Applicazione della spettrometria di massa MALDI-TOF in microbiologia clinica

Riassunto La spettrometria di massa (MS) nata negli anni ’70 trova oggi, grazie alla tecnologia Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight (MALDI-TOF), importanti applicazioni in diversi settori: biotecnologico (per la caratterizzazione ed il controllo di qualità di proteine ricombinanti ed altre macromolecole), medico–clinico (per la diagnosi di laboratorio di malattie e per lo sviluppo di nuovi trattamenti terapeutici mirati), alimentare ed ambientale. Negli ultimi anni, questa tecnologia è diventata un potente strumento anche per la diagnosi di laboratorio in microbiologia clinica, rivoluzionando il flusso di lavoro per una rapida identificazione di batteri e funghi, sostituendo l’identificazione fenotipica convenzionale basata su saggi biochimici. Attualmente mediante MALDI-TOF MS sono possibili due diversi approcci per la caratterizzazione dei microrganismi: (1) confronto degli spettri (“mass spectra”) con banche dati contenenti profili di riferimento (“database fingerprints”) e (2) “matching” di bio-marcatori con banche dati proteomiche (“proteome database”). Recentemente, la tecnologia MALDI-TOF, oltre alla sua applicazione classica nell’identificazione di microrganismi, è stata utilizzata per individuare, indirettamente, meccanismi di resistenza agli antibiotici. Primo scopo di questo studio è stato verificare e dimostrare l’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF MS mediante approccio di comparazione degli spettri di differenti microrganismi di interesse medico per i quali l’identificazione risultava impossibile a causa della completa assenza o presenza limitata, di spettri di riferimento all’interno della banca dati commerciale associata allo strumento. In particolare, tale scopo è stato raggiunto per i batteri appartenenti a spirochete del genere Borrelia e Leptospira, a miceti filamentosi (dermatofiti) e protozoi (Trichomonas vaginalis). Secondo scopo di questo studio è stato valutare il secondo approccio identificativo basato sulla ricerca di specifici marcatori per differenziare parassiti intestinali di interesse medico per i quali non è disponibile una banca dati commerciale di riferimento e la sua creazione risulterebbe particolarmente difficile e complessa, a causa della complessità del materiale biologico di partenza analizzato e del terreno di coltura nei quali questi protozoi sono isolati. Terzo ed ultimo scopo di questo studio è stata la valutazione dell’applicabilità della spettrometria di massa con tecnologia MALDI-TOF per lo studio delle resistenze batteriche ai carbapenemi. In particolare, è stato messo a punto un saggio di idrolisi dei carbapenemi rilevata mediante MALDI-TOF MS in grado di determinare indirettamente la produzione di carbapenemasi in Enterobacteriaceae. L’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF mediante l’approccio di comparazione degli spettri è stata dimostrata in primo luogo per batteri appartenenti al genere Borrelia. La banca dati commerciale dello strumento MALDI-TOF MS in uso presso il nostro laboratorio includeva solo 3 spettri di riferimento appartenenti alle specie B. burgdorferi ss, B. spielmani e B. garinii. L’implementazione del “database” con specie diverse da quelle già presenti ha permesso di colmare le lacune identificative dovute alla mancanza di spettri di riferimento di alcune tra le specie di Borrelia più diffuse in Europa (B. afzelii) e nel mondo (come ad esempio B. hermsii, e B. japonica). Inoltre l’implementazione con spettri derivanti da ceppi di riferimento di specie già presenti nel “database” ha ulteriormente migliorato l’efficacia identificativa del sistema. Come atteso, il ceppo di isolamento clinico di B. lusitaniae (specie non presente nel “database”) è stato identificato solo a livello di genere corroborando, grazie all’assenza di mis-identificazione, la robustezza della “nuova” banca dati. I risultati ottenuti analizzando i profili proteici di ceppi di Borrelia spp. di isolamento clinico, dopo integrazione del “database” commerciale, indicano che la tecnologia MALDI-TOF potrebbe essere utilizzata come rapida, economica ed affidabile alternativa ai metodi attualmente utilizzati per identificare ceppi appartenenti a questo genere. Analogamente, per il genere Leptospira dopo la creazione ex-novo della banca dati “home-made”, costruita con i 20 spettri derivati dai 20 ceppi di riferimento utilizzati, è stata ottenuta una corretta identificazione a livello di specie degli stessi ceppi ri-analizzati in un esperimento indipendente condotto in doppio cieco. Il dendrogramma costruito con i 20 MSP-Spectra implementati nella banca dati è formato da due rami principali: il primo formato dalla specie non patogena L. biflexa e dalla specie a patogenicità intermedia L. fainei ed il secondo che raggruppa insieme le specie patogene L. interrogans, L. kirschneri, L. noguchii e L. borgpetersenii. Il secondo gruppo è ulteriormente suddiviso in due rami, contenenti rispettivamente L. borgpetersenii in uno e L. interrogans, L. kirschneri e L. noguchii nell’altro. Quest’ultimo, a sua volta, è suddiviso in due rami ulteriori: il primo comprendente la sola specie L. noguchii, il secondo le specie L. interrogans e L. kirshneri non separabili tra loro. Inoltre, il dendrogramma costruito con gli MSP-Spectra dei ceppi appartenenti ai generi Borrelia e Leptospira acquisiti in questo studio, e appartenenti al genere Brachyspira (implementati in un lavoro precedentemente condotto) mostra tre gruppi principali separati tra loro, uno per ogni genere, escludendo possibili mis-identificazioni tra i 3 differenti generi di spirochete. Un’analisi più approfondita dei profili proteici ottenuti dall’analisi ha mostrato piccole differenze per ceppi della stessa specie probabilmente dovute ai diversi pattern proteici dei distinti sierotipi, come confermato dalla successiva analisi statistica, che ha evidenziato picchi sierotipo-specifici. È stato, infatti, possibile mediante la creazione di un modello statistico dedicato ottenere un “pattern” di picchi discriminanti in grado di differenziare a livello di sierotipo sia i ceppi di L. interrogans sia i ceppi di L. borgpetersenii saggiati, rispettivamente. Tuttavia, non possiamo concludere che i picchi discriminanti da noi riportati siano universalmente in grado di identificare il sierotipo dei ceppi di L. interrogans ed L. borgpetersenii; i picchi trovati, infatti, sono il risultato di un’analisi condotta su uno specifico pannello di sierotipi. È stato quindi dimostrato che attuando piccoli cambiamenti nei parametri standardizzati come l’utilizzo di un modello statistico e di un programma dedicato applicato nella routine diagnostica è possibile utilizzare la spettrometria di massa MALDI-TOF per una rapida ed economica identificazione anche a livello di sierotipo. Questo può significativamente migliorare gli approcci correntemente utilizzati per monitorare l’insorgenza di focolai epidemici e per la sorveglianza degli agenti patogeni. Analogamente a quanto dimostrato per Borrelia e Leptospira, l’implementazione della banca dati dello spettrometro di massa con spettri di riferimento di miceti filamentosi (dermatofiti) si è rilevata di particolare importanza non solo per l’identificazione di tutte le specie circolanti nella nostra area ma anche per l’identificazione di specie la cui frequenza nel nostro Paese è in aumento a causa dei flussi migratori dalla zone endemiche (M. audouinii, T. violaceum e T. sudanense). Inoltre, l’aggiornamento del “database” ha consentito di superare la mis-identificazione dei ceppi appartenenti al complesso T. mentagrophytes (T. interdigitale e T. mentagrophytes) con T. tonsurans, riscontrata prima dell’implementazione della banca dati commerciale. Il dendrogramma ottenuto dai 24 spettri implementati appartenenti a 13 specie di dermatofiti ha rivelato raggruppamenti che riflettono quelli costruiti su base filogenetica. Sulla base dei risultati ottenuti mediante sequenziamento della porzione della regione ITS del genoma fungino non è stato possibile distinguere T. interdigitale e T. mentagrophytes, conseguentemente anche gli spettri di queste due specie presentavano picchi dello stesso peso molecoalre. Da sottolineare che il dendrogramma costruito con i 12 profili proteici già inclusi nel database commerciale e con i 24 inseriti nel nuovo database non riproduce l’albero filogenetico per alcune specie del genere Tricophyton: gli spettri MSP già presenti nel database e quelli aggiunti delle specie T. interdigitale e T. mentagrophytes raggruppano separatamente. Questo potrebbe spiegare le mis-identificazioni di T. interdigitale e T. mentagrophytes con T. tonsurans ottenute prima dell’implementazione del database. L’efficacia del sistema identificativo MALDI-TOF è stata anche dimostrata per microrganismi diversi da batteri e funghi per i quali la metodica originale è stata sviluppata. Sebbene tale sistema identificativo sia stato applicato con successo a Trichomonas vaginalis è stato necessario apportare modifiche nei parametri standard previsti per l’identificazione di batteri e funghi. Le interferenze riscontrate tra i profili proteici ottenuti per i due terreni utilizzati per la coltura di questo protozoo e per i ceppi di T. vaginalis hanno, infatti, reso necessario l’utilizzo di nuovi parametri per la creazione degli spettri di riferimento (MSP-Spectra). L’importanza dello sviluppo del nuovo metodo risiede nel fatto che è possibile identificare sulla base del profilo proteico (e non sulla base di singoli marcatori) microorganismi cresciuti su terreni complessi che potrebbero presentare picchi nell'intervallo di peso molecolare utilizzato a scopo identificativo: metaboliti, pigmenti e nutrienti presenti nel terreno possono interferire con il processo di cristallizzazione e portare ad un basso punteggio identificativo. Per T. vaginalis, in particolare, la “sottrazione” di picchi dovuti a molecole riconducibili al terreno di crescita utilizzato, è stata ottenuta escludendo dall'identificazione l'intervallo di peso molecolare compreso tra 3-6 kDa, permettendo la corretta identificazione di ceppi di isolamento clinico sulla base del profilo proteico. Tuttavia, l’elevata concentrazione di parassita richiesta (105 trofozoiti/ml) per una corretta identificazione, difficilmente ottenibile in vivo, ha impedito l’identificazione di ceppi di T. vaginalis direttamente in campioni clinici. L’approccio identificativo mediante individuazione di specifici marcatori proteici (secondo approccio identificativo) è stato provato ed adottato in questo studio per l’identificazione e la differenziazione di ceppi di Entamoeba histolytica (ameba patogena) ed Entamoeba dispar (ameba non patogena), specie morfologiacamente identiche e distinguibili solo mediante saggi molecolari (PCR) aventi come bersaglio il DNA-18S, che codifica per l’RNA della subunità ribosomiale minore. Lo sviluppo di tale applicazione ha consentito di superare l’impossibilità della creazione di una banca dati dedicata, a causa della complessità del materiale fecale di partenza e del terreno di coltura impiagato per l’isolamento, e di identificare 5 picchi proteici in grado di differenziare E. histolytica da E. dispar. In particolare, l’analisi statistica ha mostrato 2 picchi specifici per E. histolytica e 3 picchi specifici per E. dispar. L’assenza dei 5 picchi discriminanti trovati per E. histolytica e E. dispar nei profili dei 3 differenti terreni di coltura utilizzati in questo studio (terreno axenico LYI-S-2 e terreno di Robinson con e senza E. coli) permettono di considerare questi picchi buoni marcatori in grado di differenziare le due specie. La corrispondenza dei picchi con il PM di due specifiche proteine di E. histolytica depositate in letteratura (Amoebapore A e un “unknown putative protein” di E. histolytica ceppo di riferimento HM-1:IMSS-A) conferma la specificità dei picchi di E. histolytica identificati mediante analisi MALDI-TOF MS. Lo stesso riscontro non è stato possibile per i picchi di E. dispar in quanto nessuna proteina del PM di interesse è presente in GenBank. Tuttavia, va ricordato che non tutte le proteine E. dispar sono state ad oggi caratterizzate e depositate in letteratura. I 5 marcatori hanno permesso di differenziare 12 dei 13 ceppi isolati da campioni di feci e cresciuti in terreno di Robinson confermando i risultati ottenuti mediante saggio di Real-Time PCR. Per un solo ceppo di isolamento clinico di E. histolytica l’identificazione, confermata mediante sequenziamento della porzione 18S-rDNA, non è stata ottenuta mediante sistema MALDI-TOF MS in quanto non sono stati trovati né i picchi corrispondenti a E. histolytica né i picchi corrispondenti a E. dispar. Per questo ceppo è possibile ipotizzare la presenza di mutazioni geno/fenotipiche a livello delle proteine individuate come marcatori specifici per E. histolytica. Per confermare questa ipotesi sarebbe necessario analizzare un numero maggiore di ceppi di isolamento clinico con analogo profilo proteico. L’analisi condotta a diversi tempi di incubazione del campione di feci positivo per E. histolytica ed E. dipar ha mostrato il ritrovamento dei 5 picchi discriminanti solo dopo 12 ore dall’inoculo del campione nel terreno iniziale di Robinson. Questo risultato suggerisce la possibile applicazione del sistema MALDI-TOF MS per identificare ceppi di isolamento clinico di E. histolytica ed E. dipar nonostante la presenza di materiale fecale che materialmente può disturbare e rendere difficile l’interpretazione dello spettro ottenuto mediante analisi MALDI-TOF MS. Infine in questo studio è stata valutata l’applicabilità della tecnologia MALDI-TOF MS come saggio fenotipico rapido per la determinazione di ceppi produttori di carbapenemasi, verificando l'avvenuta idrolisi del meropenem (carbapeneme di riferimento utilizzato in questo studio) a contatto con i ceppi di riferimento e ceppi di isolamento clinico potenzialmente produttori di carbapenemasi dopo la messa a punto di un protocollo analitico dedicato. Il saggio di idrolisi del meropenem mediante MALDI-TOF MS ha dimostrato la presenza o l’assenza indiretta di carbapenemasi nei 3 ceppi di riferimento e nei 1219 (1185 Enterobacteriaceae e 34 non-Enterobacteriaceae) ceppi di isolamento clinico inclusi nello studio. Nessuna interferenza è stata riscontrata per i ceppi di Enterobacteriaceae variamente resistenti ai tre carbapenemi ma risultati non produttori di carbapenemasi mediante i saggi fenotipici comunemente impiegati nella diagnostica routinaria di laboratorio: nessuna idrolisi del farmaco è stata infatti osservata al saggio di idrolisi mediante MALDI-TOF MS. In un solo caso (ceppo di K. pneumoniae N°1135) è stato ottenuto un profilo anomalo in quanto presenti sia i picchi del farmaco intatto che quelli del farmaco idrolizzato. Per questo ceppo resistente ai tre carbapenemi saggiati, negativo ai saggi fenotipici per la presenza di carbapenemasi, è stata dimostrata la presenza del gene blaKPC mediante Real-Time PCR. Per questo ceppo si può ipotizzare la presenza di mutazioni a carico del gene blaKPC che sebbene non interferiscano con il suo rilevamento mediante PCR (Real-Time PCR positiva), potrebbero condizionare l’attività della proteina prodotta (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia negativi) riducendone la funzionalità come dimostrato, mediante analisi MALDI-TOF MS, dalla presenza dei picchi relativi sia all’idrolisi del farmaco sia dei picchi relativi al farmaco intatto. Questa ipotesi dovrebbe essere confermata mediante sequenziamento del gene blaKPC e successiva analisi strutturale della sequenza amminoacidica deducibile. L’utilizzo della tecnologia MALDI-TOF MS per la verifica dell’avvenuta idrolisi del maropenem è risultato un saggio fenotipico indiretto in grado di distinguere, al pari del test di Hodge modificato impiegato comunemente nella routine diagnostica in microbiologia, un ceppo produttore di carbapenemasi da un ceppo non produttore sia per scopi diagnostici che per la sorveglianza epidemiologica. L’impiego del MALDI-TOF MS ha mostrato, infatti, diversi vantaggi rispetto ai metodi convenzionali (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia) impiegati nella routine diagnostica di laboratorio i quali richiedono personale esperto per l’interpretazione del risultato e lunghi tempi di esecuzione e di conseguenza di refertazione. La semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questa tecnica un metodo accurato e rapido. Inoltre, il metodo risulta conveniente dal punto di vista economico, con un costo totale stimato di 1,00 euro per ceppo analizzato. Tutte queste considerazioni pongono questa metodologia in posizione centrale in ambito microbiologico anche nel caso del rilevamento di ceppi produttori di carbapenemasi. Indipendentemente dall’approccio identificativo utilizzato, comparato con i metodi convenzionali il MALDI-TOF MS conferisce in molti casi un guadagno in termini di tempo di lavoro tecnico (procedura pre-analititca per la preparazione dei campioni) e di tempo di ottenimento dei risultati (procedura analitica automatizzata). Questo risparmio di tempo si accentua quando sono analizzati in contemporanea un maggior numero di isolati. Inoltre, la semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questo un metodo di identificazione accurato e rapido risultando più conveniente anche dal punto di vista economico, con un costo totale di 0,50 euro (materiale consumabile) per ceppo analizzato. I risultati ottenuti dimostrano che la spettrometria di massa MALDI-TOF sta diventando uno strumento importante in microbiologia clinica e sperimentale, data l’elevata efficacia identificativa, grazie alla disponibilità sia di nuove banche dati commerciali sia di aggiornamenti delle stesse da parte di diversi utenti, e la possibilità di rilevare con successo anche se in modo indiretto le antibiotico-resistenze.

Antibiotic therapy for Klebsiella pneumoniae bacteremia: Implications of production of extended-spectrum beta-lactamases

The prevalence of extended-spectrum beta-lactamase (ESBL) production by Klebsiella pneumonia approaches 50% in some countries, with particularly high rates in eastern Europe and Latin America. No randomized trials have ever been performed on treatment of bacteremia due to ESBL-producing organisms; existing data comes only from retrospective, single-institution studies. In a prospective study of 455 consecutive episodes of Klebsiella pneumoniae bacteremia in 12 hospitals in 7 countries, 85 episodes were due to an ESBL-producing organism. Failure to use an antibiotic active against ESBL-producing K. pneumoniae was associated with extremely high mortality. Use of a carbapenem ( primarily imipenem) was associated with a significantly lower 14-day mortality than was use of other antibiotics active in vitro. Multivariate analysis including other predictors of mortality showed that use of a carbapenem during the 5-day period after onset of bacteremia due to an ESBL-producing organism was independently associated with lower mortality. Antibiotic choice is particularly important in seriously ill patients with infections due to ESBL-producing K. pneumoniae.

Infecções por enterobacteriaceae resistente aos carbapenêmicos em hospital de ensino: epidemiologia e caracterização molecular

Introduction: The production of KPC (Klebsiella pneumoniae carbapenemase) has become an important mechanism of carbapenem-resistance among Enterobacteriaceae strains. In Brazil, KPC is already widespread and its incidence has increased significantly, reducing treatment options. The “perfect storm” combination of the absence of new drug developmentand the emergence of multidrug-resistant strains resulted in the need for the use of older drugs, with greater toxicity, such as polymyxins. Aims: To determine the occurrence of carbapenemase-producing strains in carbapenem-resistant Enterobacteriaceae isolated from patients with nosocomial infection/colonization during September/2014 to August/2015, to determine the risk factors associated with 30-day- mortality and the impact of inappropriate therapy. Materials and Methods: We performed a case control study to assess the risk factors (comorbidities, invasive procedures and inappropriate antimicrobial therapy) associated with 30-day-mortality, considering the first episode of infection in 111 patients. The resistance genes blaKPC, blaIMP, blaVIM and blaNDM-1 were detected by polymerase chain reaction technique. Molecular typing of the strains involved in the outbreak was performed by pulsed field gel electrophoresis technique. The polymyxin resistance was confirmed by the microdilution broth method. Results: 188 episodes of carbapenem-resistant Enterobacteriaceae infections/colonizations were detected; of these, 122 strains were recovered from the hospital laboratory. The presence of blaKPC gene were confirmed in the majority (74.59%) of these isolates. It was not found the presence of blaIMP , blaVIM and blaNDM-1 genes. K. pneumoniae was the most frequent microorganism (77,13%), primarily responsible for urinary tract infections (21,38%) and infections from patients of the Intensive Care Unit (ICU) (61,38%). Multivariate statistical analysis showed as predictors independently associated with mortality: dialysis and bloodstream infection. The Kaplan-Meier curve showed a lower probability of survival in the group of patients receiving antibiotic therapy inappropriately. Antimicrobial use in adult ICU varied during the study period, but positive correlation between increased incidence of strains and the consumption was not observed. In May and July 2015, the occurrence rates of carbapenem-resistant Enterobacteriaceae KPC-producing per 1000 patient-days were higher than the control limit established, confirming two outbreaks, the first caused by colistin-susceptible KPC-producing K. pneumoniae isolates, with a polyclonal profile and the second by a dominant clone of colistin-resistant (≥ 32 μg/mL) KPC-producing K. pneumoniae. The cross transmission between patients became clear by the temporal and spatial relationships observed in the second outbreak, since some patients occupied the same bed, showing problems in hand hygiene adherence among healthcare workers and inadequate terminal disinfection of environment. The outbreak was contained when the ICU was closed to new admissions. Conclusions: The study showed an endemicity of K. pneumoniae KPC-producing in adult ICU, progressing to an epidemic monoclonal expansion, resulted by a very high antibiotic consumption of carbapenems and polymyxins and facilitated by failures in control measures the unit.

High susceptibility of MDR and XDR Gram-negative pathogens to biphenyl-diacetylene-based difluoromethyl-allo-threonyl-hydroxamate LpxC inhibitors.

OBJECTIVES: Inhibitors of uridine diphosphate-3-O-(R-3-hydroxymyristoyl)-N-acetylglucosamine deacetylase (LpxC, which catalyses the first, irreversible step in lipid A biosynthesis) are a promising new class of antibiotics against Gram-negative bacteria. The objectives of the present study were to: (i) compare the antibiotic activities of three LpxC inhibitors (LPC-058, LPC-011 and LPC-087) and the reference inhibitor CHIR-090 against Gram-negative bacilli (including MDR and XDR isolates); and (ii) investigate the effect of combining these inhibitors with conventional antibiotics. METHODS: MICs were determined for 369 clinical isolates (234 Enterobacteriaceae and 135 non-fermentative Gram-negative bacilli). Time-kill assays with LPC-058 were performed on four MDR/XDR strains, including Escherichia coli producing CTX-M-15 ESBL and Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa and Acinetobacter baumannii producing KPC-2, VIM-1 and OXA-23 carbapenemases, respectively. RESULTS: LPC-058 was the most potent antibiotic and displayed the broadest spectrum of antimicrobial activity, with MIC90 values for Enterobacteriaceae, P. aeruginosa, Burkholderia cepacia and A. baumannii of 0.12, 0.5, 1 and 1 mg/L, respectively. LPC-058 was bactericidal at 1× or 2× MIC against CTX-M-15, KPC-2 and VIM-1 carbapenemase-producing strains and bacteriostatic at ≤4× MIC against OXA-23 carbapenemase-producing A. baumannii. Combinations of LPC-058 with β-lactams, amikacin and ciprofloxacin were synergistic against these strains, albeit in a species-dependent manner. LPC-058's high efficacy was attributed to the presence of the difluoromethyl-allo-threonyl head group and a linear biphenyl-diacetylene tail group. CONCLUSIONS: These in vitro data highlight the therapeutic potential of the new LpxC inhibitor LPC-058 against MDR/XDR strains and set the stage for subsequent in vivo studies.

Polymyxin resistance caused by mgrB inactivation is not associated with significant biological cost in Klebsiella pneumoniae

The inactivation of the mgrB gene, which encodes a negative-feedback regulator of the PhoPQ signaling system, was recently shown to be a common mutational mechanism responsible for acquired polymyxin resistance among carbapenemase-producing Klebsiella pneumoniae strains from clinical sources. In this work, we show that mgrB mutants can easily be selected in vitro from different K. pneumoniae lineages, and mgrB inactivation is not associated with a significant biological cost.

FIRST REPORT OF METALLO-β-LACTAMASES PRODUCING Enterobacter spp. STRAINS FROM VENEZUELA

Clinical strains of Enterobacter were isolated from Cumana's Central Hospital in Venezuela, and classified as E. cloacae (21), E. aerogenes(7), E. intermedium (1), E. sakazakii (1) and three unclassified. The strains showed high levels of resistance, especially to SXT (58.1%), CRO (48.8%), CAZ (46.6%), PIP (46.4%), CIP (45.2%) and ATM (43.3%). This is the first report for South America of blaVIM-2 in two E. cloacae and one Enterobacter sp., which also showed multiple mechanisms of resistance. Both E. cloacaeshowed blaTEM-1, but only one showed blaCTX-M-15 gene, while no blaSHV was detected.

KPC-PRODUCING Serratia marcescens IN A HOME-CARE PATIENT FROM RECIFE, BRAZIL

SUMMARY In this brief communication we describe the occurrence of a KPC-producing Serratia marcescensisolate in a home-care patient from Recife, Brazil. The blaKPC, blaSPM, blaIMP, blaVIMblaOXA, blaCTX-M, blaSHV, blaTEM and blaGES genes were investigated by Polymerase Chain Reaction (PCR) and DNA sequencing. The isolate was positive for blaKPC-2 and blaTEM-1 and was resistant to aztreonam, cefepime, cefotaxime, imipenem, meropenem, gentamicin, ciprofloxacin and cefazidime, and susceptible only to amikacin, tigecycline and gatifloxacin. This is the first report in Brazil of KPC-producing S. marcescens clinical isolate outside of a hospital environment. Caregivers should be alert for the presence of this isolate in the community setting.

Nosocomial infection and characterization of extended-spectrum β-lactamases-producing Enterobacteriaceae in Northeast Brazil

INTRODUCTION: Extended spectrum β-lactamases (ESBLs) are enzymes that degrade β-lactam antibiotics and have been reported to be an important cause of nosocomial infection in worldwide. METHODS: During 2009, 659 enterobacteria strains were isolated from different clinical specimens and tested for ESBL production. The disk approximation test, combined disk method and addition of clavulanic acid were used for phenotypic detection of the ESBL-producing strains and PCR for detection of the blaTEM and blaCTX-M genes. RESULTS: Among the isolates, 125 were ESBL producers. The blaCTX-M and blaTEM genes were detected in 90.4% and 75% of the strains, respectively. Most strains were isolated from urine. Klebsiella pneumoniae was the most prevalent organism. Microorganisms presented high resistance to the antibiotics. CONCLUSIONS: These results support the need for extending ESBL detection methods to different pathogens of the Enterobacteriaceae family because these methods are only currently standardized by the CLSI for Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxytoca and Proteus mirabilis. Carbapenems were the antibiotic class of choice for the treatment of infections caused by ESBL-producing Enterobacteriaceae.

Whole genome sequence of Klebsiella pneumoniae U25, a hypermucoviscous, multidrug resistant, biofilm producing isolate from India

Klebsiella pneumoniae U25 is a multidrug resistant strain isolated from a tertiary care hospital in Chennai, India. Here, we report the complete annotated genome sequence of strain U25 obtained using PacBio RSII. This is the first report of the whole genome of K. pneumoniaespecies from Chennai. It consists of a single circular chromosome of size 5,491,870-bp and two plasmids of size 211,813 and 172,619-bp. The genes associated with multidrug resistance were identified. The chromosome of U25 was found to have eight antibiotic resistant genes [blaOXA-1,blaSHV-28, aac(6’)1b-cr,catB3, oqxAB, dfrA1]. The plasmid pMGRU25-001 was found to have only one resistant gene (catA1) while plasmid pMGRU25-002 had 20 resistant genes [strAB, aadA1,aac(6’)-Ib, aac(3)-IId,sul1,2, blaTEM-1A,1B,blaOXA-9, blaCTX-M-15,blaSHV-11, cmlA1, erm(B),mph(A)]. A mutation in the porin OmpK36 was identified which is likely to be associated with the intermediate resistance to carbapenems in the absence of carbapenemase genes. U25 is one of the few K. pneumoniaestrains to harbour clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) systems. Two CRISPR arrays corresponding to Cas3 family helicase were identified in the genome. When compared to K. pneumoniaeNTUHK2044, a transposase gene InsH of IS5-13 was found inserted.

Reaktive Thymushyperplasie infolge der Therapie ACTH-produzierender Tumoren [Reactive thymus dysplasia following therapy for ACTH-producing tumors]

Surgical or conservative treatment of ACTH-producing tumors results in acute drop of the previously excessively high cortisol levels. The following associated pathophysiological changes also occur in the organism's recovery from stress, such as trauma, operation or chemotherapy of tumors. Both cases result in a regeneration of the immune system, which might even be exalted. The corresponding radiographic feature is the "rebound" enlargement of the thymus occurring about six months after remission of hypercortisolism. Histological examination reveals benign thymus hyperplasia. Especially in cases of still unknown primary tumor the appearance of this anterior mediastinal mass can lead to misdiagnosis. We present the cases of two patients with diffuse thymic hyperplasia following surgical and medical correction of hypercortisolism. One patient suffered from classic Cushing's disease responding to transsphenoidal resection of an ACTH-secreting pituitary microadenoma. Six months later CT of the chest incidentally demonstrated an anterior mediastinal mass known as thymic hyperplasia. The second patient presented with an ectopic, still unkown source of ACTH-production. Six months after medical correction of hypercortisolism CT of the thorax showed an enlargement of the anterior mediastinum. Thymectomy was performed in order to exclude thymus carcinoid. Histological examination revealed benign thymus hyperplasia with negative immunostaining. CONCLUSION: Radiologists and clinicians should be familiar with the pathophysiological changes resulting from precipitously dropping cortisol levels in order to prevent diagnostic errors and unnecessary operations.

Roseisalinus antarcticus gen. nov., sp nov., a novel aerobic bacteriochlorophyll a-producing alpha-proteobacterium isolated from hypersaline Ekho Lake, Antarctica

A Gram-negative, aerobic to microaerophilic rod was isolated from 10 m depths of the hypersaline, heliothermal and meromictic Ekho Lake (East Antarctica). The strain was oxidase- and catalase-positive, metabolized a variety of carboxylic acids and sugars and produced lipase. Cells had an absolute requirement for artificial sea water, which could not be replaced by NaCl. A large in vivo absorption band at 870 nm indicated production of bacteriochlorophyll a. The predominant fatty acids of this organism were 16:0 and 18:1omega7c, with 3-OH 10:0, 16:1omega7c and 18:0 in lower amounts. The main polar lipids were diphosphatidylglycerol, phosphatidylglycerol and phosphatidylcholine. Ubiquinone 10 was produced. The DNA G + C content was 67 mol%. 16S rRNA gene sequence comparisons indicated that the isolate represents a member of the Roseobacter clade within the alpha-Proteobacteria. The organism showed no particular relationship to any members of this clade but clustered on the periphery of the genera Jannaschia, Octadecabacter and 'Marinosulfonomonas' and the species Ruegeria gelatinovorans. Distinct morphological, physiological and genotypic differences to these previously described taxa supported the description of a new genus and a novel species, for which the name Roseisalinus antarcticus gen. nov., sp. nov. is proposed. The type strain is EL-88(T) (= DSM 11466(T) = CECT 7023(T)).

Streptomyces cocklensis sp nov., a dioxamycin-producing actinomycete

The taxonomic position of a streptomycete isolated from soil collected from Cockle Park Experimental Farm, Northumberland, UK, was determined by using a polyphasic approach. The organism had chemical and morphological features consistent with its classification in the genus Streptomyces. 16S rRNA gene sequence analysis supported classification of the strain in the genus Streptomyces and showed that it formed a distinct phyletic line loosely associated with members of the Streptomyces yeochonensis Glade. It was related most closely to Streptomyces paucisporeus 1413(T) (98.6%16S rRNA gene sequence similarity), but could be distinguished from the latter based on the low level of DNA DNA relatedness (40%). It was readily distinguished from the type strains of all species assigned to the S. yeochonensis clade based on a combination of phenotypic properties. Strain BK168(T) (=KACC 20908(T)=NCIMB 14704(T)) should therefore be classified as the type strain of a novel species of the genus Streptomyces, for which the name Streptomyces cocklensis sp. nov. is proposed. The organism produces the antibiotic dioxamycin.

Emergence of Klebsiella pneumoniae co-producing NDM-1, OXA-48, CTX-M-15, CMY-16, QnrA and ArmA in Switzerland

Extensively drug-resistant (XDR) Klebsiella pneumoniae isolates usually carry a single carbapenemase (e.g. KPC, NDM, OXA-48-like). Here we describe an XDR K. pneumoniae of sequence type 101 that was detected in the screening rectal swab of a patient transferred from the intensive care unit of a hospital located in Belgrade (Serbia) to Bern University Hospital (Switzerland). The isolate was resistant to all antibiotics with the exception of colistin [minimum inhibitory concentration] (MIC≤0.125μg/mL), tigecycline (MIC=0.5μg/mL) and fosfomycin (MIC=2μg/mL). The isolate co-possessed class B (NDM-1) and class D (OXA-48) carbapenemases, class A extended-spectrum β-lactamase (CTX-M-15), class C cephalosporinase (CMY-16), ArmA 16S rRNA methyltransferase, substitutions in GyrA and ParC, loss of OmpK35 porin, as well as other genes conferring resistance to quinolones (qnrA), tetracyclines [tet(A)], sulfonamides (sul1, sul2), trimethoprim (dfrA12, dfrA14), rifampicin (arr-1), chloramphenicol (cmlA1, floR) and streptomycin (aadA1). The patient was placed under contact isolation precautions preventing the spread of this nearly untreatable pathogen.

Colonization with resistant microorganisms in patients transferred from abroad: who needs to be screened?

BACKGROUND While multi-drug resistant organisms (MDRO) are a global phenomenon, there are significant regional differences in terms of prevalence. Traveling to countries with a high MDRO prevalence increases the risk of acquiring such an organism. In this study we determined risk factors for MDRO colonization among patients who returned from a healthcare system in a high-prevalence area (so-called transfer patients). Factors predicting colonization could serve as screening criteria to better target those at highest risk. METHODS This screening study included adult patients who had been exposed to a healthcare system abroad or in a high-prevalence region in Switzerland over the past six months and presented to our 950-bed tertiary care hospital between January 1, 2012 and December 31, 2013, a 24-month period. Laboratory screening tests focused on Gram-negative MDROs and methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). RESULTS A total of 235 transfer patients were screened and analyzed, of which 43 (18 %) were positive for an MDRO. Most of them yielded Gram-negative bacteria (42; 98 %), with only a single screening revealing MRSA (2 %); three screenings showed a combination of Gram-negative bacteria and MRSA. For the risk factor analysis we focused on the 42 Gram-negative MDROs. Most of them were ESBL-producing Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae while only two were carbapenemase producers. In univariate analysis, factors associated with screening positivity were hospitalization outside of Europe (p < 0.001), surgical procedure in a hospital abroad (p = 0.007), and - on admission to our hospital - active infection (p = 0.002), antibiotic treatment (p = 0.014) and presence of skin lesions (p = 0.001). Only hospitalization outside of Europe (Odds Ratio, OR 3.2 (95 % CI 1.5- 6.8)) and active infection on admission (OR 2.7 (95 % CI 1.07- 6.6)) remained as independent predictors of Gram-negative MDRO colonization. CONCLUSION Our data suggest that a large proportion of patients (i.e., 82 %) transferred to Switzerland from hospitals in high MDRO prevalence areas are unnecessarily screened for MDRO colonization. Basing our screening strategy on certain criteria (such as presence of skin lesions, active infection, antibiotic treatment, history of a surgical procedure abroad and hospitalization outside of Europe) promises to be a better targeted and more cost-effective strategy.

Possible ecological risks of transgenic organism release when transgenes affect mating success: Sexual selection and the Trojan gene hypothesis

Widespread interest in producing transgenic organisms is balanced by concern over ecological hazards, such as species extinction if such organisms were to be released into nature. An ecological risk associated with the introduction of a transgenic organism is that the transgene, though rare, can spread in a natural population. An increase in transgene frequency is often assumed to be unlikely because transgenic organisms typically have some viability disadvantage. Reduced viability is assumed to be common because transgenic individuals are best viewed as macromutants that lack any history of selection that could reduce negative fitness effects. However, these arguments ignore the potential advantageous effects of transgenes on some aspect of fitness such as mating success. Here, we examine the risk to a natural population after release of a few transgenic individuals when the transgene trait simultaneously increases transgenic male mating success and lowers the viability of transgenic offspring. We obtained relevant life history data by using the small cyprinodont fish, Japanese medaka (Oryzias latipes) as a model. Our deterministic equations predict that a transgene introduced into a natural population by a small number of transgenic fish will spread as a result of enhanced mating advantage, but the reduced viability of offspring will cause eventual local extinction of both populations. Such risks should be evaluated with each new transgenic animal before release.