Nozokomiyal
Çok İlaca Dirençli Acinetobacter baumannii İzolatlarında Oksasilinaz
Genlerinin
Multipleks PCR ile Araştırılması ve Klonal İlişkilerinin Rep-PCR ile
Değerlendirilmesi
Investigation
of Oxacillinase Genes in Nosocomial Multidrug-Resistant Acinetobacter
baumannii
Isolates by Multiplex PCR and Evaluation of Their Clonal Relationship with
Rep-PCR
Berrin SARI1, Irmak BARAN2, Sema ALAÇAM3, İpek MUMCUOĞLU2, Şenol KURŞUN2, Neriman AKSU2
1 Bolu İzzet Baysal Devlet Hastanesi, Tıbbi Mikrobiyoloji Bölümü, Bolu.
1 Bolu İzzet Baysal State Hospital, Medical Microbiology Unit, Bolu, Turkey.
2 Ankara Numune Eğitim ve Araştırma Hastanesi, Tıbbi Mikrobiyoloji Kliniği, Ankara.
2 Ankara Numune Training and Research Hospital, Medical Microbiology Clinic, Ankara, Turkey.
3 Balıkesir Halk Sağlığı Laboratuvarı, Balıkesir.
3 Balıkesir Public Health Laboratory, Balıkesir, Turkey.
ÖZ
Hastanede yatan hastalarda morbidite ve mortalitesi yüksek enfeksiyonlara yol açan Acinetobacter baumannii, önemli bir nozokomiyal patojendir. Birçok antibiyotik sınıfına, özellikle de karbapenemlere direnç geliştirmesi nedeniyle A.baumannii ciddi bir klinik problem haline gelmiştir. Bu çalışmanın amacı, çok ilaca dirençli (ÇİD) A.baumannii suşlarında karbapenem direncinden sorumlu oksasilinaz genlerinin araştırılması ve bu suşlar arasındaki klonal ilişkinin değerlendirilmesidir. Çalışmaya, Şubat-Mart 2012 tarihleri arasında hastanemizin yoğun bakım üniteleri (n= 42) ve diğer servislerinde (n= 20) yatan hastalara ait çeşitli klinik örneklerden (24 trakeal aspirat, 14 yara, 10 kan, 7 idrar, 2 apse, 2 balgam, 2 kateter ucu, 1 plevral sıvı) izole edilen toplam 62 ÇİD A.baumannii suşu dahil edilmiştir. İzolatlarının tanımlanması ve antibiyotik duyarlılıklarının tespiti Vitek-2 otomatize sistemi (bioMérieux, Fransa) ile yapılmış; bakteri tanımlamasının doğrulanması için Maldi Biotyper (Bruker Daltonics, Almanya) sistemi kullanılmıştır. İmipenem, meropenem, kolistin ve tigesiklin duyarlılığı ek olarak E-test (bioMérieux, Fransa) ile değerlendirilmiştir. Karbapenemaz üretiminden sorumlu OXA tipi genlerin (blaOXA-23-like, blaOXA-40-like, blaOXA-51-like, blaOXA-58-like) varlığı multipleks PCR yöntemiyle (Hyplex® CarbOxa ID test system, Amplex Diagnostics, Almanya) araştırılmış; izolatlar arasındaki klonal ilişki rep-PCR (DiversiLab, bioMérieux, Fransa) yöntemiyle incelenmiştir. Çalışmamızda tüm suşların ampisilin-sulbaktam, piperasilin, piperasilin-tazobaktam, seftazidim, sefepim, imipenem, meropenem, siprofloksasin, levofloksasin ve tetrasikline dirençli olduğu saptanmış; amikasin, gentamisin, trimetoprim-sülfametoksazol, netilmisin ve tigesikline direnç oranları ise sırasıyla; %88.7, %88.7, %82.3, %43.5 ve %27.4 olarak belirlenmiştir. Çalışılan tüm izolatların kolistine duyarlı olduğu bulunmuştur. Çalışmaya alınan tüm suşlar blaOXA-23-like ve blaOXA-51-like genleri için pozitif bulunurken, hiçbirinde blaOXA-40-like, ve blaOXA-58-like genleri saptanamamıştır. Aynı zaman diliminde, ÇİD A.baumannii suşlarının izole edildiği hastaların bulunduğu servislerden alınan çevresel örneklerin kültüründe A.baumannii üremesi olmamıştır. İzolatlar arasındaki klonal ilişki incelendiğinde; %95'in üzerinde benzerlik gösteren 48 suşun (%77.4) bir büyük kümeyi (Küme A) oluşturduğu izlenmiş, geri kalan 14 izolatın içinde de %95'in üzerinde benzerliğe sahip herbiri ikişer izolat içeren 3 küçük küme daha oluşmuştur (Küme B, C, D). Küme A'da bulunan izolatların çoğu (%58.3) cerrahi yoğun bakım (CYB) ünitesinde yatan hastalardan elde edilmiş; bu kümeye ait ilk izolatın da yine aynı ünitede yatan bir hastadan izole edildiği dikkati çekmiştir. Bu durum, salgının muhtemelen CYB servisinden kaynaklandığını ve Küme A'da bulunan izolatların hasta/tıbbi cihaz/eşya transferi ile diğer servislere yayıldığını düşündürmüştür. Sonuç olarak çalışmamızda, nozokomiyal ÇİD A.baumannii izolatlarının antibiyotiklere yüksek oranda dirençli olduğu ve tümünün blaOXA-23 direnç genini taşıdığı gösterilmiştir. Bu izolatların rep-PCR ile analizleri, aynı atadan kaynaklanan, kısa süre önce birbirinden ayrılmış, çok yakın ilişkili suşlar olduklarını ortaya koymuştur. Bu durum, hastanemizde yatan hastalar için tedavi seçeneklerinin çok sınırlı olduğunu ve enfeksiyon kontrol önlemlerinin artırılması gerektiğini vurgulamaktadır.
Anahtar sözcükler: Acinetobacter baumannii; karbapenem; antimikrobiyal direnç; rep-PCR.
ABSTRACT
Acinetobacter baumannii is a major nosocomial pathogen which can cause infections with high morbidity and mortality in hospitalized patients. In recent years A.baumannii has become a serious clinical problem because of the development of resistance to many antibiotics, and especially to carbapenems. The aims of this study were to investigate the oxacillinase genes responsible for carbapenem resistance in multidrug resistant (MDR) A.baumannii strains and to evaluate the clonal relationship between these strains. A total of 62 MDR A.baumannii strains isolated from various clinical specimens (24 tracheal aspirate, 14 wound, 10 blood, 7 urine, 2 abscess, 2 sputum, 2 catheter tip, 1 pleural fluid) of hospitalized patients in intensive care units (n= 42) and other inpatient clinics (n= 20) between February-March 2012, were included in the study. Identification and antibiotic susceptibility of A.baumannii isolates were performed by Vitek-2 automated system (bioMérieux, France), and the identified bacteria were confirmed by Maldi Biotyper (Bruker Daltonics, Germany) system. Imipenem, meropenem, colistin and tigecycline were additionally tested by E-test strips (bioMérieux, France). The presence of carbapenemase-producing OXA genes (blaOXA-23-like, blaOXA-40-like, blaOXA-51-like and blaOXA-58-like) were detected by multiplex PCR (hyplex® CarbOxaID test system, Amplex Diagnostics, Germany) and the clonal relationship between isolates were investigated by rep-PCR method (DiversiLab, bioMérieux, France). In our study, all isolates were found resistant to ampicillin-sulbactam, piperacillin, piperacillin-tazobactam, ceftazidime, cefepime, imipenem, meropenem, ciprofloxacin, levofloxacin and tetracycline, while the resistance rates for amikacin, gentamicin, trimethoprim-sulfamethoxazole, netilmicin and tigecycline were 88.7%, 88.7%, 82.3%, 43.5% and 27.4%, respectively. All A.baumannii isolates were susceptible to colistin. All of the strains were positive for blaOXA-23-like and blaOXA-51-like genes, while blaOXA-40-like and blaOXA-58-like genes were not detected in any of them. Simultaneous cultures from environmental samples collected from inpatient clinics in which MDR A.baumannii strains isolated were negative in terms of A.baumannii growth. In evaluation of clonal relationship between isolates, 48 strains (77.4%) showed greater than 95% similarity and formed a big cluster, named Cluster A. The remaining 14 isolates formed 3 small clusters (each had 2 isolates), named Cluster B, C and D, showing greater than 95% similarity. Majority of isolates (58.3%) in Cluster A were from patients in the surgical intensive care unit, and the first isolate from this cluster was also from a patient in the same unit. In our opinion, isolates from Cluster A may have spread to other clinics from surgical intensive care unit through transferred patients or medical and non-medical devices and equipment. Nosocomial MDR A.baumannii isolates in our hospital are highly resistant to antibiotics and all harboured blaOXA-23-like genes. The rep-PCR analysis of these isolates indicated that a large portion of A.baumannii strains were clonally closely related, and they probably from the same source and common ancestor, and separated shortly from each other. This data emphasizes that the choices of treatment are quite limited for inpatients, and the need for improvement of the infection control measures in our hospital.
Keywords: Acinetobacter baumannii; carbapenem; antimicrobial resistance; rep-PCR.
Geliş Tarihi (Received): 20.10.2014 - Kabul Ediliş Tarihi (Accepted): 05.01.2015
GİRİŞ
Acinetobacter türleri, hastane kaynaklı birçok enfeksiyonda etken olarak karşımıza çıkmakta ve özellikle yoğun bakım hastalarında ventilatör ile ilişkili pnömoni etiyolojisinde önemli rol oynamaktadırlar1. A.baumannii'nin hastane ortamından eradikasyonu, birçok antibiyotik sınıfına kolaylıkla direnç geliştirebildiği ve çevrede uzun süre sağ kalabildiği için oldukça zordur2. Özellikle karbapenemlere dirençli suşların ortaya çıkması ve yayılımı son yıllarda ciddi sorunlara neden olmaktadır3. A.baumannii'de karbapenem direncine sebep olan ana mekanizmalardan birisi, karbapenemi hidrolize eden Ambler sınıf D oksasilinazların (OXA enzimleri) varlığıdır. OXA-tipi karbapenemazları kodlayan genler arasında başlıcaları; kromozomal olarak kodlanan intrinsek blaOXA-51-like ve kazanılmış blaOXA-23-like, blaOXA-40-like, blaOXA-58-like, blaOXA-143-like, blaOXA-235-like genlerdir4. Çok ilaca dirençli (ÇİD) A.baumannii enfeksiyonlarının tedavisi, seçeneklerin sınırlı olması nedeniyle zordur5. Bu nedenle en önemli uygulama, yayılımın kontrol altına alınmasıdır. Enfeksiyona neden olan suşlar arasındaki klonal ilişkinin hızlı bir şekilde belirlenmesi, hastane salgınlarının önlenmesi için gerekli enfeksiyon kontrol önlemlerinin alınmasını sağlayabilir6. İzolatların tiplendirilmesi ve genetik benzerliklerinin incelemesinde, tekrarlayan dizi temelli polimeraz zincir reaksiyonu (Repetitive sequence-based PCR; rep-PCR) yöntemine dayanan, ticari yarı otomatize bir sistem (DiversiLab®, bioMérieux, Fransa) geliştirilmiştir. Yapılan çalışmalarda, bu yöntemin A. baumannii izolatlarını tiplendirmede yüksek ayırt edici yeteneğe sahip olduğu ve tiplendirmede PFGE (Pulsed-field gel electrophoresis) ve MLST (Multilocus sequence typing) ile yüksek uyum gösterdiği bildirilmiştir7,8. Bu çalışmada, çeşitli klinik örneklerden hastane enfeksiyonu etkeni olarak izole edilen ÇİD A.baumannii suşlarındaki oksasilinaz genlerinin ve rep-PCR yöntemi ile klonal ilişkilerinin belirlenmesi amaçlanmıştır.
GEREÇ ve YÖNTEM
Bakteri Suşları
Çalışmaya, Şubat-Mart 2012 tarihleri arasında, hastanemizin yoğun bakım ünitelerinde yatan 42 ve diğer servislerinde yatan 20 hastanın, mikrobiyoloji laboratuvarına gönderilen çeşitli klinik örneklerinden izole edilen 62 ÇİD A.baumannii suşu dahil edildi. Tüm izolatlar, hastanemizin enfeksiyon kontrol komitesi tarafından hastane enfeksiyonu etkeni olarak tanımlanmıştı. Her bir hastadan sadece bir kere, ilk defa izole edilen suş çalışmaya alındı. Aynı zaman diliminde aynı servislerden çevre kültürleri de alındı.
Bakteri Suşlarının Tanımlanması ve Antibiyotik Duyarlılık Testleri
Bakterilerin tanımlanması ve antibiyotik duyarlılıklarının tespiti Vitek-2 otomatize sistemi (bioMérieux, Fransa) ile yapıldı. Suşların doğrulanması için Maldi Biotyper (Bruker Daltonics, Almanya) sistemi kullanıldı. İmipenem, meropenem, tigesiklin ve kolistin MİK değerleri ek olarak E-test (bioMérieux, Fransa) ile değerlendirildi. Kontrol olarak Escherichia coli ATCC 25922 ve Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 referans suşları kullanıldı. Üç veya daha fazla antibiyotik sınıfına dirençli suşlar ÇİD A.baumannii olarak tanımlandı.
OXA Tipi Karbapenemazların Saptanması
Üreticinin tavsiyeleri doğrultusunda Hyplex® CarbOxa ID Test (Amplex Diagnostics GmbH, Almanya) sistemi kullanılarak multipleks PCR ile OXA tipi karbapenemaz üretiminden sorumlu blaOXA-23-like, blaOXA-40-like, blaOXA-51-like ve blaOXA-58-like genlerin varlığı araştırıldı.
A. baumannii Suşlarının Genotiplendirilmesi
Suşların tiplendirilmesinde, DiversiLab rep-PCR (bioMérieux, Fransa) sistemi üreticinin önerileri doğrultusunda uygulandı. Verilerin analizi internet tabanlı DiversiLab yazılımı Ver.3.4 ile yapıldı. Uzaklık matrislerinin belirlenmesinde Pearson korelasyon katsayısı; dendrogramların oluşturulmasında ise UPGMA (Unweighted Pair Group Method with Arithmetic averages) yöntemi kullanıldı.
Sonuçların değerlendirilmesinde, > %95 benzerlik gösteren izolatlar “küme” (cluster) olarak tanımlandı. Bir küme içerisinde < %97 benzerlik gösteren 1-2 bant farkı bulunan izolatlar “benzer” olarak kabul edildi ve bunlar “klon grupları”nı oluşturdu. Aynı klon grubunda bulunan suşların yakın ilişkili oldukları düşünüldü. Klon grupları içinde bulunan > %97 benzerlik gösteren ve aralarında hiç bant farkı bulunmayan suşlar “ayırt edilemez” olarak tanımlandı ve aynı “patern” olarak isimlendirildi. Benzerlikleri < %95 olan, üç ve daha fazla bant farkı olan suşlar “farklı” olarak tanımlandı.
BULGULAR
Çalışmada değerlendirilen ÇİD A.baumannii izolatlarının 24'ü (%38.7) trakeal aspirat, 14'ü (%22.5) yara, 10'u (%16.1) kan, 7'si (%11.2) idrar ve 7'si (%11.2) diğer (2 apse, 2 balgam, 2 kateter ucu, 1 plevral sıvı) klinik örneklerden izole edilmiştir. Çevresel örneklerden yapılan kültürlerde A.baumannii üremesi olmamıştır.
Tüm izolatlar ampisilin-sulbaktam (SAM), piperasilin (PIP), piperasilin-tazobaktam (TZ), seftazidim (CAZ), sefepim (FEP), imipenem (IPM), meropenem (MEM), siprofloksasin (CIP), levofloksasin (LVX) ve tetrasiklin (TET)'e dirençli bulunmuştur. İzolatlarda amikasin (AMK), gentamisin (GEN), trimetoprim-sülfametoksazol (SXT), netilmisin (NET) ve tigesiklin (TGC) direnç oranları ise sırasıyla; %88.7, %88.7, %82.3, %43.5 ve %27.4 olarak belirlenmiştir. Tüm izolatlar kolistine (CST)'e duyarlı bulunmuştur.
Çalışmaya alınan tüm suşlar blaOXA-23-like ve blaOXA-51-like genleri için pozitif bulunurken, hiçbirinde blaOXA-40-like, ve blaOXA-58-like genleri saptanamamıştır.
DiversiLab sistemiyle incelendiğinde; 62 suşun 48'i (%77.4) %95'in üzerinde benzerlik göstermiş ve en büyük kümeyi oluşturmuştur. Küme A olarak isimlendirilen bu kümede 6 adet klon grubu (G1, G2, G3, G4, G13 ve G14) mevcuttur. Bunlardan G1 klonu, 4 paterne (P4, P5, P6, P7) ayrılmış toplam 16 izolatla en büyük grubu oluşturmuştur (Tablo I). Diğer klonların patern ve izolat sayıları Tablo I'de görülmektedir. Küme A'da bulunan izolatların çoğu (n= 28; %58.3) cerrahi yoğun bakım ünitesindeki hastalardır.
Diğer 14 izolatın içinde de, %95'in üzerinde benzerliğe sahip her biri ikişer izolat içeren 3 küçük küme daha oluşmuş; bunlar Küme B, C ve D olarak adlandırılmıştır. Küme B'de G7 klon grubu, Küme C'de G15 klon grubu, Küme D'de ise G16 klon grubu bulunmakta olup bunların içerdiği paternler Tablo I'de görülmektedir. Geri kalan 8 izolat (G5, G6, G8-G12 ve G17) diğer izolatlarla benzer bulunmamıştır.
Tüm suşları gösteren dendrogram Şekil 1'de; klon gruplarının antibiyotik duyarlılığı, suşların izolasyon tarihleri, izole edildikleri klinik örnek ve servisler Tablo I'de sunulmuştur.
TARTIŞMA
Acinetobacter baumannii suşlarında özellikle karbapenem direncinin ortaya çıkması tedavi seçeneklerini sınırladığı için klinik olarak önem taşımaktadır. Bu direncin gelişiminde, hastanelerde artmış oranda karbapenemlerin kullanılması suçlanmaktadır9. Çalışmamızdaki tüm A.baumannii izolatlarının %88.7'si AMK, %88.7'si GEN, %82.3'ü SXT, %43.5'i NET ve %27.4'ü TGC'e dirençli bulunurken, tüm izolatların CST'e duyarlı olduğu izlenmiştir. Bu veri, ÇİD A.baumannii enfeksiyonlarının tedavisinde kolistinin önemli bir seçenek olabileceğini göstermektedir. Daha önce yapılan çeşitli çalışmalarda da kolistinin etkin bir seçenek olduğu bildirilmiştir10,11.
A.baumannii suşlarında karbapenem direncinden sorumlu tutulan temel mekanizma OXA enzimleridir12. Karbapenemi hidrolize eden ilk oksasilinaz olarak, 1985 yılında İngiltere'de tanımlanan OXA-23 enzimi, daha sonra hızla yayılmış ve OXA-23-benzeri enzimleri üreten izolatlar Avrupa, Asya ve Güney Amerika'da birçok merkezden bildirilmiştir11,12,13,14,15. Bizim çalışmamızda da, incelenen tüm suşlarda blaOXA-23 geninin varlığı saptanmış; bu durum hastanemizde OXA-23-benzeri enzimlerin karbapenem direncinden sorumlu önemli mekanizmalardan biri olduğunu düşündürmüştür.
Türkiye, Yunanistan ve İtalya'nın aralarında bulunduğu Akdeniz ülkelerinde, 1999-2009 yılları arasında karbapeneme dirençli A.baumannii izolatlarında blaOXA-58 geninin baskın olarak saptandığı; ancak 2009 yılından itibaren bu ülkelerde blaOXA-23'ün giderek artarak blaOXA-58'in yerini almaya başladığı ifade edilmektedir16. İleri sürülen hipoteze göre; blaOXA-23 pozitif suşlar karbapenemleri daha yüksek konsantrasyonlarda inhibe ettikleri için seçici avantaja sahip olduklarından blaOXA-58 pozitif suşların yerini almışlardır16,17. Bir diğer gen olan blaOXA-51'in ise, A.baumannii suşlarında intrinsek olarak bulunan bir direnç geni olduğu ve fazla miktarda üretildiğinde karbapenem direncine katkıda bulunduğu bildirilmiştir18. Yapılan çalışmalarda, ISAba1 genetik elemanının blaOXA-51 geninin önüne gelerek ekspresyonunu artırdığı gösterilmiştir2,15,17,18. Bizim çalışmamızda, A.baumannii izolatlarının hiçbirisinde OXA-58-benzeri enzimleri kodlayan genler saptanmamış; buna karşın tüm suşlarda OXA-51-benzeri enzimleri kodlayan genlerin varlığı tespit edilmiştir.
Tedavi seçenekleri sınırlı olduğu için, ÇİD A.baumannii suşlarının hızlı ve güvenilir bir şekilde epidemiyolojik olarak tanımlanması önemlidir. Bu amaçla bizim çalışmamızda rep-PCR yöntemi kullanılmıştır. Daha önce yapılan çalışmalarda bu yöntemin A.baumannii için yüksek oranda ayırt edici olduğu ve PFGE, MLST, f-AFLP ile karşılaştırılabilir düzeyde olduğu belirtilmiştir7,8. Çalışmamızda izole edilen 62 ÇİD A.baumannii suşundan %77.4'ünün, %95'in üzerinde benzerlik göstererek kümelendikleri görülmüş (Küme A); geri kalan izolatların ise bu ana klondan farklı olduğu saptanmıştır (Şekil 1, Tablo I). Daha önce yapılan çalışmalarda da, A.baumannii'ye bağlı salgınlarda genellikle bir baskın klonun epidemiyolojik olarak egemen olduğu bildirilmektedir6,7,10,11. Küme A'yı oluşturan izolatların %58.3'ünün cerrahi yoğun bakım (CYB) servisinde yatan hastalardan izole edildiği ve %37.5'inin ventilatör ile ilişkili pnömonisi olan hastalara ait trakeal aspirat (TA) izolatları olduğu dikkati çekmiştir. Küme A'da ilk tespit edilen izolat, CYB servisinde yatan bir hastaya ait kan kültürü izolatı; son tespit edilen izolat ise koroner yoğun bakım ünitesindeki bir hastaya ait TA izolatıdır. Her ne kadar çevresel kültürlerinden A.baumannii izole edilememiş olsa da, salgının muhtemelen CYB servisindeki ortak bir atadan kaynaklandığı ve Küme A'da bulunan izolatların diğer servislere buradan yayıldığı düşünülmüştür.
Ülkemizde A.baumannii için rep-PCR ile yapılan önceki çalışmalarda, çalışmamıza benzer sonuçlar bulunmuştur. Ergin ve arkadaşları19 2004-2010 yılları arasında kan kültürlerinden izole ettikleri A.baumannii izolatlarını rep-PCR ile değerlendirdikleri bir çalışmada, 100 izolatın 62'sinin 13 paterne ayrıldığını ve büyük çoğunluğunun patern 1'de bulunduğunu saptamışlardır. Bu araştırıcılar, 2004-2009 yılları arasında izole edilen suşların blaOXA-58-like genlerini daha sık içerdiğini, ancak 2010 yılında azalarak yerini blaOXA-23-like genlerine bıraktığını gözlemlemişler; bu izolatların %98'nin kolistine duyarlı olduğunu bildirmişlerdir19. Gülbudak ve arkadaşları20 da, 75 A.baumannii izolatının rep-PCR ile sekiz ayrı klona ayrıldığını ve izolatların %72'sinin A ana klonunda kümelendiğini saptamışlardır.
Sonuç olarak çalışmamızda, nozokomiyal ÇİD A.baumannii izolatlarının antibiyotiklere yüksek oranda dirençli olduğu ve tümünün blaOXA-23 direnç genini taşıdığı gösterilmiştir. Bu izolatların rep-PCR ile analizleri, aynı atadan kaynaklanan, kısa süre önce birbirinden ayrılmış, çok yakın ilişkili suşlar olduklarını ortaya koymuştur. Bu durum, hastanemizde yatan hastalar için tedavi seçeneklerinin çok sınırlı olduğunu ve enfeksiyon kontrol önlemlerinin artırılması gerektiğini vurgulamaktadır.
KAYNAKLAR
İletişim (Correspondence):
Uzm. Dr. Irmak Baran,
Ankara Numune Eğitim ve Araştırma Hastanesi,
Tıbbi Mikrobiyoloji Kliniği,
Talatpaşa Bulvarı, Altındağ 06100, Ankara,
Tel (Phone): +90 312 580 4474,
E-posta (E-mail): irmakmor@yahoo.com