Hepatitis B: Epidemiology and prevention in developing countries. World J Hepatol. 2012 Mar;4(3):74-80. PubMed PMID: 22489259. Pubmed Central PMCID: PMC3321493. eng. 3. Ferreira RC, Teles SA, Dias MA, Tavares VR, Silva SA, Gomes SA, et al. Hepatitis B virus infection profile in hemodialysis patients in Central Brazil: prevalence, risk factors, and genotypes. Mem Inst Oswaldo Cruz. 2006 Sep;101(6):689-92. PubMed PMID: 17072485. eng. 4. Ribeiro NR, Campos GS, Angelo AL, Braga EL, Santana N, Gomes MM, et al. Distribution of hepatitis B virus genotypes among patients with chronic infection. 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