Phenotypic characterization of clinical strains of selected species of the family Enterobacteriaceae

Wstęp: Rodzina Enterobacteriaceae obejmuje wiele blisko spokrewnionych rodzajów. W obrębie tych występują gatunki, które zasiedlają jelita zdrowych ludzi, gatunki oportunistyczne, a także gatunki, które są bezwzględnymi patogenami. Najczęściej występującym mechanizmem oporności u pałeczek Enterobacteriaceae jest wytwarzanie enzymów – beta-laktamaz, które hydrolizują antybiotyki beta-laktamowe. Do wykrywania beta-laktamaz służą metody fenotypowe oraz genetyczne.Cel pracy: Celem pracy była charakterystyka fenotypowa wieloopornych szczepów Klebsiella pneumoniae izolowanych w wybranych oddziałach pediatrycznych z uwzględnieniem mechanizmów oporności związanych z produkcją: beta-laktamaz o rozszerzonym spektrum substratowym ESBL oraz karbapenemaz MBL, KPC oraz OXA-48.Materiał i metodyka: Do badań wykorzystano szczepy Klebsiella pneumoniae (30) izolowane w okresie od 07.01.2010r. do 27.06.2012r. ze stolca od dzieci hospitalizowanych w Uniwersyteckim Szpitalu Dziecięcym UJ CM w Krakowie w oddziałach: Anestezjologii i Intensywnej Terapii (8); Kardiochirurgii i Intensywnej Terapii Kardiochirurgicznej (12); Onkologii i Hematologii (1); Patologii i Intensywnej Terapii Noworodka (8) oraz Chirurgii Dziecięcej (1). Szczepy poddano charakterystyce fenotypowej (metoda dyfuzyjno-krążkowa, Etest), która była prowadzona w celu wykrycia wytwarzania beta-laktamaz.Wyniki: Wykazano, że w grupie 30 szczepów Klebsiella pneumoniae, 73% (22 szczepy) wytworzyło beta-laktamazy ESBL. U odpowiednio, 27% (8) szczepów oraz 23% (7) szczepów, wykazano beta-laktamazy KPC oraz OXA-48. Tylko u 10% (3) szczepów odnotowano mechanizm oporności związany z metalo-beta-laktamazami. U 20% szczepów (po 6) potwierdzono równoczesne występowanie ekspresji beta-laktamaz typu ESBL i KPC oraz ESBL i OXA-48. Natomiast po 3% szczepów (1) wytworzyło równocześnie karbapenemazy typu MBL i KPC, MBL i OXA-48 oraz KPC i OXA-48.Wnioski: Badane szczepy wykazały wysoką wrażliwość na karbapenemy, kolistynę oraz tigecyklinę, na pozostałe grupy antybiotyków (aminoglikozydy, fluorochinolony, cefalosporyny, penicyliny, aztreonam, kotrimoksazol) były w większości oporne. Beta-laktamazy typu ESBL, KPC, OXA-48 oraz MBL są wytwarzane z różną częstością. Najczęstszym mechanizmem oporności był mechanizm związany z wytwarzaniem beta-laktamaz o rozszerzonym spektrum substratowym. Odnotowano współwystępowanie beta-laktamazy typu ESBL oraz karbapenemaz KPC i OXA-48. Wykazano brak współwystępowania karbapenemaz MBL oraz beta-laktamaz ESBL. Wykazano większą czułość imipenemu oraz imipenemu z dodatkiem kwasu boronowego w celu wykrywania karbapenemaz typu KPC w porównaniu z meropenemem oraz meropenem z dodatkiem kwasu boronowego.

Introduction: The Enterobacteriaceae comprise many closely related types. Within this family there are species that inhabit the intestine of healthy human, opportunistic species, as well as species that are obligatory pathogens. The most common mechanism of resistance in Enterobacteriaceae is production of the enzyme, which hydrolyzes beta-lactam antibiotics. Phenotypic and genetic methods are used for detection of beta-lactamases.Aim of the study: The aim of the study was phenotypic characterization of multidrug-resistant strains of Klebsiella pneumoniae isolated in selected pediatric wards, including the following mechanisms of resistance associated with the production: extended-spectrum beta-lactamases ESBL and carbapenemases MBL, KPC and OXA-48.Material and methods: Strains used for the study were Klebsiella pneumoniae (30) isolated in the period from 07.01.2010. to 27.06.2012. from stool of children hospitalized in University Children's Hospital, Jagiellonian University Medical College in Krakow in wards: Anesthesiology and Intensive Care (8); Cardiac Surgery and Intensive Care Cardiac Surgery (12); Oncology and Hematology (1); Pathology and Neonatal Intensive Care (8) and Pediatric Surgery (1). The strains were subjected to phenotypic characterization (disc diffusion method, Etest), which was conducted for the detection of beta-lactamases.Results: It has been shown that in group of 30 strains of Klebsiella pneumoniae 73%, (22 strains) produced extended-spectrum beta-lactamases (ESBL). Respectively, 27% (8 strains) and 23% (7 strains), KPC and OXA-48 beta-lactamases were found. Only 10% of the strains (3) were reported for resistance mechanism related to the metallo-beta-lactamases. In 20% of the strains (6 each) the expression of the simultaneous presence of beta-lactamases, and ESBL-type and KPC, ESBL and OXA-48 was confirmed. However, the following carbapenemase combinations were detected in 3% of the strains (1) each: KPC and MBL, MBL and OXA-48 and KPC and OXA-48.Conclusions: Investigated strains showed high sensitivity to carbapenems, colistin and tigecycline, for other groups of antibiotics (aminoglycosides, fluoroquinolones, cephalosporins, penicillins, aztreonam, cotrimoxazole) were mostly resistant. ESBL, KPC, OXA-48 and MBL-type beta-lactamases are produced at different frequencies. The most common beta-lactamase type was ESBL. Beta-lactamases that coexist frequently are: ESBL and KPC and OXA-48. The results showed no co-occurrence of MBL-type carbapenemases and ESBL-type beta-lactamases. In order to limit the spread of resistance mechanisms, it is necessary to constantly monitor the production of the beta-lactamase by bacilli.