Detection oF blaCTX-M beta-lactamase genes in extended-spectrum beta-lactamase producing gram-negative bacteria

Genişlemiş spektrumlu beta-laktamaz üreten gram-negatif bakterilerde blaCTX-M beta-laktamaz genlerinin araştırılması

Abstract

Widespread production of CTX-M type extended-spectrum beta-lactamases (ESBL) in Enterobacteriaceae strains which are resistant to extended-spectrum cephalosporins is the most remarkable example for rapid and global spread of plasmid mediated antimicrobial resistance in bacteria. Consecutive 200 ESBL producing Enterobacteriaceae strains out of 1640 isolates that were obtained from clinical samples (167 urine, 11 wound, 7 bronchoalveolar lavage, 3 peritoneal fluid, 2 cerebrospinal fluid, 2 biopsy, 2 tracheal aspirate, 2 conjunctiva, 1 abscess, 1 catheter) between February to July 2009 in our laboratory were included to this study. Among the 200 ESBL positive isolates 141 (70.5%) were Escherichia coli, 51 (26%) were Klebsiella pneumoniae, 5 (2.5%) were Enterobacter spp. and one of each (0.5%) Citrobacter freundii, Klebsiella oxytoca and Proteus mirabilis. ESBL positivity was 11% among the 123 community-acquired strains and 13% among the 77 hospital acquired strains, the statistical difference being insignificant (p> 0.05). The prevalence of blaCTX-M beta-lactamase genes were detected by multiplex polymerase chain reaction with the use of two general primer sets: CTX-MA1 and CTX-MA2 primers for the amplification of CTX-M-1, CTX-M-2 and CTX-M-9 enzymes group, and CTX825-F and CTX825-R primers for the amplification of CTX-M-8 and CTX-M-25 enzymes group. blaCTX-M genes were detected in 167 out of 200 strains (83.5%). CTX-M production rates in community and hospital acquired strains were found as 86.2% and 79.2%, respectively and no statistically significant difference was detected (p> 0.05). CTXM producing strains were either E.coli (n= 132) or Klebsiella spp. (n= 35) and were expressing one of the enzymes from CTX-M-1, CTX-M-2 or CTX-M-9 groups. No strains carrying CTX-M-8 or CTX-M-25 group enzymes were detected. CTX-M production rates in ESBL producing E.coli strains in community and hospital were found as 92.5% and 95.7%, respectively, whereas the same rates for ESBL producing Klebsiella spp. strains were 67.8% and 66.7%. The difference between the CTX-M production rates of community and hospital acquired strains was not statistically significant (p> 0.05). In conclusion, CTX-M prevalence was found high in ESBL producing strains of both E.coli and Klebsiella spp. Since blaCTX-M gene acquisition usually results in the emergence of multiple drug-resistant Enterobacteriaceae strains, screening for CTX-M type ESBL production in the laboratory has an important impact on monitoring the resistant strains which have endemic potential.

Özet

Geniş spektrumlu sefalosporinlere dirençli Enterobacteriaceae suşlarında, CTX-M tipi genişlemiş spektrumlu beta-laktamaz (GSBL) üretiminin yaygınlaşması, plazmid ile aktarılan antibiyotik direncinin hızlı ve global yayılımına en dikkat çekici örnektir. Bu çalışmaya, Şubat-Temmuz 2009 tarihleri arasında laboratuvarımıza gönderilen çeşitli klinik örneklerden izole edilen 1640 Enterobacteriaceae suşu arasından GSBL ürettiği saptanan ardışık 200 (%12) izolat (167 idrar, 11 yara, 7 bronkoalveoler lavaj, 3 periton sıvısı, 2 beyin omurilik sıvısı, 2 biyopsi, 2 trakeal aspirat, 2 konjunktiva, 1 apse, 1 kateter) dahil edilmiştir. GSBL üreten 200 suşun 141 (%70.5)’i Escherichia coli, 51 (%26)’i Klebsiella pneumoniae, 5 (%2.5)’i Enterobacter spp., 1 (%0.5)’i Citrobacter freundii,1 (%0.5)’i Klebsiella oxytoca ve 1 (%0.5)’i de Proteus mirabilis ola- rak tanımlanmıştır. GSBL pozitiflik oranı toplum kökenli 123 izolatta %11, hastane kökenli 77 izolatta ise %13 olarak saptanmış, aradaki fark istatistiksel olarak anlamlı bulunmamıştır (p> 0.05). Bu suşlarda blaCTX-M beta-laktamaz genlerinin prevalansı, CTX-M-1, CTX-M-2 ve CTX-M-9 grupları ile CTX-M-8 ve CTX-M-25 gruplarını saptayabilen iki farklı genel primer seti (sırasıyla; CTX-MA1 ve CTX-MA2 ile CTX825-F ve CTX825-R) kullanılarak multipleks polimeraz zincir reaksiyonu yöntemi ile araştırılmıştır. Çalışmamızda, suşların %83.5 (167/200)’inde blaCTX-M genleri saptanmış; toplum ve hastane kökenli suşlarda CTX-M üretme oranları sırasıyla %86.2 (106/123) ve %79.2 (61/77) olarak belirlenmiş ve oranlar arasında istatistiksel olarak anlamlı bir fark bulunmamıştır (p> 0.05). CTX-M üreten 167 suşun 132’sinin E.coli, 35’inin ise Klebsiella spp. izolatları olduğu ve bunların CTX-M-1, CTX-M-2 ve CTX-M-9 gruplarından enzim eksprese ettiği gözlenmiştir. CTX-M-8 ve CTX-M-25 gruplarından enzim üreten suşa rastlanmamıştır. Toplum ve hastane kökenli GSBL üreten E.coli suşlarında CTX-M üretme oranları sırasıyla %92.5 ve %95.7; GSBL üreten Klebsiella spp. suşlarında ise %67.8 ve %66.7 olarak saptanmıştır. Toplum ve hastane kökenli E.coli ve Klebsiella spp. izolatlarında CTX-M üretim oranları arasındaki fark istatistiksel olarak anlamlı bulunmamıştır (p< 0.05). Sonuç olarak çalışmamızda, GSBL üreten E.coli ve Klebsiella spp. suşlarında CTX-M enzimlerinin yüksek oranda bulunduğu saptanmış; blaCTX-M genlerinin kazanımının sıklıkla çoğul dirençli Enterobacteriaceae suşlarının ortaya çıkmasına yol açması nedeniyle, CTX-M üretiminin taranmasının endemik hale gelen dirençli suşların izlenmesi açısından önemli olduğu düşünülmüştür.