REZISTENTA ^^ LA ANTIMICROBIENE ^^ A E. COLI SI K. PNEUMONIAE IZOLATE DE LA PACIENTII CU INFECTII ALE TRACTULUI URINAR
Rezumat
Introducere. Infectiile tractului urinar (ITU) si rezistenta la antimicrobiene reprezintä o problemä globalä de sänätate si o amenintare la adresa sänätätii publice. Cel mai frecvent ITU sunt provocate de microorganisme Gram-negative, precum E. coli, K. pneumoniae si P. mirabilis. Scopul acestui studiu a fost sä evalueze nivelul de rezistentä la antimicrobiene al tulpinilor de E. coli si K. pneumoniae izolate de la pacientii cu infectii ale tractului urinar. Materiale si metode. Lotul de studiu a inclus 2750 de tulpini de Escherichia coli si 867 de tulpini de Klebsiella pneumoniae izolate din ITU. Rezistenta la antimicrobiene a izolatelor clinice a fost evaluatä folosind metoda difuzimetricä si sistemul automatizat VITEK2 Compact (bioMerieux). Rezul-tate. Rezultatele studiului au relevat cä ambele tipuri de tulpini, E. coli si K. Pneumoniae, izolate din uroculturi, au prezentat un grad malt de rezistentä lapreparatele antimicrobiene testate. Cu toate acestea, s-a observat cä tulpinele de K. pneumoniae au prezentat niveluri mult mai ridicate de rezistentä, diferentä mare constatandu-se la carbapeneme, unde E. coli a inregistrat o rezistentä in 0,8% cazuri, iarK. pneumoniae - 26,4% cazuri. Mecanismul de rezistentä cel mai frecvent intalnit (in 67,4% din cazuri) a fost producerea betalactamazelor cu spectru extins, in cea mai mare parte fiind detectat la tulpinile de E. coli. In schimb, tulpinile de K. pneumoniae au avut o frecventä mai mare de producere a carbapenemazelor, in special a tulpinilor OXA-48 (30,5%). Concluzie. Tulpinile uropatogene de E. coli si K. pneumoniae au prezentat rezistentä la majoritatea claselor de antimicrobiene utilizate in tratamentul ITU. Aceste con-statäri pot fi utile pentru clinicieni in luarea deciziilor privind tratamentul adecvat al acestor infectii.
Cuvinte-cheie: E. coli, K. pneumoniae, rezistenta la antimicrobiene, infectia tractului urinar
Summary
Antimicrobial resistance of E. coli and K. pneumoniae isolated from patients with urinary tract infections
Introduction. Urinary tract infections (UTIs) and antimicrobial resistance are a global health problems and public health threats. UTIs are most commonly caused by Gram-negative microorganisms, such as E. coli, K. pneumonia, and P. mirabilis. The aim of this study is to evaluate the antimicrobial resistance of E. coli and K. pneumoniae strains isolated from patients with urinary tract infections. Materials and methods. The study batch included 2750 strains of Escherichia coli and 867 strains of Klebsiella pneumoniae isolated from UTI. Antimicrobial resistance of clinical isolates was determined by the diffusimetric method and the VITEK 2 Compact automated system (bioMerieux). Results. The results of the study demonstrated that both E. coli and K. pneumoniae strains isolated from urine cultures showed a high degree of resistance to antimicrobial preparations. K. pneumonia showed much higher levels of resistance, a big difference being observed for carbapenems, where E. coli showed resistance in
CZU: 616.6-022.7:[579.842.11+579.842.16]:615.33.015.8
Maria ANTON Aurelia BURDUNIUC 2, Catalina CROITORU3, Emilia BEHTA 3, Greta BÀLAN3
1Agentia Nationalâ pentru Sânâtate Publicâ 2Institutul de Medicinâ Clinicâ si Experimentalâ, Praga, Republica Cehâ 3 IP USMF Nicolae Testemitanu
https://doi.org/10.52556/2587-3873.2023.4(97).25
0.8% of cases, and K. pneumoniae - 26.4% of cases. The most common resistance mechanism (67.4%) was the production of extended-spectrum beta-lactamases, mostly detected in E. coli strains. The K. pneumoniae strains most frequently produced carbapenemases, especially OXA-48 (30.5%). Conclusions. Uropathogenic strains of E. coli and K. pneumonia have been shown to be resistant to most classes of antimicrobials used in the treatment of UTI, and these findings may be useful for clinicians in making treatment decisions for these infections.
Keywords: E. coli, K. pneumoniae, antimicrobial resistance, urinary tract infection
Резюме
Антимикробная резистентность E. coli и K. pneumoniae, выделенных от больных с инфекциями мочевых путей
Введение. Инфекции мочевыводящих путей (ИМП) и устойчивость к противомикробным препаратам представляют собой глобальную проблему здравоохранения и угрозу общественному здоровью. Чаще всего ИМП вызывают грамотрицательные микроорганизмы, такие как E. coli, K. pneumoniaе и P. mirabilis. Целью данного исследования является оценка устойчивости к противомикробным препаратам штаммов E. coli и K. pneumoniae, выделенных от пациентов с инфекциями мочевыводящих путей. Материалы и методы. Исследуемая партия включала 2750 штаммов Escherichia coli и 867 штаммов Klebsiella pneumoniae, выделенных от пациентов с ИМП. Антимикробную резистентность клинических изолятов определяли диффузиметрическим методом на автоматизированной системе VITEK 2 Compact (bioMerieux). Полученные результаты. Результаты исследования показали, что как штаммы E. coli, так и K. pneumoniae, выделенные из посевов мочи, проявляли высокую степень устойчивости к антимикробным препаратам. K. pneumoniaе показала гораздо более высокие уровни устойчивости, большая её доля приходится на карбапенемы, где E. coli показала резистентность в 0,8% случаев, а K. pneumoniae - в 26,4% случаев. Наиболее частым механизмом резистентности (67,4%) была продукция бета-лактамаз расширенного спектра действия, в основном выявляемых у штаммов E. coli. Штаммы K. pneumoniae чаще продуцировали карбапенемазы, особенно ОХА-48 (30,5%). Заключение. Уропатогенные штаммы E. coli и K. pneumoniaе оказались устойчивы к большинству классов противомикробных препаратов, используемых в лечении ИМП. Эти результаты могут быть полезны клиницистам при принятии решений о лечении таких инфекций.
Ключевые слова: E. coli, K. pneumoniae, антимикробная резистентность, инфекции мочевыводящих путей
Introducere
Infectia tractului urinar (ITU) este o infectie bacterianä care afecteazä circa 150 de milioane de oameni la nivel global in fiecare an si reprezintä o problemä majorä de sänätate publicä in ceea ce priveste morbiditatea si cheltuelile economice [1]. Aceastä afectiune medicalä este definitä prin prezenta microorganismelor patogene in diferite zone ale tractului urinar, cum ar fi urina, vezica uri-narä, uretra, rinichii si prostata [2]. Reprezentand a doua cea mai räspanditä infectie bacterianä la nivel mondial, ITU afecteazä populatia de toate varstele. La nivel global, se estimeazä cä 50% dintre femei vor exprima o ITU cel putin o datä pe parcursul vietii, iar ITU sunt cele mai räspandite in randul persoanelor cu varsta cuprinsä intre 16 si 64 de ani [3].
ITU in mai mult de 95% de cazuri sunt provocate de o singurä specie microbianä, cel mai frecvent pro-venind din familia Enterobacteriaceae, care constituie flora indigenä a tractului gastrointestinal. Cea mai frecventä cauzä de ITU este Escherichia coli, respon-sabilä de 50-80% dintre cazurile de ITU, urmatä de Klebsiella pneumoniae, care este agentul etiologic pentru 8-13% dintre cazuri [4, 5].
Factorii de risc care favorizeazä expunerea tractului urinar la microorganismele uropatogene sunt utilizarea cateterelor urinare, varsta, sexul si prezenta unor tulburäri de bazä care afecteazä tractul urinar. Prevalenta ITU este mai mare la femei decat la bärbati, in mare parte datoritä diferentelor anatomice ale tractului urinar si altor predispozitii ale gazdei. La femei, ITU sunt adesea influentate de colonizarea vaginalä cu uropatogeni, iar activitatea sexualä, sarcina si obstructia sunt alte cauze care pot contribui la cresterea incidentei ITU la femei [2, 3].
ín ultimii ani, rezistenta la antimicrobiene a agentilor uropatogeni a devenit o provocare majorä pentru monitorizarea ITU. Aceastä problemä este mai acutä in tärile cu venituri mici si medii, unde utilizarea nejustificatä si irationalä a antimicrobienelor este o practicä obisnuitä, care accelereazä fenomenul de rezistentä [6]. Cu toate acestea, prevalenta tipului de rezistentä la antimicrobiene a agentilor uropatogeni este determinatä de o varietate de factori si este intr-o continuä schimbare. Prin urmare, monitorizarea constantä a profilurilor de sensibilitate este de o importantä crucialä in alegerea tratamentelor adecvate [7].
Scopul acestui studiu este de a evalua rezistenta la antimicrobiene a tulpinilor de E. coli si K. pneumo-niae izolate de la pacientii cu infectii ale tractului urinar in vederea prescrierii unor tratamente antimicrobiene empirice eficiente si de calitate.
Materiale si metode. A fost realizat un studiu descriptiv, in care au fost incluse 2750 izolate clinice neduplicate de Escherichia coli si 867 izolate de Klebsiella pneumoniae. Materialul de examinat a constat in urina matinalä (proba curatä prinsä in zbor din jetul mijlociu). Examinarea urinei s-a efec-
tuat prin metoda cantitativä, standardizatä în toate laboratoarele din República Moldova [8]. Testarea sensibilitätii la antimicrobiene s-a determinat prin metoda difuzimetricä (KirbyBauer) si automatizatä (VITEK 2 Compact), iar interpretarea rezultatelor s-a efectuat în conformitate cu standardul EUCAST (European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing) [9].
Tulpinile izolate din urinä au fost evaluate pentru posibila producere de betalactamaze cu spectrul extins (ESBL) în baza fenotipurilor de rezistentä la ceflosporine de generatia III (cefotaxim, ceftriaxon, cefexim, ceftazidim, cefoperazon) si generatia IV (cefepim). Confirmarea producerii enzimei EsBl s-a realizat fenotipic prin testul de sinergie cu dublu disc si testul discurilor combinate (MastDisk Combi).
Screeningul pentru tulpinile producente de cefalosporinaze de tip AmpC (betalactamaze clasa C) s-a efectuat pe baza rezistentei la cefoxitinä, iar apoi prezenta acestei enzime a fost confirmatä fenotipic cu ajutorul testului cu cloxacilinä.
În baza rezistentei la carbapeneme (merope-nem, ertapenem, imipenem) au fost selectate tulpinile suspecte de producerea carbapenemazelor. Confirmarea fenotipicä a clasei de carbapenemazä la tulpinile cercetate s-a efectuat utilizând discurile Mastdiscs ID inhibitor combination (MDI) suplimen-tat cu testarea sensibilitätii la temocilinä si testul biochimic Carba NP II. Prin testele Combo Test, Combi Carba Plus si metoda imunocromatograficä au fost puse în evidentä enzimele de tip KPC, OXA-48 si metalobetalactamazele NDM, VIM si IMP. Detectarea genelor codante pentru tipurile de carbapenemaze a fost realizatä prin reactia de polimerizare în lant.
Rezultate obtinute si discutii
Studiul a relevat cä majoritatea infectiilor urinare sunt cauzate de specii din familia Enterobacteriaceae, cel mai frecvent germene implicat fiind cu preponderentä Escherichia coli, urmat de Klebsiella pneumoniae [10].
În urma studiului efectuat, s-a constatat cä ITU au fost înregistrate la persoane de toate vârstele, msä cel mai frecvent au dezvoltat infectii determinate atât de E. coli cât si de K. pneumoniae persoanele cu vârsta cuprinsä între 56 si 70 de ani - 29,7%, urmate de grupul de vârste 26-40 de ani - cu 21,4% (figura 1).
În baza analizei sexului persoanelor afectate, s-a constatat cä genul feminin prezintä o prevalentä mai mare a ITU (81,0%) comparativ cu persoanele de gen masculin (19,0%). Aceastä discrepantä este explicatä de mai multi factori predispozanti care contribuie la o susceptibilitate mai mare a femeilor la ITU. În mod similar, observatiile studiului actual cu privire la prevalenta agentilor uropatogeni este în concordantä cu alte studii efectuate anterior [11].
Rezistenta la antimicrobiene reprezintä o preocupare majorä în tratarea infectiilor bacteriene, inclusiv a ITU. Tratamentul eficient al pacientilor cu infectii bacteriene ale tractului urinar depinde adesea de identificarea
corectä a agentilor patogeni si alegerea antimicrobie-nelor ba zate pe supravegherea continuä a sensibilitätii la antimicro biene a agentilor uropatogeni [12].
atestä rezistentä la antibioticele de rezervä, precum carbapenemele (imipenem, meropenem si ertape-nem), iar in 53,4% de cazuri la aminoglicozide. ín
Figura 1. Ponderea persoanelor cu ITUin functie de varstá
Datele analizate privind sensibilitatea la an-timicrobieneau demonstrat o rezistentä Tnaltsa tulpinilor uropatogene de E. coli si K. pneumoniae la prepa^i^^e^^e antimicrobiene. AstfeI, es^/n dibtre tulpinile de E. coli testate s-au dovedit a fi rezistente la penieilin e, 22i9e/n - lc i^^L^c/t^ioienlcrne, 22,5% — cn -falosporine GIII-a, 16,9% - la aminoglicozide, 13,0% - la cetalosprniae 2IV-e, iae Ins^arbnp^ndnne si Colistin rezistenta a constituit 0,8% si 12,5% respectiv.
In comparatie eu buIpiniln de E. co5i, tulpinNn <ie K. pneumoniae s-au dovedit a fi mult mai rezistente, inclusie ai 2 utbparabeln antin^kn(an^(?ub cia npzrrrvä. Astfel, o rezistentä ingrijorätoare a fost detectatä la penicilion (umnisNIibä/amoxiciav, p>ip)erc«^illinälta-zobactam) si fluorchinolone (ciprofloxacinä/levoflo-xacin ä/ofoxadpä)- e2,4%. RezisIentä ^^ruria^c^naavä s-a Tnrecjdstrat0! -cefalosporine GIII-a (69,7%); GIV (64,1%). Dea semenea, in 26,4% cazuri K. pneumoniae
ceea ce priveste colistin, K. pneumoniae a prezentat rbzistnnfä in 23,eo/o diecazoriOU'guta2).
Este alarmantä cresterea constantä a rezistentei lu antim ero2iprrei 2n spedal la tiulfuie ile dp K poun/-moniae, avand in vedere capacitatea acestor mi-arooeeamsme da ntrannmise foanre p/or renele de rezistentä si de a se räspandi rapid in comunitate, dar m bia^s iniesliitutiil^ <^^iecpr(/^ e m/VPbläjp abaenpa mäsurilor adecvate de prevenire si control [10].
leincbni^rnui Pe t^dbdtrntä Ii antimirnolrioee a bacililor Gram-negativi, cel mai frecvent inregistrat, erte ipartci\/er>?a rntirrncfceienelbr peta-lectamice de cätre betalactamaze. Aceste enzime scindeazä nucleui ieta-iamOamip, eondueäuE la ib2eticbsee preparatului prin clivarea nucleului beta-lactamic. Ele pot fi inductibile, secretate doar in prezenta beta-lactaminelor, sau constitutive, fiind produse permanent chiar si in absenta substratului [10, 13].
70 60 50 40
30 25.2
20 10
62.4
59.5
62.4
53.4
26.4
0.8
22.9
I I
23.5
Peniciline Cefalosporine Carbapeneme Fluorchino lone Aminoglicozide Co listin ■ E. coli >0". pneumoniae
Figura 2. RezistentalaantimicrobieneatulpiniloruropatogenedeE.colisiK.pneumoniae
Tulpinile care au prezentat rezistentä la beta-lactamine (peniciline, cefalosporine si carbapeneme) si au fost suspectate sä producä betalacatamaze cu spectru extins si carbapenemaze au fost supuse cercetärii pentru determinarea mecanismelor de rezistentä suspectate.
Din totalul tulpinilor incluse în studiu, au fost suspecte la producerea de ESBL - 37,4% tulpini de E. coli si 62,6% de tulpini de K. pneumoniae si ulterior confirmate prin testul discurilor combinate - 31,7% izolate de E. coli si 24,3% izolate de K. pneumoniae. Ponderea tulpinilor producätoare de ESBL a fost mai mare la E. coli, comparativ cu K. pneumoniae. Tulpinile de K. pneumoniae au fost suspecte într-un numär mult mai mare decât E. coli, dar rata confir-märii acestui mecanism a fost mai putin frecventä.
Betalactamazele din clasa C (cefalosporinaze de tip AmpC) au fost suspectate prin screeningul cu cefoxitinä în 21,8% de cazuri si doar în 0,5% de cazuri au fost confirmate. Datele cercetärilor simi-lare denotä cä, aceste enzime sunt mai rar întâlnite la enterobacterii, ceea ce este în concordantä cu rezultatele obtinute în studiul curent [14].
Un alt mecanism de rezistentä identificat a fost producerea de carbapenemaze, astfel, 48,2% din tulpinile uropatogene au fost suspecte la prezenta carbapenemazelor. Dupä investigarea acestor tulpini prin testul Carba NP, s-a confirmat prezenta în doar 22,2% de cazuri. Testul imunocro-matografic a permis detectarea enzimelor OXA-48 în 26,9% din cazuri, NDM - 15,8% din cazuri si IMP - 10,8% din cazuri, dar confirmarea acestora s-a realizat prin metoda molecular geneticä, evidentiind doar enzimele OXA-48 în proportie de 30,5% si NDM în proportie de 28,6%. Tipul IMP si VIM de carbapenemazä nu a fost confirmat în nicio tulpinä testatä.
Într-o proportie foarte micä, dar semnificati-vä (1,42%, p=0.04), au fost identificate tulpini cu gene de rezistentä care codificä producerea a douä sau trei tipuri de enzime concomitent, inluzând combinatiile OXA-48 + NDM (1,4%), ESBL + NDM (0,5%) si ESBL + AmpC (0,4%).
Emergenta rezistentei la carbapeneme a tulpinilor de E. coli si K. pneumoniae este mgrijorätoare pe motivul asocierii cu rezistenta la multe antibi-otice beta-lactame si non-beta-lactame, aceasta determinând limitarea tratamentelor eficiente. Asocierea mai multor tipuri de betalactamaze la acelasi microorganism poate complica detectarea corectä a acestora.
Aceste rezultate sunt mgrijorätore în ceea ce priveste disponibilitatea optiunilor terapeutice eficiente în ITU si reprezintä o preocupare majorä pentru medicii clinicieni. Cresterea rezistentei la an-timicrobiene poate fi atribuitä utilizärii irationale a acestor preparate în tratamentul diverselor maladii, färä a efectua teste de sensibilitate la antimicrobi-ene pentru tulpinile izolate [11].
Concluzii
Datele obtinute in acest studiu aratä cä majo-ritatea tulpinilor uropatogene de Escherichia coli si de Klebsiella pneumoniae sunt rezistente la un numär mare de preparate antimicrobiene. Tulpinile de K. pneumonia izolate din uroculturi au prezentat nivele de rezistentä la antimicrobiene mai inalte decat E. coli, diferentä mare observandu-se la carbapeneme, unde E. coli a fost rezistentä in 0,8% din cazuri, iar K. pneumoniae - 26,4%. Productia de betalactamaze cu spectru extins a fost cel mai frecvent mecanism de rezistentä intalnit (67,4%), mai ales la tulpinile de E. coli. Producerea de carbapenemaze a fost atestatä in special la tulpinile de K. pneumoniae, enzima de-pistatä cel mai frecvent fiind OXA-48 (30,5%). Pentru a preveni cresterea rezistentei la antimicrobiene la ambele specii de bacterii, importante din punct de vedere clinic, trebuie evitatä automedicatia si diagnosticul incorect. Datele obtinute vor fi utile pentru constientizarea si selectarea utilizärii empirice a antimicrobienelor in infectiile tractului urinar.
Declaratia de conflict de interese. Autorii declarä lipsa conflictului de interese.
Declaratia de finantare. Articolul a fost realizat in cadrul proiectului 20.8000.8007.09.„Studierea rezistentei bacililor gramnegativi la antimicrobiene in vederea fortificärii sistemului national de supra-veghere si control al bolilor transmisibile" din cadrul Programului de Stat.
Bibliografie
1. Bader M., Loeb M., Leto D., Brooks A. Treatment of urinary tract infections in the era of antimicrobial resistance and new antimicrobial agents. Postgrad Med. 2020; 132(3):234-250. doi: 10.1080/00325481.2019.1680052.
2. Flores-Mireles A., Walker J., Caparon M., Hultgren S. Urinary tract infections: epidemiology, mechanisms of infection and treatment options. Nat Rev Microbiol. 2015;13(5):269.
3. Huang L., Huang C., Yan Y., Sun L., Li H. Urinary Tract Infection Etiological Profiles and Antibiotic Resistance Patterns Varied Among Different Age Categories: A Retrospective Study From a Tertiary General Hospital During a 12-Year Period. Front Microbiol. 2022 Jan 27;12:813145. doi: 10.3389/fmicb.2021.813145.
4. Pezeshki Najafabadi M., Dagoohian A., Rajaie S., Zarkesh-Esfahani S., Edalati M. Common microbial causes of significant bacteriuria and their antibiotic resistance pattern in the Isfahan Province of Iran. J Chemother. 2018 0ct-Dec;30(6-8):348-353. doi: 10.1080/1120009X.2018.1525120. PMID: 30663554.
5. Behzadi P., Urban E., Matuz M., Benko R., Gajdacs M. (2021). The Role of Gram-Negative Bacteria in Urinary Tract Infections: current Concepts and Therapeutic Options. Adv. Exp. Med. Biol. 2021; 1323, 35-69. doi: 10.1007/5584_2020_566.
6. Majumder M., Mahadi A., Ahmed T. et al. Antibiotic resistance pattern of microorganisms causing uri-
nary tract infection: a 10-year comparative analysis in a tertiary care hospital of Bangladesh. Antimicrob Resist Infect Control. 2022; 11, 156. doi.org/10.1186/ s13756-022-01197-6.
7. Mortazavi-Tabatabaei S., Ghaderkhani J., Nazari A., Sayehmiri K., Sayehmiri F., Pakzad I. Pattern of Antibacterial Resistance in Urinary Tract Infections: A Systematic Review and Meta-analysis. Int J Prev Med. 2019; 9;10:169. doi: 10.4103/ijpvm.IJPVM_419_17.
8. Burduniuc O., Ceban E., Balan G., Placinta, Gh., Vijnevsch, A., Sofronie O., Bivol M. Ghidul„Asigurarea calitatii in diagnosticul microbiologic al infectiilor tractului urinar". TS F.E.-P. „Tipografia Centrala", Chijinau 2021, 64 p. ISBN 978-9975-3415-9-2.
9. EUCAST. Guidelines for detection of resistance mechanisms and specific resistances of clinical and/or epidemiological importance. Version 2.01 July 2017. https:// aurosan.de/images/mediathek/servicematerial/ EUCAST _detection_of_ resistance_mechanisms.pdf
10. Kanj S., Bassetti M., Kiratisin P., Rodrigues C., Villegas M., Yu Y., van Duin D. Clinical data from studies involving novel antibiotics to treat multidrug-resistant Gram-negative bacterial infections. Int J Antimicrob Agents. 2022; 60(3):106633. doi: 10.1016/j.ijantimi-cag.2022.106633.
11. Belete M., Saravanan M. A Systematic Review on Drug Resistant Urinary Tract Infection Among Pregnant Women in Developing Countries in Africa and Asia; 2005-2016. Infect. Drug Resist. 2020; 13, 1465-1477. doi: 10.2147/IDR.S250654
12. Muhammad A., Khan S., Ali N., Rehman M., Ali I. Prevalence and antibiotic susceptibility pattern of uropathogens in outpatients at a tertiary care hospital. New Microbes New Infect. 2020; 36:100716.
13. Kot B. Antibiotic Resistance Among Uropathogenic Escherichia coli. Pol J Microbiol. 2019;68(4):403-415. doi: 10.33073/pjm-2019-048.
14. Albaramki J., Abdelghani T., Dalaeen A. et al. Urinary tract infection caused by extended-spectrum P-lactamase-producing bacteria: Risk factors and antibiotic resistance. Pediatr Int. 2019; 61(11):1127-1132. doi: 10.1111/ped.13911.
Autor corespondent:
Maria Anton, doctorandá, cercetátor stiintific, Agentia Nationalá pentru Sánátate Publicá tel.: 069617863
e-mail: [email protected]