Kinolon dirençli ve duyarlı invaziv escherichia coli kan izolatlarında ST131/H30 klon/subklonunun virülans ile ilişkisi
Correlation between ST131/H30 clone/subclone and the virulence in fluoroquinolone resistant and sensitive invasive blood isolates of escherichia coli
Yazar: ÖZNUR GÜRPINAR
Danışman: PROF. DR. ÖZGEN ESER
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Mikrobiyoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Antienfektif ajanlar-kinolon = Anti infective agents-quinolone ; Escherichia coli = Escherichia coli ; Kinolonlar = Quinolones ; Mikrobiyal duyarlılık testleri = Microbial sensitivity tests ; Virülans = Virulence ; İlaçlara direnç-çoklu = Drug resistance-multiple

Özet:
Escherichia coli sekans tipi 131 (ST131) dünya genelinde pandemik bir klon olup antimikrobiyal ilaçlara dirençli enfeksiyonlara yol açmaktadır. Yapılan araştırmalar, E.coli ST131 klonunun virülans ve antibiyotik direnç genlerini taşıyabilen dünyada yaygın bir klon olduğunu göstermektedir.  Bu klon, özellikle florokinolon dirençli E.coli izolatlarında yüksek insidans göstermektedir. Bu klonun Asya ve özellikle Orta Doğu ülkelerinde coğrafik olarak dağılımı hakkında son derece kısıtlı veri bulunmakta olup gelişmekte olan ülkelerde bu klon ile ilgili bilgiler sınırlıdır. ST131 klonunu bu kadar başarılı bir patojen kılan belirli virülans faktörlerin olup olmadığı bilinmeyen bir durumdur. 
Bu çalışma, Ocak- Aralık 2015 tarihleri arasında bir yıllık bir dönemde Hacettepe Üniversite Hastanesinde yatarak takip edilen hastalardan izole edilen tüm invaziv E.coli kan izolatlarını kapsamakta ve antimikrobiyal duyarlılık testleri ile antimikrobiyal direnç ve virülans genlerinin moleküler tespitini, ST131/H30 klon/altklonunun sıklığını belirlemeyi amaçlamaktadır.
Bu çalışmada, E.coli kan izolatlarında CLSI ve EUCAST önerileri doğrultusunda antimikrobiyal duyarlılık testleri ile genişlemiş spektrumlu beta-laktamaz ve karbapenemaz saptanmasına yönelik olarak fenotipik testler uygulanmıştır. Kazanılmış direnç genlerinin; blaCTX-M, blaCTX-M-15, blaKPC, blaNDM, blaIMP, blaOXA-48 ve ST131/H30 klon/altklonu ile virülans genlerinin tespiti polimeraz zincir reaksiyonu ile gerçekleştirilmiştir. 
Toplam 152 hastanın ortalama yaşı 60.3±18.6 ve hastanede yatış süresi 25.9±35.1 olarak saptanmıştır. Hastaların yattıkları servislere göre dağılımı acil servis (n=63), yoğun bakım ünitesi (n=29), kemik iliği transplantasyon ünitesi (n=3), onkoloji ünitesi (n=25), cerrahi servis (n=20) ve iç hastalıkları servisi (n=26) olarak belirlenmiştir. Hastane kaynaklı E. coli enfeksiyon oranı %53.3, %42, malinite %59.9 olarak bulunmuştur. Bakteriyemi öncesi antibiyotik kullanım oranı %46.1 olup beta laktam/beta-laktamaz inhibitörlerinin kullanımı %24.3, karbapenem kullanımı %14.5 ve florokinolon kullanımı %13.1 olarak belirlenmiştir. Hastalarda idrar ve santral venöz kateter kullanım oranı sırasıyla %36.8 ve %20.4 olarak saptanmıştır. SAM, GEN, AMP, CRO, TMP-SMX, CAZ, CTX ve CIP antibiyotik duyarlılık oranları sırasıyla %23, %32, %65, %23.5, %37, %7.7, %12 ve %53.5 olarak bulunmuştur. Tüm izolatlar IMP ve ERT'e duyarlı olarak saptanmıştır. ST131 156 (%99.4) ve H30 altklonu 111 (%70.7) izolatta pozitif bulunmuştur. GSBL pozitif saptanan (%53.5) izolatlarda, %49.7 oranında blaCTX-M ve %45.2 oranında da blaCTX-M-15 varlığı tespit edilmiştir. CTX-M-15 pozitif bulunan izolatların %97.2'si H30Rx pozitif bulunmuştur. Karbapenemazlar arasında en sık blaOXA-48 (%21) saptanırken, bunu blaNDM-1 (%1.3) ve blaVIM (%3.2) takip etmiştir. İzolatlarda blaKPC ve blaIMP üretimi saptanmamıştır. E. coli ST131 izolatlarında virülans genlerinin sıklığı ompT (%82.2), iutA (%73.2), usp (%64.3) ve papA (%22.9) olarak belirlenmiştir. 
Bu çalışma, hastanemizde E.coli kan izolatlarında ST131 klonunun yüksek olduğunu göstermiştir. ST131 ile enfekte hastalar sıklıkla hastanede uzun süreli yatış ve bakteriyemi öncesi antibiyotik kullanım öyküsüne sahip immünsuprese hastalardır.  Sonuç olarak, ST131 klonu, özellikle H30Rx altklonu CTX-M-15 tipi GSBL yapımı nedeniyle florokinolanlara belirgin direnç göstermiştir. 
Virülan invaziv E.coli kan izolatlarının tespitini sağlayacak bir belirtecin ortaya konulması, antibiyotiklere dirençli E.coli enfeksiyonlarını kontrol edebilecek ve bu enfeksiyonların ampirik tedavisinde akılcıl antibiyotik tedavi stratejileri oluşturacaktır. 
Bu çalışma, 116S009 no'lu proje ile Tübitak 1002 Hızlı Destek Programı tarafından desteklenmiştir.

Abstract:
Escherichia coli sequence type 131 (ST131) is a worldwide pandemic clone, causing predominant antimicrobial resistant infections. Subsequent researches have confirmed a worldwide spread of E. coli ST131 clone harbouring broad range of virulence and antibiotic resistance genes. A high prevalence of the clone has been identified in fluoroquinolone resistant E.coli isolates. Geographical distribution of the clone in Asia and the Middle East is very limited and little is known about the ST131 clone in many parts of the developing world. It has not known if there are certain virulence factors those make this ST131 clone such a successful pathogen. 
This study included all E. coli invasive blood isolates of hospitalized patients during one year period between January-December 2015 in Hacettepe University Hospitals and aimed to determine the antimicrobial susceptibility, molecular detection of antimicrobial resistance genes and virulence factors, and the frequency of ST131/H30 clone/subclones. 
Antimicrobial susceptibility testing and phenotypic tests of extended spectrum beta-lactamases and carbapenemases of E.coli blood isolates were performed and interpreted in accordance with the CLSI and EUCAST criteria. Distribution of acquired antimicrobial resistance genes; blaCTX-M, blaCTX-M-15, blaKPC, blaNDM, blaIMP, blaOXA-48 and ST131/H30 clone/subclone and virulence genes were defined using polymerase chain reaction. 
The mean age of 152 patients was 60.3±18.6 and the mean hospitalization time was 25.9±35.1. Distribution of patients according to the services were emergency services (n=63), intensive care unit (n=29), bone marrow transplantation unit (n=3), oncology unit (n=25), surgical services (n=20) and internal medicine services(n=26). The rate of hospital-acquired E. coli infections was 53.3%, mortality was 42%, malignancy was 59.9%. Antibiotic usage rate before bacteremia was 46.1%. Beta lactam/beta-lactamase inhibitors were used in 24.3%, carbapenems in 14.5% and fluoroquinolones in 13.1% of the patients. Urinary and central venous catheterization rate was 36.8% and 20.4% among patients. Antimicrobial resistance rates for SAM, GEN, AMP, CRO, TMP-SMX, CAZ, CTX and CIP were as 23%, 32%, 65%, 23.5%, 37%, 7.7%, 12% and 53.5%, respectively. All isolates were susceptible to IMP and ERT.ST131 was found in 156 (99.4%) and H30 subclone in 111 (70.7%). Among 53.5% ESBL positive isolates, 49.7% were blaCTX-M positive and 45.2% were blaCTX-M-15. Of the CTX-M-15 positive isolates, 97.2% were identified as H30Rx positive. The predominant carbapenemase was blaOXA-48 (21%), followed by blaNDM-1 (1.3%) and blaVIM (3.2%). There was no blaKPC and blaIMP production. Virulence genes ompT (82.2%), iutA (73.2%), usp (64.3%) and papA (22.9%) were common in ST131 isolates. This study showed that the presence of ST131 was high in E. coli bloodstream isolates in our hospital. ST131-infected patients were frequently immunosuppressed with a long history of hospitalization and antibiotic intake prior to bacteremia was high in these patients. blaOXA-48 was the most common carbapenemase; ompT and iutA were the most common virulence genes in ST131 isolates. In conclusion, ST131 clone, in particular the H30Rx subclone showed prominent resistance to fluoroquinolones due to CTX-M-15 type ESBL production.
Finding out a parameter to detect virulant clones of E. coli in invasive blood isolates may cause to control drug resistant E. coli infections and may also cause to set more rational antibiotic strategies in empirical therapy of these infections.
This study was supported with a grant by TUBITAK 1002 Short Term R and D Funding Program with a Project number 116S009.