Investigation of plasmid mediated AmpC beta-lactamases among Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae isolated from blood cultures

Escherichia coli ve Klebsiella pneumoniae kan kültürü izolatlarında plazmid aracılı AmpC beta-laktamaz varlığının araştırılması

Abstract

The aim of this study was to investigate the prevalence and types of plasmid-mediated AmpC (pAmpC) beta-lactamase enzymes in Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae strains isolated from blood cultures of hospitalized patients in Dokuz Eylul University Hospital between 2007 and 2012. A total of 261 isolates which consisted of 184 E.coli (70.5%) and 77 K.pneumoniae (29.5%) were included in the study. All isolates were resistant to cefotaxime and/or ceftazidime but susceptible to imipenem. Cefoxitin resistance was investigated as an indicator of AmpC type enzymes. A total of 57 (21.8%) isolates which were cefoxitin-resistant (32 E.coli, 25 K.pneumoniae), were screened for pampC genes by a multiplex polymerase chain reaction (PCR) assay. Additionally, 10 of each cefoxitin susceptible isolates per year were chosen randomly and screened by the same PCR assay to detect the presence of ACC enzymes, which can not hydrolyze cefoxitin. Positive PCR results were confirmed by sequence analysis. Plasmid analysis and macrorestriction analysis were performed for pampC-positive isolates. The presence of pAmpC enzymes has been shown in 9.4% (3/32) of cefoxitin-resistant E.coli, and 8% (2/25) of cefoxi- tin-resistant K.pneumoniae strains. It was noted that there were no strains producing this enzyme isolated in 2007 and 2008, however the prevalence of pAmpC was detected as 1.6% in 2009 (one ACT-1 producing K.pneumoniae), increasing to 4.8% in 2011 (one ACT-1 producing K.pneumoniae) and 6.4% in 2012 (three CMY-2 producing E.coli). These enzymes were found to be carried on 81 kb size plasmids in K.pneumoniae isolates and on a 9 kb size plasmid in E.coli isolates. Macrorestriction analysis indicated that two of the three CMY-2 producing E.coli had the same PFGE (Pulsed-field gel electrophoresis) pattern. If these two strains are considered as identical, it can be concluded that the prevalence of pAmpC was low in the strains isolated between 2007-2012 (4/261; 1.5%) in our institution. On the other hand, the increasing prevalence of pAmpC in 2011 and 2012 should be considered as a warning for the implementation of infection control measures and monitorization of the prevalence in order to prevent the dissemination of pAmpC. As far as the current literature is concerned, this is the first study that demonstrated the presence of the ACT-1 enzyme in K.pneumoniae isolates in Turkey.

Özet

Bu çalışmada, Dokuz Eylül Üniversitesi Tıp Fakültesi Hastanesinde, yatan hastaların kan kültürlerinden izole edilen Escherichia coli ve Klebsiella pneumoniae suşlarında plazmid kökenli AmpC (pAmpC) beta-lak- tamaz sıklığının ve tiplerinin araştırılması amaçlanmıştır. Çalışmaya, 2007-2012 yılları arasında izole edi- len, sefotaksim ve/veya seftazidime dirençli, imipeneme duyarlı 184 (%70.5)’ü E.coli ve 77 (%29.5)’si K.pneumoniae olmak üzere toplam 261 izolat dahil edilmiştir. Bu izolatlarda AmpC enzim göstergesi ola- rak sefoksitin duyarlılığı araştırılmıştır. Sefoksitine dirençli bulunan 57 (%21.8) izolatta (32 E.coli, 25 K.pneumoniae) multipleks polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) ile pampC varlığı araştırılmıştır. Ayrıca, sefok- sitini hidrolize etmeyen bir pAmpC olan ACC varlığını araştırmak üzere sefoksitine duyarlı izolatlar her yı- la ait 10’ar adet olacak şekilde rastgele seçilerek multipleks PCR çalışmasına alınmıştır. PCR ile saptanan pampC genleri, dizi analizi ile doğrulanmıştır. Çalışmada ayrıca, pampC geni taşıyan izolatlarda plazmid analizi ve klonal ilişkinin belirlenmesi amacıyla makrorestriksiyon analizi yapılmıştır. Sefoksitine dirençli E.coli izolatlarının %9.4 (3/32)’ünde ve K.pneumoniae izolatlarının %8 (2/25)’inde pAmpC varlığı saptanmıştır. Bu enzim, 2007 ve 2008 yıllarında hiçbir izolatta saptanmazken, çalışma izolatları içinde enzimin görülme sıklığı 2009 yılında %1.6’ya (bir K.pneumoniae izolatına ait ACT-1 enzimi), 2011 yılında %4.8’e (bir K.pneumoniae izolatına ait ACT-1 enzimi), 2012 yılında ise %6.4’e (3 E.coli izolatına ait CMY-2 enzimi) yükselmiştir. Bu enzimlerin, K.pneumoniae izolatlarında 81 kb büyüklüğündeki bir plazmid ile, E.coli izolatlarında ise 9 kb büyüklüğündeki bir plazmid ile taşındığı gösterilmiştir. Makrorestriksiyon analizi ile, CMY-2 enzimi üreten iki E.coli izolatının aynı PFGE (Pulsed-field gel electrophoresis) paternine sahip olduğu görülmüştür. Bu iki izolat aynı suş olarak değerlendirmeye alındığında, 2007-2012 yıllarını kapsayan süre zarfında kurumumuzda toplam AmpC prevalansı düşük (4/261; %1.5) bulunmuştur. Ancak, 2011 ve 2012 yıllarında artma eğilimi görülmesi, enzim prevalansının izlenmesi ve enfeksiyon kontrol önlemlerinin alınması açısından bir uyarı niteliğindedir. Ayrıca, literatür incelemesine göre, K.pneumoniae izolatlarında ACT-1 enzimi ülkemizde ilk kez bu çalışmada saptanmıştır.