Kolistin dirençli Klebsiella pneumoniae klinik izolatlarında antibiyotik kombinasyonlarının sinerjistik etkinliğinin incelenmesi
Investigation of the synergistic effects of antibiotic combinations against colistin-resistant Klebsiella pneumoniae clinical isolates
Yazar: HATİCE DİLARA KARAKUŞ
Danışman: DOÇ. DR. BÜLENT DURDU
Bezm-i Alem Vakıf Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Enfeksiyon Hastalıkları ve Klinik Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2024
Konu: Enfeksiyon Hastalıkları ve Klinik Mikrobiyoloji = Infectious Diseases and Clinical Microbiology

Özet:
Giriş ve Amaç: Karbapenem dirençli Enterobacteriaceae enfeksiyonları dünya çapında önemli bir halk sağlığı sorunudur. Son on yılda karbapenem dirençli Gram negatif bakterilerin prevelansında ve insidansında ciddi artışlar olmuştur. Antibiyotik dirençli türlerin başında gelen Klebsiella pneumoniae, tedavisi sınırlı ve zor, mortalitesi yüksek enfeksiyonlara neden olmakla birlikte uzamış hastane yatışları, ek tedaviler, enfeksiyon kontrol önlemleri gibi maliyetler ile hem sağlık sistemleri hem de ulusal ekonomiler için yük oluşturmaktadır. Karbapenem direncinde en önemli mekanizma karbapenemaz genlerinin sentezidir. Direnç genlerinin tespiti hem yerel direnç paterninin belirlenmesinde hem de tedavi seçiminde oldukça önemlidir. Tedavi seçeneklerinin sınırlı olması klinisyenleri kolistin gibi ajanları tekrar tercih etmeye yöneltmiştir. Ancak zamanla kolistin direnci giderek artmış ve tedavi daha da karmaşık hale gelmiştir. Bu aşamada kombinasyon tedavilerinin sinerjistik etkilerinden faydalanılması gündeme gelmiştir. Çalışmamızda kolistin dahil çoklu ilaç dirençli Klebsiella pneumoniae klinik izolatlarında karbapenemaz direnç genlerinin ortaya konması ve antibiyotik kombinasyonlarının sinerjistik etkinliklerinin değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Gereç ve Yöntem: Ocak 2021 ile Ocak 2024 tarihleri arasında Yoğun Bakım Üniteleri ve diğer kliniklerinden gönderilen, 18 yaş ve üzeri hastaların çeşitli klinik örneklerinden izole edilen kolistin ve karbapenem dahil çoklu antibiyotik dirençli 21 adet K. pneumoniae suşu çalışmamıza dahil edildi. Konvansiyonel PZR yöntemi kullanılarak suşlarda OXA-48, KPC ve NDM karbapenemaz genleri araştırıldı. Damatahtası (Checkerboard) sıvı mikrodilüsyon yöntemiyle kolistin ile tigesiklin, seftazidim/avibaktam, meropenem, gentamisin ve trimetoprim/sulfametoksazol antibiyotiklerinin kombinasyonlarının sinerjistik etkinliği değerlendirildi.Bulgular: Çalışmaya dahil edilen 21 klinik izolatın %52,3'ü (n=11) erkek, %47,6'sı (n=10) kadın idi. Hastaların yaş ortalaması 75,6 (±14,4) yıl olarak hesaplandı. Suşların tamamı (%100) OXA-48, 4'ü (%19) OXA-48 ve NDM, 1'i (%4,7) ise OXA-48 ve KPC birlikteliği açısından pozitif bulundu. Damatahtası yöntemi ile en fazla sinerji kolistin ile tigesiklin kombinasyonunda 17 (%80,9) suşta görülürken, kolistin ile seftazidim/avibaktam kombinasyonunda 11 suşta (%52,3), kolistin ile trimetoprim/sulfametoksazol kombinasyonunda 8 suşta (%38), kolistin ile meropenem kombinasyonunda 6 (%28,5) suşta ve kolistin ile gentamisin kombinasyonunda 4 (%19) suşta görüldü. Kolistin-Tigesiklin kombinasyonu FIKI ortalaması, Kolistin- Trimetoprim/Sülfametoksazol, Kolistin-Meropenem ve Kolistin- Gentamisin kombinasyonlarının FIKI ortalamalarına göre anlamlı derecede daha düşük bulundu (sırasıyla p=0,003; p<0,001; p<0,001). Additif etkileşim kolistin ile meropenem kombinasyonunda 12 (%57,1) suşta, kolistin ile trimetoprim/sulfametoksazol kombinasyonunda 10 (%47,6) suşta, kolistin ile seftazidim/avibaktam kombinasyonunda 9 (%42,8) suşta, kolistin ile gentamisin kombinasyonunda 8 (%38) suşta ve kolistin ile tigesiklin kombinasyonunda 4 (%19) suşta saptandı. Antagonizma yalnızca kolistin ile gentamisin kombinasyonunda 1 suşta tespit edildi.Sonuç: Ülkemize OXA-48'in hala baskın karbapenemaz enzimi olduğu görülmektedir. NDM ve KPC karbapenemazların yaygınlığı giderek artmaktadır. Kolistin ve karbapenem dahil çok ilaca dirençli Klebsiella pneumonia suşlarında kolistin-tigesiklin kombinasyonu in vitro olarak belirgin sinerjik etki göstermektedir. Bu suşların etken olduğu enfeksiyonlarda tedavi seçeneği olarak kullanılabilir. Ancak standart tedavi olarak önerilebilmesi için daha geniş bir suş yelpazesi ile ileri in vitro ve in vivo klinik çalışmalara ihtiyaç vardır.
Anahtar kelimeler: Klebsiella pneumonia, damatahtası mikrodilüsyon,karbapenemaz, sinerji

Abstract:
Introduction: Carbapenem-resistant Enterobacteriaceae infections are a significant public health concern worldwide. In the last decade, there has been a substantial increase in the prevalence and incidence of carbapenem-resistant Gram negative bacteria. Klebsiella pneumoniae, one of the leading antibiotic-resistant species, causes infections that are difficult to treat, have limited therapeutic options and are associated with high mortality rates. These infections also pose a burden on healthcare systems and national economies due to prolonged hospital stays, additional treatments, and infection control measures. While various mechanisms contribute to carbapenem resistance, the most significant is the production of carbapenemase genes. Detecting resistance genes is essential for both determining local resistance patterns and guiding treatment decisions. Due to the limited treatment options, clinicians have been increasingly relying on agents like colistin. Treatment has become more difficult as a result of the rise in colistin resistance over time. In this context, utilizing the synergistic effects of combination therapies has gained importance. Our study aims to investigate the presence of carbapenemase resistance genes and evaluate the synergistic efficacy of antibiotic combinations, including colistin, against multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae clinical isolates.Materials and Methods: In total, 21 strains of multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae that were resistant to carbapenems and colistin were included in our investigation. These strains were isolated from various clinical specimens obtained from patients aged 18 and older, admitted to Intensive Care Units and other clinics, between January 2021 and January 2024. Conventional PCR was used to investigate the presence of OXA-48, KPC, and NDM carbapenemase genes in the isolates. The synergistic effects of colistin in combination with tigecycline, ceftazidime/avibactam, meropenem, gentamicin, and trimethoprim/sulfamethoxazole were evaluated using the checkerboard broth microdilution method.Results: Of the 21 clinical isolates included in the study, 52.3% (n=11) were from male patients, and 47.6% (n=10) were from female patients. The mean age of the patients was 75.6 (±14.4) years. All of the isolates (100%) tested positive for the blaOXA-48 gene, while 4 isolates (19%) were positive for both blaOXA-48 and blaNDM, and 1 isolate (4.7%) was positive for both blaOXA-48 and blaKPC. The checkerboard method revealed the highest synergy in the combination of colistin with tigecycline, observed in 17 isolates (80.9%). Synergy was also observed in 11 isolates (52.3%) with the combination of colistin and ceftazidime/avibactam, in 8 isolates (38%) with colistin and trimethoprim/sulfamethoxazole, in 6 isolates (28.5%) with colistin and meropenem, and in 4 isolates (19%) with colistin and gentamicin. The FICI (Fractional Inhibitory Concentration Index) mean value for the colistin-tigecycline combination was significantly lower than the FICI values for the combinations of colistin with trimethoprim/sulfamethoxazole, meropenem, and gentamicin (p=0.003, p<0.001, and p<0.001, respectively).Conclusion: InTurkiye, OXA-48 remains the predominant carbapenemase enzyme, while the prevalence of NDM and KPC carbapenemases is steadily increasing. The colistin-tigecycline combination demonstrated significant in vitro synergistic activity against multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae strains, including those resistant to both colistin and carbapenems. This combination could be considered as a treatment option for infections caused by these strains. However, for it to be recommended as a standard treatment, further in vitro and in vivo clinical studies with a broader range of strains are needed.
Keywords: Klebsiella pneumoniae, Checkerboard microdilution, carbapenemase, 
Synergy