Carbapenems: past, present, and future

In this review, we summarize the current "state of the art" of carbapenem antibiotics and their role in our antimicrobial armamentarium. Among the β-lactams currently available, carbapenems are unique because they are relatively resistant to hydrolysis by most β-lactamases, in some cases act as "slow substrates" or inhibitors of β-lactamases, and still target penicillin binding proteins. This "value-added feature" of inhibiting β-lactamases serves as a major rationale for expansion of this class of β-lactams. We describe the initial discovery and development of the carbapenem family of β-lactams. Of the early carbapenems evaluated, thienamycin demonstrated the greatest antimicrobial activity and became the parent compound for all subsequent carbapenems. To date, more than 80 compounds with mostly improved antimicrobial properties, compared to those of thienamycin, are described in the literature. We also highlight important features of the carbapenems that are presently in clinical use: imipenem-cilastatin, meropenem, ertapenem, doripenem, panipenem-betamipron, and biapenem. In closing, we emphasize some major challenges and urge the medicinal chemist to continue development of these versatile and potent compounds, as they have served us well for more than 3 decades.

Meropenem alone and in combination with vancomycin in experimental meningitis caused by a penicillin-resistant pneumococcal strain

In a rabbit model of meningitis caused by a pneumococcus highly resistant to penicillin (MIC, 4 microg/ml), meropenem, a broad-spectrum carbapenem, was bactericidal (-0.48+/-0.14 deltalog10 cfu/ml h) and slightly superior to ceftriaxone (-0.34+/-0.23 deltalog10 cfu/ml x h) and vancomycin (-0.39+/-0.19 deltalog10 cfu/ml x h). Although the combination of vancomycin with ceftriaxone was significantly more active than ceftriaxone alone (-0.55+/-0.19 deltalog10 cfu/ml x h), only an insignificant gain was observed by the addition of vancomycin to meropenem (-0.55+/-0.28 deltalog10 cfu/ml x h).

Extended-spectrum cephalosporin-resistant Gram-negative organisms in livestock: an emerging problem for human health?

Escherichia coli, Salmonella spp. and Acinetobacter spp. are important human pathogens. Serious infections due to these organisms are usually treated with extended-spectrum cephalosporins (ESCs). However, in the past two decades we have faced a rapid increasing of infections and colonization caused by ESC-resistant (ESC-R) isolates due to production of extended-spectrum-β-lactamases (ESBLs), plasmid-mediated AmpCs (pAmpCs) and/or carbapenemase enzymes. This situation limits drastically our therapeutic armamentarium and puts under peril the human health. Animals are considered as potential reservoirs of multidrug-resistant (MDR) Gram-negative organisms. The massive and indiscriminate use of antibiotics in veterinary medicine has contributed to the selection of ESC-R E. coli, ESC-R Salmonella spp. and, to less extent, MDR Acinetobacter spp. among animals, food, and environment. This complex scenario is responsible for the expansion of these MDR organisms which may have life-threatening clinical significance. Nowadays, the prevalence of food-producing animals carrying ESC-R E. coli and ESC-R Salmonella (especially those producing CTX-M-type ESBLs and the CMY-2 pAmpC) has reached worryingly high values. More recently, the appearance of carbapenem-resistant isolates (i.e., VIM-1-producing Enterobacteriaceae and NDM-1 or OXA-23-producing Acinetobacter spp.) in livestock has even drawn greater concerns. In this review, we describe the aspects related to the spread of the above MDR organisms among pigs, cattle, and poultry, focusing on epidemiology, molecular mechanisms of resistance, impact of antibiotic use, and strategies to contain the overall problem. The link and the impact of ESC-R organisms of livestock origin for the human scenario are also discussed.

Detection, treatment, and prevention of carbapenemase-producing Enterobacteriaceae : Recommendations from an International Working Group

The prevalence of carbapenemase-producing Enterobacteriaceae (CPE) has increased during the past 10 years. Its detection is frequently difficult, because they do not always show a minimum inhibitory concentration (MIC) value for carbapenems in the resistance range. Both broth microdilution and agar dilution methods are more sensitive than disk diffusion method, Etest and automated systems. Studies on antimicrobial treatment are based on a limited number of patients; therefore, the optimal treatment is not well established. Combination therapy with two active drugs appears to be more effective than monotherapy. Combination of a carbapenem with another active agent — preferentially an aminoglycoside or colistin — could lower mortality provided that the MIC is #4 mg/l and probably #8 mg/l, and is administered in a higher-dose/prolonged-infusion regimen. An aggressive infection control and prevention strategy is recommended, including reinforcement of hand hygiene, using contact precautions and early detection of CPE through use of targeted surveillance.

High colonization rates of extended-spectrum β-lactamase (ESBL)-producing Escherichia coli in Swiss Travellers to South Asia- a prospective observational multicentre cohort study looking at epidemiology, microbiology and risk factors.

BACKGROUND International travel contributes to the worldwide spread of multidrug resistant Gram-negative bacteria. Rates of travel-related faecal colonization with extended-spectrum β-lactamase (ESBL)-producing Enterobacteriaceae vary for different destinations. Especially travellers returning from the Indian subcontinent show high colonization rates. So far, nothing is known about region-specific risk factors for becoming colonized. METHODS An observational prospective multicentre cohort study investigated travellers to South Asia. Before and after travelling, rectal swabs were screened for third-generation cephalosporin- and carbapenem-resistant Enterobacteriaceae. Participants completed questionnaires to identify risk factors for becoming colonized. Covariates were assessed univariately, followed by a multivariate regression. RESULTS Hundred and seventy persons were enrolled, the largest data set on travellers to the Indian subcontinent so far. The acquired colonization rate with ESBL-producing Escherichia coli overall was 69.4% (95% CI 62.1-75.9%), being highest in travellers returning from India (86.8%; 95% CI 78.5-95.0%) and lowest in travellers returning from Sri Lanka (34.7%; 95% CI 22.9-48.7%). Associated risk factors were travel destination, length of stay, visiting friends and relatives, and eating ice cream and pastry. CONCLUSIONS High colonization rates with ESBL-producing Enterobacteriaceae were found in travellers returning from South Asia. Though risk factors were identified, a more common source, i.e. environmental, appears to better explain the high colonization rates.

Double Copies of bla(KPC-3)::Tn4401a on an IncX3 Plasmid in Klebsiella pneumoniae Successful Clone ST512 from Italy.

A carbapenem-resistant sequence type 512 (ST512) Klebsiella pneumoniae carbapenemase 3 (KPC-3)-producing K. pneumoniae strain showing a novel variant plasmid content was isolated in Palermo, Italy, in 2014. ST512 is a worldwide successful clone associated with the spread of bla(KPC) genes located on the IncFIIk pKpQIL plasmid. In our ST512 strain, the bla(KPC-3) gene was unusually located on an IncX3 plasmid, whose complete sequence was determined. Two copies of bla(KPC-3)::Tn4401a caused by intramolecular transposition events were detected in the plasmid.

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.

Enterobacteriaceae produtoras de carbapenemases : um novo desafio no controlo da infecção hospitalar

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

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.

Methicillin-resistant Staphylococcus aureus bacteremia:epidemiology, outcome, and laboratory characteristics in a tertiary referral center in the UK

Objective: To analyze the recent epidemiology of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) bacteremia in a UK tertiary referral center. Methods: We collected epidemiological and laboratory data on all cases of MRSA bacteremia from September 1, 2005 to December 31, 2007. Results: There were 195 clinically significant episodes. Most were hospital-acquired. Only one episode occurred in patients without a history of hospital admission in the previous 12 months. An intravascular device was the most common focus of infection (37%), with no identifiable source found in 35% of episodes. Twenty-eight percent of patients died within 30 days of bacteremia. Mortality was significantly higher in the absence of an identifiable focus. Failure to include an antibiotic active against MRSA in the empirical treatment was only significantly associated with death in patients showing signs of hemodynamic instability (p < 0.001). No isolates had a minimum inhibitory concentration to vancomycin above 1.5. mg/l and no heteroresistance to glycopeptide antibiotics (heteroresistant vancomycin-intermediate Staphylococcus aureus; hVISA) was detected. All isolates were sensitive to daptomycin, tigecycline, and linezolid. Conclusions: Despite improvement in infection control measures, medical devices remain the most common source of infection. Inappropriate empirical antibiotic usage is associated with a poor outcome in patients with signs of severe sepsis. Susceptibility to glycopeptides and newer antibiotics remains good. © 2010 International Society for Infectious Diseases.

Characterization of the poxAB Operon Encoding a Class D Carbapenemase in Pseudomonas aeruginosa,

Pseudomonas aeruginosa is a dreaded opportunistic pathogen that causes severe and often intractable infections in immunocompromised and critically ill patients. This bacterium is also the primary cause of fatal lung infections in patients with cystic fibrosis and a leading nosocomial pathogen responsible for nearly 10% of all hospital-acquired infections. P. aeruginosa is intrinsically recalcitrant to most classes of antibiotics and has the ability to acquire additional resistance during treatment. In particular, resistance to the widely used β-lactam antibiotics is frequently mediated by the expression of AmpC, a chromosomally encoded β-lactamase that is ubiquitously found in P. aeruginosa strains. This dissertation delved into the role of a recently reported chromosomal β-lactamase in P. aeruginosa called PoxB. To date, no detailed studies have addressed the regulation of poxB expression and its contribution to β-lactam resistance in P. aeruginosa. In an effort to better understand the role of this β-lactamase, poxB was deleted from the chromosome and expressed in trans from an IPTG-inducible promoter. The loss of poxB did not affect susceptibility. However, expression in trans in the absence of ampC rendered strains more resistant to the carbapenem β-lactams. The carbapenem-hydrolyzing phenotype was enhanced, reaching intermediate and resistant clinical breakpoints, in the absence of the carbapenem-specific outer membrane porin OprD. As observed for most class D β-lactamases, PoxB was only weakly inhibited by the currently available β-lactamase inhibitors. Moreover, poxB was shown to form an operon with the upstream located poxA, whose expression in trans decreased pox promoter (Ppox) activity suggesting autoregulation. The transcriptional regulator AmpR negatively controlled Ppox activity, however no direct interaction could be demonstrated. A mariner transposon library identified genes involved in the transport of polyamines as potential regulators of pox expression. Unexpectedly, polyamines themselves were able induce resistance to carbapenems. In summary, P. aeruginosa carries a chromosomal-encoded β-lactamase PoxB that can provide resistance against the clinically relevant carbapenems despite its narrow spectrum of hydrolysis and whose activity in vivo may be regulated by polyamines.

Extração, caracterização e prospecção de atividades farmacológicas de polissacarídeos sulfatados da macroalga verde Caulerpa prolifera

This study aimed to extract, characterize and conduct a prospective analysis of pharmacological activities of sulfated polysaccharides from green seaweed Caulerpa prolifera. Seven fractions (CP-0.3/CP-0.5/CP-0.7/CP-0.9/CP-1.1/CP-1.5/CP-2.0) were obtained from C. prolifera by alkaline proteolysis followed by sequential precipitation in acetone. The physicochemical analyzes indicated that C. prolifera synthesizes a homogalactan (CP-0.9) and different populations of sulfated heteropolysaccharides. In the analysis of anticoagulant activity, all fractions except CP-0.3, influenced the intrinsic coagulation pathway. All fractions showed antioxidant activity in six different assays being more pronounced in hydrogen peroxide scavenging assay, especially CP-0.3, CP-0.7 and CP-0.9 (which obtained 61% of hydrogen peroxide scavenging), in ferric chelation assay (especially CP-0.9 with 56% chelation) and cupric chelation assay (especially CP-2.0 with 78% chelation). With respect to immunomodulatory activity, the presence of CP-0.3, CP-0.7 and CP-0.9 showed an immunogenic potential, increasing the production of nitric oxide (NO) by 48, 142 and 163 times, respectively. Conversely, the NO synthesis fell 73% after the activation of macrophages by LPS, incubated concurrently with CP-2.0. The anti-adipogenic activity of the fractions was also evaluated and CP-1.5 was able to reduce the differentiation of pre-adipocytes (3T3-L1) into adipocytes by 60%, without affecting the cell viability. The fractions CP-0.3, CP-0.5 and CP-0.9 reduced the viability of the HeLa cells (human cervical adenocarcinoma) by 55% and CP-1.5 reduced the viability of the 786-0 cells (human renal adenocarcinoma) by 75%. Leishmanicidal activity and microbicide effect against Carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae (KPC) have not been identified. However, the viability of Staphylococcus epidermidis was reduced by 23.8% in the presence of CP -1.5. All fractions were able to change the formation of calcium oxalate crystals. CP-0.3, CP-0.5 and CP-1.1 only promoted the formation of COD type crystals with a very small size (1 μm). Confocal microscopy and zeta potential data of crystals formed in the presence of the samples showed that the polysaccharides present in the fractions must interact with calcium ions present throughout the crystal lattice, affecting the growth and morphology of crystals The results described herein indicate that the fractions rich in polysaccharides obtained from the green seaweed C. prolifera present a multi therapeutic potential, and subsequent purification steps, as well as research on the mechanisms of action by which these polymers act should be investigated.

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.

Antimicrobial susceptibility of Pseudomonas aeruginosa isolated from cystic fibrosis patients through Northern Europe

Pseudomonas aeruginosa is a major cause of morbidity and mortality in cystic fibrosis patients. This study compares the antimicrobial susceptibility of 153 P. aeruginosa isolates from the United Kingdom (UK) (n=58), Belgium (n=44), and Germany (n=51) collected from 120 patients during routine visits over the 2006-2012 period. MICs were measured by broth microdilution. Genes encoding extended spectrum β-lactamases (ESBL), metallo-β-lactamases and carbapenemases were detected by PCR. Pulsed Field Gel Electrophoresis and Multi-Locus Sequence Typing were performed on isolates resistant to ≥ 3 antibiotic classes among penicillins/cephalosporins, carbapenems, fluoroquinolones, aminoglycosides, polymyxins. Based on EUCAST/CLSI breakpoints, susceptibility was ≤ 30%/≤ 40% (penicillins, ceftazidime, amikacin, ciprofloxacin), 44-48%/48-63% (carbapenems), 72%/72% (tobramycin), and 92%/78% (colistin) independently of patient's age. Sixty percent of strains were multidrug resistant (MDR; European Centre for Disease prevention and Control criteria). Genes encoding ESBL (most prevalent BEL, PER, GES, VEB, CTX-M, TEM, SHV, and OXA), metallo β-lactamases (VIM, IMP, NDM), or carbapenemases (OXA-48, KPC) were not detected. The Liverpool Epidemic Strain (LES) was prevalent in UK isolates only (75% of MDR isolates). Four MDR ST958 isolates were found spread over the three countries. The other MDR clones were evidenced in ≤ 3 isolates and localized in a single country. A new sequence type (ST2254) was discovered in one MDR isolate in Germany. Clonal and non-clonal isolates with different susceptibility profiles were found in 21 patients. Thus, resistance and MDR are highly prevalent in routine isolates from 3 countries, with carbapenem (meropenem), tobramycin and colistin remaining the most active drugs.

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. pneumoniae species 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. pneumoniae strains 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. pneumoniae NTUHK2044, a transposase gene InsH of IS5-13 was found inserted.