Occurrence of blaCTX-M, blaTEM and blaSHV genes encoding extended-spectrum β-lactamases (ESBLs) among clinical isolates of Klebsiella pneumoniae
Roman Franiczek | Barbara Krzyżanowska | Maciej Danielewski | Grażyna Mokracka-Latajka
Katedra i Zakład Mikrobiologii Akademii Medycznej im. Piastów Śląskich we Wrocławiu
Roman Franiczek Katedra i Zakład Mikrobiologii Akademii Medycznej im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, ul. Chałubińskiego 4, 50-368 Wrocław, Tel.: (71) 784 13 02, Fax: (71) 784 01 17
Wpłynęło: 21.11.2011
Zaakceptowano: 19.12.2011
Forum Zakażeń 2011;2(4):115–120
Streszczenie: Wielooporne szczepy Klebsiella pneumoniae są częstą przyczyną poważnych zakażeń, takich jak: zapalenie płuc, zakażenia układu moczowego, sepsa, zapalenie opon mózgowo- rdzeniowych oraz ropnie narządowe. Najważniejszym mechanizmem oporności pałeczek Klebsiella na antybiotyki β-laktamowe jest wytwarzanie β-laktamaz o rozszerzonym spektrum substratowym (ESBL). Geny kodujące ESBL są najczęściej zlokalizowane w obrębie dużych plazmidów, co ułatwia ich koniugacyjne rozprzestrzenianie się wśród pałeczek Gram-ujemnych. Co więcej, plazmidy kodujące ESBL często zawierają markery oporności na inne niż β-laktamy grupy antybiotyków, co w istotny sposób ogranicza opcje terapeutyczne. Celem badań było określenie częstości występowania genów: blaTEM, blaSHV i blaCTX-M wśród ESBL-dodatnich szczepów Klebsiella pneumoniae (n=24). Ponadto oznaczono wartości minimalnych stężeń hamujących (MIC) dla wybranych leków przeciwbakteryjnych. Wytwarzanie ESBL potwierdzono testem synergizmu dwóch krążków (DDST). Wrażliwość na leki przeciwbakteryjne oznaczono metodą seryjnych rozcieńczeń w podłożu agarowym Mueller-Hintona. Występowanie genów kodujących ESBL oznaczono metodą PCR przy użyciu swoistych sekwencji starterowych. Badane szczepy charakteryzowały się typowym dla producentów ESBL profilem lekowrażliwości. Były one oporne na cefalosporyny III generacji (3GC) i aztreonam, natomiast wrażliwe na karbapenemy (imipenem, meropenem) oraz oksyimino-β-laktamy skojarzone z kwasem klawulanowym. Ponadto wszystkie badane izolaty były oporne na kotrimoksazol, a większość z nich (16/24) również na gentamycynę. Spośród leków nie-β-laktamowych, najlepszą aktywnością wobec badanych szczepów cechowały się norfloksacyna i tygecyklina. Wartości MIC dla cefotaksymu i ceftriaksonu były wyższe w porównaniu z wartościami MIC dla ceftazydymu. Wyniki te mogą sugerować oporność wynikającą z ekspresji tzw. cefotaksymaz (β-laktamaz typu CTX-M). Wyniki badań opartych na reakcji PCR wykazały obecność genu blaCTX-M u wszystkich badanych izolatów Klebsiella pneumoniae, natomiast geny blaSHV i blaTEM wykryto odpowiednio u 16 i 7 badanych szczepów. Dodatkowo u 6 badanych szczepów stwierdzono obecność wszystkich trzech genów kodujących ESBL. Uzyskane wyniki wykazały dominację cefotaksymaz typu CTX-M wśród izolatów klinicznych Klebsiella pneumoniae. Co więcej, szczepy te wykazywały wysoki stopień oporności na inne niż β-laktamy leki przeciwbakteryjne.
Słowa kluczowe: cefotaksymazy, ESBL, Klebsiella pneumoniae, MIC
Abstract: Multi-resistant Klebsiella pneumoniae strains are recognized as the often cause of severe infections, such as pneumonia, urinary tract infections, bloodstream infections, meningitis and organ abscesses. The principal mechanism of resistance to β-lactam antibiotics among Klebsiella rods is the production of extended-spectrum β-lactamases (ESBLs). ESBL-encoding genes are usually localized on large plasmids that facilitate their spread among Gram-negative bacilli via conjugation. Moreover, ESBL-encoding plasmids often carry genes conferring resistance to other than β-lactams classes of antibiotics limiting significantly the therapeutic options. The aim of the study was to determine the prevalence of blaTEM, blaSHV and blaCTX-M genes among ESBL-positive strains of Klebsiella pneumoniae (n=24). In addition, minimal inhibitory concentrations (MICs) for selected antimicrobials were also determined. ESBL production was confirmed by the double disk synergy test (DDST). The susceptibility to antimicrobials was determined by an agar dilution technique on Mueller-Hinton agar. The presence of ESBL-encoding genes was determined by PCR based on specific primers. The strains tested displayed resistance patterns typical of ESBL producers. They were resistant to third generation cephalosporins (3GC) and aztreonam but susceptible to carbapenems (imipenem, meropenem) and oxyimino-β-lactams combined with clavulanic acid. Besides, all the strains studied were resistant to co-trimoxazole and the majority of them (16 of 24) were simultaneously resistant to gentamicin. Among the non-β-lactam drugs, norfloxacin and tigecycline were found to be the most effective against the strains tested. MIC values of cefotaxime and ceftriaxone were higher than those of ceftazidime, suggesting that this resistance may result from the expression of so-called cefotaximases (CTX-M-type β-lactamases). On the basis of PCR, the blaCTX-M gene was identified in all Klebsiella pneumoniae isolates studied. On the other hand, blaSHV and blaTEM genes were detected in 16 and 7 strains, respectively. Besides, 6 strains tested were found to posses three ESBL-encoding genes. The results of this study revealed a prevalence of CTX-M-type cefotaximases among clinical isolates of Klebsiella pneumoniae. In addition, these strains displayed high-level resistance to other than β-lactams antimicrobials.
Key words: cefotaximases, ESBL, Klebsiella pneumoniae, MIC