İdrar kültürlerinden izole edilen escherichia coli izolatlarında tolerans varlığının incelenmesi
Investigation of the presence of tolerance in escherichia coli isolates isolated from urine cultures
Yazar: ECEM BÜYÜKYANBOLU
Danışman: PROF. DR. ELİF AKTAŞ SEPETCİ ; DR. MURAT ÖCAL
Sağlık Bilimleri Üniversitesi / İstanbul Şişli Hamidiye Etfal Eğitim ve Araştırma Hastanesi / Tıbbi Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2024
Konu: Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Amaç: Antibiyotik direncinin gittikçe daha önemli bir sorun haline geldiği günümüzde, antimikrobiyallerin etkinliğini sınırlayan tolerans kavramı da önem kazanmıştır. Tolerans, bakterilerin geçici bir süre yüksek konsantrasyonda bakterisidal antibiyotiğe maruziyeti sonrasında, o antibiyotiğe karşı minimum inhibitör konsantrasyonunda (MİK) bir değişiklik olmaksızın hayatta kalma yeteneği olarak tanımlanır. Araştırmamızda, idrar kültürlerinden elde edilen ertapenem duyarlı E. coli izolatlarında antibiyotik toleransı varlığının tespiti amaçlanmıştır. Ayrıca toleran olan ve toleran olmayan izolatlar arasında ertapenem MİK değerleri, diğer antibiyotiklere direnç oranları, hasta yaş grupları arasında tolerans varlığının dağılımı, çalışmaya dahil edilen hastaların demografik özellikleri ve relaps/rekürrens varlığı karşılaştırılmıştır.
Gereç ve Yöntem: Bu araştırma tek merkezli prospektif bir çalışma olarak tasarlanmıştır. Sağlık Bilimleri Üniversitesi Şişli Hamidiye Etfal Eğitim Araştırma Hastanesi Tıbbi Mikrobiyoloji Laboratuvarına Ağustos 2021-Mayıs 2022 tarihleri arasında idrar örneklerinden izole edilen ve saklanan, ertapenem duyarlı genişlemiş spektrumlu beta laktamaz (GSBL) üreticisi 350 E. coli izolatı değerlendirmeye alınmıştır. Rutin tanımlama işlemleri, matriks aracılı lazer dezorpsiyon iyonizasyon uçuş zamanı (MALDI-TOF) teknolojisini kullanan VITEK® MS (bioMérieux, Marcy l'Etoile, Fransa) ile gerçekleştirilmiştir. İzolatların antimikrobiyal duyarlılıkları, tam otomatize VITEK® 2 Compact (bioMérieux, Marcy l'Etoile, Fransa) sistemi veya Kirby-Bauer disk difüzyon yöntemi kullanılarak belirlenmiştir. Ertapenem MİK saptanması için E-test (bioMérieux, Marcy l'Etoile, Fransa) uygulanmıştır. Duyarlılık testleri, Avrupa Antimikrobiyal Duyarlılık Test Komitesi (EUCAST) kriterlerine göre değerlendirilmiştir. Tolerans tayini için tolerans disk testi (TD test) yöntemi uygulanmıştır. Temsili seçilen altı izolat zamana bağlı öldürme yöntemi ile değerlendirilmiştir.  Çalışmaya dahil edilen hastaların, örnek gönderim tarihinin bir yıl öncesi ve sonrasında aynı bakteri ile enfekte olup olmadığına bakılarak relaps/rekürrens varlığı hastane bilgi yönetim sistemi verilerinden alınmıştır. Toleran olan ve toleran olmayan izolatların ertapenem MİK değerleri, diğer antibiyotiklere direnç oranları, hastalardaki relaps/rekürrens oranları, hasta yaş grupları arasında tolerans varlığının dağılımı, hastalara ait demografik veriler istatistiksel olarak karşılaştırılmıştır. Tanımlayıcı istatistikler; kategorik değişkenler için sayı ve yüzde, sayısal değişken için ortalama, standart sapma, minimum, maksimum, median olarak verilmiştir. Bağımsız iki grup karşılaştırması Mann Whitney U testi ile yapılmıştır.  Gruplarda oranlar ki kare testi ile karşılaştırılmış, alfa anlamlılık seviyesi p˂0,05 olarak kabul edilmiştir.
Bulgular: Ertapeneme duyarlı 350 E. coli izolatından 57'si (%16,2) TD testi ile toleran olarak değerlendirilmiştir. Tüm izolatlarda duyarlılık test sonuçlarına göre saptanan direnç oranları; amikasine %6,3, amoksisilin-klavulonata %72, ampisiline %99,1, ampisilin-sulbaktama %63, sefepime %40,3, sefiksime %96,2, seftazidime %79,8, seftriaksona %87,4, sefuroksime %98,3, siprofloksasine %64, fosfomisine %17, gentamisine %24, nitrofurantoine %5, piperasilin-tazobaktama %27,9, trimetoprim-sulfametoksazole %51,6 olarak tespit edilmiştir. İzolatlarda imipenem, meropenem ve kolistine direnç saptanmamıştır. TD testi sonucu toleran saptanan izolatların MİK50/MİK90 değeri 0,032/0,125, toleran saptanmayan izolatların MİK50/MİK90 değeri 0,016/0,094 olarak bulunmuştur. Toleran izolatların toleran olmayan izolatlara kıyasla ertapenem MİK değerleri ortalaması (p=0,004) ile sefepim (p=0,024) ve seftazidime (p=0,047) direnç oranları istatistiksel olarak anlamlı düzeyde yüksek bulunmuştur. Zamana bağlı öldürme yöntemi ile değerlendirilen izolatların sonuçları TD test sonuçları ile uyumlu bulunmuştur. Toleran ve toleran olmayan izolatlar ile enfekte olan hastalar arasında cinsiyet, örneğin gönderildiği birim, relaps/rekürrens varlığı açısından istatistiksel olarak anlamlı bir fark saptanmamıştır.
Sonuç: Bu çalışmada, idrar kültürlerinden izole edilen E. coli izolatlarında önemli oranda tolerans varlığı tespit edilmiştir. Toleran olan izolatlarda diğer antibiyotiklere direnç oranlarının ve ertapenem MİK değerlerinin daha yüksek bulunması, toleransın direnç gelişimi için önemli bir faktör olabileceğini düşündürmektedir. E. coli'de karbapenem direnci henüz yüksek olmamakla birlikte, toleran izolatların varlığı direncin yakından izlenmesi gerektiğine işaret etmektedir.  Toleran izolatlar ile oluşan enfeksiyonlarda tedavi başarısı ve relaps oranlarının incelenmesi ve tedavi başarısızlığının altında yatan mekanizmaların anlaşılması, terapötik yaklaşımların optimize edilmesi açısından faydalı olacaktır.
Bildiğimiz kadarıyla bu çalışma, Türkiye'den E. coli izolatlarında tolerans varlığını ve oranını belirleyen ilk çalışmadır, ancak toleransın yaygınlığını ve tedavi üzerindeki etkisini daha iyi anlamak için farklı coğrafi bölgeleri ve daha büyük kohortları içeren çok merkezli çalışmalara ihtiyaç vardır.
Anahtar kelimeler: E. coli, tolerans, ertapenem, TD test, üriner sistem enfeksiyonu, relaps/rekürrens

Abstract:
Aim: As antibiotic resistance has become an increasingly important problem, the concept of tolerance, which limits the efficacy of antimicrobial agents, has gained importance. Tolerance is defined as the ability of bacteria to survive transient exposure to a high concentration of a bactericidal antibiotic without a change in the minimum inhibitory concentration (MIC) to that antibiotic. In our study, we aimed to determine the presence of antibiotic susceptibility in ertapenem-susceptible E. coli isolates obtained from urine cultures. In addition, ertapenem MIC values, resistance rates to other antibiotics, distribution of the presence of tolerance among patient age groups, demographic characteristics of the patients included in the study, and the presence of relapse/recurrence were compared between tolerant and non-tolerant isolates.
Materials and Methods: This study was designed as a single-center prospective study. A total of 350 ertapenem-susceptible extended-spectrum beta-lactamase (ESBL)-producing E. coli isolates isolated from urine specimens and stored in the Medical Microbiology Laboratory of Şişli Hamidiye Etfal Training and Research Hospital, University of Health Sciences, between August 2021-May 2022 were included in the evaluation. Routine identification was performed by VITEK® 2 MS (bioMérieux, Marcy l'Etoile, France) using matrix-mediated laser desorption ionization-time of flight (MALDI-TOF) technology. Antimicrobial susceptibilities of isolates were determined using a fully automated VITEK® 2 Compact system (bioMérieux, Marcy l'Etoile, France) or the Kirby-Bauer disk diffusion method. The ertapenem MIC was determined using the E-Test (bioMérieux, Marcy l'Etoile, France). Susceptibility tests were evaluated according to the criteria of the European Committee for Antimicrobial Susceptibility Testing (EUCAST). The tolerance disk (TD) test method was used to determine susceptibility. Six representative isolates were evaluated using the time-dependent killing method.  Whether the patients included in the study were infected with the same bacteria one year before and after the date of sample submission and the presence of relapse/recurrence were obtained from the Hospital Information Management System data. The ertapenem MIC values of tolerant and non-tolerant isolates, resistance rates to other antibiotics, relapse/recurrence rates in patients, distribution of the presence of resistance among patient age groups, and patient demographics were compared statistically. Descriptive statistics were presented as counts and percentages for categorical variables and as mean, standard deviation, minimum, maximum, and median for numerical variables. Two independent group comparisons were made using the Mann-Whitney U test.  The proportions in the groups were compared with chi-squared test, and the alpha significance level was accepted as p˂0.05.
Results: Among 350 E. coli isolates susceptible to ertapenem, 57 (16.2%) were found to be tolerant by TD test. According to the susceptibility test results, the resistance rates of all isolates were 6.3% to amikacin, 72% to amoxicillin-clavulonate, 99.1% to ampicillin, 63% to ampicillin-sulbactam, 40.3% to cefepime, 96. 2% to cefixime and 79% to ceftazidime, 8%, 87.4% to ceftriaxone, 98.3% to cefuroxime, 64% to ciprofloxacin, 17% to fosfomycin, 24% to gentamicin, 5% to nitrofurantoin, 27.9% to piperacillin-tazobactam and 51.6% to trimethoprim-sulfamethoxazole. Resistance to imipenem, meropenem and colistin was not detected in the isolates. The MIC50/MIC90 values of the isolates with positive TD test results were 0.032/0.125 and the MIC50/MIC90 values of the isolates with negative results were 0.016/0.094. The mean MIC values of ertapenem (p=0.004), cefepime (p=0.024) and ceftazidime (p=0.047) resistance rates of tolerant isolates were statistically significantly higher compared to non-tolerant isolates. The results of isolates evaluated by the time-dependent killing method were found to be compatible with the results of the TD test. There was no statistically significant difference between patients infected with tolerant and non-tolerant isolates in terms of gender, unit to which sample was sent, and presence of relapse/recurrence.
Conclusion: In this study, a significant proportion of E. coli isolates from urine cultures were found to be tolerant. The higher rates of resistance to other antibiotics and the higher ertapenem MIC values in tolerant isolates suggest that tolerance may be an important factor in resistance development. Although carbapenem resistance in E. coli is not yet high, the presence of tolerant isolates indicates that resistance should be closely monitored.  Investigating treatment success and relapse rates in infections with tolerant isolates and understanding the mechanisms underlying treatment failure will be useful in optimizing therapeutic approaches.

To our knowledge, this is the first study to determine the presence and rate of tolerance in E. coli isolates from Turkey, but multicenter studies involving different geographic regions and larger cohorts are needed to better understand the prevalence of tolerance and its impact on treatment.
Keywords: E. coli, tolerance, ertapenem, TD test, urinary tract infection, relapse/recurrence