Summary

Background

 Diarrhoea is the second leading cause of mortality in children worldwide, but establishing the cause can be complicated by diverse diagnostic approaches and varying test characteristics. We used quantitative molecular diagnostic methods to reassess causes of diarrhoea in the Global Enteric Multicenter Study (GEMS). 

Methods

 GEMS was a study of moderate to severe diarrhoea in children younger than 5 years in Africa and Asia. We used quantitative real-time PCR (qPCR) to test for 32 enteropathogens in stool samples from cases and matched asymptomatic controls from GEMS, and compared pathogen-specific attributable incidences with those found with the original GEMS microbiological methods, including culture, EIA, and reverse-transcriptase PCR. We calculated revised pathogen-specific burdens of disease and assessed causes in individual children. 

Findings

 We analysed 5304 sample pairs. For most pathogens, incidence was greater with qPCR than with the original methods, particularly for adenovirus 40/41 (around five times), Shigella spp or enteroinvasive Escherichia coli (EIEC) and Campylobactor jejuni o C coli (around two times), and heat-stable enterotoxin-producing E coli ([ST-ETEC] around 1·5 times). The six most attributable pathogens became, in descending order, Shigella spp, rotavirus, adenovirus 40/41, ST-ETEC, Cryptosporidium spp, and Campylobacter spp. Pathogen-attributable diarrhoeal burden was 89·3% (95% CI 83·2–96·0) at the population level, compared with 51·5% (48·0–55·0) in the original GEMS analysis. The top six pathogens accounted for 77·8% (74·6–80·9) of all attributable diarrhoea. With use of model-derived quantitative cutoffs to assess individual diarrhoeal cases, 2254 (42·5%) of 5304 cases had one diarrhoea-associated pathogen detected and 2063 (38·9%) had two or more, with Shigella spp and rotavirus being the pathogens most strongly associated with diarrhoea in children with mixed infections. 

Interpretation

 A quantitative molecular diagnostic approach improved population-level and case-level characterisation of the causes of diarrhoea and indicated a high burden of disease associated with six pathogens, for which targeted treatment should be prioritised. 

Funding

 Bill & Melinda Gates Foundation.

Blood-stage malaria vaccines are intended to prevent clinical disease. The malaria vaccine FMP2.1/AS02(A), a recombinant protein based on apical membrane antigen 1 (AMA1) from the 3D7 strain of Plasmodium falciparum, has previously been shown to have immunogenicity and acceptable safety in Malian adults and children.In a double-blind, randomized trial, we immunized 400 Malian children with either the malaria vaccine or a control (rabies) vaccine and followed them for 6 months. The primary end point was clinical malaria, defined as fever and at least 2500 parasites per cubic millimeter of blood. A secondary end point was clinical malaria caused by parasites with the AMA1 DNA sequence found in the vaccine strain.The cumulative incidence of the primary end point was 48.4% in the malaria-vaccine group and 54.4% in the control group; efficacy against the primary end point was 17.4% (hazard ratio for the primary end point, 0.83; 95% confidence interval [CI], 0.63 to 1.09; P=0.18). Efficacy against the first and subsequent episodes of clinical malaria, as defined on the basis of various parasite-density thresholds, was approximately 20%. Efficacy against clinical malaria caused by parasites with AMA1 corresponding to that of the vaccine strain was 64.3% (hazard ratio, 0.36; 95% CI, 0.08 to 0.86; P=0.03). Local reactions and fever after vaccination were more frequent with the malaria vaccine.On the basis of the primary end point, the malaria vaccine did not provide significant protection against clinical malaria, but on the basis of secondary results, it may have strain-specific efficacy. If this finding is confirmed, AMA1 might be useful in a multicomponent malaria vaccine. (Funded by the National Institute of Allergy and Infectious Diseases and others; ClinicalTrials.gov number, NCT00460525.).

Shigella case isolates from the Global Enteric Multicenter Study were serotyped to guide vaccine development. A quadrivalent vaccine that includes O antigens from S. sonnei, S. flexneri 2a, S. flexneri 3a, and S. flexneri 6 should provide broad protection. Background. Shigella, a major diarrheal disease pathogen worldwide, is the target of vaccine development. The Global Enteric Multicenter Study (GEMS) investigated burden and etiology of moderate-to-severe diarrheal disease in children aged <60 months and matched controls without diarrhea during 3 years at 4 sites in Africa and 3 in Asia. Shigella was 1 of the 4 most common pathogens across sites and age strata. GEMS Shigella serotypes are reviewed to guide vaccine development. Methods. Subjects' stool specimens/rectal swabs were transported to site laboratories in transport media and plated onto xylose lysine desoxycholate and MacConkey agar. Suspect Shigella colonies were identified by biochemical tests and agglutination with antisera. Shigella isolates were shipped to the GEMS Reference Laboratory (Baltimore, MD) for confirmation and serotyping of S. flexneri; one-third of isolates were sent to the Centers for Disease Control and Prevention for quality control. Results. Shigella dysenteriae and S. boydii accounted for 5.0% and 5.4%, respectively, of 1130 Shigella case isolates; S. flexneri comprised 65.9% and S. sonnei 23.7%. Five serotypes/subserotypes comprised 89.4% of S. flexneri, including S. flexneri 2a, S. flexneri 6, S. flexneri 3a, S. flexneri 2b, and S. flexneri 1b. Conclusions. A broad-spectrum Shigella vaccine must protect against S. sonnei and 15 S. flexneri serotypes/subserotypes. A quadrivalent vaccine with O antigens from S. sonnei, S. flexneri 2a, S. flexneri 3a, and S. flexneri 6 can provide broad direct coverage against these most common serotypes and indirect coverage against all but 1 (rare) remaining subserotype through shared S. flexneri group antigens.

Background The importance of Cryptosporidium as a pediatric enteropathogen in developing countries is recognized. Methods Data from the Global Enteric Multicenter Study (GEMS), a 3-year, 7-site, case-control study of moderate-to-severe diarrhea (MSD) and GEMS-1A (1-year study of MSD and less-severe diarrhea [LSD]) were analyzed. Stools from 12,110 MSD and 3,174 LSD cases among children aged <60 months and from 21,527 randomly-selected controls matched by age, sex and community were immunoassay-tested for Cryptosporidium. Species of a subset of Cryptosporidium-positive specimens were identified by PCR; GP60 sequencing identified anthroponotic C. parvum. Combined annual Cryptosporidium-attributable diarrhea incidences among children aged <24 months for African and Asian GEMS sites were extrapolated to sub-Saharan Africa and South Asian regions to estimate region-wide MSD and LSD burdens. Attributable and excess mortality due to Cryptosporidium diarrhea were estimated. Findings Cryptosporidium was significantly associated with MSD and LSD below age 24 months. Among Cryptosporidium-positive MSD cases, C. hominis was detected in 77.8% (95% CI, 73.0%-81.9%) and C. parvum in 9.9% (95% CI, 7.1%-13.6%); 92% of C. parvum tested were anthroponotic genotypes. Annual Cryptosporidium-attributable MSD incidence was 3.48 (95% CI, 2.27–4.67) and 3.18 (95% CI, 1.85–4.52) per 100 child-years in African and Asian infants, respectively, and 1.41 (95% CI, 0.73–2.08) and 1.36 (95% CI, 0.66–2.05) per 100 child-years in toddlers. Corresponding Cryptosporidium-attributable LSD incidences per 100 child-years were 2.52 (95% CI, 0.33–5.01) and 4.88 (95% CI, 0.82–8.92) in infants and 4.04 (95% CI, 0.56–7.51) and 4.71 (95% CI, 0.24–9.18) in toddlers. We estimate 2.9 and 4.7 million Cryptosporidium-attributable cases annually in children aged <24 months in the sub-Saharan Africa and India/Pakistan/Bangladesh/Nepal/Afghanistan regions, respectively, and ~202,000 Cryptosporidium-attributable deaths (regions combined). ~59,000 excess deaths occurred among Cryptosporidium-attributable diarrhea cases over expected if cases had been Cryptosporidium-negative. Conclusions The enormous African/Asian Cryptosporidium disease burden warrants investments to develop vaccines, diagnostics and therapies.

Summary

Background

 Diarrheal diseases remain a leading cause of illness and death among children younger than 5 years in low-income and middle-income countries. The Global Enteric Multicenter Study (GEMS) has described the incidence, aetiology, and sequelae of medically attended moderate-to-severe diarrhoea (MSD) among children aged 0–59 months residing in censused populations in sub-Saharan Africa and south Asia, where most child deaths occur. To further characterise this disease burden and guide interventions, we extended this study to include children with episodes of less-severe diarrhoea (LSD) seeking care at health centres serving six GEMS sites. 

Methods

 We report a 1-year, multisite, age-stratified, matched case-control study following on to the GEMS study. Six sites (Bamako, Mali; Manhiça, Mozambique; Basse, The Gambia; Mirzapur, Bangladesh; Kolkata, India; and Bin Qasim Town, Karachi, Pakistan) participated in this study. Children aged 0–59 months at each site who sought care at a sentinel hospital or health centre during a 12-month period were screened for diarrhoea. New (onset after ≥7 diarrhoea-free days) and acute (onset within the previous 7 days) episodes of diarrhoea in children who had sunken eyes, whose skin lost turgor, who received intravenous hydration, who had dysentery, or who were hospitalised were eligible for inclusion as MSD. The remaining new and acute diarrhoea episodes among children who sought care at the same health centres were considered LSD. We aimed to enrol the first eight or nine eligible children with MSD and LSD at each site during each fortnight in three age strata: infants (aged 0–11 months), toddlers (aged 12–23 months), and young children (aged 24–59 months). For each included case of MSD or LSD, we enrolled one to three community control children without diarrhoea during the previous 7 days. From patients and controls we collected clinical and epidemiological data, anthropometric measurements, and faecal samples to identify enteropathogens at enrolment, and we performed a follow-up home visit about 60 days later to ascertain vital status, clinical outcome, and interval growth. Primary outcomes were to characterise, for MSD and LSD, the pathogen-specific attributable risk and population-based incidence values, and to assess the frequency of adverse clinical consequences associated with these two diarrhoeal syndromes. 

Findings

 From Oct 31, 2011, to Nov 14, 2012, we recruited 2368 children with MSD, 3174 with LSD, and one to three randomly selected community control children without diarrhoea matched to cases with MSD (n=3597) or LSD (n=4236). Weighted adjusted population attributable fractions showed that most attributable cases of MSD and LSD were due to rotavirus, Cryptosporidium spp, enterotoxigenic Escherichia coli encoding heat-stable toxin (with or without genes encoding heat-labile enterotoxin), and Shigella spp. The attributable incidence per 100 child-years for LSD versus MSD, by age stratum, for rotavirus was 22·3 versus 5·5 (0–11 months), 9·8 versus 2·9 (12–23 months), and 0·5 versus 0·2 (24–59 months); for Cryptosporidium spp was 3·6 versus 2·3 (0–11 months), 4·3 versus 0·6 (12–23 months), and 0·3 versus 0·1 (24–59 months); for enterotoxigenic E coli encoding heat-stable toxin was 4·2 versus 0·1 (0–11 months), 5·2 versus 0·0 (12–23 months), and 1·1 versus 0·2 (24–59 months); and for Shigella spp was 1·0 versus 1·3 (0–11 months), 3·1 versus 2·4 (12–23 months), and 0·8 versus 0·7 (24–59 months). Participants with both MSD and LSD had significantly more linear growth faltering than controls at follow-up. 

Interpretation

 Inclusion of participants with LSD markedly expands the population of children who experience adverse clinical and nutritional outcomes from acute diarrhoeal diseases. Since MSD and LSD have similar aetiologies, interventions targeting rotavirus, Shigella spp, enterotoxigenic E coli producing heat-stable toxin, and Cryptosporidium spp might substantially reduce the diarrhoeal disease burden and its associated nutritional faltering. 

Funding

 Bill & Melinda Gates Foundation.