Molecular characterization of Klebsiella pneumoniae β-lactamases from patients admitted at the University Hospital of Coimbra, Portugal

Abstract

A emergência e disseminação de bactérias resistentes aos antibióticos é um problema global e representa uma grande ameaça para a saúde dos pacientes. Com importância especial é a disseminação de β-lactamases com capacidade de inativar quase todos os antibióticos β- lactámicos contribuindo para limitação das opções de tratamento. Portanto uma rápida deteção e caracterização dos determinantes de resistência constituem uma ferramenta importante para o tratamento dos pacientes e melhoramento das medidas de controlo de infeções. O estudo teve como objetivo caracterizar geneticamente isolados de Klebsiella pneumoniae resistentes ao ertapenem de pacientes admitidos nos Hospitais da Universidade de Coimbra, de Janeiro a Dezembro de 2013. Os isolados foram testados a sua suscetibilidade aos antibióticos usando o método de disco difusão. A PCR convencional foi usada para deteção de genes que codificam as β-lactamases e para a tipagem dos plasmídeos, enquanto a relação clonal dos isolados foi determinada com recurso as técnicas de PFGE e MLST. Os ensaios de conjugação foram feitos para avaliar o potencial de transferência dos genes de resistência entre bactérias. Foram analisados 27 isolados de K. pneumoniae não duplicados e a maioria foi de urina 48.1% (13/27) e sangue 25.9% (7/27). Foi observada uma alta taxa de resistência aos antibióticos associada a produção de β-lactamases. As beta-lactamases de espectro estendido (ESBL) foram o principal mecanismo de resistência encontrado, com TEM (77.7%), o mais prevalente seguido de CTX-M (70.3%). A carbapenemase-KPC foi detetada em 66.6% dos isolados. Este é o primeiro reporte de KPC-2 em isolados nosocomiais de K. pneumoniae nos hospitais da Universidade de Coimbra, e em Portugal. A KPC estava associada a um plasmídeo conjugativo do grupo F oque sustenta a sua disseminação e capacidade de transmissão para outras bactérias. Análises de PFGE mostraram um número limitado de clones representados por três diferentes perfis de MLST, ST11, ST15 e ST348, oque sugere a presença de clones específicos no hospital. Uma contínua vigilância de resistências aos antibióticos e uso racional dos antibióticos é necessária para melhorar o tratamento dos pacientes e para o controlo das infeções.

The emergence and spread of antibiotic resistant bacteria is a global concern and represents a major threat for patient care. Of particular importance is the dissemination of β-lactamases with ability to inactivate almost all β-lactam antibiotics, leading to the limitation of treatment options. Therefore, rapid detection and characterization of resistant determinants is an important tool for patient management and improvement of infection control measures. The present study aimed to characterize genetically a collection of isolates of Klebsiella pneumoniae ertapenem resistant recovered from patients at the University Hospital of Coimbra from January-December, 2013. All isolates were tested for antimicrobial susceptibility by disk diffusion method. Conventional PCR was used to detect β-lactamases genes and for plasmid typing while clonal relatedness of the isolates was carried out by PFGE and MLST analysis. Finally, plasmid conjugation assays were conducted to verify the potential of transfer of antibiotic resistance determinants among bacteria. A total number of 27 non-duplicated K. pneumoniae isolates have been analyzed and the majority was recovered from urine 48.1% (13/27) and blood 25.9% (7/27). A high prevalence of antibiotic resistance associated with production of β-lactamases, including to carbapenems, was observed. Extended spectrum β-lactamases (ESBLs) was the more frequent resistance mechanism found, with TEM-type β-lactamase (77.7%) being the most common found followed by CTX-M-type (70.3%). KPC- carbapenemase was detected in 66.6% of the isolates. This is the first report of KPC-2 in nosocomial isolates of K. pneumoniae in the referral University Hospital of Coimbra and in Portugal. KPC was associated with conjugative IncF plasmid type which supports their dissemination and potential spreading to other bacterial. PFGE analysis showed a limited number of clones represented by three MLST profiles, ST11, ST15 and ST348, which suggest the presence of specific clones in the hospital. Continuous surveillance of antibiotic resistance and rational use of antibiotics is needed to improve patient management and infection control measures.