MINI REVIEW

Producţia de carbapenemaze în cadrul enterobacteriilor mai rar izolate – mini-review al unui nou studiu şi soluţii practice

 Production of carbapenemases in less frequently isolated enterobacterial species: mini-review of a new study and practical solutions

Andrei-Alexandru Muntean, Mădălina-Maria Muntean, Mircea Ioan Popa

First published: 31 octombrie 2018

Editorial Group: MEDICHUB MEDIA

DOI: 10.26416/Inf.55.3.2018.2040

Abstract

The production of carbapenemases is one of the most important mechanisms that lead to carbapenem resistance. At the same time, the carbapenemases present on extracromosomial genetic material (plasmids) are transmitted between various bacteria. Although the genes Klebsiella, Enterobacter and Escherichia are most commonly involved in infections, the identification of carbapenemases in other genes may be very important for controlling infections.
In this article, we will review a recent study published in the Morbidity and Mortality Weekly Report, which evaluated the production of carbapenemases in enterobacteria belonging to genes less commonly involved in clinical practice. All strains of enterobacteria transmitted to the Center for Disease Control (CDC) in Atlanta and the Public Health Laboratory of the Minnesota Health Department (MDH) from 1 January 2014 to 30 September 2017 were screened for the identification of five carbapenemases (KPC, NDM, OXA-48, IMP, and VIM). Among these, the results for the genera Klebsiella, Enterobacter and Escherichia were excluded. CDC received 1039 EPC-RC isolates during the study, of which 63 (6.1%) of the infrequently identified genera. Over the same period, 149 (12%) of the 1241 CREs were producing carbapenemases. Although in small numbers, isolates from more infrequent genera of enterobacteria that produce carbapenemases may be an important reservoir for dissemination to other bacteria. Additionally, we will add suggestions for current, cost-effective methodological solutions that can improve the knowledge of carbapenemase production in our country.

Keywords
carbapenemase, enterobacteria, practical solutions

Rezumat

Producţia de carbapenemaze este unul dintre mecanismele cele mai importante care conduc la rezistenţă la carbapeneme. Deşi există carbapenemaze naturale, înscrise cromozomial, problematica cea mai importantă survine din existenţa de carbapenemaze înscrise în material extracromozomial (plasmide), care se pot transmite între diverse bacterii. Deşi genurile Klebsiella, Enterobacter şi Escherichia sunt cel mai frecvent implicate în infecţii, identificarea de carbapenemaze în alte genuri poate fi foarte importantă pentru controlul infecţiilor.
În acest articol vom trece în revistă un studiu recent publicat în Morbidity and Mortality Weekly Report, care a evaluat producţia de carbapenemaze în enterobacterii care aparţin genurilor mai rar implicate în practica clinică. Toate tulpinile de enterobacterii transmise către Centrul pentru Controlul Bolilor (Center for Diseases Control; CDC) din Atlanta şi Laboratorul de Sănătate Publică al Direcţiei de Sănătate din Minnesota (MDH), în perioada 1 ianuarie 2014 - 30 septembrie 2017, au fost studiate pentru identificarea a cinci carbapenemaze (KPC, NDM, OXA-48, IMP, VIM). Dintre acestea, s-au exclus rezultatele pentru genurile Klebsiella, Enterobacter şi Escherichia. În cadrul studiului publicat de curând, CDC a primit, în perioada studiului, 1039 de tulpini de EPC-RC, dintre care 63 (6,1%) din genurile rar identificate. În aceeaşi perioadă, 149 (12%) dintre cele 1241 de ERC testate au fost producătoare de carbapenemază. Deşi în număr mic, tulpinile din alte genuri de enterobacterii pot reprezenta un rezervor important de carbapenemaze.
În final, adăugăm sugestii pentru soluţii metodologice actuale, care să îmbunătăţească cunoştinţele despre producţia de carbapenemaze în ţara noastră.

Infecţiile cu enterobacterii producătoare de carbapenemaze rezistente la carbapeneme (EPC-RC) sunt asociate cu rate ridicate de mortalitate(1). Când sunt codificate pe plasmide, carbapenemazele pot disemina între tulpini bacteriene şi au potenţialul de a creşte rapid proporţia de enterobacterii rezistente la carbapeneme; ca atare, EPC-RC atrag atenţia autorităţilor de sănătate publică. Deşi familia Enterobacteriaceae are peste 50 de genuri, supravegherea pentru EPC-RC s-a concentrat asupra microorganismelor mai frecvent asociate cu infecţiile clinice: Klebsiella spp., Enterobacter spp., Escherichia coli(2,3). Dintre acestea, Klebsiella pneumoniae este cel mai important rezervor de gene de rezistenţă în spitale(4).

ERC din genurile mai rar izolate în practica clinică nu au fost în general testate pentru producţia de carbapenemaze, parţial deoarece unele dintre aceste microorganisme au rezistenţă intrinsecă la imipenem sau au carbapenemaze cromozomiale specifice. Totuşi, acestea pot conţine carbapenemaze plasmidice. Un articol publicat de curând în Morbidity and Mortality Weekly Report descrie EPC-RC din genurile mai rar identificate de către Centrul pentru Controlul Bolilor (Center for Diseases Control; CDC) Atlanta şi Laboratorul de Sănătate Publică din Minnesota (Minnesota Department of Health; MDH)(5).

Centrul de referinţă al CDC efectuează teste moleculare pentru a detecta o serie de carbapenemaze: carbapenemaza Klebsiella pneumoniae (Klebsiella pneumoniae carbapenemase; KPC), metallo-b-lactamaza New Delhi (New Delhi metallo-b-lactamase; NDM), metallo-b-lactamaza codificată de integrina Verona (Verona Integron-Encoded Metallo-Beta-Lactamase; VIM), carbapenemază activă pe imipenem (active on imipinem; IMP) şi carbapenemaze de tip OXA-48.

Între ianuarie 2014 şi mai 2017, CDC a identificat 1039 de EPC-RC, dintre care 63 (6,1%) din genurile mai rar identificate. Tulpinile au fost transmise de 23 de state; Iowa (10; 16%) şi Pennsylvania (7; 11%) au contribuit cel mai mult. Citrobacter spp. producătoare de KPC (27; 42,9%) a fost cea mai comună combinaţie de microorganism-mecanism identificată.

EPC-RC producătoare de alte carbapenemaze sunt, istoric, mai puţin frecvente în SUA. Datele epidemiologice au fost disponibile pentru 20 din 28 de pacienţi cu non-KPC-EPC-RC de la genuri mai rar raportate la CDC în această perioadă. Vârsta medie a pacienţilor a fost de 62,5 ani (interval: 2 luni până la 79 de ani). Şase pacienţi au fost internaţi în afara SUA: trei în India şi câte unul în Filipine, Spania şi România.
 

Tabelul 1. Tulpinile izolate de EPC-RC mai rar implicate în infecţii, raportate către CDC şi laboratorul din Minnesota (DSM) în perioada 2014-2017 (adaptat după Walters MS et al.)(1)
Tabelul 1. Tulpinile izolate de EPC-RC mai rar implicate în infecţii, raportate către CDC şi laboratorul din Minnesota (DSM) în perioada 2014-2017 (adaptat după Walters MS et al.)(1)

Direcţia de Sănătate a statului Minnesota a iniţiat supravegherea pentru toate speciile ERC în 2012 şi a extins supravegherea la nivel de stat din ianuarie 2016. În perioada studiată, 149 (12%) dintre cele 1241 de ERC testate au fost producătoare de carbapenemază. Dintre toate EPC-RC, 20 (13,4%) au aparţinut genurilor mai puţin obişnuite. Dintre acestea s-au remarcat Providencia rettgeri (7; 35%) producătoare de IMP şi Citrobacter freundii producătoare de KPC (6; 30%).

Vârsta medie a pacienţilor a fost de 56,5 ani (interval: 14-75 de ani), iar 15 pacienţi (75%) erau spitalizaţi în momentul identificării. Doi pacienţi au fost internaţi în spitale din afara Statelor Unite (unul în Kenya şi unul în Kuweit) în anul anterior culturii pozitive.

Studiul reprezintă practic un unicat în literatură, majoritatea raportărilor fiind axate pe speciile cel mai frecvent izolate şi neatingând numărul relativ mare de tulpini din această comunicare.

Aceste enterobacterii mai rar izolate par a reprezenta un subset mic, dar potenţial important al tuturor EPC-RC. Cu toate acestea, proporţia reală a EPC-RC în cadrul acestor genuri este necunoscută actual. Multe dintre genele care codifică carbapenemazele produse de ERC mai rar identificate nu au fost KPC (36,25% non-KPC). Acestea au fost adesea identificate la pacienţii care nu au raportat călătorii în afara Statelor Unite în anul precedent culturilor pozitive, indicând achiziţia internă. Clinicienii ar trebui să fie conştienţi de faptul că este necesară efectuarea de teste pentru carbapenemază pentru a ghida practicile de control al infecţiilor şi pentru a preveni răspândirea în continuare a acestor tipuri de rezistenţă. Un proiect-pilot în 10 state americane propune supravegherea extinsă a ERC.

Extrapolând rezultatele studiului, este important de recunoscut prezenţa carbapenemazelor în toate genurile de enterobacterii. În primul rând, trebuie menţionat că tehnologiile moderne permit identificarea carbapenemazelor direct în produse patologice/produse folosite pentru depistare (screening). În acest caz, rezultatul va cuprinde doar prezenţa genei, fără a preciza care este microorganismul implicat. Aceste tehnici sunt mai frecvent utilizate în depistarea şi luarea de măsuri de igienă cu privire la un pacient colonizat cu germeni producători de carbapenemaze(6). Pentru a completa aceste tehnici, se pot folosi medii selective de cultivare, cu adiţie de carbapeneme.

Atât European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing (EUCAST), cât şi Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI) au elaborat criterii de screening. În pasul următor se poate trece la testarea prezenţei uneia dintre cele cinci mari clase de carbapenemaze (demonstrate a fi cele mai frecvente). Acest aspect este important din raţiuni epidemiologice, dar există posibilitatea de a nu identifica unele clase de carbapenemaze minore, în special în speciile mai rar identificate(7,8). O metodă ieftină şi cost-eficientă este folosirea de teste imunocromatografice(9). Această metodologie poate fi considerată de primă linie, indispensabil cuplată cu un test fenotipic de confirmare(10,11). În opinia noastră, tehnici precum GeneXpert sunt mai puţin cost-eficiente, prin comparaţie cu testele imunocromatografice, în prima linie. În al doilea timp se pot efectua testări complementare precum multiplex PCR sau secvenţierea întregului genom – vor fi necesare pentru depistarea tuturor variantelor de carbapenemază, dar şi a altor mutaţii care conferă rezistenţă (prezenţa de casete ISAba-1, mutaţii la nivelul porinelor ce conferă impermeabilitate etc.)(12,13).

Dinamica răspândirii EPC în România nu este bine cunoscută. Sunt necesare studii viitoare sistematice, coroborate cu dezvoltarea unei infrastructuri necesare raportării şi expertizei fenomenului la nivel naţional.  

 

Conflict of interests: The authors declare no conflict of interests.

Bibliografie

  1. Tamma PD, Goodman KE, Harris AD, et al. Comparing the outcomes of patients with carbapenemase-producing and non-carbapenemase-producing carbapenem-resistant Enterobacteriaceae bacteremia. Clin Infect Dis. 2017;64:257-64.
  2. Guh AY, Bulens SN, Mu Y, et al. Epidemiology of carbapenem-resistant Enterobacteriaceae in 7 US Communities, 20122013. JAMA. 2015;314:1479-87.
  3. Weiner LM, Webb AK, Limbago B, et al. Antimicrobial-resistant pathogens associated with healthcare-associated infections: summary of data reported to the National Healthcare Safety Network at the Centers for Disease Control and Prevention, 2011-2014. Infect Control Hosp Epidemiol. 2016;37:1288-301.
  4. Navon-Venezia S, Kondratyeva K, Carattoli A. Klebsiella pneumoniae: a major worldwide source and shuttle for antibiotic resistance. FEMS Microbiol Rev. 2017;41(3):252–275.
  5. Walters MS, Witwer M, Lee Y, et al. Notes from the Field: Carbapenemase-Producing Carbapenem-Resistant Enterobacteriaceae from Less Common Enterobacteriaceae Genera - United States, 2014-2017. MMWR. 2018;67:668-669.Cortegiani A, Russotto V, Graziano G, et al. Use of Cepheid Xpert Carba-R® for Rapid Detection of Carbapenemase-Producing Bacteria in Abdominal Septic Patients Admitted to Intensive Care Unit. PLoS One. 2016;11(8):e0160643.
  6. Findlay J, Hopkins KL, Meunier D et al. Evaluation of three commercial assays for rapid detection of genes encoding clinically relevant carbapenemases in cultured bacteria. J Antimicrob Chemother. 2015;70(5):1338-42.
  7. Naas T, Oueslati S, Bonnin RA et al. Beta-Lactamase DataBase (BLDB) – Structure and Function. J. Enzyme Inhib Med Chem. 2017;32:917-919.
  8. Hopkins KL, Meunier D, Naas T, et al. Evaluation of the NG-Test CARBA 5 multiplex immunochromatographic assay for the detection of KPC, OXA-48-like, NDM, VIM and IMP carbapenemases. J Antimicrob Chemother. 2018;doi: 10.1093/jac/dky342. [Epub ahead of print].
  9. Sun K1, Xu X1, Yan J, et al. Evaluation of Six Phenotypic Methods for the Detection of Carbapenemases in Gram-Negative Bacteria with Characterized Resistance Mechanisms. Ann Lab Med. 2017;37(4):305-312.
  10. Muntean MM, Muntean AA, Gauthier L, et al. Evaluation of the rapid carbapenem inactivation method (rCIM): a phenotypic screening test for carbapenemase-producing Enterobacteriaceae. J Antimicrob Chemother. 2018;73(4):900-908.
  11. Solanki R, Vanjari L, Subramanian S, et al. Comparative Evaluation of Multiplex PCR and Routine Laboratory Phenotypic Methods for Detection of Carbapenemases among Gram Negative Bacilli. J Clin Diagn Res. 2014;8(12): DC23-DC26.
  12. Rimoldi SG, Gentile B, Pagani C, et al. Whole genome sequencing for the molecular characterization of carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae strains isolated at the Italian ASST Fatebenefratelli Sacco Hospital, 2012–2014. BMC Infect Dis. 2017;17:667.