Investigation of Carbapenemase Genes and Molecular Epidemiology of Enterobacteriaceae Strains Isolated between 2010-2014 in a University Hospital

Bir Üniversite Hastanesinde 2010-2014 Yılları Arasında İzole Edilen Enterobacteriaceae Türlerinin Karbapenemaz Genlerinin Araştırılması ve Moleküler Epidemiyolojisinin Belirlenmesi

Abstract

The worldwide spread of carbapenemase producing Enterobacteriaceae isolates has become a major threat of public health. This worrisome situation leads the development of new methods for carbapenemase screening, detection, prevention of spread and epidemiological data collection as mandatory. In this study, it was aimed to investigate existence and distribution of carbapenemaseencoding genes (CEGs) among carbapenem-resistant Enterobacteriaceae isolated from various clinical samples in Ankara University Faculty of Medicine, Ibni Sina Hospital, Central Microbiology Laboratory between June 2010-May 2014 and detect their clonal relationship. A total of 112 non-repetitive Enterobacteriaceae isolates which were intermediate or resistant to ertapenem were identified by using Phoenix (BD Diagnostic Systems, Sparks, USA) automated microbiology system. After DNA extraction from the isolates, 11 carbapenemase-encoding genes (CEGs) (blaIMP, blaVIM, blaSPM, blaKPC, blaNDM, blaOXA-48, blaGIM, blaSIM, blaAIM, blaDIM ve blaBIC) were detected with PCR. The clonal relationship among the isolates was determined by PFGE method following digestion with Xbal DNA macrorestriction endonuclease. Among 112 isolates Klebsiella pneumoniae was the most frequent (n= 79, 70.5%) bacteria followed by Escherichia coli (n= 15, 13.4%), Enterobacter cloacae (n= 10, 8.9%), Enterobacter aerogenes (n= 4, 3.6%) and Klebsiella oxytoca (n= 4, 3.6%) respectively. blaOXA-48 was the most frequent gene detected. Among 83 (74.1%) isolates blaOXA-48 was detected alone and in 7 (6.3%) of the isolates it was identified with blaVIM gene coexistence. blaVIM gene was identified as the second most frequent CEG among the isolates. blaVIM gene was detected positive in 9 (8%) isolates. blaNDM gene was identified in 2 (1.8%) isolates. Ten of the K.pneumoniae isolates with identical PFGE pattern were named as pulsotype B. These isolates were found to be similar in terms of isolate location, isolation dates, antibiotic resistance patterns and the carbapenemase genes they carry, and are considered to be potential outbreak isolates originated from intensive care units. On the other hand CEGs were found in the clinical samples obtained from five out-patients suggesting that community-acquired infections may also arise due to carbapenemase producing Enterobacteriaceae in our country where blaOXA-48 producers are endemic. According to this study, blaOXA-48 producing gram negative bacteria were frequent in our hospital. The prevalance of blaVIM gene among metallo-beta-lactamases and coexistence with blaOXA-48 gene was remarkable. The frequency of blaNDM producing isolates in our hospital was not detected as high yet. In this study, the identification of carbapenemase producing bacteria as outbreak strains in our hospital indicated that cross-sectional surveillance for carbapenemase-producing bacteria from each patient was valuable in terms of early diagnosis of outbreaks.

Özet

Karbapenemaz üreten Enterobacteriaceae izolatlarının dünya genelindeki yayılımı halk sağlığı açısından önemli bir tehdit olmaya başlamıştır. Oldukça endişe verici bu tablo; karbapenemazların taranması, tespit edilmesi ve yayılımının önlenmesi gibi konularda yeni yöntemlerin geliştirilmesini ve epidemiyolojik veri toplanmasını zorunlu kılmaktadır. Bu çalışmada Ankara Üniversitesi Tıp Fakültesi İbni Sina Hastanesi Mikrobiyoloji Merkez Laboratuvarı’na 2010 Haziran-2014 Mayıs tarihleri arasında farklı servislerden gelen klinik örneklerden izole edilen karbapenem dirençli Enterobacteriaceae izolatlarında karbapenemaz genlerinin varlığı ve dağılımı ile bunların birbirleri ile olan klonal ilişkisinin ortaya konulması amaçlanmıştır. Ertapeneme karşı orta duyarlı ya da dirençli bulunan 112 izolat Phoenix (BDDiagnostic Systems, Sparks, ABD) otomatize mikrobiyoloji sistemi ile tanımlanmıştır. İzolatların DNA ekstraksiyonunu takiben polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) ile 11 adet karbapenemaz kodlayan genler (blaIMP, blaVIM, blaSPM, blaKPC, blaNDM, blaOXA-48, blaGIM, blaSIM, blaAIM, blaDIM ve blaBIC) incelenmiştir. İzolatlar arasındaki klonal ilişki, izolatların DNA makrorestriksiyon enzimi Xbal ile kesimi sonrası PFGE yöntemi ile araştırılmıştır. İncelenen 112 bakteriyel izolatın çoğunluğunu Klebsiella pneumoniae (n= 79, %70.5) oluşturmakta iken bunu sırasıyla Escherichia coli (n= 15, %13.4), Enterobacter cloacae (n= 10, %8.9), Enterobacter aerogenes (n= 4, %3.6) ve Klebsiella oxytoca (n= 4, %3.6) takip etmiştir. İzolatlarda en sık olarak blaOXA-48 geninin varlığı saptanmıştır. İzolatların 83 (%74.1) tanesinde blaOXA-48 geni varlığı tek başına, 7 (%6.3) tanesinde ise blaVIM geni ile birlikte tespit edilmiştir. Karbapenemaz genleri arasında ikinci sıklıkta blaVIM geni saptanmış olup toplam 9 (%8) izolatta pozitif olarak bulunmuştur. blaNDM geni 2 (%1.8) izolatta tanımlanmıştır. PFGE ile incelenen izolatlar arasında 10 K.pneumoniae izolatı aynı PFGE paternine sahip bulunmuş ve pulsotip B olarak isimlendirilmiştir. Bu izolatlar; izole edildikleri yer, izolasyon tarihleri, antibiyotik direnç paternleri ve taşıdıkları karbapenemaz genleri açısından benzer bulunmuş ve yoğun bakım servislerinde ortaya çıkan muhtemel bir salgına ait izolatlar olarak değerlendirilmiştir. Bu çalışmada ayrıca polikliniğe başvuran beş hastadan gönderilen klinik örneklerde de karbapenemaz genleri belirlenmiştir. Polikliniğe başvuran hastalarda böyle bir durumun görülmesi, blaOXA-48 üreten bakterilerin endemik olduğu ülkemizde karbapenemaz üreticisi Enterobacteriaceae üyelerinin neden olduğu toplum kökenli enfeksiyonların da karşımıza çıkabileceğini düşündürmüştür. Bu çalışmadan elde ettiğimiz verilere göre, hastanemizde blaOXA-48 üreten gram-negatif bakteriler sıktır. Metallo-beta-laktamazlar arasında blaVIM geninin varlığı ve blaOXA-48 karbapenemaz geni ile birlikteliği dikkat çekmektedir. Hastanemizde blaNDM üreten bakterilerin sıklığı henüz yüksek seviyede bulunmamıştır. Bu çalışmada, hastanemizde karbapenemaz üreten bakterilerin salgın suşu olarak belirlenmesi, her hastanenin aralıklı olarak karbapenemaz üreten bakteriler yönünden kesitsel sürveyans yapmasının salgınların erken tanısı açısından değerli olacağına dikkat çekmektedir.