Investigation of Class 1, 2 and 3 Integrons in Klebsiella pneumoniae Isolates from Various Clinical Samples

Year 2023, Volume: 37 Issue: 3, 89 - 95, 31.12.2023

Ahmet Çalışkan , Nilay Genç , Sedef Zeliha Öner , Melek Demir , Hande Şenol , İlknur Kaleli

https://doi.org/10.54962/ankemderg.1405451

Abstract

Integrons/gene cassettes are important in facilitating horizontal genetic exchange. They also lead to the acquisition and spread of resistance genes. The aim of this study was to determine antibiotic resistance rates and class 1, 2 and 3 integrons in K. pneumoniae isolates. One hundred Klebsiella pneumoniae isolates from different clinical samples sent to the Medical Microbiology Laboratory between April 2023 and July 2023 were evaluated. Bacterial identification and antibiotic susceptibility tests were performed with Phoenix™ (Becton Dickinson Diagnostics, USA) automated system. Boiling method was used for DNA extraction. Polymerase chain reaction specific for class 1, 2 and 3 integrons was performed. Antibiotic resistance rates and class 1, 2 and 3 integron positivity of the isolates were evaluated. Class 1 integron positivity was detected in 33 isolates (33%). While class 1 and class 2 integron positivity were detected together in one isolate, class 3 integron positivity was not detected. When integron positive isolates were compared to integron negative isolates, a significant increase in the antibiotic resistance rates of trimethoprim/sulfamethoxazole (p=0.0001), ciprofloksasin(p=0.0001), levoflaksasin(p=0.01), ceftriaxone (p=0.05), cefuroxime (p=0.032) and gentamicin(p=0.006) was found.There is a need for comprehensive studies in our country where integrons and related resistance, multiple antibiotic resistance mechanisms, and the relationship between antibiotic resistance and integron genes in clinical isolates are investigated.

Keywords

Integron class 1, Integron class 2, Integron class 3, Klebsiella pneumoniae

ÇEŞİTLİ KLİNİK ÖRNEKLERDEN İZOLE EDİLEN KLEBSIELLA PNEUMONIAE İZOLATLARINDA SINIF 1, 2 VE 3 İNTEGRONLARIN ARAŞTIRILMASI

Abstract

İntegronlar/gen kasetleri, yatay genetik alışverişi kolaylaştırmada önemli yere sahiptirler. Aynı zamanda direnç genlerinin edinilmesine ve yayılmasına yol açarlar. Bu çalışmada K. pneumoniae izolatlarında antibiyotik direnç oranları ve sınıf 1, 2 ve 3 integronların tespiti amaçlanmıştır. Tıbbi Mikrobiyoloji Laboratuvarı’na Nisan 2023-Temmuz 2023 tarihleri arasında gönderilen farklı klinik örneklerden izole edilmiş 100 Klebsiella pneumoniae izolatı değerlendirmeye alındı. Bakterilerin tanımlanması ve antibiyotik duyarlılık testleri, Phoenix™ (Becton Dickinson Diagnostics, ABD) otomatize sistemi ile yapıldı. DNA ekstraksiyonunda kaynatma yöntemi kullanıldı. Sınıf 1, 2 ve 3 integrona özgül polimeraz zincir reaksiyonu yapıldı. İzolatların antibiyotik direnç oranları ve sınıf 1, 2 ve 3 integron pozitifliği değerlendirildi. İzolatların 33’ünde (%33) sınıf 1 integron pozitifliği belirlendi. Bir izolatta sınıf 1 ve sınıf 2 integron pozitifliği birlikte tespit edilirken, sınıf 3 integron pozitifliği saptanmadı. İntegron pozitif izolatlar integron negatif izolatlarla karşılaştırıldığında; trimetoprim/sülfametoksazol (p=0.0001), siprofloksasin (p=0.0001), levofloksasin (p=0.01), seftriakson (p=0.05), sefuroksim (p=0.032) ve gentamisin (p=0.006) direnç oranlarında anlamlı direnç yüksekliği saptanmıştır. Ülkemizde integronlar ve ilgili direnç genlerinin araştırıldığı, klinik izolatlarda görülen çoklu antibiyotik direnç mekanizmalarının, antibiyotik direnci ile integron genlerinin ilişkisinin incelendiği kapsamlı çalışmalara ihtiyaç vardır.

Keywords

Integron sınıf 1, Integron sınıf 2, Integron sınıf 3, Klebsiella pneumoniae

Ethical Statement

Bu çalışma Pamukkale Üniversitesi Girişimsel Olmayan Klinik Araştırmalar Etik Kurulu tarafından onaylanmıştır (20.06.2023 / Sayı: E.382581).

References

• Chang D, Sharma L, Dela Cruz CS, Zhang D. Clinical epidemiology, risk factors, and control strategies of Klebsiella pneumoniae infection. Front Microbiol. 2021;12:750662. doi: 10.3389/fmicb.2021.750662.
• Chen J, Li H, Yang J, Zhan R, Chen A, Yan Y. Prevalence and characterization of integrons in multidrug resistant Acinetobacter baumannii in Eastern China: A Multiple-Hospital Study. Int J Environ Res Public Health. 2015;12(8):10093-105. doi: 10.3390/ijerph120810093
• Çıçek AÇ, Düzgün AÖ, Saral A, et all. Detection of class 1 integron in Acinetobacter baumannii isolates collected from nine hospitals in Turkey. Asian Pac J Trop Biomed. 2013;3(9):743-7. doi: 10.1016/S2221-1691(13)60149-5
• Çopur Çiçek A, Sandallı C, Budak EE, et all. İdrar kültürlerinden izole edilen Escherichia coli suşlarında sınıf 1 ve sınıf 2 integron gen kasetlerinin karakterizasyonu: Çok merkezli bir çalışma. Mikrobiyol Bul. 2016;50(2):175-85.
• Domingues S, da Silva GJ, Nielsen KM. Integrons: Vehicles and pathways for horizontal dissemination in bacteria. Mob Genet Elements. 2012;2(5):211-223. doi: 10.4161/mge.22967
• Duran H, Çeken N, Atik B. Escherichia coli ve Klebsiella pneumoniae türlerinde antibiyotik direnci ne durumda? Yoğun bakım ünitesinden beş yıllık analiz. Fırat Tıp Dergisi 2022;27(2):116-20.
• Eraç B, Hoşgör-Limoncu M, Ermertcan Ş, Taşlı H, Aydemir Ş. Prevalence of blaPER-1 and integrons in ceftazidime-resistant Gram-negative bacteria at a university hospital in Turkey. Jpn J Infect Dis. 2013;66(2):146-8. doi: 10.7883/yoken.66.146.
• Firoozeh F, Mahluji Z, Khorshidi A, Zibaei M. Molecular characterization of class 1, 2 and 3 integrons in clinical multi-drug resistant Klebsiella pneumoniae isolates. Antimicrob Resist Infect Control. 2019;8:59. doi: 10.1186/s13756-019-0509-3.
• Goudarzi, Mehdi, and Hadi Azimi. Dissemination of classes 1, 2, and 3 integrons in acinetobacter baumannii strains recovered from intensive care units using polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism. Jundishapur Journal of Microbiology. 2017;10(5). e13100. doi: 0.5812/jjm.13100
• İlgar T, Kostakoğlu U, Yıldız İE, et all. Yoğun bakım ünitelerindeki sağlık hizmetiyle ilişkili enfeksiyonlar ve antimikrobiyal direnç: ikinci ve üçüncü basamak hastanenin karşılaştırılması. ANKEM Derg. 2023;37(2):49-56. doi:10.54962/ankemderg.1349974
• Jahanbin F, Marashifard M, Jamshidi S,et all. Investigation of integron-associated resistance gene cassettes in urinary isolates of Klebsiella pneumoniae in Yasuj, Southwestern Iran during 2015-16. Avicenna J Med Biotechnol. 2020;12(2):124-31.
• Kalyoncu BN, Koçoğlu ME, Özekinci T, et all. İstanbul’da bir şehir hastanesinde izole edilen üriner sistem patojenleri ve antibiyotik direnç profillerinin değerlendirilmesi. ANKEM Derg. 2023;37(1):18-27. doi: 10.54962/ankemderg.1283517
• Liao W, Li D, Liu F,et all.. Distribution of integrons and phylogenetic groups among highly virulent serotypes of Klebsiella pneumoniae in a Chinese tertiary hospital. J Glob Antimicrob Resist. 2020;21:278-84. doi: 10.1016/j.jgar.2019.11.016.
• Partridge SR, Kwong SM, Firth N, Jensen SO. Mobile genetic elements associated with antimicrobial resistance. Clin Microbiol Rev. 2018;31(4):e00088-17. doi: 10.1128/CMR.00088-17
• Sabbagh P, Rajabnia M, Maali A, Ferdosi-Shahandashti E. Integron and its role in antimicrobial resistance: A literature review on some bacterial pathogens. Iran J Basic Med Sci. 2021;24(2):136-42. doi: 10.22038/ijbms.2020.48905.11208
• Telli M. Klebsiella pneumoniae klinik suşlarında, 2012-2020 yılları arasında karbapenem direnç oranlarındaki değişimin ve direnç genlerinin araştırılması. Turk Mikrobiyol Cemiy Derg. 2022;52(2):95-102. doi:10.54453/TMCD.2022.05025
• The European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing. Breakpoint Tables for Interpretation of MICs and Zone Diameters, Version 1.0 December 2009–Version 10.0 January 2020. https://www.eucast.org (Erişim tarihi 24.10.2023)
• Wang L, Zhu M, Yan C, et all. Class 1 integrons and multiple mobile genetic elements in clinical isolates of the Klebsiella pneumoniae complex from a tertiary hospital in eastern China. Front Microbiol. 2023;14:985102. doi: 10.3389/fmicb.2023.985102
• White PA, McIver CJ, Rawlinson WD. Integrons and gene cassettes in the Enterobacteriaceae. Antimicrob Agents Chemother. 2001;45(9):2658-61. doi: 10.1128/AAC.45.9.2658-2661.2001