Investigation of Extended-Spectrum Beta-Lactamase Production Frequency and Carbapenemase Activity of Enterobactericeae Strains Isolated from Blood Cultures

Abstract

Objective: The members of Enterobactericeae family are always accepted as pathogenic when they are isolated from blood cultures. The carbapenems are preferred for the treatment of serious infections caused by ESBL producing multidrug-resistant Enterobactericeae isolates. Carbapenems are used extensively for treatment of serious infections caused by ESBL producing bacteria, this situation leads to emerging of carbapenemase producing strains. The main purposes of this study were to investigate ESBL positivity and the presence of carbapenemase by phenotypic method and molecular method from Enterobactericeae (E.coli and K.pneumoniae) strains isolated from blood cultures.

Material and Method: 56 E. coli and 11 K.pneumoniae isolates isolated from the blood samples sent to the Namık Kemal University Health Practice and Research Center Microbiology Laboratory between 01.01.2013 and 04.04.2016 were taken to the study. ESBL positivity were determined by Kirby-Bauer disc diffusion method based on suggestion of Clinical and Laboratory Standards (CLSI). The zone diameter of carbapenem; measured as <28 mm diameter of isolates then, carbapenem activity was determined by using of MASTDISCS ID Carbapenemase Detection Set and temocillin disc as phenotypic methods and by using of PCR as the molecular method andthe results of these methods were compared.

Results: In this study, ESBL positivity for 30 of 56 E.coli and 6 of 11 K.pneumoniae isolates were detected. Metallo-beta-lactamase (MBL) was detected in three E. coli isolates with the MASTDISCS ID and the temocillin disc, and the presence of OXA-48 in the fourth. PCR did not detect MBL positivity but OXA gene was detected in four isolates and OXA type of two isolates could not be determined.

Conclusion: As a result of this study,it was seen that the rate ESBL positivity were high for E.coli and K.pneumoniae isolates from the blood culture samples in the our hospital (54%) during three years. The presence of carbapenemase were detected by PCR in three out of five ESBL positive isolates.In addition, if OXA-48 type is common as carbapenemase in your country, it is necessary to use a temocillin disc beside MAST DISCS ID .

Keywords

• Blood culture,ESBL,carbapenemase,E.coli

Kan Kültürlerinde Üreyen Enterobactericeae İzolatlarında Genişlemiş Spektrumlu Beta-Laktamaz Sıklığı ve Karbapenemaz Varlığının Araştırılması

Abstract

Amaç: Enterobactericeae ailesinin üyeleri kan kültürlerinde ürediklerinde daima etken olarak kabul edilmektedirler. Genişlemiş spektrumlu beta laktamaz (GSBL) üreten çoklu ilaca dirençli Enterobactericeae izolatlarına bağlı enfeksiyonların tedavisinde karbapenemler kullanılmaktadır. Karbapenemlerin, özellikle GSBL üreten bakteriler ile oluşan ciddi enfeksiyonların tedavisinde yaygın olarak kullanılması, karbapenemaz üreten suşların ortaya çıkmasına neden olmuştur. Bu çalışmada; kan kültürlerinde üreyen Enterobacteriaceae (E. coli ve K. pneumoniae) izolatlarında GSBL sıklığı ve karbapenemaz varlığı fenotipik yöntem ve moleküler yöntem ile araştırılmıştır.

Materyal ve Metot:Namık Kemal Üniversitesi Sağlık Uygulama ve Araştırma Merkezi Mikrobiyoloji Laboratuvarı’na 01.01.2013-30.04.2016 tarihleri arasında gönderilen kan örneklerinden izole edilen 56 E.coli ve 11 K.pneumoniae izolatı çalışmaya alınmıştır. İzolatların GSBL varlığı Clinical and Laboratory Standards (CLSI) önerilerine göre Kirby-Bauer disk difüzyon ve kombine disk yöntemi ile çalışılmıştır. Karbapenemaz aktivitesi ise; karbapenemlerden herhangi biri için inhibisyon zonu <28 mm olarak ölçülen izolatlarda, fenotipik yöntem olarak MASTDISCS ID ve temosilin diski kullanılarak araştırılmış ve moleküler yöntem olarak PCR ile çalışılarak sonuçlar karşılaştırılmıştır.

Bulgular: Çalışmaya alınan 56 E.coli izolatının 30’ u ve 11 K.pneumoniae izolatının altısında GSBL pozitifliği saptanmıştır. MASTDISCS ID ve temosilin diski ile üç E.coli izolatında metallo-beta-laktamaz (MBL), dördünde ise OXA-48 varlığı tespit edilmiştir. PCR ile MBL pozitifliği saptanmamış ancak dört izolatta OXA geni tespit edilmiş ve iki izolatın OXA tipi belirlenememiştir.

Sonuç: Sonuç olarak, hastanemizde üç yıl içinde kan kültürlerinde üreyen E.coli ve K. pneumoniae izolatlarında yüksek GSBL pozitifliği (%54) saptanmıştır.GSBL pozitif beş izolattan üçünde PCR ile karbapenemaz varlığı da tespit edilmiştir. Ayrıca ülkemizde karbapenemaz olarak OXA-48 tipi yaygın olduğundan MASTDISCS ID’ nin yanında temosilin diskinin kullanılması gerekmektedir.

Keywords

• Kan kültürü,GSBL,karbapenemaz,E.coli

References

1. 1. Swaminathan M, Sharma S, Poliansky Blash S, et al. Prevalence and risk factors for acquisition of carbapenem resistant Enterobacteriaceae in the setting of endemicity. Infect Control Hosp Epidemiol. 2013;34(8):809-8.2. Çakar A, Akyön Y, Gür D ve ark. Türkiye’de 2014 yılı İçinde izole edilen karbapeneme dirençli Escherichia coli ve Klebsiella pneumoniae izolatlarında karbapenemaz varlığının araştırılması. Mikrobiyol Bul. 2016;50(1):21-33.3. Canton R, Akova M, Carmeli Y, et al. Rapid evolution and spread of carbapenemases among Enterobacteriaceae in Europe. Clin Microbiol Infect. 2012; 18(5): 413-31.4. Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI).Performance Standarts for Antimicrobial Susceptibility Testing; Twenty-fifth Informational Supplement. M100-S25.Wayne PA: CLSI 2015.5. The European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing. EUCAST guidelines for detection of resistance mechanisms and specific resistances of clinical and/or epidemiological importance Version 2.0 2017. (http://www.eucast.org).6. Centers for Disease Control and Prevention. Multiplex real-time PCR detection of Klebsiella pneumoniae carbapenemase (KPC) and New Delhi metallo-β-lactamase (NDM-1). 2011 [https://www.cdc.gov/hai/pdfs/labsettings/kpc-ndm-protocol-2011.pdf]. (Erişim tarihi: 25.07.2017)7. Hindiyeh M, Smollen G, Grossman Z, Ram D, Davidson Y, Mileguir F, Vax M, David DB, Tal I, Rahav G, Shamiss A, Mendelson E, Keller N. Rapid Detection of blaKPC carbapenemase genes by real-time PCR. Journal of Clinical Microbiology 2008 (Sept);2879-2883.8. Weldhagen GF, Prinsloo A. Molecular detection of GES-2 extended spectrum Betalactamase producing Pseudomonas aeruginosa in Pretoria, South Africa. Int J Antimicrob Agents. 2004; 24:35-38.9. Avlami A, Bekris S, Ganteris G, et al. Detection of metallo-β-lactamase genes in clinical specimens by a commercial multiplex PCR system. Journal of Microbiological Methods 2010; 83(2): 185-187.10. Saenz Y, Brinas L, Domínguez E, et al. Mechanisms of resistance in multiple-antibiotic-resistant Escherichia coli strains of human, animal, and food origins. Antimicrob Agents Chemother 2004; 48 (10): 3996-4001.11. Hofko M, Mischnik A, Kaase M, Zimmermann S, Dalpke AH. Detection of carbapenemases by real-time PCR and melt curve analysis on the BD Max System. J Clin Microbiol. 2014; 52(5): 1701-1704.12. Turton JF, Woodford N, Glover J, Yarde S, Kaufmann ME, Pitt TL. Identification of Acinetobacter baumannii by detection of the blaOXA-51-like carbapenemase gene intrinsic to this species. Journal of Clinical Microbiology 2006; 44(8):2974-2976.13. Poirela L, Walshb TR, Cuvilliera V, Nordmanna P. Multiplex PCR for detection of acquired carbapenemase genes. Diagnostic Microbiology and Infectious Disease 2011;70: 119-123.14. Hong SS, Kim K, Huh JH, Jung B, Kang MS, Hong SG. Multiplex PCR for rapid detection of genes encoding class a carbapenemases. Ann Lab Med. 2012;32:359-361.15. Gür D, Gülay Z, Akan OA, ve ark. Türkiye'de hastane izolatı gram-negatif bakterilerde yeni beta-laktam antibiyotiklere direnç ve GSBL tipleri: Çok merkezli Hitit sürveyansının sonuçları. Mikrobiyol Bul. 2008; 42(4):537-44.16. Gür D, Haşçelik G, Aydın N, et al. Antimicrobial resistance in gram-negative hospital isolates: results of theTurkish HITIT-2 surveillance study of 2007. Journal Chemother 2009;21(4):383-389. 17. Pfaller MA, Jones RN. MYSTIC (Meropenem Yearly Susceptibility Test Information Collection) results from the Americas: resistance implications in the treatment of serious infections. MYSTIC Study Group (Americas). J Antimicrob Chemother. 2000; 46(Suppl T2):25-37.18. Poirel L, Heritier C, Tolun V, Nordmann P. Emergence of oxacillinase-mediated resistance to imipenem in Klebsiella pneumoniae. Antimicrob Agents Chemother. 2004; 48(1): 15-22.19. Potron A, Poirel L, Rondinaud E, Nordmann P. Intercontinental spread of OXA-48 beta-lactamase-producing Enterobacteriaceae over a 11-year period, 2001 to 2011. Euro Surveill. 2013; 18(31). pii: 20549.19. Güzel Tunçcan Ö, Tozlu Keten D, Dizbay M, Hızel K. Hastane kaynaklı Escherichia coli ve Klebsiella suşlarının ertapenem ve diğer antibiyotiklere duyarlılığı. ANKEM Derg. 2008;22(4):188-92. 20. Görgeç S, Kuzucu Ç, Yetkin F, Ersoy Y. Kan kültürlerinden izole edilen genişlemiş spektrumlu beta laktamaz üreten gram negatif bakterilerde tigesiklin ve diğer antimikrobiyallerin in vitro etkinliği ve karbapenemaz aktivitesinin araştırılması. İnönü Ünv Tıp Fak Derg. 2011;18(2):106-10. 21. Doyle D, Peirano G, Lascols C, Lloyd T, Church DL, Pitout JD. Laboratory detection of Enterobacteriaceae that produce carbapenemases. J Clin Microbiol. 2012;50:3877-80.22. Bush K. Alarming beta-lactamase-mediated resistance in multidrug-resistant Enterobacteriaceae. Curr Opin Microbiol. 2010; 13(5): 558-564.23. Poirel L, Özdamar M, Ocampo-Sosa AA, Türkoğlu S, Ozer UG, Nordmann P. NDM-1-Producing Klebsiella pneumoniae now in Turkey. Antimicrob Agents Chemother. 2012; 56(5): 2784-2785.24. Kilic A, Baysallar M. The first Klebsiella pneumoniae isolate co-producing OXA-48 and NDM-1 in Turkey. Ann Lab Med. 2015; 35(3):382-383.25. Tekintaş Y, Çilli F, Eraç B, Yaşar M, Aydemir SS, Hoşgör Limoncu M. Klinik Klebsiella pneumoniae izolatlarında karbapenemaz üretiminin saptanmasında polimeraz zincir reaksiyonu ve fenotipik yöntemlerin karşılaştırılması. Mikrobiyol Bul. 2017; 51(3):269-276.26. Lomaestro BM, Tobin EH, Shang W, Gootz T. The spread of Klebsiella pneumoniae carbapenemase–producing K.pneumoniae to upstate New York. Clin Infect Dis. 2006;43(3):26­8.