CC BY
13
Научная статья
https://doi.org/10.23934/2223-9022-2024-13-1-22-28
Карбапенемазы, продуцируемые полирезистентными штаммами Klebsiella pneumoniae, выделенными от пациентов реанимационного профиля
Т.В. Черненькая *,Л.А. Борисова, Т.Ю. Воробьева, МА. Годков,А.К. Шабанов
Научная лаборатория клинической микробиологии
ГБУЗ «Научно-исследовательский институт скорой помощи им. Н.В. Склифосовского ДЗМ» Российская Федерация, 129090, Москва, Большая Сухаревская пл., д. 3
Н Контактная информация: Черненькая Татьяна Витальевна, кандидат медицинских наук, заведующая научной лабораторией клинической микробиологии ГБУЗ «НИИ СП им. Н.В. Склифосовского ДЗМ». Email: [email protected]
LH
АКТУАЛЬНОСТЬ Klebsiella pneumoniae - один из основных возбудителей внутрибольничных инфекций. Госпиталь-
ные штаммы этого патогена характеризуются высокой частотой устойчивости ко многим антибиотикам, в том числе и карбапенемам. Основной механизм формирования устойчивости к карба-пенемам - продукция бактериями карбапенемаз. На сегодняшний день K. pneumoniae считается одним из основных «распространителей» клинически важных генов антибиотикорезистентности.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ Изучить частоту встречаемости наиболее распространенных генов карбапенемаз у полирезис-
тентных штаммов K. pneumoniae, выделенных от пациентов реанимационных отделений различного профиля в стационаре скорой медицинской помощи.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ Проанализировано 4708 проб различных видов клинического материала от пациентов 5 реа-
нимационных отделений НИИ СП им. Н.В. Склифосовского. Микробиологические исследования проводились с использованием стандартных общепринятых методов. Для целей настоящего исследования отбирали уникальные последовательные штаммы K. pneumoniae, устойчивые к ими-пенему и (или) меропенему. Выделение ДНК проводили с использованием набора «РИБО-преп» (ФБУН ЦНИИЭ, Россия). Детекцию генов карбапенемаз осуществляли методом полимеразной цепной реакции в режиме реального времени c помощью наборов реагентов «АмплиСенс MDR-MBL-FL» и «АмплиСенс MDR-KPC/OXA-48-FL» (ФБУН ЦНИИЭ) на приборе 'Rotor Gene' (Corbett Research, Австралия).
РЕЗУЛЬТАТЫ Этиологически значимые микроорганизмы выявлены в 64,7% изученных проб. В четверти
проб выделяли K. pneumoniae. Отобрано 194 уникальных карбапенемрезистентных штамма K. pneumoniae. Из них у 11,3% гены исследуемых карбапенемаз не обнаружены. У 38,1% штаммов обнаружена 1 карбапенемаза, у 29,9% - две, а у 20,6% - три и более. Среди штаммов с одним геном карбапенемаз преобладали продуценты OXA-48 (19,1%) и КРС(13,4%). Штаммы-продуценты только NDM беталактамазы встречались в 5,7% случаев. Изолированное выделение VIM и IMP не обнаружили. В 34% выделяли металлобекталамазы в комбинации с сериновыми карбапене-мазами. Продукция только сериновых карбапенемаз выявлена у 48,5% штаммов. В зависимости от профиля реанимационного отделения имеются различия в частоте выявления сериновых и металлобеталактамаз у штаммов карбапенемрезистентных клебсиелл.
ВЫВОДЫ K.pneumoniae является возбудителем внутрибольничных инфекций в 25% случаев. У 11,3% карба-
пенемрезистентных штаммов продукция генов KPC, OXA-48, NDM, VIM и IMP не обнаружена. При разработке алгоритмов антибактериальной терапии необходимо учитывать, что от 25,7 до 60,6% штаммов K.pneumoniae в разных отделениях реанимационного профиля являются продуцентами металлобеталактамаз.
Ключевые слова: Klebsiella pneumoniae, полирезистентные штаммы, карбапенемазы, сериновые беталактамазы, ме-
таллобеталактамазы
Ссылка для цитирования Черненькая Т.В., Борисова Л.А., Воробьева Т.Ю., Годков МА., Шабанов А.К. Карбапенемазы, про-
дуцируемые полирезистентными штаммами Klebsiella pneumoniae, выделенными от пациентов реанимационного профиля. Журнал им. Н.В. Склифосовского Неотложная медицинская помощь. 2024;13(1):22-28. https://doi.org/10.23934/2223-9022-2024-13-1-22-28
Конфликт интересов Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
Благодарность, финансирование Исследование не имеет спонсорской поддержки
© Черненькая Т.В., Борисова Л.А., Воробьева Т.Ю., Годков М.А., Шабанов А.К. М., 2024
БЛРС — беталактамазы расширенного спектра
ВБИ — внутрибольничные инфекции
МБЛ — металло-ß-лактамазы
НХР — нейрохирургическая реанимация
ОР — ожоговая реанимация
ХР — хирургическая реанимация
ЭР — экстренная реанимация
IMP — Imг'penemase-металло-ß-лактамазы,
разрушающие имипенем KPC — Klebsiella Pneumoniae Carbapenemase —
карбапенемаза, продуцируемая K. Pneumoniae
ВВЕДЕНИЕ
Klebsiella pneumoniae — грамотрицательные бактерии, обитающие в окружающей среде, в том числе в почве и поверхностных водах; входят в состав нормальной микрофлоры кишечника человека и животных [1]. Впервые этот микроорганизм описан Карлом Фридлендером в 1882 году как этиологический агент пневмонии, и длительное время назывался «палочка Фридлендера». В настоящее время K. pneumoniae являются одними из основных возбудителей нозокоми-альных пневмоний, инфекций мочевыводящих путей и кровотока. Госпитальные штаммы этого патогена характеризуются высокой частотой устойчивости к противомикробным препаратам [2].
Карбапенемы — ß-лактамные антибиотики, которые обладали самым широким спектром противо-микробной активности на момент их внедрения в клиническую практику и представляли собой последнюю линию защиты при лечении тяжелых жизнеугро-жающих инфекций. На момент выхода в клиническую практику в 1985 году имипенема, первого антибиотика из класса карбапенемов, к нему были чувствительны около 98% грамотрицательных возбудителей. Однако уже с начала 1990-х годов стали появляться сообщения о распространении клинических штаммов, устойчивых к имипенему [3]. Сообщения о резистентности к карба-пенемам были первоначально спорадическими. Такая резистентность объяснялась, прежде всего, высоким уровнем продукции ß-лактамазы расширенного действия AmpC в сочетании с модификацией пориновых каналов внешней мембраны бактерий. В крайне редких случаях фиксировали выработку бактериями гид-ролизующих карбапенем ß-лактамаз (карбапенемаз).
В настоящее время распространение устойчивых к карбапенемам микроорганизмов считается одной из наиболее актуальных проблем здравоохранения во всем мире. Основным механизмом формирования устойчивости грамотрицательных патогенов к карба-пенемам является продукция бактериями карбапене-маз. Большинство генов, кодирующих продукцию кар-бапенемаз, распространяется между разными видами микроорганизмов с помощью плазмид, несущих в своем составе детерминанты устойчивости к антибиотикам разных групп. Так происходит очень быстро одномоментная передача фенотипа множественной лекарственной устойчивости [4, 5].
K. pneumoniae является микроорганизмом, у которого впервые были обнаружены несколько новых генов устойчивости к карбапенемам (самые известные — KPC и NDM). В последующем эти ß-лактамазы широко распространились и среди других видов бактерий.
K. pneumoniae имеет значительно больший геном, чем другие энтеробактерии, и отличается высоким разнообразием приобретенных генов устойчивости
NDM — New Delhi metallo-ß-lactamase — металлобета-
лактамаза из Нью-Дели OXA — The oxacillinase-type ß-lactamase — ß-лактамазы,
разрушающие оксациллин SHV — SulphHydryl Variable — хромосомная беталактамаза SME — Serratia Marcescens Enzyme — карбапенемаза,
продуцируемая S. marcescens ТЕМ — Temoneira — беталактамаза VIM — Verona integron-encoded metallo-ß-lactamase — Веронская интегрон-кодируемая металло-беталактамаза
к противомикробным препаратам. На сегодняшний день K. pneumoniae считается одним из основных «распространителей» клинически важных генов антибио-тикорезистентности [6].
Цель исследования: изучить частоту встречаемости наиболее распространенных генов карбапенемаз у полирезистентных штаммов Klebsiella pneumoniae, выделенных от пациентов реанимационных отделений различного профиля в стационаре скорой медицинской помощи.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
За период с 1 января по 31 декабря 2021 года проанализировано 4708 проб различных видов клинического материала, полученного от пациентов 5 реанимационных отделений НИИ СП им. Н.В. Склифосовского. В хирургической реанимации (ХР) проводилось лечение больных с медиастинитами, распространенными перитонитами, открытой травмой груди и живота. В нейрохирургической реанимации (НХР) помощь оказывалась пациентам с разорвавшимися аневризмами головного мозга, артериовенозными мальформациями на высоте кровотечения, с изолированной и сочетан-ной черепно-мозговой травмой; в неврологической реанимации (НР) — с геморрагическими и ишеми-ческими инсультами. В экстренной реанимации (ЭР) находились на лечении пострадавшие с тяжелой соче-танной травмой, а в ожоговой реанимации (ОР) — с тяжелой термической травмой.
Показания к проведению микробиологических исследований определял лечащий врач больного. Микробиологические исследования проводились с использованием стандартных общепринятых методов.
Первичный посев проводили в зависимости от вида исследуемого клинического материала на 5% кровяной, шоколадной и маннит-солевой агары, а также на среды Эндо и Сабуро. Посев крови проводили во флаконы Bactec™ Plus Aaerobic/F Culture Vials (для аэробных бактерий) и BactecTM Plus Anaerobic/F Culture Vials (для анаэробных микроорганизмов), которые инкубировали в анализаторе Bactec FX (BD, США). Стандартный протокол культивирования флаконов в приборе — 5 суток.
Идентификацию возбудителей проводили с использованием масс-спектрометра VITEK MS (биоМерье, Франция), определение чувствительности к антибиотикам — на анализаторе VITEK-2 Compact (биоМерье, Франция) или анализаторе WalkAway-40 (Beckman Coulter, США). Для целей настоящего исследования отбирали штаммы Klebsiella pneumoniae, устойчивые к имипенему и (или) к меропенему. При выделении от одного пациента в нескольких пробах карбапенемре-
зистентных K. pneumoniae для дальнейших исследований отбирали только первый полученный штамм.
Выделение ДНК из штаммов микроорганизмов проводили согласно инструкции к набору «РИБО-преп» (ФБУН ЦНИИЭ, Россия). Детекцию генов металло-ß-лактамаз (МБЛ) групп VIM, IMP, NDM и сериновых кар-бапенемаз групп КРС и ОХА-48 осуществляли методом полимеразной цепной реакции в режиме реального времени c помощью наборов реагентов «АмплиСенс MDR-MBL-FL» и «АмплиСенс MDR-KPC/OXA-48-FL» (ФБУН ЦНИИЭ, Россия) на приборе "Rotor Gene" (Corbett Research, Австралия).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Исследовано 4708 проб различных видов клинического материала, полученного от пациентов указанных реанимационных отделений. Рост этиологически значимых микроорганизмов получен в 64,7% проб. Общая структура возбудителей внутрибольничных инфекций (ВБИ) у реанимационных больных представлена на рис. 1. Как видно на рисунке, основными патогенами у пациентов реанимационного профиля являются грамотрицательные бактерии, такие как Klebsiella pneumoniae (25,05%), Acinetobacter spp. (14,71%) и Pseudomonas aeruginosa (14,65%).
Для целей настоящего исследования отобрано 194 последовательных уникальных карбапенемре-зистентных штаммов K. pneumoniae, выделенных от пациентов реанимационного профиля НИИ СП им. Н.В. Склифосовского: от пациентов НР — 30; от больных ОР и ЭР — по 33; из ХР — 35 и из НХР — 63 штамма.
Из 194 изученных штаммов, устойчивых к кар-бапенемам клебсиелл, у 22 (11,3%) гены исследуемых карбапенемаз не обнаружены. У 38,1% штаммов обнаружена одна карбапенемаза, у 29,9% — две и у 20,6% — три и более карбапенемаз. Вместе с тем в разных реанимационных отделениях частота выделения различных генов карбапенемаз у резистентных штаммов клебсиелл отличается (рис. 2). Как видно на рисунке, у всех штаммов клебсиелл, выделенных от пациентов ЭР, были обнаружены тестируемые гены карбапенемаз. У штаммов, выделенных от пациентов ожогового профиля, изучаемые гены отсутствовали в 21,2%, а у пациентов ХР, НХР и НР — в 8,6%; 14,3% и 10% случаев соответственно.
Среди штаммов, у которых обнаружен один ген карбапенемаз, преобладали продуценты OXA-48 (OXAcillinase) (19,1%) и КРС (Klebsiella Pneumoniae Carbapenemase) (13,4%). Штаммы-продуценты только NDM беталактамазы встречались в 5,7% случаев. Изолированное выделение VIM и IMP у штаммов карбапенемрезистентных клебсиелл не обнаружили. Чаще всего гены, кодирующие продукцию металлобе-талактамаз (NDM, VIM и IMP), выделяли в комбинации с генами сериновых карбапенемаз (34%). Продукция только сериновых карбапенемаз выявлена у 48,5% изученных штаммов K. pneumoniae, устойчивых к кар-бапенемам. Продукция металлобеталактамаз зафиксирована в 40,2% случаев. В зависимости от профиля реанимационного отделения имеются различия в частоте выявления сериновых и металлобеталактамаз у штаммов карбапенемрезистентных клебсиелл (рис. 3). В ХР, НХР и НР преобладают сериновые карбапенема-зы и выделяются в 65,7%; 47,6% и 60% соответственно. Штаммы, выделенные от пациентов ЭР и ОР, чаще
| K. pneumoniae | Acinetobacter spp. I P. aeruginosa Staphylococcus spp. I Enterococcus spp. I Другие Enterobacterales Другие
Рис. 1. Структура основных возбудителей внутрибольничных инфекций у пациентов реанимационного профиля в 2021 году Fig. 1. Structure of the main nosocomial pathogens in intensive care patients in 2021
rl
Неврологическая реанимация
Нейрохирургическая реанимация
Экстренная реанимация
Хирургическая реанимация
Ожоговая реанимация
11
0 20
1 карбапенемаза
60 80
2 карбапенемазы
100
3 и более
Рис. 2. Доля генов карбапенемаз Klebsiella pneumoniae, выделенных от пациентов различных реанимационных отделений НИИ СП им. Н.В. Склифосовского в 2021 году (%)
Fig. 2. The percentage of Klebsiella pneumoniae carbapenemase genes isolated from patients of various intensive care units of the N.V. Sklifosovsky Research Institute for Emergency Medicine in 2021 (%)
Ожоговая реанимация
Хирургическая Экстренная Нейрохирургическая Неврологическая реанимация реанимация реанимация реанимация
Сериновые карбапенемазы
Металлобеталактамазы
Рис. 3. Частота продукции различных типов беталактамаз устойчивых к карбапенемам K. pneumoniae, выделенных от пациентов реанимационных отделений различного профиля Fig. 3. Frequency of production of various types of betalactamases by carbapenem-resistant K. pneumoniae isolated from patients of various intensive care units
являются продуцентами металлобеталактамаз (60,6% и 48,5% соответственно).
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
р-лактамные антибиотики являются самым многочисленным классом противомикробных препаратов для лечения инфекционно-воспалительных заболеваний и осложнений. История создания новых препаратов этого класса неразрывно связана с историей появления беталактамаз, являющихся основной причиной
%
40
Нет
20
10
0
устойчивости возбудителей к представителям класса беталактамных антибиотиков.
Бензилпенициллин был первым ß-лактамом, который стал широко применяться в клинической практике с 1944 года. Распространение штаммов стафилококков, продуцирующих пенициллиназу, стимулировало ученых к созданию метициллина, оксациллина и цефа-лоспоринов I генерации, которые были устойчивы к стафилококковым ß-лактамазам.
Внедрение в клиническую практику в 1960-х годах ампициллина позволило успешно лечить заболевания, вызванные энтеробактериями. Но вместе с тем это способствовало распространению штаммов Escherichia coli, продуцирующих ß-лактамазу ТЕМ-1 (название от имени пациента, у которого выделена впервые — Temoneira), гидролизующую ампициллин. Ген, кодирующий продукцию фермента TEM, локализовался на плазмиде бактерий. Одновременно с этим в структуре возбудителей внутрибольничных инфекций стала увеличиваться доля штаммов K. pneumoniae, которые обладали природной устойчивостью к аминопеницил-линам за счет естественной продукции хромосомной беталактамазы SHV-1 (SulphHydryl Variable). В последующем было зафиксировано выделение ß-лактамаз ТЕМ-1 и SHV-1 от других видов бактерий (например, Haemophilus influenzae и Neisseria gonorrhoeae). Вероятно, хромосомно-кодируемые эндогенные гены устойчивости к противомикробным препаратам были транслоцированы в плазмиды и стали легко передаваться между разными видами бактерий [7].
Снижение клинической эффективности пеницил-линов и цефалоспоринов I генерации стимулировало ученых к созданию и внедрению в клинику в 1980- х годах цефалоспоринов II-III генераций, устойчивых к гидролизу ß-лактамаз ТЕМ-1 и SHV-1. Однако несколько лет спустя были выделены микроорганизмы, продуцирующие ферменты, которые разрушали беталактамные антибиотики, включая цефалоспорины III генерации [8]. Эти новые ферменты были названы беталактамазами расширенного спектра (БЛРС).
Внедрение в клиническую практику в 1985 году карбапенемов позволило эффективно бороться с микроорганизмами, продуцирующими БЛРС. Но еще в 1982 году, до внедрения в широкую клиническую практику имипенема, у двух клинических изолятов Serratia marcescens были выделены беталактамазы SME-1 (Serratia Marcescens Enzyme), гидролизующие пеницил-лины, цефалоспорины и карбапенемы. С начала 1990-х годов стали появляться публикации о выделении клинических штаммов микроорганизмов с приобретенной устойчивостью к карбапенемам за счет различных беталактамаз. В 1991 году в Японии у клинического штамма Serratia marcescens была выделена металлобе-талактамаза IMP-1 (IMiPenem — гидролизующая бета-лактамаза). Затем в Италии из клинического штамма Pseudomonas aeroginossa была выделена металлобета-лактамаза VIM-1 (Verona Imipenemase). В 1996 году в США был описан штамм K. pneumoniae, продуцирующий карбапенемазу KPC. Вскоре K. pneumoniae, продуцирующая KPC, быстро распространилась в больницах США, а в последующем и в других странах мира. Параллельно с распространением продуцентов KPC в США в 2000-х годах в странах Средиземноморья появилась и распространилась еще одна группа кар-бапенемаз, OXA-48. В 2008 году у гражданина Швеции индийского происхождения был выделен штамм
K. pneumoniae, продуцирующий новую металлобета-лактамазу NDM (New Delhi metallo-ß-lactamase). С тех пор карбапенемаза NDM распространилась по всему миру и выделяется от разных видов бактерий [9].
В зависимости от молекулярного строения активного центра ферментов ß-лактамазы делят на сериновые и металлобеталактамазы. Первые используют сериновый остаток для инактивации антибиотиков. В активном центре вторых присутствуют атомы цинка. По классификации Амблера, к серино-вым беталактамазам относятся ферменты из классов А, С и D. Металлобеталактамазы составляют класс В. Карбапенемазы входят в классы А, В и D. На данный момент описано более 50 видов различных беталак-тамаз, способных гидролизовать карбапенемы. Самые распространенные ферменты из класса А — КРС; из класса В — IMP, VIM, NDM; из класса D — ОХА.
Карбапенемазы не чувствительны к традиционным ингибиторам беталактамаз (клавулановая кислота, тазобактам, сульбактам). При этом действие большинства сериновых карбапенемаз может подавляться ингибитором авибактамом, а карбапенемаз класса А — ваборбактамом и релебактамом. Действие ферментов класса В не блокируется доступными на сегодняшний день в клинической практике ингибиторами беталак-тамаз. Поэтому для корректного подбора антибактериальной терапии важна информация о типах карба-пенемаз, продуцируемых возбудителями.
В нашем исследовании у 11,3% штаммов клебси-елл, обладающих фенотипической устойчивостью к карбапенемам, не обнаружены беталактамазы КРС, ОХА-48, IMP, VIM, NDM. При этом в разных реанимационных отделениях этот показатель колебался от 0 до 21,2%. Аналогичные данные получены и в работах других исследователей [10]. Это обстоятельство может быть связано с двумя причинами. Прежде всего, кроме изучаемых нами карбапенемаз возможна продукция других, более редких ферментов. Кроме того, ферментативная инактивация беталактамных антибиотиков считается основной, но не единственной причиной развития устойчивости бактерий. Более редкими причинами резистентности грамотрица-тельных микроорганизмов к карбапенемам являются дефекты пориновых каналов наружной мембраны бактерий, активное выведение препарата из бактериальной клетки и гиперпродукция хромосомных ферментов (AmpC). Эти мутации кодируются хромосомами. Поэтому такие типы резистентности распространяются очень медленно и выявляются у незначительного числа штаммов бактерий.
Выделяемые от разных родов бактерий карбапе-немазы, располагающиеся на плазмидах, изначально были связаны с определенными географическими регионами. Однако в эпоху многочисленных международных поездок и медицинского туризма связь между конкретным механизмом резистентности и данным регионом быстро утрачивается.
Изначально Klebsiella pneumoniae, продуцирующая КРС, была широко распространена в США и некоторых европейских странах, таких как Греция и Италия. Штаммы, продуценты ОХА-48, эндемичны в Турции, Бельгии, Франции и Северной Африке [11]. Ферменты металло-ß-лактамаз VIM и IMP чаще всего обнаруживали в Испании, Италии и Венгрии, а NDM — в Индии, Пакистане и Бангладеш [12]. На сегодняшний день
выделение всех видов карбапенемаз регистрируется во множестве стран мира.
В России отмечаются региональные различия в структуре основных механизмов резистентности бактерий к карбапенемам. Так, по данным нескольких авторов в Санкт-Петербурге, у госпитальных штаммов K. pneumoniae в большинстве случаев выделяли ген, кодирующий продукцию NDM-беталактамазы. Значительно реже встречались штаммы — продуценты OXA-48 и КРС [10, 13]. А в Екатеринбурге более половины штаммов энтеробактерий, выделенных от реанимационных пациентов, являлись носителями гена bla OXA-48 и 21% — NDM [14]. В Московских стационарах также преобладают штаммы K. pneumoniae, продуцирующие беталактамазу OXA-48 [12, 15].
Полученные нами результаты сопоставимы с данными, характерными для московских стационаров. Основными ферментами, разрушающими карбапе-немы, являются сериновые карбапенемазы (изолированно встречаются у 48,5% штаммов). Однако в НИИ СП им. Н.В. Склифосовского имеются свои локальные особенности: более половины штаммов клебсиелл являлись носителями одновременно двух и более различных генов карбапенемаз; а 40,2% штаммов — продуцентами металлобеталактамазы NDM, причем в большинстве случаев в сочетании с сериновыми кар-бапенемазами ОХА-48 и КРС. При этом имеются различия в частоте выделения изученных карбапенемаз у пациентов различных реанимационных отделений института. Так, в НР штаммы K. pneumoniae, продуцирующие сериновые карбапенемазы, встречались в 2 раза чаще, а в ХР почти в 3 раза чаще, чем продуценты металлобеталактамаз. Штаммы клебсиелл, выделенные от пациентов ЭР и ОР, продуцировали металлобеталактамазы в 2 раза чаще, чем сериновые. Это может быть связано как с разными контингентами переводимых в реанимационные отделения пациентов, так и с локальными особенностями соблюдения принципов инфекционного контроля и тактики антибактериальной терапии в каждом отделении.
Полученные данные свидетельствуют о сложной эпидемиологической обстановке в стационаре и необходимости строгого соблюдения принципов инфекционного контроля.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Sneath PHA, Bergey DH, Holt J.Bergey's manual of systematic bacteriology. Williams&Wilkins; 1986. Vol. 2. p. 1165-1167.
2. Effah CY, Sun T, Liu S, Wu Y. Klebsiella pneumoniae: an increasing threat to public health. Ann Clin Microbiol Antimicrob. 2020;19(1):1. PMID: 31918737 https://doi.org/10.1186/s12941-019-0343-8
3. Oueenan AM, Bush K. Carbapenemases: the versatile beta-lactamases. Clin Microbiol Rev. 2007;20(3):440-458. PMID: 17630334 https://doi. org/10.1128/CMR.00001-07
4. Walsh TR, Toleman MA, Poirel L, Nordmann P. Metallo-beta-lactamases: the quiet before the storm? Clin Microbiol Rev. 2005;18(2):306-325. PMID: 15831827 https://doi.org/10.1128/CMR.18.2.306-325.2005
5. Bennett PM. Integrons and gene cassettes: a genetic construction kit for bacteria. J Antimicrob Chemother. 1999;43(1):1-4. PMID: 10381094
6. Wyres KL, Holt KE. Klebsiella pneumoniae as a key trafficker of drug resistance genes from environmental to clinically important bacteria. Curr Opin Microbiol. 2018;45:131-139. PMID: 29723841 https://doi. org/10.1016/j.mib.2018.04.004
7. Arakawa Y. Systematic research to overcome newly emerged multidrug-resistant bacteria. Microbiol Immunol. 2020;64(4):231-251. PMID: 32068266 https://doi.org/ 10.1111/1348-0421.12781
8. Paterson DL, Bonomo RA. Extended-Spectrum p-Lactamases: a Clinical Update. Clin Microbiol Rev. 2005;18(4):657-686. PMID: 16223952 https://doi.org/10.1128/CMR.18.4.657-686.2005
9. Nordmann P, Poirel L. Emerging carbapenemases in Gram-negative aerobes. Clin Microbiol Infect. 2002;8(6):321-331. PMID: 12084099 https://doi.org/10.1046/j.1469-0691.2002.00401.x
При разработке алгоритмов противомикробной терапии необходимо учитывать, что от 25,7 до 60,6% штаммов ведущего возбудителя внутрибольничных инфекций K. pneumoniae в разных отделениях реанимационного профиля являются продуцентами метал-лобеталактамаз и, как следствие, устойчивыми ко всем беталактамным антибиотикам, включая современные ингибитор-защищенные препараты.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Устойчивость микроорганизмов к антибиотикам представляет собой глобальную проблему и имеет огромное социально-экономическое значение. Возникновение и распространение резистентности бактерий является естественным биологическим ответом на использование противомикробных средств, которые создают селективное давление, способствующее отбору, выживанию и размножению устойчивых штаммов. Противомикробные препараты — это незаменимый класс лекарств и без их использования невозможно существование современной медицины. Поэтому «продление срока жизни» антибиотиков является важной задачей, для решения которой необходимы комплексные мероприятия.
Понимание причин появления и механизмов развития устойчивости микробов к антибиотикам позволит разрабатывать наиболее эффективные способы преодоления распространения резистентности бактерий.
ВЫВОДЫ
1. K. pneumoniae является возбудителем внутри-больничных инфекций в 25% случаев.
2. У 11,3% карбапенемрезистентных штаммов продукция генов KPC, OXA-48, NDM, VIM и IMP не обнаружена.
3. При разработке алгоритмов антибактериальной терапии необходимо учитывать, что от 25,7% до 60,6% штаммов K. pneumoniae в разных отделениях реанимационного профиля являются продуцентами металло-беталактамаз.
10. Егорова С.А., Липская Л.В., Коноваленко И.Б., Оксема Е.В., Смирнова М.В., Н.Б. Ведерникова и др. Карбапенемазы, продуцируемые штаммами K.pneumoniae-возбудителями ИСМ в стационарах Санкт-Петербурга. Инфекция и иммунитет. 2016;6(3):22.
11. Bonomo RA, Burd EM, Conly J, Limbago BM, Poirel L, Segre JA, et al. Carbapenemase-Producing Organisms: A Global Scourge. Clin Infect Dis. 2018;66(8):1290-1297. PMID: 29165604 https://doi.org/10.1093/ cid/cix893
12. Яковлев С.В., Суворова М.П., Быков А.О. Инфекции, вызванные карбапенеморезистентными энтеробактериями: эпидемиология, клиническое значение и возможности оптимизации антибактериальной терапии. Антибиотики и химиотерапия. 2020;65(5-6):41-69. https://doi.org/10.37489/0235-2990-2020-65-5-6-41-69
13. Божкова С.А., Гордина Е.М., Шнейдер О.В., Рукина А.Н., Шабанова В.В. Резистентность продуцирующих карбапенемазы штаммов Klebsiella pneumoniae, выделенных от пациентов с ортопедической инфекцией. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2020;22(1):47-52. https://doi.org/10.36488/cmac.2020.1.47-52
14. Розанова С.М., Бейкин Я.Б., Кырф М.В., Перевалова Е.Ю., Шевелева Л.В., Вакалюк А.В., и др. Распространение энтеробактерий, продуцирующих карбапенемазы, в реанимационных отделениях Екатеринбурга. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2019;21(S1):55-56.
15. Тимофеева О.Г., Поликарпова С.В. Локальный микробиологический мониторинг штаммов Enterobacterales, продуцирующих кар-бапенемазы. Лабораторная служба. 2019;8(3):14-19. https://doi. org/10.17116/labs2019803114
REFERENCES
1. Sneath PHA, Bergey DH, Holt J. Bergey's manual of systematic bacteriology. Williams&Wilkins; 1986. Vol. 2. p. 1165-1167.
2. Effah CY, Sun T, Liu S, Wu Y. Klebsiella pneumoniae: an increasing threat to public health. Ann Clin Microbiol Antimicrob. 2020;19(1):1. PMID: 31918737 https://doi.org/10.1186/s12941-019-0343-8
3. Oueenan AM, Bush K. Carbapenemases: the versatile beta-lactamases. Clin Microbiol Rev. 2007;20(3):440-458. PMID: 17630334 https://doi. org/10.1128/CMR.00001-07
4. Walsh TR, Toleman MA, Poirel L, Nordmann P. Metallo-beta-lactamases: the quiet before the storm? Clin Microbiol Rev. 2005;18(2):306-325. PMID: 15831827 https://doi.org/10.1128/CMR.18.2.306-325.2005
5. Bennett PM. Integrons and gene cassettes: a genetic construction kit for bacteria. J Antimicrob Chemother. 1999;43(1):1-4. PMID: 10381094
6. Wyres KL, Holt KE. Klebsiella pneumoniae as a key trafficker of drug resistance genes from environmental to clinically important bacteria. Curr Opin Microbiol. 2018;45:131-139. PMID: 29723841 https://doi. org/10.1016/j.mib.2018.04.004
7. Arakawa Y. Systematic research to overcome newly emerged multidrug-resistant bacteria. Microbiol Immunol. 2020;64(4):231-251. PMID: 32068266 https://doi.org/ 10.1111/1348-0421.12781
8. Paterson DL, Bonomo RA. Extended-Spectrum ß-Lactamases: a Clinical Update. Clin Microbiol Rev. 2005;18(4):657- 686. PMID: 16223952 https://doi.org/10.1128/CMR.18A657-686.2005
9. Nordmann P, Poirel L. Emerging carbapenemases in Gram-negative aerobes. Clin Microbiol Infect. 2002;8(6):321-331. PMID: 12084099 https://doi.org/10.1046/j.1469-0691.2002.00401.x
10. Egorova SA, Lipskaya LV, Konovalenko IB, Oksema EV, Smirnova MV, Vedernikova NB, et al. Karbapenemazy, produtsiruemye shtammami K. pneumoniae - vozbuditelyami ISM v statsionarakh Sankt-Peterburga. Russian Journal of Infection and Immunity. 2016;6(3):22. (In Russ.)
11. Bonomo RA, Burd EM, Conly J, Limbago BM, Poirel L, Segre JA, et al. Carbapenemase-Producing Organisms: A Global Scourge. Clin Infect Dis. 2018;66(8):1290-1297. PMID: 29165604 https://doi.org/10.1093/ cid/cix893
12. Yakovlev SV, Suvorova MP, Bykov AO. Infections Caused by Carbapenem-Resistant Enterobacterales: Epidemiology, Clinical Significance, and Possibilities for Antibiotic Therapy Optimization. Antibiotics and Chemotherapy. 2020;65(5 - 6):41-69. (In Russ.) https:// doi.org/10.37489/0235-2990-2020-65-5-6-41-69
13. Bozhkova SA, Gordina EM, Schneider OV, Rukina AN, Shabanova VV. Resistance of carbapenemase-producing Klebsiella pneumoniae isolated from patients with orthopedic infection. Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy. 2020;22(1):47-52. (In Russ.) https:// doi.org/10.36488/cmac.2020.1.47-52
14. Rozanova SM, Beykin YaB, Kyrf MV, Perevalova EYu, Sheveleva LV, Vakalyuk AV et al. Rasprostranenie enterobakteriy, produtsiruyushchikh karbapenemazy, v reanimatsionnykh otdeleniyakh Ekaterinburga. Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy. 2019;21(S1):55-56. (In Russ.)
15. Timofeeva OG, Polikarpova SV. Local microbiological monitoring of carbapenemases-producing Enterobacterales. Laboratory Service. 2019;8(3):14-19. (In Russ.) https://doi.org/10.17116/labs2019803114
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Черненькая Татьяна Витальевна кандидат медицинских наук, заведующая научной лабораторией клинической микробиологии
ГБУЗ «НИИ СП им. Н.В. Склифосовского ДЗМ»; https://orcid.org/0000-0002-6167-7117, [email protected]; 30%: концепция статьи, анализ полученных данных, написание текста статьи заведующая бактериологической лабораторией ГБУЗ «НИИ СП им. Н.В. Склифосовского ДЗМ»; https://orcid.org/0000-0003-0691-4519, [email protected]; 20%: проведение экспериментальной части исследования, анализ полученных данных
врач-бактериолог бактериологической лаборатории ГБУЗ «НИИ СП им. Н.В. Склифосовского ДЗМ»;
https://orcid.org/0000-0003-4469-3497, [email protected]; 20%: проведение экспериментальной части исследования, анализ полученных данных
доктор медицинских наук, руководитель научного отдела лабораторной диагностики ГБУЗ «НИИ СП им. Н.В. Склифосовского ДЗМ»;
https://orcid.org/0000-0001-9612-6705, [email protected]; 15%: редактирование первичного материала, утверждение окончательного варианта
доктор медицинских наук, заместитель главного врача ГБУЗ «НИИ СП им. Н.В. Склифосовского ДЗМ» по анестезиологии и реанимации;
https://orcid.org/0000-0002-3417-2682, [email protected]; 15%: анализ полученных данных, утверждение окончательного варианта Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
Борисова Людмила Анатольевна
Воробьева Татьяна Юрьевна
Годков Михаил Андреевич
Шабанов Аслан Курбанович
Carbapenemases Produced by Multidrug-Resistant Strains of Klebsiella Pneumoniae Isolated from Intensive Care Patients
T.V. Chernenkaya *, L.A. Borisova, T.Yu. Vorobieva, M.A. Godkov, A.K. Shabanov
Scientific Laboratory of Clinical Microbiology
N.V. Sklifosovsky Research Institute for Emergency Medicine
3, Bolshaya Sukharevskaya Sq., Moscow 129090, Russian Federation
* Contacts: Tatyana V. Chernenkaya, Candidate of Medical Sciences, Head, Scientific Laboratory of Clinical Microbiology, N.V. Sklifosovsky Research Institute for Emergency Medicine. Email: [email protected]
RELEVANCI Klebsiella pneumoniae is one of the main pathogens of nosocomial infections. Hospital strains of this pathogen are characterized by a high frequency of resistance to many antibiotics, including carbapenems. The main mechanism for the formation of resistance to carbapenems is the production of carbapenemases by bacteria. To date, K. pneumoniae is considered one of the main "distributors" of clinically important antibiotic resistance genes.
AIM OF THE STUDY To study the frequency of occurrence of the most common carbapenemase genes in multiresistant K.pneumoniae strains isolated from patients of intensive care units in an emergency hospital.
MATERIAL AND METHOD 4708 samples of various types of clinical material from patients of 5 intensive care units of the N.V Sklifosovsky Research Institute for Emergency Medicine were analyzed. Microbiological studies were carried out using standard generally accepted methods. For the purposes of this study, unique sequential K.pneumoniae strains resistant to imipenem and/or meropenem were selected. DNA isolation was carried out using the RIBO-prep kit (Russia). Carbapenemase genes were detected by real-time PCR using the kits of reagents "AmpliSens MDR-MBL-FL" and "AmpliSens MDR-KPC/OXA-48-FL" on a "Rotor Gene" device (Corbett Research, Australia).
RESULTS EtioLogicaLLy significant microorganisms were detected in 64.7% of the studied samples. K. pneumoniae was isolated in a quarter of the samples. 194 unique carbapenem-resistant strains of K.pneumoniae were selected. Of these, 11.3% of the genes of the studied carbapenemases were not detected. In 38.1% of strains, 1 carbapenemase was detected, in 29.9% - two and in 20.6% - three or more. Among the strains with one carbapenemase gene, OXA-48 (19.1%) and CATTLE (13.4%) producers prevailed. Strains producing only NDM betalactamase were found in 5.7% of cases. Isolated allocation of VIM and IMP was not detected. In 34%, metallobectalamases were isolated in combination with serine carbapenemases. The production of serine carbapenemases alone was detected in 48.5% of the strains. Depending on the specialization of the intensive care unit, there are differences in the frequency of detection of serine and metallobetalactamases in strains of carbapenem-resistant Klebsiella.
CONCLUSION K. pneumoniae is the causative agent of nosocomial infections in 25% of cases. In 11.3% of carbapenem-resistant strains, the production of KPC, OXA-48, NDM, VIM and IMP genes was not detected. When developing algorithms for antibacterial therapy, it is necessary to take into account that from 25.7% to 60.6% of K. pneumoniae strains in different intensive care units are the producers of metallobetalactamases. Keywords Klebsiella pneumoniae, multiresistant strains, carbapenemases, serine beta-lactamases, metallo-betalactamases
For citation Chernenkaya TV, Borisova LA, Vorobieva TYu, Shabanov AK, Godkov MA. Carbapenemases Produced by Multidrug-Resistant Strains of Klebsiella Pneumoniae Isolated from Intensive Care Patients. Russian Sklifosovsky Journal of Emergency Medical Care. 2024;13(1):22-28. https://doi.org/10.23934/2223-9022-2024-13-1-22-28 (in Russ.)
Conflict of interes Authors declare lack of the conflicts of interests Acknowledgments, sponsorshi| The study had no sponsorship Affiliations
Tatyana V. Chernenkaya Candidate of Medical Sciences, Head of the Scientific Laboratory of Clinical Microbiology, N.V. Sklifosovsky Research
Institute for Emergency Medicine;
https://orcid.org/0000-0002-6167-7117, [email protected]; 30%, concept of the article, analysis of the data obtained, text writing
Head of the Bacteriological Laboratory, N.V. Sklifosovsky Research Institute for Emergency Medicine; https://orcid.org/0000-0003-0691-4519, [email protected]; 20%, conducting the experimental part of the study, analyzing the data obtained
Bacteriologist of the Bacteriological Laboratory, N.V Sklifosovsky Research Institute for Emergency Medicine; https://orcid.org/0000-0003-4469-3497, [email protected]; 20%, conducting the experimental part of the study, analyzing the data obtained
Doctor of Medical Sciences, Head of the Scientific Department of Laboratory Diagnostics, N.V Sklifosovsky Research Institute for Emergency Medicine;
https://orcid.org/0000-0001-9612-6705, [email protected]; 15%, editing of primary material, approval of the final version
Doctor of Medical Sciences, Deputy Chief Physician for Anesthesiology and Resuscitation, N.V. Sklifosovsky Research Institute for Emergency Medicine;
https://orcid.org/0000-0002-3417-2682, [email protected]; 15%, analysis of the received data, approval of the final version
Lyudmila A. Borisova
Tatyana Yu. Vorobieva
Mikhail A. Godkov
Asian K. Shabanov
Received on 09.12.2022 Review completed on 16.10.2023 Accepted on 16.10.2023
Поступила в редакцию 09.12.2022 Рецензирование завершено 16.10.2023 Принята к печати 16.10.2023
