Molecular investigation of carbapenem and colistin resistance mechanisms in klebsiella pneumoniae bloodstream isolates

Abstract

Carbapenem-Resistant Klebsiella pneumoniae (CRKp) infections are worrying health problems due to decreasing treatment options. This study investigates the carbapenemase (OXA-23,24, 48, 51, 55, 58, KPC, NDM-1, VIM, IMP) and mcr-1 genes of the CRKps isolates A total of 33 CRKp isolates isolated from patient blood samples from the Dicle University Medical Faculty Hospital, intensive care units (ICUs) between February 2020 and June 2020, were included in the study. The presence of carbapenemase encoding genes -including all CRKp isolates, bla OXA-23, 24, 48, 58, bla KPC, blaNDM-1, bla VIM, bla IMP- were investigated by multiplex Polymerase Chain Reaction (PCR). CRKp isolates were tested for mcr-1 gene and bla OXA-51, bla OXA-55 genes by monoplex PCR. All CRKp isolates studied with Kirby Bauer Disc Diffusion Method (DDM) (100%) were resistant to ertapenem, 9 (27.27%) resistant to imipenem, and 23 (69.70%) were resistant to meropenem. 20 (60.61%) of the isolates were found resistant to colistin. bla OXA-48, bla NDM-1 and bla OXA-24 genes were found in 75.76% (n = 25), 6.06% (n = 2) and 3.03% (n = 1) isolates, respectively. Both bla OXA-48 and bla NDM-1 genes were detected in two (6.06%) isolates and mcr-1 gene in 16 (48.48%) isolates. While the mean hospitalization was 20.3 days in 13 patients with a colistin minimum inhibitory concentration (MIC) of 2 μg/ml, it was 33.9 days in 20 patients with a colistin MIC of > 2 μg/ml. The average length of stay in the hospital was 21.8 days in mcr-1 negative patients and 35.7 days in mcr-1 positive patients. Carbapenemase and mcr-1 positivities were found at dramatically high rates in Diyarbakır, Turkey. It was indicated that plasmid-mediated antimicrobial resistance in Kp isolates was problematic. Each hospital should monitor the colistin and carbapenem resistance mechanisms by molecular methods. Colistin resistance should be confirmed by the broth microdilution method (BMD).

Karbapenem Dirençli Klebsiella pneumoniae (KDKp) enfeksiyonları azalan tedavi seçenekleri nedeniyle endişe verici sağlık sorunları oluşturmaktadır. Bu çalışmada, KDKp izolatlarının karbapenemaz (OXA-23,24, 48, 51, 55, 58, KPC, NDM-1, VIM, IMP) ve mcr-1 genleri araştırılmaktadır. Dicle Üniversitesi Tıp Fakültesi Hastanesi yoğun bakım ünitelerinden (YBÜ) Şubat 2020 ile Haziran 2020 tarihleri arasında alınan hasta kan örneklerinden izole edilen toplam 33 KDKp izolatı çalışmaya dahil edildi. Tüm KDKp izolatları, bla OXA-23, 24, 48, 58, bla KPC, blaNDM-1, bla VIM, bla IMP dahil olmak üzere karbapenemaz kodlayan genlerin varlığı multipleks Polimeraz Zincir Reaksiyonu (PZR) ile araştırıldı. KDKp izolatları monoplex PZR ile mcr- 1 geni ve bla OXA-51, bla OXA-55 genleri için test edildi. Kirby Bauer Disk Difüzyon Test (DDT) (%100) ile çalışılan tüm KDKp izolatları ertapenem’e dirençliydi; 9’u (%2.27) imipeneme, 23’ü (%69.70) meropeneme dirençliydi. İzolatların 20’si (%60,61) kolistine dirençli bulundu. bla OXA-48, bla NDM-1 ve bla OXA-24 genleri sırasıyla %75.76 (n=25), %6.06 (n=2) ve %3.03 (n=1) izolatında bulundu. İki (%6.06) izolatta hem bla OXA-48 hem de bla NDM-1 genleri, 16 (%48,48) izolatta mcr-1 geni saptandı. Kolistin minimum inhibitör konsantrasyonu (MİK) değeri 2 μg/ml olan 13 hastada ortalama yatış süresi 20.3 gün iken, kolistin MİK değeri > 2 μg/ml olan 20 hastada 33.9 gündü. Hastanede ortalama kalış süresi mcr-1 negatif hastalarda 21.8 gün, mcr-1 pozitif hastalarda 35.7 gündü. Karbapenemaz ve mcr- 1 pozitiflikleri Diyarbakır, Türkiye’de çarpıcı biçimde yüksek oranlarda bulundu. Kp izolatlarında plazmit aracılı antimikrobiyal direncin sorunlu olduğu belirtildi. Her hastane moleküler yöntemlerle kolistin ve karbapenem direnç mekanizmalarını izlemelidir. Kolistin direnci sıvı mikrodilüsyon yöntemi ile doğrulanmalıdır.