Investigation of Carbapenemase Resistance Genes in Healthcare-Associated Infectious Enterobacterales Strains

Abstract

In our study, it was aimed to investigate the presence of carbapenemases by phenotypic and genotypic methods in Enterobacterales strains that were found to be resistant to meropenem or susceptible to dose-related in our hospital. Carbapenemases hydrolyze most β-lactams, including carbapenems. Many phenotypic and genotypic methods are used to determine the strains producing these enzymes. PCR, which is one of the genotypic methods, is the gold standard method, although it is time consuming and expensive. Due to the increasing resistance in Gram-negative bacteria, the determination of the profile of carbapenem resistance genes is important in terms of being a guide in determining antibiotic use policies. In our study, 79 Enterobacterales isolates, which were determined to be resistant to meropenem or susceptible to dose-related, by the automated system between December 2019 and December 2020, were examined by the BD Phoenix CPO detection panel, mCIM and conventional PCR methods. Fourty-two isolates of blaOXA-48 genes by conventional PCR; 16 isolates of blaNDM gene and 7 isolates of blaOXA-48 and blaNDM gene region were positive. blaIMP, blaVIM and blaKPC genes were not positive in any of the isolates. Of the 65 isolates that were positive by PCR, two were found to be negative by the BD Phoenix CPO detection panel. With the mCIM test, 64 of them were positive and only one was indeterminate. Since our study is the first planned study with carbapenem resistant isolates produced from consecutive samples sent to our laboratory, our data are epidemiologically important for our hospital and region.

Keywords

• Healthcare-associated infectious
• Enterobacterales
• carbapenemase
• blaOXA-48
• blaNDM

Project Number

TF.AP.2020/02

Sağlık Hizmetiyle İlişkili Enfeksiyon Etkeni Enterobacterales Suşlarında Karbapenemaz Direnç Genlerinin Araştırılması

Abstract

Çalışmamızda, hastanemizde otomatize sistem ile meropeneme dirençli veya doza bağlı duyarlı saptanan Enterobacterales suşlarında fenotipik ve genotipik yöntemlerle karbapenemazların varlığının araştırılması amaçlandı. Karbapenemazlar, karbapenemler dahil olmak üzere çoğu β-laktamı hidrolize ederler. Bu enz􀵴mler􀵴 üreten suşların saptanmasında b􀵴rçok fenot􀵴p􀵴k ve genot􀵴p􀵴k yöntemler kullanılmaktadır. Genotipik yöntemlerden polimeraz zincir reaksiyonu zaman alıcı ve pahalı olmasına rağmen altın standart yöntemdir. Gram negatif bakterilerde artan direnç nedeniyle karbapenem direnç genlerinin profilinin belirlenmesi antibiyotik kullanım politikalarının belirlenmesinde yol gösterici olması açısından önem taşımaktadır. Çalışmamızda, Aralık 2019- Aralık 2020 tarihleri arasında bir yıllık süreçte otomatize sistem ile meropeneme dirençli veya doza bağlı duyarlı saptanan 79 Enterobacterales izolatı BD Phoenix CPO Detect paneli, karbapenem inaktivasyon yöntemi ve konvansiyonel PCR yöntemleri ile incelendi. Konvansiyonel PCR ile 42 izolat blaOXA-48 geni; 16 izolat blaNDM geni ve 7 izolat ise blaOXA-48 ile beraber blaNDM gen bölgesi pozitif olarak saptandı. İzolatların hiçbirinde blaIMP, blaVIM ve blaKPC genlerinde pozitiflik bulunmadı. PCR ile pozitif saptanan toplam 65 izolatın iki tanesi BD Phoenix CPO detect paneli ile negatif saptandı. mCIM testi ile ise 64 tanesi pozitif, yalnızca bir tanesi belirsiz olarak bulundu. Çalışmamız laboratuvarımıza gönderilmiş ardışık örneklerden üretilmiş karbapenem dirençli izolatlar ile planlanan ilk çalışma olduğu için verilerimiz hastanemiz ve bölgemiz açısından epidemiyolojik olarak önem taşımaktadır.

Keywords

• Sağlık hizmetiyle ilişkili enfeksiyonlar
• Enterobacterales
• karbapenemaz
• blaOXA-48
• bla-NDM

Supporting Institution

Sanko Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi

Project Number

TF.AP.2020/02

References

1. Rosenthal VD, Maki DG, Jamulitrat S, Medeiros EA, Todi ST, Gomez DY, et al. International Nosocomial Infection Control Consortium (INICC) report, data summary for 2003- 2008, issued June 2009. Am J Infect Control 2010; 38: 95-104. doi: 10.1016/j.ajic.2009.12.004.
2. Nordmann P, Dortet L, Poirel L. Carbapenem resistance in Enterobacteriaceae: here is the storm! Trends Mol Med 2012;18:263-72. DOI: 10.1016/j.molmed.2012.03.003.
3. Paterson DL, Doi Y. A step closer to extreme drug resistance (XDR) in gram-negative bacilli. Clin Infect Dis 2007;45:1179-81. DOI: 10.1086/522287.
4. Balkan II, Aygün G, Aydın S, Mutcalı SI, Kara Z, Kuşkucu M, et al. Blood stream infections due to OXA-48-like carbapenemase-producing Enterobacteriaceae: treatment and survival. Int J Infect Dis 2014; 26:51–6. doi: 10.1016/j.ijid.2014.05.012
5. Karaaslan A, Soysal A. Karbapenemazlar. Pediatr Inf 2017; 11: 23-28. DOI: 10.5578/ced.58665.
6. Walther-Rasmussen J, Høiby N. OXA-type carbapenemases. J Antimicrob Chemother 2006;57:373-83. doi: 10.1093/jac/dki482.
7. Brink AJ. Epidemiology of carbapenem-resistant Gram-negative infections globally. Curr Opin Infect Dis. 2019;32(6):609-16. DOI: 10.1097/QCO.0000000000000608.
8. Poirel L, Héritier C, Tolün V, Nordmann P. Emergence of oxacillinase-mediated resistance to imipenem in Klebsiella pneumoniae. Antimicrob Agents Chemother. 2004;48(1):15-22. https://doi.org/10.1128/aac.48.1.15-22.2004.

9. The European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing. Breakpoint tables for interpretation of MICs and zone diameters. Version 12.0. https://www.eucast.org/fileadmin/src/media/PDFs/EUCAST_files/Breakpoint_tables/v_12.0_Breakpoint_Tables.pdf. Erişim zamanı: 20.08.2022
10. CLSI. Performance Standards for Antimicrobial Susceptibility Testing. 30th ed. CLSI document M100S. Wayne, PA: Clinical and Laboratory Standards Institute; 2020. https://www.nih.org.pk/wp-content/uploads/2021/02/CLSI-2020.pdf Erişim zamanı: 20.08.2022
11. Gur D, Hascelik G, Aydin N, Telli M, Gültekin M, Öğünç D, et al. Antimicrobial resistance in Gram-negative hospital isolates: results of the Turkish HITIT-2 surveillance study of 2007. J Chemother. 2009;21(4):383-9. https://doi.org/10.1179/joc.2009.21.4.383.
12. Sahin K, Tekin A, Ozdas S, Akın D, Yapışlar H, Dilek Ar, et al. Evaluation of carbapenem resistance using phenotypic and genotypic techniques in Enterobacteriaceae isolates. Ann Clin Microbiol Antimicrob. 2015;14:44. https://doi.org/10.1186/s12941-015-0105-1.
13. Çiftçi İH, Karakeçe E, Aşık G, Demiray T, Er H. Karbapenem dirençli Klebsiella pneumoniae suşlarında OXA-48 ve KPC varlığının araştırılması. ANKEM Derg. 2013;27(2):49-54. https://doi.org/10.5222/ankem.2013.049.
14. Davarci I, Senbayrak S, Aksaray S, Kocoglu ME, Kuskucu MA, Samasti M. Molecular epidemiology of carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae isolates. Anadolu Klin. 2019;24(1):1-7. https://doi.org/10.21673/anadoluklin.423081.
15. Kuskucu MA, Karakullukcu A, Ailiken M, Otlu B, Mete B, Aygun G. Investigation of carbapenem resistance and the first identification of Klebsiella pneumoniae carbapenemase (KPC) enzyme among Escherichia coli isolates in Turkey: A prospective study. Travel Med Infect Dis. 2016;14(6):572-6. https://doi.org/10.1016/j.tmaid.2016.11.006.
16. Poirel L, Yilmaz M, Istanbullu A, Arslan F, Mert A, Bernabeu S, et al. Spread of NDM-1 producing Enterobacteriaceae in a neonatal intensive care unit in Istanbul, Turkey. Antimicrob Agents Chemother. 2014;58(5):2929-33. https://doi.org/10.1128/AAC.02047-13.
17. Alp E, Perçin D, Colakoğlu S, Durmaz S, Kürkçü CA, Ekincioğlu P, et al. Molecular characterization of carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae in a tertiary university hospital in Turkey. J Hosp Infect. 2013;84(2):178-80. https://doi.org/10.1016/j.jhin.2013.03.002.
18. Whitley V, Kircher S, Gill T, Hindler JA, O’Rourke S, Cooper C, et al. Multicenter Evaluation of the BD Phoenix CPO Detect Test for Detection and Classification of Carbapenemase-Producing Organisms in Clinical Isolates. Journal of Clinical Microbiology, 2020;58(5);1752-19. https://doi.org/10.1128/JCM.01752-19.
19. Yiş R, Gürbüz ED, Sarı AN, Gülay Z. Karbapenemaz Üreten Klebsiella pneumoniae İzolatlarının Hastanemizde Yayılımı: Moleküler Tiplendirme ve Klonal İlişkinin Araştırılması. Turk Mikrobiyol Cemiy Derg 2021;51(1):33-41. doi:10.5222/TMCD.2021.09226.
20. Khan AU, Nordmann P. Spread of carbapenemase NDM-1 producers: The situation in India and what may be proposed. Scandinavian Journal of Infectious Diseases, 2012; 44: 531–535. DOI: 10.3109/00365548.2012.669046.
21. Özkan BG, Akpolat N, Özcan N, Bilik ÖA. Karbapenem Dirençli Klebsiella pneumoniae ve Escherichia coli İzolatlarında BD Phoenix CPO Yöntemi İle Karbapenemaz Üretiminin Tespiti. Sakarya Med J 2022, 12(2):273-282 DOI: 10.31832/smj.1039323.
22. Zhang A, Wang X, Liang X, Zhou C, Wang Q, Zhang J, et all. Performance Evaluation of Diagnostic Assays for Detection and Classification of Carbapenemase-Producing Organisms. Antibiotics 2021;10:1457. https://doi.org/10.3390/antibiotics10121457.