Klinik Klebsiella pneumoniae İzolatlarında Karbapenemaz �retiminin Saptanmasında
Polimeraz Zincir Reaksiyonu ve Fenotipik Y�ntemlerin Karşılaştırılması
Comparison of Phenotypic Methods and Polymerase Chain Reaction for the Detection of
Carbapenemase Production in Clinical Klebsiella pneumoniae Isolates
Yama� TEKİNTAŞ1, Feriha �İLLİ2, Bayrı ERA�3, Melike YAŞAR2, Sabire Ş�hret AYDEMİR2,
Mine HOŞG�R LİMONCU3
1 İzmir K�tip �elebi �niversitesi Eczacılık Fak�ltesi, Farmas�tik Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, İzmir.
1 Izmir Katip �elebi University Faculty of Pharmacy, Department of Pharmaceutical Microbiology, Izmir, Turkey.
2 Ege �niversitesi Tıp Fak�ltesi, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, İzmir.
2 Ege University Faculty of Medicine, Department of Medical Microbiology, Izmir, Turkey.
3 Ege �niversitesi Eczacılık Fak�ltesi, Farmas�tik Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, İzmir.
3 Ege University Faculty of Pharmacy, Department of Pharmaceutical Microbiology, Izmir, Turkey.
�Z
Klebsiella pneumoniae insan normal mikrobiyotasında yer alan, fırsat�ı patojen olarak �zellikle hastane enfeksiyonu yapan Enterobacteriaceae familyası �yesidir. �zellikle karbapenem grubu antibiyotiklere diren�li K.pneumoniae izolatlarının ortaya �ıkması nedeniyle hastanede yatış s�releri, mortalite ve morbidite artışları g�zlenmektedir. �lkeler, b�lgeler hatta sağlık kuruluşları arasında bile farklı diren� oranları g�zlenmekle birlikte, son 10 yıllık d�nemde karbapenem diren�li suşların oranlarında hızlı bir artış g�r�lmektedir. Karbapenem diren�li suşların hızlı ve doğru tespiti, etken oldukları enfeksiyonların tedavisinde, uygun antibiyotik ve kombinasyonların belirlenebilmesi, başarı oranının artırılması a�ısından olduk�a �nem taşımaktadır. Bu �alışmanın amacı, karbapenem diren�li K.pneumoniae izolatlarındaki karbapenemaz varlığı ve tiplerini araştırarak, bu ama�la kullanılabilecek ticari bir �r�n olan "MASTDISCS� ID carbapenemase detection disc set'' ve g�rece yeni bir y�ntem olan "Carbapenem Inactivation Method (CIM)" y�ntemlerinden elde edilecek sonu�ların polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) y�ntemiyle karşılaştırmasının yapılmasıdır. Bu ama�la, ertapenem, meropenem ve imipenem antibiyotiklerinden herhangi birine diren�li olduğu saptanan 2015-2016 yılları arasında izole edilen 54 K.pneumoniae izolatı �alışmaya dahil edilmiştir. İzolatların t�r d�zeyinde tanımlanması VITEK MS ile yapılırken, antibiyotik duyarlılık testleri ise VITEK 2 Compact� otomatize sistemi kullanılarak ger�ekleştirilmiştir. Otomatize sistemde karbapenem diren�li olduğu saptanan izolatlarda gradiyent test y�ntemiyle "The European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing (EUCAST)" �nerileri doğrultusunda minimum inhibit�r konsantrasyonu (MİK) değerleri belirlenmiştir. Bu izolatlarda blaOXA-48, blaIMP, blaNDM, blaVIM, blaSIM genleri PCR ile araştırılmıştır. Karbapenem diren�li izolatlarda fenotipik olarak enzim tiplendirilmesi "MASTDISCS� ID carbapenemase detection disc set" ve "Carbapenem Inactivation Method (CIM)" y�ntemleriyle araştırılmış ve izolatların klonal ilişkisini saptamak i�in REP-PCR uygulanmıştır. Elli d�rt K.pneumoniae izolatı karbapenem diren�li olarak belirlenirken, imipenem, meropenem ve ertapenem MİK50 ve MİK90 değerleri 32 �g/ml olarak belirlenmiştir. İzolatların 33'�nde yalnız blaOXA-48, ikisinde yalnız blaNDM belirlenirken, 19 izolatta her iki genin birlikte bulunduğu saptanmıştır. İzolatların hi�birinde, blaIMP, blaVIM, blaSIM genlerine rastlanmamıştır. İzolatlar REP-PCR y�ntemiyle değerlendirildiğinde, altı ana klon g�zlenmiştir. "MASTDISCS� ID carbapenemase detection disc set" karbapenemaz �reten izolatların tamamını saptayabilirken, metallo beta-laktamaz (MBL) ve OXA-48 enzim birlikteliği olan izolatlarda OXA-48 ayrımını yapmada yetersiz kaldığı g�zlenmiştir. CIM y�ntemi OXA-48 i�eren izolatlarda olduk�a d�ş�k oranda (%46.15) pozitif sonu� verirken, blaNDM i�eren izolatlarda saptama oranı (%85.71) daha başarılı olarak bulunmuştur. �alışmamız kapsamında, Mastdiscs-ID y�nteminin, �lkemizde prevalansı y�ksek olan blaOXA-48 varlığını saptamada başarıyla kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.
Anahtar s�zc�kler: Klebsiella pneumoniae; fenotipik y�ntemler; PCR; karbapenemaz.
ABSTRACT
Being a member of the Enterobacteriaceae family, Klebsiella pneumoniae is an opportunistic pathogen that inhabits normal human microbiota and causes predominantly hospital-acquired infections. The emergence of K.pneumoniae isolates which are resistant particularly to the carbapenem group of antibiotics has led to an increase in hospitalization period, mortality and morbidity. Although different rates of resistance are observed between countries, regions and even healthcare facilities, there has been a rapid increase in the prevalence of carbapenem-resistant strains in the last 10 years. Fast and correct identification of carbapenem-resistant strains is important for the successful treatment of infections caused by these resistant bacteria. The objective of this study was to investigate the presence and the types of carbapenemases in carbapenem-resistant K.pneumoniae strains using "MASTDISCS� ID carbapenemase detection disc set", a commercial product that can be used for this purpose, and "Carbapenem Inactivation Method (CIM)", a relatively new method, and compare the results of these methods by polymerase chain reaction (PCR). For this purpose, we used 54 K.pneumoniae strains isolated in 2015-2016, that were resistant to any of the ertapenem, meropenem or imipenem antibiotics. The identification of the strains was performed using VITEK MS and their antibiotic susceptibility tests were carried out using the VITEK 2 Compact� automated system. For the strains that were found resistant to carbapenems in the automated system, the minimum inhibitor concentration (MIC) values were determined by the gradient testing method according to the recommendations of "The European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing (EUCAST)". The blaOXA-48, blaIMP, blaNDM, blaVIM, and blaSIM genes were investigated with PCR� among these isolates. Phenotypic enzyme typing was performed in the carbapenem-resistant strains using the "MASTDISCS� ID carbapenemase detection disc set" and "Carbapenem Inactivation Method (CIM)". REP-PCR was used to reveal clonal relationship of the isolates. The 54 K.pneumoniae isolates were found as resistant to carbapenem and the MIC50 and MIC90 values of imipenem, meropenem and ertapenem were 32 �g/ml. Only 33 of the strains had blaOXA-48 and two of them had only blaNDM, the remaining 19 strains had both of these two genes. The blaIMP, blaVIM and blaSIM genes were not encountered in any of the isolates. When the isolates were assessed by the REP-PCR method, six main clones were detected. The "MASTDISCS� ID carbapenemase detection disc set" was able to detect all the carbapenemase producing strains and it remained incapable of distinguishing OXA-48 in the strains which had both OXA-48 and metallo beta lactamase (MBL) enzymes. The CIM method showed a low rate of positivity (46.15%) in the strains containing blaOXA-48, but was found much more successful in the strains containing blaNDM with a detection rate of 85.71%. In this study, it was concluded that the Mastdiscs-ID method could be successfully used to detect the presence of blaOXA-48 which has a high prevalence in our country.���
Keywords: Klebsiella pneumoniae; PCR; phenotypic methods; carbapenemase.
Geliş Tarihi (Received): 09.03.2017 - Kabul Ediliş Tarihi (Accepted): 09.06.2017
GİRİŞ
Enterobacteriaceae ailesinin �yelerinden olan Klebsiella pneumoniae, sıklıkla �riner kateterizasyon, mekanik ventilasyon ve cerrahi girişimler, yoğun bakımda uzun s�reli yatış gibi risk fakt�rleriyle ilişkili olarak �eşitli enfeksiyonlara neden olan fırsat�ı bir patojendir1. Bir�ok antibiyotiğe diren�li olabilen K.pneumoniae izolatları en fazla genişlemiş spektrumlu beta-laktamaz (GSBL) �reten bakteriler arasında yer almaktadır. Bu t�r izolatların tedavisinde karbapenem grubu antibiyotikler �ne �ıkmakla birlikte, �lkemizde ve d�nyada karbapenemleri de hidrolize edebilen enzimlerin varlığı ge�tiğimiz 10 yıl i�inde ciddi bir halk sağlığı tehdidi olarak ortaya �ıkmıştır2.
Karbapenem direncine neden olan en �nemli mekanizma karbapenemaz enzimleridir3. Enterobacteriaceae �yelerinde Ambler sınıflandırmasına g�re A, B ve D sınıfına ait enzimler karbapenem direncinden sorumludur4. �lkemizde bu enzimlerin bir�oğu bildirilmiş olmakla birlikte, ilk kez 2001 yılında �lkemizde tanımlanan ve en sık tespit edilen karbapenemaz OXA-48'dir. Bu enzimin prevalansı Akdeniz havzasındaki �lkelerde giderek artmaktadır5. Ancak, başta blaIMP, blaVIM ve blaNDM gibi metallo beta-laktamazlar (MBL) olmak �zere farklı enzimlerin de �lkemizde tanımlandığı bilinmektedir. Karbapenem diren�li izolatların tedavisi tigesiklin, polimiksin, aminoglikozitler ve fosfomisin gibi antibiyotiklerin kullanımlarını gerektirse de, bu molek�llerin farmakokinetik �zellikleri, toksisiteleri ve gelişen diren� nedeniyle kısıtlılıklar yaşanması karbapenem direncinin taşıdığı riskleri g�z �n�ne sermektedir6.
Bu �alışmanın amacı, karbapenem diren�li K.pneumoniae izolatlarında karbapenemaz varlığının g�sterilmesi ve PCR ile "MASTDISCS� ID carbapenemase detection disc set" ve "Carbapenem Inactivation Method (CIM)" fenotipik y�ntemlerinin karşılaştırılmasıdır.
GERE� ve Y�NTEM
Ertapenem, meropenem ve imipenem antibiyotiklerinden herhangi birine diren�li olduğu saptanan, 2015-2016 yılları arasında izole edilen 54 K.pneumoniae izolatı �alışmaya dahil edildi (Tablo I). İzolatların t�r d�zeyinde tanımlanması "Matrix assisted laser desorption ionization time of flight mass spectrometry MALDITOF VITEK MS (BioM�rieux, Fransa)", antibiyotik duyarlılık testleri "VITEK 2 Compact� (BioM�rieux, Fransa)" otomatize sistemi ve gradiyent test ile "The European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing (EUCAST)" kriterlerine g�re değerlendirildi7.
DNA izolasyonu kaynatma y�ntemiyle yapılarak, izolatlar arasındaki epidemiyolojik ilişkisi REP-PCR ile belirlendi8. Elde edilen bant paternleri değerlendirildi ve %80'den az benzerlik g�steren izolatlar ayrı klonlar olarak yorumlandı. Karbapenem direncinden sorumlu başlıca genler olan blaOXA-48, blaVIM, blaIMP, blaSIM ve blaNDM genlerinin varlığı, ilgili b�lgeleri hedef alan primer dizileri kullanılarak PCR ile araştırıldı9-11. Pozitif kontrol olarak, ilgili genleri (blaOXA-48: 738 bp, blaVIM: 382 bp, blaIMP: 188bp, blaSIM: 569 bp ve blaNDM: 758 bp) i�eren izolatlar kullanıldı.
Karbapenem diren�li izolatlarda enzim tiplendirilmesi i�in, izolatların 0.5 McFarland bulanıklıkta s�spansiyonları hazırlandı. Mueller Hinton Agar (MHA) besiyerine (BioM�rieux, Fransa) ekim yapıldı. "MASTDISCS� ID carbapenemase" y�nteminde kombine diskler besiyerine yerleştirildi. İzolatlar 18-24 saat ink�basyon sonunda Tablo II'deki gibi değerlendirildi. Escherichia coli ATCC 25922 kontrol suşu olarak kullanıldı. "Carbapenem Inactivation Method (CIM)" uygulaması ve sonu�ların değerlendirilmesi ise Van Der Zwaluw ve arkadaşlarının12 �nerileri doğrultusunda ger�ekleştirildi.
BULGULAR
Otomatize sistem sonu�larına g�re 54 K.pneumoniae izolatının en az bir karbapeneme diren�li olduğu saptanmıştır. İmipenem, meropenem ve ertapenem diren� oranları sırasıyla %88.9, %74 ve %100 olarak belirlenmiştir. Diren�li izolatlarda gradiyent test ile yapılan duyarlılık sonu�larına g�re MİK50 ve MİK90 değerleri her �� antibiyotik i�in 32 �g/ml olarak bulunmuştur. Ayrıca izolatların %96'sının (52 izolat) temosiline diren�li olduğu belirlenmiştir. PCR sonu�larına g�re izolatların 33 tanesinde sadece blaOXA-48, iki tanesinde sadece blaNDM genleri saptanırken, 19 izolatın her iki geni birlikte bulundurduğu belirlenmiştir. İzolatların hi�birinde blaIMP, blaVIM ve blaSIM genine rastlanmamıştır.
MASTDISCS� y�ntemi, PCR ile uyumlu olarak t�m izolatlarda karbapenemaz varlığını belirlemiştir. KPC ve AmpC t�r� diren� mekanizmalarına hi� rastlanmazken, izolatlarda MBL ve blaOXA-48 varlığı g�sterilmiştir. CIM y�ntemi ile diren�li izolatların yalnızca 25 (%46)'inde karbapenemaz pozitifliği saptanmıştır (Tablo III). İzolatlar REP-PCR y�ntemiyle ortaya �ıkan amplikon farklılıklarıyla değerlendirildiğinde, %80'den daha az benzerlik g�steren altı ana klon g�zlenmiştir. Tek başına blaOXA-48 i�eren izolatların �� klonda yoğunlaştığı saptanırken, sadece blaNDM i�eren ve her iki geni beraber bulunduran izolatların diğer �� klonda bulundukları belirlenmiştir.
TARTIŞMA
K.pneumoniae hızlı diren� kazanabilme ve direncin� izolatlar arasında yayılabilmesi nedeniyle �nem kazanan bir bakteri t�r�d�r. Yoğun GSBL �retimi nedeniyle karbapenemler tedavide �nemli bir se�enek olarak kullanılmaya başlandıktan sonra karbapenem diren�li izolatlara farklı �lkelerde rastlanmaya başlamıştır. İzolatlardaki diren�ten sorumlu temel mekanizmanın, karbapenem hidrolize eden enzimler olduğu �eşitli �alışmalarla belirlenmiştir. D�nyanın farklı b�lgelerinde farklı enzimlerin g�r�ld�ğ� bilinmekle birlikte, �lkemizde ağırlıklı olarak diren�ten blaOXA-48 geninin sorumlu olduğu bilinmektedir. D�nyada ilk kez �lkemizde izole edilen bu enzim, �alışmamıza d�hil etiğimiz izolatlarda da ağırlıklı olarak (%61) saptanmıştır13,14.
G�n�m�zde �zellikle Uzakdoğu �lkelerinde g�r�len blaNDM i�eren izolatların artışı ciddi bir sorun olarak ortaya �ıkmaktadır15. Bu geni i�eren izolatların neredeyse t�m beta-laktamlara, kinolonlara ve aminoglikozitlere de diren�li olması tedavi a�ısından b�y�k bir risk oluşturmaktadır. blaNDM i�eren izolatların Uzakdoğu �lkelerinden farklı b�lgelerde tespit edilmeye başlanması da dikkat edilmesi gereken başka bir� �zellik olmuştur. �lkemizde 2011 yılında izole edilen bir K.pneumoniae izolatında ilk defa blaNDM geni belirlenmiştir16. Bizim �alışmamızda incelenen izolatlarda blaNDM g�r�lmesi dikkat �ekici olmakla birlikte, daha �nceki �alışmalar ve bizim �alışmamıza ait verilerin beraber yorumlanması, �lkenin farklı b�lgelerinde bu enzimi taşıyan izolatlara rastlandığı ger�eğini ortaya koymaktadır17. 2015 yılında �lkemizde blaOXA-48 ve blaNDM genlerini birlikte i�eren ilk izolat bildirilmiştir18. �alışmamızda 19 izolatta bu birliktelik saptanmış ve bu izolatlar REP-PCR sonu�larına g�re �� farklı klonda yer almıştır. Hastanemizde genotipik olarak birbirlerinden farklı ancak her iki geni birlikte i�eren izolatların varlığı belirlenmiş olup, bu izolatların yayılımının dikkatle izlenmesi gerekmektedir. Bu bakterilerin dağılımlarının takip edilmesi ve uygun tedavinin sağlanabilmesi a�ısından karbapenemaz i�eren izolatların saptanması olduk�a �nemlidir. Bu ama�la kullanılabilecek fenotipik y�ntemlerden biri olan MASTDISCS�� y�ntemi ticari olarak kullanılan ve karbapenemaz varlığını ve enzim t�r�n� ayırt edebilen disk dif�zyon temelli bir y�ntemdir. Sıklıkla rastlanan mekanizmaları inceleyen bu y�ntemde testin, PCR ile karbapenemaz varlığı doğrulanan t�m izolatları saptayabilmesi, �nemli bir başarı olarak yorumlanmıştır. Kit i�eriğinde bulunmayan temosilin diskinin �alışmaya dahil edilmesiyle blaOXA-48 varlığı da araştırılmış olmakla birlikte, temosilin direncinin MBL enziminden kaynaklanabileceği bilinmektedir. Dolayısıyla teste eklenen izolatlarda blaOXA-48 varlığı a�ısından kuvvetli bir g�sterge olabileceği d�ş�n�lmektedir. Bununla birlikte, enzim t�rlerinin kesin tespiti i�in genotipik olarak doğrulanması gerekmektedir.
CIM, karbapenemaz varlığının saptanmasında basit ve hızla uygulanabilecek bir y�ntemdir. Testin doğası gereği karbapenemaz t�r�n� saptaması m�mk�n olmamakla birlikte, tarama amacıyla kullanımının uygun olduğunu belirten �alışmalar bulunmaktadır12. Bizim �alışmamızda incelediğimiz izolatlar a�ısından testin başarısı değerlendirildiğinde g�rece d�ş�k kalmıştır. �alışılan t�m izolatlarda %46 oranında karbapenemaz tespiti yapan bu y�ntemin �zellikle yalnız blaOXA-48 i�eren izolatlarda d�ş�k (%21) saptama kuvvetine sahip olduğu belirlenmiştir. blaNDM i�eren izolatlarda başarı oranının �ok daha y�ksek (%85.71) olduğu saptanmış olmakla birlikte blaOXA-48 geni i�eren izolatlardaki d�ş�k başarı oranının nedeninin, bu enzimi i�eren izolatların, daha �nce başka �alışmalarda19 belirtildiği ve bizim �alışmamamızda da saptandığı gibi imipenem ve meropeneme duyarlı olabilmeleri olduğunu d�ş�nmekteyiz. blaNDM i�eren izolatların tamamı imipenem, meropenem ve ertapeneme diren�li olarak saptanırken, blaOXA-48 i�eren izolatlarda diren� oranı sırasıyla %82, 58% ve %100 olarak belirlenmiştir. EUCAST tarafından karbapenem direncinin tespitinde meropenem �nerilmekle birlikte, OXA-48 enziminin ertapenem dışındaki karbapenemleri d�ş�k hidrolize edebilme yeteneği nedeniyle blaOXA-48 i�eren izolatların tespitinde meropenem yerine ertapenem kullanımını �neren �alışmalar bulunmaktadır20. CIM, tarama anlamında faydalı olabilecek bir y�ntem olmakla birlikte, �lkemizde blaOXA-48 olduk�a yaygın olduğu d�ş�n�ld�ğ�nde yanlış negatif sonu�lar verebileceği bir ger�ektir. Bu ama�la testin modifiye edilmesinin (ertapenem ve meropenemin birlikte kullanımı vb.) faydalı olabileceği inancını taşımaktayız.
Sonu� olarak; bu �alışmada hastanemizde, T�rkiye'de yaygın olarak g�zlenen blaOXA-48 yanında, MBL i�eren izolatların sayısının arttığı g�zlenmiştir. �alışmamızda, MASTDISC y�ntemi ile karbapenemaz �reten izolatların tamamı saptanabilirken, CIM y�nteminin, �zellikle OXA-48 i�eren izolatlardaki başarısının sınırlı olduğu belirlenmiştir. Karbapenemaz sentezleyen izolatların dağılımlarının takip edilmesi ve uygun tedavinin sağlanabilmesi a�ısından bu izolatların saptanması olduk�a �nemlidir. Tıbbi mikrobiyoloji laboratuvarlarında karbapenemaz varlığının hızlı, tekrarlanabilir ve y�ksek doğrulukla saptanması amacıyla uygulanabilecek y�ntemlerin belirlenebilmesi amacıyla, farklı diren� genlerini ve daha fazla sayıda izolatı i�eren �ok merkezli �alışmalara ihtiya� duyulmaktadır.
TEŞEKK�R
Karbapenem diren� genleri i�in pozitif izolatların temininde yardımcı olan Paris Sud �niversitesi'nden Dr. Nicolas Fortineau'ya teşekk�r ederiz.
KAYNAKLAR
İletişim (Correspondence):
Prof. Dr. Mine Hoşg�r Limoncu,
Ege �niversitesi Eczacılık Fak�ltesi,
Farmas�tik Mikrobiyoloji Anabilim Dalı,
Bornova 35100, İzmir, T�rkiye.
Tel (Phone): +90 232 311 3983,
E-posta (E-mail): minehosgorlimoncu@yahoo.com.tr