Abstract The purpose was to study respiratory infections in a cold environment among young Finnish men. The seasonal variation in the occurrence of respiratory tract infections is well-known, but the impact of cold exposure is obscure. The burden of respiratory tract infections is especially apparent during military service, but the possible risk factors for infections are not. A total of 892 young military conscripts, 224 men with physician-diagnosed asthma, from the intake groups of July 2004 and January 2005 in Kainuu Brigade, were recruited for the study. In Kajaani area, the average daily temperature is above 10°C only from June to August and all conscripts serve during the cold season, too. The previous history of respiratory tract symptoms, infections, smoking habits and cold sensations were obtained with a questionnaire. Blood samples were taken for determination of the markers of inflammation and infection and peak expiratory flow, height and weight were measured. Data on respiratory tract infections requiring a physician consultation and results of a 12-min running test were collected. The temperature data was obtained from the nearest meteorological station located ca. 15 km from the garrison. At the beginning of the service, asthmatic men reported to have experienced more respiratory tract symptoms and were in poorer physical condition according to the 12-min running test compared to non-asthmatic men. However, 48% of men with asthma were without medication. After the 180–362 -day service, both men with and without asthma had enhanced their physical fitness as determined with the 12-min running test. At the same time, the levels of high sensitive C-reactive protein as a marker of low-grade inflammation, decreased. Infection episodes requiring physician consultation were more common among men with, rather than without, asthma. Chlamydia pneumoniae infections were mostly mild upper respiratory tract infections, common cold and sinusitis, and were as common in asthmatic as in non-asthmatic men. However, prolonged Chlamydia pneumoniae infections were more common among asthmatic men. Obesity and previous respiratory tract infections were independent risk factors for frequent infections among men with 180-day service. There was a typical seasonal variation in respiratory tract infections among conscripts: most infections occurred in the wintertime. The men with 180-day service had most infections during the first three months of the service, both in the July and January intake groups. Temperature was significantly associated with the occurrence of respiratory infection episodes. The most common temperature for the onset of an episode was in the outdoor temperature range of 0°C to –5°C. Respiratory tract infections were preceded by linearly decreasing outdoor temperature, the coldest day being the day before physician consultation.

Abstract The aims of this work were to study the carriage of respiratory bacteria and to identify risk factors affecting pharyngeal colonisation by these pathogens among young Finnish men during military service, and also to investigate the role of mannose-binding lectin (MBL) concentrations and MBL2 gene polymorphisms in the carriage of respiratory bacteria. A total of 892 military recruits entering the Kainuu Brigade, including 224 men with asthma, were followed up prospectively to the end of their military service. Carriage of Streptococcus pneumoniae, Neisseria meningitidis and beta-haemolytic streptococci appeared to be higher during and at the end of military service than at the beginning. Smoking was found to be a significant risk factor for colonisation by these bacteria. S.pneumoniae was more common in the asthmatic than military conscripts in the non-asthmatic ones at the beginning of military service. A low MBL level increased the risk of carrying N. meningitidis and beta-haemolytic streptococci during military service among non-smokers but not among smokers. Low MBL levels producing MBL2 haplotypes seemed to be associated with the carriage of N. meningitidis and S. pneumoniae. Characterisation of all the oropharyngeal N.meningitidis isolates obtained (n=215) by phenotypic and genotypic methods showed that most of them belonged to the carriage-associated ST-60 clonal complex. Clonal complexes ST-41/44, ST-32, and ST-23, which have previously been associated with disease, also accounted for a third of the carriage strains. Furthermore, a significant association was indicated between an acute upper respiratory infection and oropharyngeal carriage of the virulent meningococcal ST-23 clone. In conclusion, the results reported here show a significant increase in bacterial carriage during military service and provide new information on the association between MBL and carriage of respiratory bacteria. These findings also highlight the importance of smoking cessation, especially among military conscripts, who have been found to be a risk group for invasive bacterial diseases, and they also point to the importance of meningococcal vaccination for military recruits and the need for an efficacious vaccine against serogroup B meningococci. / Tiivistelmä Hengitystieinfektiot ovat yleisiä varusmiespalvelun aikana. Myös oireeton bakteerien nielukantajuus on lisääntynyt. Useimmiten infektiot ovat lieviä virusinfektioita, mutta bakteerien nielukantajuus voi johtaa myös vaikeisiin bakteeritulehduksiin. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena oli tutkia bakteerien nielukantajuutta varusmiespalveluksen alkaessa ja päättyessä sekä mahdollisten hengitystieinfektioiden aikana ja näin saada uutta tietoa bakteerien nielukantajuuteen vaikuttavista tekijöistä. Lisäksi tavoitteena oli selvittää mannoosia sitovan lektiinin (MBL) sekä MBL2-geenin polymorfismien yhteyttä bakteerien nielukantajuuteen. Työn tarkoituksena oli myös feno- ja genotyypittää varusmiehiltä palveluksen aikana eristetyt meningokokkikannat ja verrata niitä vastaavana ajankohtana invasiivista tautia sairastaneista henkilöistä eristettyihin meningokokkikantoihin. Tutkimuksessa seurattiin prospektiivisesti 892 varusmiestä, jotka suorittivat asepalveluksen Kainuun Prikaatissa vuosina 2004–2006. Tutkimukseen osallistuneista varusmiehistä 224:llä oli astma. Tutkimuksessa havaittiin, että oireeton bakteerien nielukantajuus lisääntyy merkitsevästi varusmiespalveluksen aikana. Lisäksi havaittiin, että tupakointi oli merkittävä itsenäinen riskitekijä pneumokokin, meningokokin sekä beta-hemolyyttisten streptokokkien nielukantajuudelle varusmiespalveluksen aikana. Astmaatikkojen pneumokokin nielukantajuus varusmiespalveluksen alussa oli yleisempi kuin terveiden varusmiesten. Tutkimuksessa osoitettiin myös pienen seerumin MBL-pitoisuuden sekä MBL2-geenin polymorfismin eksoni 1:n alueella ja geenin säätelyalueella olevan riskitekijöitä meningokokin, pneumokokin sekä beta-hemolyyttisten streptokokkien nielukantajuudelle tupakoimattomilla varusmiehillä. Meningokokin nielukannoista jopa kolmasosa kuului genotyyppiryhmään, jonka on aiemmissa tutkimuksissa havaittu liittyvän invasiiviseen tautiin. Tutkimuksessa osoitettiin myös tietyn hyperinvasiivisen meningokokin genotyypin (ST-23) liittyvän hengitystieinfektioepisodeihin. Tässä väitöskirjatyössä osoitettiin, että bakteerien nielukantajuus lisääntyy merkitsevästi varusmiespalveluksen aikana ja että oireettomilla varusmiehillä tavataan myös hyperinvasiivisia meningokokkikantoja. Tutkimus antoi myös uutta tietoa hyperinvasiivisten meningokokin genotyyppien liittymisestä hengitystieinfektioihin sekä MBL:n vaikutuksesta bakteerien nielukantajuuteen. Tutkimushavainnot tukevat tupakoimattomuuden edistämisen tärkeyttä myös varusmiespalveluksen aikana.

Abstract Respiratory tract infections are the most common acute illnesses, and innate immunity and inflammation are important in defence against these infections. Mannose-binding lectin (MBL) mediates innate immune defences by recognising microbial structures. MBL deficiency caused by polymorphisms in the MBL2 gene has been associated with susceptibility to recurrent infections. Interleukin-6 (IL-6) is a mediator of inflammatory response. Polymorphisms in the IL-6 and IL-6 receptor (IL-6R) genes have been previously associated mainly with metabolic disorders and cardiovascular diseases. Chlamydia pneumoniae is a common pathogen in acute respiratory tract infections, but it also has a tendency to cause persistent infections, which have been associated with cardiovascular diseases and its risk factors, such as obesity. The aims of this study were to investigate if selected polymorphisms of the MBL2, IL-6 and IL-6R genes are associated with respiratory tract infections and markers of C. pneumoniae infection, and to study if persistent C. pneumoniae infection is connected with an elevated body mass index (BMI) in 893 Finnish male military conscripts. Respiratory tract infections were followed during their military service and serum samples were collected at the beginning and end of their service and during each infectious episode. A variation in serum MBL levels between different MBL2 genotypes and a MBL deficiency in homozygous exon 1 variant genotypes (at codons 52, 54 and 57) were observed. Low MBL levels and MBL2 polymorphisms in exon 1 and promoter region were found to be risk factors for susceptibility to respiratory tract infections as well as for positivity and a rise in C. pneumoniae antibodies during military service. Associations between IL-6R gene polymorphisms in the promoter region (-183G/A) and in intron 1 and respiratory tract infections were found. In addition, the IL-6 -174G/C polymorphism was associated with persistently elevated C. pneumoniae antibodies and with slightly elevated serum C-reactive protein (CRP) levels, pointing to chronic C. pneumoniae infection. Furthermore, persistent C. pneumoniae antibodies as a suggestive marker of chronic infection, and elevated serum CRP levels as a marker of systemic inflammation, were associated with an elevated BMI. In conclusion, the findings support the role for MBL in susceptibility to infections and provide new information about the association between MBL and common respiratory tract infections. The results also suggest that the 5’ area of the IL-6R gene may be a possible candidate region for respiratory tract infection susceptibility, and that IL-6 genetics may be associated with C. pneumoniae infection. The study also provides new information about the role of possible chronic C. pneumoniae infection in obesity. / Tiivistelmä Hengitystieinfektiot ovat yleisimpiä äkillisiä sairauksia, ja synnynnäisellä immuunivasteella ja tulehduksella on tärkeä rooli puolustuksessa näitä infektioita vastaan. Synnynnäiseen immuniteettiin kuuluva mannoosia sitova lektiini (MBL) tunnistaa infektioita aiheuttavien mikrobien rakenteita. MBL2-geenin polymorfismien aiheuttaman MBL-proteiinin puutteen on todettu altistavan toistuville infektioille. Interleukiini-6 (IL-6) on tulehduksen välittäjänä toimiva sytokiini. IL-6- ja IL-6-reseptori (IL-6R) -geenien polymorfismit on aikaisemmin yhdistetty lähinnä metabolisiin häiriöihin sekä sydän- ja verisuonitauteihin. Chlamydia pneumoniae eli keuhkoklamydia on yleinen hengitystieinfektioiden aiheuttaja, mutta se voi myös aiheuttaa kroonisia infektioita, jotka on yhdistetty sydän- ja verisuonitauteihin sekä niiden riskitekijöihin kuten lihavuuteen. Työn tarkoituksena oli tutkia tiettyjen MBL2-, IL-6- ja IL-6R-geenien polymorfismien yhteyttä hengitystieinfektiohin ja keuhkoklamydiavasta-ainetasoihin sekä keuhkoklamydiainfektion yhteyttä painoindeksiin 893 suomalaisella varusmiehellä. Hengitystieinfektioita seurattiin palveluksen aikana, ja seeruminäytteet kerättiin palveluksen alussa, lopussa ja jokaisen infektion aikana. Tutkimuksessa havaittiin vaihtelua seerumin MBL-pitoisuudessa eri MBL2-genotyyppien välillä sekä MBL:n puute homotsygooteissa eksoni 1 -alueen varianttigenotyypeissä (kodoneissa 52, 54 ja 57). Alhaiset MBL-tasot sekä MBL2-geenin polymorfismit eksoni 1 -alueella ja säätelyalueella olivat riskitekijöitä hengitystieinfektioalttiudelle sekä keuhkoklamydiavasta-aineiden esiintymiselle ja vasta-aineiden nousulle palveluksen aikana. IL-6R-geenin polymorfismit säätelyalueella (-183G/A) ja introni 1 -alueella liittyivät hengitystieinfektioihin. Lisäksi IL-6-geenin -174G/C polymorfismi oli yhteydessä jatkuvasti kohonneisiin keuhkoklamydiavasta-aineisiin sekä seerumin C-reaktiivisen proteiinin (CRP) tasoihin, jotka mahdollisesti osoittaisivat kroonista keuhkoklamydiainfektiota. Lisäksi krooniseen keuhkoklamydia-infektioon viittaavat vasta-ainetasot sekä tulehdukseen liittyvä kohonnut CRP-pitoisuus olivat yhteydessä ylipainoon. Tutkimuksen tulokset tukevat aikaisemmin havaittua MBL:n vaikutusta infektioalttiuteen ja lisäksi antavat uutta tietoa MBL:n yhteydestä tavallisiin hengitystieinfektioihin. Tulokset viittaavat myös siihen, että IL-6R-geenin 5’-alueella voi olla yhteyttä hengitystieinfektioalttiuteen ja että IL-6-polymorfismi olisi yhteydessä keuhkoklamydiainfektioon. Tutkimus antaa myös uutta tietoa mahdollisen kroonisen keuhkoklamydiainfektion liittymisestä ylipainoon.