Caracterização de beta-lactamases de espectro ampliado (ESBLs), genes de resistência aos antimicrobianos e conteúdo plasmidial em cepas de Escherichia coli e Salmonella spp. não tifóides isoladas do ambiente hospitalar e da comunidade

Enterobactérias produtoras de ESBLs são descritas tanto no ambiente hospitalar quanto na comunidade em todo o mundo. No Brasil, esses microrganismos também têm emergido como uma causa importante de infecções, sendo as enzimas CTX-M as prevalentes. O objetivo deste estudo foi analisar diferentes aspectos genotípicos relacionados à expressão da resistência aos antimicrobianos em cepas Escherichia coli e de Salmonella spp, tais como: a diversidade de ESBLs, os genes de resistência aos antimicrobianos e o conteúdo plasmidial. Os aspectos epidemiológicos das cepas produtoras de ESBLs também foram investigados. Foram estudadas 88 cepas de enterobactérias, sendo 43 E. coli e 45 cepas de Salmonella spp., de origem hospitalar e da comunidade (principalmente alimentos), isoladas na cidade do Rio de Janeiro. A expressão de ESBL foi observada em sete cepas de E. coli (7/43, 16,3%) e em uma cepa de Salmonella Typhimurium (1/45, 2,3%) e as enzimas foram identificadas como variantes de CTX-M e SHV-5, respectivamente. Entre as cepas de E. coli, a enzima CTX-M-2 foi a mais frequente (n = 4), sendo detectada em cepas isoladas de swab retal de pacientes hospitalizados, enquanto as enzimas CTX-M-59 (uma variante de CTX-M) (n = 1) e CTX-M-9 (n = 2) foram identificadas em cepas isoladas a partir de espécimes clínicos. Salmonella Typhimurium produtora de SHV-5 foi isolada do ambiente hospitalar (fórmula infantil). As cepas de E. coli produtoras das enzimas CTX-M pertenceram a grupos filogenéticos (A, B1, D) e STs (ST34, ST69, ST101) diferentes, sendo os genes blaCTX-M identificados em plasmídeos com tipo de replicon IncA/C de cerca de 150 kb (blaCTX-M-2, blaCTX-M-9, blaCTX-M-59) ou 80 kb (blaCTX-M-2). A cepa de S. Typhimurium produtora de SHV-5 pertenceu a um único clone (A-ST19) e o gene blaSHV-5 foi identificado em plasmídeo com o replicon IncL/M com aproximadamente 55Kb. Foi identificado pela primeira vez no Brasil o ST313 em um clone de S. Typhimurium (D-ST313), comumente associado com doenças invasivas severas, particulamente no continente africano. Genes que codificam para a resistência aos antimicrobianos não-beta-lactâmicos e integrons classe 1 foram identificados entre as cepas de E. coli e de Salmonella spp. multirresistentes produtoras ou não de ESBLs. Em conclusão: i) nossos resultados referentes à E. coli confirmaram a disseminação de enzimas CTX-M (principalmente variantes do grupo CTX-M-2) desde, pelo menos, o ano de 2000, em hospitais no Rio de Janeiro; demonstraram a implicação dos plasmídeos IncA/C na disseminação de genes blaCTX-M; indicaram a possível evolução intra-plasmídeo de blaCTX-M-59 a partir de blaCTX-M-2; a observação da diversidade e multiplicidade de plasmídeos poderiam fornecer plataformas genéticas para a dispersão de diferentes genes e/ou elementos de resistência aos antimicrobianos; ii) em relação à Salmonella spp. este estudo descreveu, pela primeira vez, o isolamento, a partir de fórmula infantil, de uma cepa de S. Typhimurium produtora de ESBL; foi demonstrada a associação do gene blaSHV-5 com plasmídeo do tipo IncL/M, que é considerado epidêmico; foi identificado o clone D-ST313 de S. Typhimurium, que está associado a doenças invasivas severas no continente africano, que reuniu cepas isoladas exclusivamente do ambiente hospitalar.

Caracterização molecular de isolados de Enterobacteriaceae produtores de beta-lactamases de espectro alargado (ESBLs) provenientes de suiniculturas de produção intensiva e extensiva de Portugal

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas

Mutation frequency of non-ESBL phenotype SENTRY (Asia-Pacific) isolates of Klebsiella pneumoniae conversion to an ESBL positive phenotype

Extended spectrum β-lactamases or ESBLs, which are derived from non-ESBL precursors by point mutation of β-lactamase genes (bla), are spreading rapidly all over the world and have caused considerable problems in the treatment of infections caused by bacteria which harbour them. The mechanism of this resistance is not fully understood and a better understanding of these mechanisms might significantly impact on choosing proper diagnostic and treatment strategies. Previous work on SHV β-lactamase gene, blaSHV, has shown that only Klebsiella pneumoniae strains which contain plasmid-borne blaSHV are able to mutate to phenotypically ESBL-positive strains and there was also evidence of an increase in blaSHV copy number. Therefore, it was hypothesised that although specific point mutation is essential for acquisition of ESBL activity, it is not yet enough, and blaSHV copy number amplification is also essential for an ESBL-positive phenotype, with homologous recombination being the likely mechanism of blaSHV copy number expansion. In this study, we investigated the mutation rate of non-ESBL expressing K. pneumoniae isolates to an ESBL-positive status by using the MSS-maximum likelihood method. Our data showed that blaSHV mutation rate of a non-ESBL expressing isolate is lower than the mutation rate of the other single base changes on the chromosome, even with a plasmid-borne blaSHV gene. On the other hand, mutation rate from a low MIC ESBL-positive (≤ 8 µg/mL for cefotaxime) to high MIC ESBL-positive (≥16 µg/mL for cefotaxime) is very high. This is because only gene copy number increase is needed which is probably mediated by homologous recombination that typically takes place at a much higher frequencies than point mutations. Using a subinhibitory concentration of novobiocin, as a homologous recombination inhibitor, revealed that this is the case.

Estudo fenotípico e molecular de resistência aos antimicrobianos em amostras clínicas e ambientais de enterobactérias

Buscamos detectar evidências da presença de genes envolvidos na produção de Enzimas Modificadoras de Aminoglicosídeos (EMAs), Beta-lactamases de espectro estendido (ESBLs) e Mecanismos Plasmidiais de Resistência a Quinolonas (PMQRs) em cepas de K. pneumoniae, K. ozaenae e E. coli isoladas de amostras de água de rios afluentes da Baía de Guanabara e de materiais clínicos de origem hospitalar, além de avaliar o "status sanitário" dos corpos aquáticos abordados no tocante à contaminação fecal recente e indicações de contaminação hospitalar e por outros ambientes de alta seletividade. As cepas de materiais clínicos foram selecionadas entre Maio e Julho de 2010, a partir da semeadura em meio de cultura contendo 8g/mL de gentamicina. As amostras de água foram coletadas em Abril e em Julho de 2009. Realizamos testes de colimetria, empregando para tal, a metodologia convencional e outra, na qual adicionamos 32g/mL de cefalotina e 8g/mL de gentamicina aos caldos Lactosado e Escherichia coli (caldo EC), a fim de detectar e quantificar coliformes resistentes. Para o isolamento das cepas empregamos meios de cultura contendo 32g/mL de cefalotina e 8g/mL de gentamicina. As cepas foram identificadas e submetidas a testes de susceptibilidade aos antimicrobianos (TSA), testes presuntivos para presença de ESBLs, extração de DNA plasmidial e ensaios de Reação em Cadeia de Polimerase (PCR) para a detecção dos genes. A utilização de agentes antimicrobianos nos testes de colimetria nos permitiu detectar a presença e quantificar coliformes totais e fecais resistentes nas amostras de água analisadas nos diferentes pontos. O TSA das cepas isoladas de amostras de água exibiu perfis de multirresistência, compatíveis com o de bactérias de origem hospitalar, semelhante ao encontrado nas cepas isoladas de materiais clínicos. Todas as cepas isoladas de amostras de água e 90% das cepas de materiais clínicos apresentaram pelo menos uma banda plasmidial. Os ensaios de PCR evidenciaram a presença de produtos de amplificação para EMAs, ESBLs e PMQRs, sendo que 7,4% das cepas de amostras de água e 20% das cepas de materiais clínicos apresentaram produtos de amplificação para as três classes de antimicrobianos. A realização de testes de colimetria empregando antimicrobianos, como gentamicina e cefalotina, pode ser uma ferramenta adicional importante ao teste convencional, quando o interesse for, o monitoramento e a prevenção de contaminação ambiental, especialmente associada a microrganismos carreando genes de resistência. O uso criterioso de antimicrobianos em atividades de cunho hospitalar e veterinário e medidas no sentido de prevenção de lançamento de esgoto e/ou tratamento dos efluentes, são fundamentais para o controle da disseminação de elementos genéticos de resistência transferíveis entre os microrganismos. A detecção e identificação de microrganismos apresentando elementos de resistência em ambiente extra-hospitalar como em água e solo, em particular, o emprego de testes de colimetria empregando antimicrobianos, se faz necessária, como forma de prevenção e controle de disseminação destes microrganismos com potencial de causar infecções em humanos e outros animais que eventualmente entram em contato com estes ambientes.

Disseminação horizontal de genes que codificam para β-lactamases de espectro alargado em isolados de enterobacteriaceae de origem hospitalar

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas

Estudo da suscetibilidade aos antibióticos em isolados de Enterobacteriaceae provenientes de suiniculturas Portuguesas

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas

The impact of antibiotic use on the incidence and resistance pattern of extended-spectrum beta-lactamase-producing bacteria in primary and secondary healthcare settings

Aims: The objective of the present study was to study the relationship between hospital antibiotic use, community antibiotic use and the incidence of extended-spectrum beta-lactamase (ESBL)-producing bacteria in hospitals, while assessing the impact of a fluoroquinolone restriction policy on ESBL-producing bacteria incidence rates. METHODS: The study was retrospective and ecological in design. A multivariate autoregressive integrated moving average (ARIMA) model was built to relate antibiotic use to ESB-producing bacteria incidence rates and resistance patterns over a 5 year period (January 2005-December 2009). Results: Analysis showed that the hospital incidence of ESBLs had a positive relationship with the use of fluoroquinolones in the hospital (coefficient = 0.174, P= 0.02), amoxicillin-clavulanic acid in the community (coefficient = 1.03, P= 0.03) and mean co-morbidity scores for hospitalized patients (coefficient = 2.15, P= 0.03) with various time lags. The fluoroquinolone restriction policy was implemented successfully with the mean use of fluoroquinolones (mainly ciprofloxacin) being reduced from 133 to 17 defined daily doses (DDDs)/1000 bed days (P <0.001) and from 0.65 to 0.54 DDDs/1000 inhabitants/day (P= 0.0007), in both the hospital and its surrounding community, respectively. This was associated with an improved ciprofloxacin susceptibility in both settings [ciprofloxacin susceptibility being improved from 16% to 28% in the community (P <0.001)] and with a statistically significant reduction in ESBL-producing bacteria incidence rates. Discussion: This study supports the value of restricting the use of certain antimicrobial classes to control ESBL, and demonstrates the feasibility of reversing resistance patterns post successful antibiotic restriction. The study also highlights the potential value of the time-series analysis in designing efficient antibiotic stewardship. © 2011 The Authors. British Journal of Clinical Pharmacology © 2011 The British Pharmacological Society.

Production of extended-spectrum β-lactamases and the potential indirect pathogenic role of Prevotella isolates from the cystic fibrosis respiratory microbiota

Extended-spectrum β-lactamase (ESBL) production and the prevalence of the β-lactamase-encoding gene blaTEM were determined in Prevotella isolates (n=50) cultured from the respiratory tract of adults and young people with cystic fibrosis (CF). Time-kill studies were used to investigate the concept of passive antibiotic resistance and to ascertain whether a β-lactamase-positive Prevotella isolate can protect a recognised CF pathogen from the action of ceftazidime in vitro. The results indicated that approximately three-quarters (38/50; 76%) of Prevotella isolates produced ESBLs. Isolates positive for ESBL production had higher minimum inhibitory concentrations (MICs) of β-lactam antibiotics compared with isolates negative for production of ESBLs (P<0.001). The blaTEM gene was detected more frequently in CF Prevotella isolates from paediatric patients compared with isolates from adults (P=0.002), with sequence analysis demonstrating that 21/22 (95%) partial blaTEM genes detected were identical to blaTEM-116. Furthermore, a β-lactamase-positive Prevotella isolate protected Pseudomonas aeruginosa from the antimicrobial effects of ceftazidime (P=0.03). Prevotella isolated from the CF respiratory microbiota produce ESBLs and may influence the pathogenesis of chronic lung infection via indirect methods, including shielding recognised pathogens from the action of ceftazidime.

Evolution of Drug Resistance: Insight on TEM -Lactamases Structure and Activity and Beta-Lactam Antibiotics

Extended-spectrum β-lactamases (ESBLs) prevalence was studied in the north of Portugal, among 193 clinical isolates belonging to citizens in a district in the boundaries between this country and Spain from a total of 7529 clinical strains. In the present study we recovered some members of Enterobacteriaceae family, producing ESBL enzymes, including Escherichia coli (67.9%), Klebsiella pneumoniae (30.6%), Klebsiella oxytoca (0.5%), Enterobacter aerogenes (0.5%), and Citrobacter freundii (0.5%). β-lactamases genes blaTEM, blaSHV, and blaCTX-M were screened by polymerase chain reaction (PCR) and sequencing approaches. TEM enzymes were among the most prevalent types (40.9%) followed by CTX-M (37.3%) and SHV (23.3%). Among our sample of 193 ESBL-producing strains 99.0% were resistant to the fourth-generation cephalosporin cefepime. Of the 193 isolates 81.3% presented transferable plasmids harboring genes. Clonal studies were performed by PCR for the enterobacterial repetitive intragenic consensus (ERIC) sequences. This study reports a high diversity of genetic patterns. Ten clusters were found for E. coli isolates and five clusters for K. pneumoniae strains by means of ERIC analysis. In conclusion, in this country, the most prevalent type is still the TEM-type, but CTX-M is growing rapidly.

Les Escherichia coli pathogènes extra-intestinaux (ExPEC) et la résistance aux antimicrobiens des carcasses de poulets au détail au Vietnam

Les marchés traditionnels et maintenant les supermarchés approvisionnent les demandes sans cesse en augmentation pour la viande de volaille au Vietnam. Peu d’études ont examiné la présence des E. coli pathogènes extra-intestinaux (ExPEC), une cause commune d’infection urinaire chez les humains, de même que la résistance aux antimicrobiens, la multi-résistance des Escherichia coli dans la viande de volaille au Vietnam. Le but de cette étude était d’évaluer la salubrité de la viande de volaille au Vietnam et de comparer les patrons de résistance aux antimicrobiens entre le Canada et le Vietnam. Des carcasses fraîches et congelées des marchés traditionnels et des supermarchés ont été échantillonnées au Vietnam. Les E. coli obtenus par rinçage des carcasses ont été caractérisé pour les gènes de virulence ExPEC (iucD, cnf, papC, tsh, Kps, afa, sfa) et pour la résistance aux antimicrobiens, phénotypiquement (Sensititre Aris®) et génotypiquement par PCR. Une multi-résistance et une fréquence élevée de résistance aux antimicrobiens d’importance pour les humains ont été détectées dans les isolats ExPEC. Les E. coli producteurs de β-lactamases à spectre élargi et de type AmpC et les gènes de résistance CTX-M et CMY correspondant ont été détectés. Des isolats multi-résistants BLSE putatif ont été identifiés appartenant au phylogroupe F. Les stratégies sur les antimicrobiens employés sur la ferme au Canada et au Vietnam pourraient influencer les profils de résistance des E. coli provenant des carcasses de poulets. En conclusion, la présence des ExPEC, la fréquence élevée de la résistance aux antimicrobiens et la détection des beta-lactamases soulignent la présence de danger pour la santé humaine de la viande de volaille crue ou insuffisamment cuite au Vietnam.

Perfil microbiológico, prevalencia de resistencia antibiótica y patrones de susceptibilidad en infección urinaria en una población pediátrica

Introducción: El incremento de la resistencia antibiótica se considera un problema de salud pública con consecuencias clínicas y económicas, por lo tanto se determinará la prevalencia de resistencia antibiótica en Infección del Tracto Urinario (ITU, el perfil microbiológico y los patrones de susceptibilidad en una población pediátrica atendida en la Fundación Cardioinfantil. Materiales y métodos: Estudio observacional de corte transversal, retrospectivo, entre 1 mes a 18 años de edad, con diagnóstico de ITU comunitaria atendidos entre Enero de 2011 y Diciembre de 2013. Se excluyeron pacientes con dispositivos en la vía urinaria, instrumentación quirúrgica previa, trayectos fistulosos entre la vía urinaria y sistema digestivo, ITU luego de 48 horas de hospitalización y recaída clínica en tratamiento. Se estableció la prevalencia de ITU resistente y se realizó un análisis descriptivo de la información. Resultados: Se evaluaron 385 registros clínicos, con una mediana de 1.08 años (RIQ 0.8 – 4.08), el 73.5% eran niñas. La fiebre predominó (76.5%), seguido de emesis (32.0%), disuria (23.7%) y dolor abdominal (23.1%). El uropatógeno más frecuente fue E.coli (75%), seguido de Proteus mirabilis (8.5%) y Klebsiella spp. (8.3%). La Ampicilina, el Trimetropim sulfametoxazol, la Ampicilina sulbactam y el ácido nalidixico tuvieron mayor tasa de resistencia. La prevalencia de BLEE fue 5.2% y AmpC 3.9%. La prevalencia de resistencia antimicrobiana fue de 11.9%. Conclusiones: La E.coli es el uropatogeno más frecuentemente aislado en ITU, con resistencia a la ampicilina en 60.2%, cefalosporinas de primera generación en 15.5%, trimetropin sulfametoxazol en 43.9%, cefepime 4.8%. La prevalencia de resistencia antimicrobiana fue de 11.9%.

Complete sequence and molecular epidemiology of IncK epidemic plasmid encoding bla(CTX-M-14)

Antimicrobial drug resistance is a global challenge for the 21st century with the emergence of resistant bacterial strains worldwide. Transferable resistance to beta-lactam antimicrobial drugs, mediated by production of extended-spectrum beta-lactamases (ESBLs), is of particular concern. In 2004, an ESBL-carrying IncK plasmid (pCT) was isolated from cattle in the United Kingdom. The sequence was a 93,629-bp plasmid encoding a single antimicrobial drug resistance gene, bla(CTX-M-14). From this information, PCRs identifying novel features of pCT were designed and applied to isolates from several countries, showing that the plasmid has disseminated worldwide in bacteria from humans and animals. Complete DNA sequences can be used as a platform to develop rapid epidemiologic tools to identify and trace the spread of plasmids in clinically relevant pathogens, thus facilitating a better understanding of their distribution and ability to transfer between bacteria of humans and animals.

Community-onset Escherichia coli infection resistant to expanded- spectrum cephalosporins in low-prevalence countries

Background
By global standards the prevalence of community onset expanded-spectrum cephalosporin resistant Escherichia coli (ESC-R-EC) remains low in Australia and New Zealand. Of concern, our countries are in a unique position with high extramural resistance pressure from close population and trade links to Asia-Pacific neighbours with high ESC-R-EC rates. We aim to characterize the risks and dynamics of community onset ESC-R-EC in our low-prevalence region.

Methods
A case-control methodology was used. Patients with ESC-R-EC or susceptible E. coli isolated from blood or urine were recruited at six geographically dispersed tertiary hospitals in Australia and New Zealand. Epidemiological data was prospectively collected and bacteria were retained for analysis.

Results
In total, 182 patients (91 cases and 91 controls) were recruited. Multivariate logistic regression identified risk factors for ESC-R amongst E. coli including birth on the Indian subcontinent (OR=11.13, 2.17-56.98, p=0.003), urinary tract infection in the past year (per infection OR=1.430, 1.13-1.82, p=0.003), travel to South East Asia, China, Indian subcontinent, Africa and the Middle East (OR=3.089, 1.29-7.38, p=0.011), prior exposure to trimethoprim+/-sulfamethoxazole &/or an expanded-spectrum cephalosporin (OR=3.665, 1.30-10.35, p=0.014) and healthcare exposure in the previous six months (OR=3.16, 1.54-6.46, p=0.02).

Amongst our ESC-R-EC the blaCTX-M ESBLs was dominant (83% of ESC-R-EC), and the worldwide pandemic clone ST-131 was frequent (45% of ESC-R-EC).

Conclusion
In our low prevalence setting, ESC-R amongst community onset E. coli may be associated with both ‘export’ from healthcare facilities into the community and direct ‘import’ into the community from high-prevalence regions.

High Prevalence of bla(CTX-M) Extended Spectrum Beta-Lactamase Genes in Klebsiella pneumoniae Isolates from a Tertiary Care Hospital: First report of bla(SHV-12), bla(SHV-31), bla(SHV-38), and bla(CTX-M-15) in Brazil

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)