Изучение связи маркеров антибиотикорезистентности с маркерами вирулентности у NDM-положительных штаммов Klebsiella pneumoniae, циркулирующих в различных водах и локусах человека

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Рост антибиотикорезистентности среди госпитальных штаммов Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae) вызывает всё большую озабоченность во всём мире. На сегодняшний день появляется много данных о связи резистентных штаммов c гипервирулентностью клинических изолятов. Однако вопрос о распределении этих условных патогенов во внешней среде остаётся пока открытым.

Цель исследования — оценить и сравнить встречаемость детерминант устойчивости к антибиотикам у изолятов K. pneumoniae из водных источников (окружающей среды и сточных вод), человеческих источников (практически здоровых людей и пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника (ВЗК) и внекишечными инфекциями (EXII)).

Материалы и методы. ПЦР-детекцию генов карбапенемаз IMP, NDM, VIM, KPC, OXA-48 проводили с помощью коммерческих наборов «Амплисенс», согласно протоколу производителя. С помощью ПЦР-анализа оценивали частоту встречаемости генов антибиотикорезистентности у 223 изолятов K. pneumoniae, выделенных из различных источников. Использовали 42 изолята из сточных вод, 19 изолятов из поверхностных водных источников, 30 устойчивых к антибиотикам изолятов от пациентов с внекишечными инфекциями (ВКИ), 69 изолятов от пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника, а также 63 изолята из кала здоровых людей.

Результаты. Среди изолятов внекишечных инфекций выявлены разнообразные гены антибиотикоустойчивости. Чаще других выявлялся тип ОХА (у 30% обнаружен только он, ещё у 26,6% он выявлен вместе с КРС или NDM). NDM в качестве единственного гена устойчивости обнаруживался у 23,3% изолятов из внекишечных инфекций. КРС, наиболее редкий тип генов устойчивости, показан у 3,3% изолятов из внекишечных инфекций. У двух изолятов из кала больных воспалительными заболеваниями кишечника помимо генов NDM были обнаружены гены VIM. В остальных группах K. pneumoniae из всех изученных генов бета-лактамаз была обнаружена только группа генов NDM (обнаружен у 13–28% изолятов в каждой группе, статистически достоверных различий между группами не выявлено). Была показана ассоциация генов NDM с генами вирулентности iutA и rmpA, отвечающими за поглощение железа и гипермукоидный фенотип.

Заключение. В исследованной выборке K. pneumoniae из различных источников наиболее распространённым вариантом резистентности к антибиотикам были NDM (13,5%) и ОХА (8%). При этом NDM в отличие от остальных генов устойчивости встречается во всех группах изолятов с частотой 11–28%. На примере гена металло-β-лактамазы NDM у K. pneumoniae мы наблюдаем ассоциацию между маркерами резистентности и маркерами вирулентности rmpA и iutA. Значительный процент резистентных штаммов у здоровых доноров и в поверхностных водах требует дальнейшего изучения роли NDM+ штаммов в патогенности выделенных K. pneumoniae.

Участие авторов:

Пай Г.В. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала, выполнение экспериментальной работы, статистическая обработка, написание текста, редактирование;

Ракитина Д.В. — выполнение экспериментальной работы, написание текста;

Сухина М.А. — сбор материала от пациентов;

Юдин С.М. — редактирование, утверждение окончательного варианта статьи;

Макаров В.В. — редактирование, утверждение окончательного варианта статьи;

Мания Т.Р. — сбор материала, редактирование;

Загайнова А.В. — концепция и дизайн исследования, редактирование, утверждение окончательного варианта статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование проведено в рамках НИР «Разработка технологий криоконсервации и архивирования биообразцов микроэкологических ресурсов человека (шифр «Криобанк»)», № АААА-А18-118020590091-2.

Поступила: 22.07.2021 / Принята к печати: 25.11.2021 / Опубликована: 30.12.2021

Об авторах

Г. В. Пай

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства

Автор, ответственный за переписку.
Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0001-7086-0899
Россия

Д. В. Ракитина

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-3554-7690
Россия

М. А. Сухина

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства; ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр колопроктологии имени А.Н. Рыжих» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-4795-0751
Россия

С. М. Юдин

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-7942-8004
Россия

В. В. Макаров

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства

Email: noemail@neicon.ru
Россия

Тамари Резоевна Мания

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства

Email: tmaniya@cspmz.ru
ORCID iD: 0000-0002-6295-661X

Науч. сотр. лаб. микробиологии и паразитологии ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» ФМБА России 119121, Москва.

e-mail: TManiya@cspmz.ru

Россия

А. В. Загайнова

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-4772-9686
Россия

Список литературы

  1. Khan A.U., Maryam L., Zarrilli R. Structure, genetics and worldwide spread of New Delhi Metallo-β-lactamase (NDM): a threat to public health. BMC Microbiol. 2017; 17(1): 101. https://doi.org/10.1186/s12866-017-1012-8
  2. Mena A., Plasencia V., García L., Hidalgo O., Ayestarán J.I., Alberti S., et al. Characterization of a large outbreak by CTX-M-1-producing Klebsiella pneumoniae and mechanisms leading to in vivo carbapenem resistance development. J. Clin. Microbiol. 2006; 44(8): 2831-7. https://doi.org/10.1128/jcm.00418-06
  3. Cagnacci S., Gualco L., Roveta S., Mannelli S., Borgianni L., Docquier J.D., et al. Bloodstream infections caused by multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae producing the carbapenem-hydrolysing VIM-1 metallo-beta-lactamase: first Italian outbreak. J. Antimicrob. Chemother. 2008; 61(2): 296-300. https://doi.org/10.1093/jac/dkm471
  4. Nordmann P., Cuzon G., Naas T. The real threat of Klebsiella pneumoniae carbapenemase-producing bacteria. Lancet Infect. Dis. 2009; 9(4): 228-36. https://doi.org/10.1016/s1473-3099(09)70054-4
  5. Poirel L., Naas T., Nordmann P. Diversity, epidemiology, and genetics of class D beta-lactamases. Antimicrob. Agents Chemother. 2010; 54(1): 24-38. https://doi.org/10.1128/aac.01512-08
  6. Sonnevend A., Al Baloushi A., Ghazawi A., Hashmey R., Girgis S., Hamadeh M.B., et al. Emergence and spread of NDM-1 producer Enterobacteriaceae with contribution of IncX3 plasmids in the United Arab Emirates. J. Med. Microbiol. 2013; 62(Pt. 7): 1044-50. https://doi.org/10.1099/jmm.0.059014-0
  7. Pesesky M.W., Hussain T., Wallace M., Wang B., Andleeb S., Burnham C.A., et al. KPC and NDM-1 genes in related Enterobacteriaceae strains and plasmids from Pakistan and the United States. Emerg. Infect. Dis. 2015; 21(6): 1034-7. https://doi.org/10.3201/eid2106.141504
  8. Dortet L., Poirel L., Al Yaqoubi F., Nordmann P. NDM-1, OXA-48 and OXA-181 carbapenemase-producing Enterobacteriaceae in Sultanate of Oman. Clin. Microbiol. Infect. 2012; 18(5): E144-8. https://doi.org/10.1111/j.1469-0691.2012.03796.x
  9. Kumarasamy K.K., Toleman M.A., Walsh T.R., Bagaria J., Butt F., Balakrishnan R., et al. Emergence of a new antibiotic resistance mechanism in India, Pakistan, and the UK: a molecular, biological, and epidemiological study. Lancet Infect. Dis. 2010; 10(9): 597-602. https://doi.org/10.1016/s1473-3099(10)70143-2
  10. Ma L.C., Fang C.T., Lee C.Z., Shun C.T., Wang J.T. Genomic heterogeneity in Klebsiella pneumoniae strains is associated with primary pyogenic liver abscess and metastatic infection. J. Infect. Dis. 2005; 192(1): 117-28. https://doi.org/10.1086/430619
  11. Paczosa M.K., Mecsas J. Klebsiella pneumoniae: Going on the Offense with a Strong Defense. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2016; 80(3): 629-61. https://doi.org/10.1128/mmbr.00078-15
  12. Russo T.A., Olson R., Fang C.T., Stoesser N., Miller M., MacDonald U., et al. Identification of biomarkers for differentiation of hypervirulent Klebsiella pneumoniae from Classical K. pneumoniae. J. Clin. Microbiol. 2018; 56(9): e00776-18. https://doi.org/10.1128/jcm.00776-18
  13. European Centre for Disease Prevention and Control. Outbreak of carbapenemase-producing (NDM-1 and OXA-48) and colistin-resistant Klebsiella pneumoniae ST307, north-east Germany, 2019. Stockholm: ECDC; 2019. Available at: https://www.ecdc.europa.eu/en/publications-data/outbreak-Klebsiella-pneumoniae-Germany
  14. Gu D., Dong N., Zheng Z., Lin D., Huang M., Wang L., et al. A fatal outbreak of ST11 carbapenem-resistant hypervirulent Klebsiella pneumoniae in a Chinese hospital: a molecular epidemiological study. Lancet Infect. Dis. 2018; 18(1): 37-46. https://doi.org/10.1016/s1473-3099(17)30489-9
  15. Журавлёв П.В., Алешня В.В., Панасовец О.П. Антибиотикорезистентность бактерий, выделенных из воды открытых водоемов. Здоровье населения и среда обитания. 2015; (5): 24-6.
  16. Рахманин Ю.А., Иванова Л.В., Артемова Т.З., Гипп Е.К., Загайнова А.В., Максимкина Т.Н., Красняк А.В., Журавлев П.В., Алешня В.В., Панасовец О.П. Распространение бактерий рода Klebsiella в водных объектах и их значение в возникновении водообусловленных острых кишечных инфекций. Гигиена и санитария. 2016; 95(4): 397-406.
  17. Журавлёв П.В., Алешня В.В., Панасовец О.П. Изучение факторов патогенности потенциально патогенной микрофлоры, выделенной из водных объектов. Здоровье населения и среда обитания. 2018; (1): 7-11.
  18. Рекомендации «Определение чувствительности к антимикробным препаратам». Доступно: https://www.antibiotic.ru/files/321/clrec-dsma2021.pdf
  19. Пай Г.В., Ракитина Д.В., Панькова М.Н., Юдин С.М., Загайнова А.В. Сравнение патогенного потенциала изолятов Klebsiella pneumonia, выделенных из кишечной микробиоты человека, из поверхностных и сточных вод. Гигиена окружающей среды. Гигиена и санитария. 2020; 99(12): 1360-4. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-12-1360-1364
  20. Compain F., Babosan A., Brisse S., Genel N., Audo J., Ailloud F., et al. Multiplex PCR for detection of seven virulence factors and K1/K2 capsular serotypes of Klebsiella pneumoniae. J. Clin. Microbiol. 2014; 52(12): 4377-80. https://doi.org/10.1128/jcm.02316-14
  21. Yong D., Toleman M.A., Giske C.G., Cho H.S., Sundman K., Lee K., et al. Characterization of a new metallo-beta-lactamase gene, bla(NDM-1), and a novel erythromycin esterase gene carried on a unique genetic structure in Klebsiella pneumoniae sequence type
  22. from India. Antimicrob. Agents Chemother. 2009; 53(12): 5046-54. https://doi.org/10.1128/aac.00774-09
  23. Walsh T.R., Weeks J., Livermore D.M., Toleman M.A. Dissemination of NDM-1 positive bacteria in the New Delhi environment and its implications for human health: an environmental point prevalence study. Lancet Infect. Dis. 2011; 11(5): 355-62. https://doi.org/10.1016/s1473-3099(11)70059-7
  24. Dortet L., Poirel L., Nordmann P. Worldwide dissemination of the NDM-type carbapenemases in Gram-negative bacteria. Biomed. Res. Int. 2014; 2014: 249856. https://doi.org/10.1155/2014/249856
  25. Tavoschi L., Forni S., Porretta A., Righi L., Pieralli F., Menichetti F., et al. Prolonged outbreak of New Delhi metallo-beta-lactamase-producing carbapenem-resistant Enterobacterales (NDM-CRE), Tuscany, Italy, 2018 to 2019. Euro Surveill. 2020; 25(6): 2000085. https://doi.org/10.2807/1560-7917.es.2020.25.6.2000085
  26. Poirel L., Dortet L., Bernabeu S., Nordmann P. Genetic features of blaNDM-1-positive Enterobacteriaceae. Antimicrob. Agents Chemother. 2011; 55(11): 5403-7. https://doi.org/10.1128/aac.00585-11
  27. Mulvey M.R., Grant J.M., Plewes K., Roscoe D., Boyd D.A. New Delhi metallo-β-lactamase in Klebsiella pneumoniae and Escherichia coli, Canada. Emerg. Infect. Dis. 2011; 17(1): 103-6. https://doi.org/10.3201/eid1701.101358
  28. Shen Z., Hu Y., Sun Q., Hu F., Zhou H., Shu L., et al. Emerging carriage of NDM-5 and MCR-1 in Escherichia coli from healthy people in multiple regions in China: A Cross Sectional Observational Study. EClinicalMedicine. 2018; 6: 11-20. https://doi.org/10.1016/j.eclinm.2018.11.003
  29. Onanuga A., Eboh D., Odetoyin B., Adamu O. Detection of ESBLs and NDM-1 genes among urinary Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae from healthy students in Niger Delta University, Amassoma, Bayelsa State, Nigeria. PAMJ-OH. 2020; 2: 12. https://doi.org/10.11604/pamj-oh.2020.2.12.23588
  30. Toleman M.A., Bugert J.J., Nizam S.A. Extensively drug-resistant New Delhi metallo-β-lactamase - encoding bacteria in the environment, Dhaka, Bangladesh, 2012. Emerg. Infect. Dis. 2015; 21(6): 1027-30. https://doi.org/10.3201/eid2106.141578
  31. Ahammad Z.S., Sreekrishnan T.R., Hands C.L., Knapp C.W., Graham D.W. Increased waterborne blaNDM-1 resistance gene abundances associated with seasonal human pilgrimages to the Upper Ganges River. Environ. Sci. Technol. 2014; 48(5): 3014-20. https://doi.org/10.1021/es405348h
  32. Fang C.T., Chuang Y.P., Shun C.T., Chang S.C., Wang J.T. A novel virulence gene in Klebsiella pneumoniae strains causing primary liver abscess and septic metastatic complications. J. Exp. Med. 2004; 199(5): 697-705. https://doi.org/10.1084/jem.20030857
  33. Hsu C.R., Lin T.L., Chen Y.C., Chou H.C., Wang J.T. The role of Klebsiella pneumoniae rmpA in capsular polysaccharide synthesis and virulence revisited. Microbiology (Reading). 2011; 157(Pt. 12): 3446-57. https://doi.org/10.1099/mic.0.050336-0
  34. Holden V.I., Breen P., Houle S., Dozois C.M., Bachman M.A. Klebsiella pneumoniae Siderophores Induce Inflammation, Bacterial Dissemination, and HIF-1α Stabilization during Pneumonia. mBio. 2016; 7(5): e01397-16. https://doi.org/10.1128/mbio.01397-16
  35. Holt K.E., Wertheim H., Zadoks R.N., Baker S., Whitehouse C.A., Dance D., et al. Genomic analysis of diversity, population structure, virulence, and antimicrobial resistance in Klebsiella pneumoniae, an urgent threat to public health. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2015; 112(27): E3574-81. https://doi.org/10.1073/pnas.1501049112
  36. Turton J.F., Payne Z., Coward A., Hopkins K.L., Turton J.A., Doumith M., et al. Virulence genes in isolates of Klebsiella pneumoniae from the UK during 2016, including among carbapenemase gene-positive hypervirulent K1-ST23 and ‘non-hypervirulent’ types ST147, ST15 and ST383. J. Med. Microbiol. 2018; 67(1): 118-28. https://doi.org/10.1099/jmm.0.000653
  37. Turton J., Davies F., Turton J., Perry C., Payne Z., Pike R. Hybrid Resistance and Virulence Plasmids in «High-Risk» Clones of Klebsiella pneumoniae, Including Those Carrying blaNDM-5. Microorganisms. 2019; 7(9): 326. https://doi.org/10.3390/microorganisms7090326
  38. Yuan Y., Li Y., Wang G., Li C., Chang Y.F., Chen W., et al. blaNDM-5 carried by a hypervirulent Klebsiella pneumoniae with sequence type 29. Antimicrob. Resist Infect. Control. 2019; 8: 140. https://doi.org/10.1186/s13756-019-0596-1

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Пай Г.В., Ракитина Д.В., Сухина М.А., Юдин С.М., Макаров В.В., Мания Т.Р., Загайнова А.В., 2024


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 37884 от 02.10.2009.