Enterobacterales türlerinde karbapenemaz üretiminin bd CPO panel ile araştırılması ve real time PCR yöntemiyle karşılaştırılması
Investigation of carbapenemase production in enterobacterales species with BD CPO panel and comparison with real time PCR method
Yazar: BURAK KÜÇÜK
Danışman: PROF. DR. MURAT ARAL
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Tıbbi Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2022
Konu: Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Enterobacter = Enterobacter ; Karbapenemaz = Carbapenemase ; Polimeraz zincirleme reaksiyonu = Polymerase chain reaction

Özet:
Enterobacterales üyeleri Gram negatif basil morfolojisinde olan geniş bakteri grubudur. Başta idrar yolu enfeksiyonu olmak üzere septisemi, enterokolit, pnömoni, yara enfeksiyonu, menenjit gibi enfeksiyonlara neden olmaktadır. Karbapenemler, geniş spektrumlu etki gösterebilmeleri nedeniyle yaygın olarak kullanılan beta laktam antibiyotiklerdir. Karbapenemlerin yaygın şekilde kullanılmasıyla son yıllarda artan karbapenem direnci klinisyenlerin elini zora sokmaktadır. Karbapenem direncinin en yaygın görülen şekli karbapenemaz üretimidir. Transpozon ve plazmid aracılığı ile türler arasında aktarılabilen karbapenemazlar Ambler sınıflandırmasında A, B ve D grubunda yer almaktadır. Bu nedenle karbapenemaz üreten türlerin ve üretilen karbapenemaz türünün belirlenmesi, buna bağlı olarak hastaya uygun olan antibiyotiklerin verilmesi tedavi açısından büyük önem taşımaktadır. Çalışmamızın amacı laboratuvarımıza gelen hasta örneklerinden izole edilen Enterobacterales türlerindeki karbapenemaz üretiminin fenotipik yöntemlerden BD CPO panel (NMIC 505) ile belirlenmesi ve bir real time PCR yöntemi olan BD MAXTM CPO ile karşılaştırılmasıdır. Ayrıca çalışmamıza alınan izolatların antimikrobiyal direnç oranlarının özellikle de karbapenem dirençlerinin belirlenmesi, ülkemizde yeni kullanılabilen seftazidim avibaktam duyarlılığının belirlenmesi, kullanılan iki testin maliyet olarak etkin olup olmadığının belirlenmesi amaçlanmıştır. 
	Çalışmamıza Ocak 2022 - Ocak 2023 yılları arasında hastanemiz mikrobiyoloji laboratuvarına gönderilen kültür örneklerinden izole edilen 71 adet Enterobacterales türü dâhil edilmiştir. Gelen kültür örnekleri numune kabulü yapıldıktan sonra bakteriyoloji biriminde işleme alınmıştır. Kan kültürü örneklerinin kabulü yapıldıktan sonra kan kültür şişeleri BD BACTECTM FX otomatize sistemi ile 5 gün inkübe edilmiştir. Bu süre içerisinde pozitif veren kan kültür örneklerinin ve gelen diğer kültür örneklerinin %5 KKA, EMB agar ve çukulata agar besiyerlerine ekimleri yapılmıştır. Ekimleri yapılan petriler etüvde 37°C'de 24-48 saat süresince inkübe edilmiştir. Bu süre sonunda üreyen mikroorganizmalar, mikroskopta koloni morfolojileri Gram boyama ile incelenerek identifikasyon için BD PhoenixTM M50 otomatize sisteme (Becton Dickinson, ABD) yüklenmiştir. Sonuçlar EUCAST kriterlerine göre değerlendirilmiştir. BD Phoenix otomatize sistem NMIC paneline göre "potential carbapenemase producer" olarak tanımlanan karbapenemaz üreticisi olan 71 Enterobacterales izolatı çalışmaya alınmıştır. Çalışmaya alınan izolatlar BD CPO panel (NMIC 505) ve BD MAXTM CPO ile çalışılarak karbapenemaz üretimi belirlenmiştir.
	Hastaların demografik özelliklerine bakıldığında yaşları 0-107 arasında değişen 71 hasta çalışmaya alınmıştır. Hastaların yaş ortalamasının 58, çalışmaya alınan 71 hastanın 40'ının (% 56.3) erkek, 31'inin (% 43.7) kadın olduğu belirlenmiştir. İzole edilen mikroorganizmaların örneklere göre dağılımına bakıldığında kan kültürü, trakeal aspirat kültürü ve yara kültürünün sayıca ön sıralarda yer aldığı görülmektedir. Hastaların kültürlerinde üreyen mikroorganizmaların ADT sonuçlarına bakıldığında 71 izolatın 67'sinin ESBL pozitif olduğu belirlenmiştir. ADT sonuçlarına göre en etkili antibiyotiğin seftazidim avibaktam olduğu görülmektedir. Seftazidim avibaktamın 71 izolatın 63'ünde (% 88.7) duyarlı olduğu belirlenmiştir. Duyarlılık oranları yüksek olan diğer antibiyotiklerin kolistin, gentamisin, tigesiklin, meropenem ve imipenem olduğu belirlenmiştir. Karbapenemler içerisinde en etkili antibiyotiğin meropenem olduğu görülmüştür. Meropenemin 18 izolatta (% 25.3) duyarlı, dört izolatta (%5.6) arttırılmış dozda duyarlı (orta duyarlı), 49 izolatta (% 69) dirençli olduğu belirlenmiştir. 
Çalışmaya alınan mikroorganizmaların CPO panel (NMIC-505) sonuçlarına bakıldığında 71 izolatın 48'inin (% 67.8) Ambler sınıflandırmasına göre class D, altısının (% 8.4) Ambler class B, dokuzunun (% 12.6) sınıflandırma yapılmadan karbapenemaz üreticisi olarak "carbapenemase producer" şeklinde raporlandığı belirlenmiştir. İzolatlardan sekizinin (% 11.2) karbapenemaz üretmediği, sonucun negatif olarak sonuçlandığı belirlenmiştir. Çalışmaya alınan izolatların hiçbirinde Ambler A sınıfı karbapenem direnci raporlanmamıştır. Moleküler yöntem olarak BD MAXTM CPO kiti kullanılarak çalışmaya alınan izolatlarda dört direnç geni (KPC, NDM, VIM/IPM, OXA-48) bakılmıştır. Çalışmaya alınan mikroorganizmaların hiçbirinde KPC ve VIM/IPM direnç geni pozitif bulunmamıştır. 71 izolatın 60'ının (% 84.5) OXA-48 direnç geni pozitif, yedisinin (% 9.8) hem OXA-48 hem NDM direnç geni pozitif, dördünün (% 5.6) ise tüm direnç genleri negatif olarak bulunmuştur.
İki yöntem kıyaslandığında CPO panel ile class D olarak raporlanan 48 izolatın; moleküler yöntemde 43'ünün OXA-48, ikisinin hem OXA-48 hem NDM ürettiği belirlenmiştir. Üç izolatta hiçbir direnç geni pozitif bulunmamıştır. CPO panel ile çalışılarak class B olarak raporlanan altı izolatın; dördünün hem OXA-48 hem NDM ürettiği, birinin sadece OXA-48 pozitif olduğu belirlenmiştir. Bir izolatın sonucu negatif olarak raporlanmıştır. CPO panelde "carbapenemase producer" olarak raporlanan dokuz izolatın; sekizinin OXA-48 ürettiği, birinin hem OXA-48 hem NDM ürettiği belirlenmiştir. CPO panel sonuçlarına göre karbapenemaz üretmediği tespit edilen sekiz izolatın tamamında OXA-48 direnç geni pozitif bulunmuştur.
Karbapenem grubu antibiyotikler özellikle Enterobacterales türlerinin neden olduğu enfeksiyonların tedavisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu durum karbapenem direnç oranlarında artış ile sonuçlanmaktadır. Karbapenem grubu antibiyotikler kullanılırken daha dikkatli olunmalı, akılcı antibiyotik kullanım ilkelerine uygun hareket edilmelidir. Dirençli enfeksiyonların yaygınlaşmasının önlenebilmesi için enfeksiyon kontrol önlemlerine özen gösterilmelidir. Özellikle transpozon ve plazmid aracılığıyla geçiş gösteren karbapenem direnç genleri saptanmasıyla karbapenemaz tespitinde kullanılan fenotipik ve moleküler yöntemler önem kazanmıştır. Kullanılacak yöntemin fenotipik yöntemler gibi kolay uygulanabilir ve ucuz, moleküler yöntemler gibi net sonuçlar vermesi gereklidir. Çalışmamızda kullanılan CPO panel incelendiğinde aynı anda hem ADT hem Ambler sınıflandırmasına göre karbapenemaz tayini yapabilmesi yöntemin avantajları arasında yer almaktadır. Ayrıca ADT paneli tüm panellerde bulunmayan seftazidim avibaktam, tobramisin, seftolozan tazobaktam, ofloksasin gibi antibiyotikleri de içermektedir. Sonuç olarak çalışmasının kolay olması, aynı gün içerisinde hem karbapenemaz hem ADT sonucu vermesi, moleküler yönteme göre ucuz olması, yetkin personel gerektirmemesi, yeni nesil antibiyotikler içermesi CPO paneli kullanılabilir kılmaktadır. Ancak birden fazla gen bölgesi içeren türlerde yetersiz kalması, özgüllüğünün düşük olması, normal panellere göre maliyetinin yüksek olması gibi dezavantajları mevcuttur. CPO panel ile alınan negatif sonuçların moleküler yöntemlerle doğrulanması gerekmektedir.

Abstract:
Enterobacterales is a large group of bacteria with Gram-negative bacillus morphology. It causes infections such as septicemia, enterocolitis, pneumonia, wound infection, meningitis, especially urinary tract infection. Carbapenems are beta-lactam antibiotics that are widely used because of their broad-spectrum effects. Carbapenem resistance, which has increased in recent years with the widespread use of carbapenems, puts clinicians in a difficult position. The most common form of carbapenem resistance is the production of carbapenemase. Carbapenemases that can be transferred between species via transposon and plasmid are in A, B and D groups in Ambler classification. For this reason, determining the carbapenemase producing species and the produced carbapenemase species, and accordingly administering appropriate antibiotics to the patient is of great importance in terms of treatment. The aim of our study is to determine carbapenemase production in Enterobacterales species isolated from patient samples coming to our laboratory with the BD CPO panel (NMIC 505), one of the phenotypic methods, and to compare it with BD MAXTM CPO, a real time PCR method. In addition, it was aimed to determine the antimicrobial resistance rates, especially the carbapenem resistance, of the isolates included in our study, to determine the susceptibility to ceftazidime avibactam, which can be used in our country, and to determine whether the two tests used are cost-effective.
71 Enterobacterales species isolated from the culture samples sent to the microbiology laboratory of our hospital between January 2022 and January 2023 were included in our study. Incoming culture samples were processed in the bacteriology unit after sample acceptance. After the blood culture samples were accepted, the blood culture bottles were incubated with the BD BACTECTM FX automated system for 5 days. During this period, positive blood culture samples and other culture samples were inoculated on 5% sheep blood agar, EMB agar and chocolate agar media. The planted petri dishes were incubated in an oven at 37°C for 24-48 hours. At the end of this period, the growing microorganisms were loaded on the BD PhoenixTM M50 automated system (Becton Dickinson, USA) for identification by examining their colony morphology by Gram staining under the microscope. Results were evaluated according to EUCAST criteria. 71 Enterobacterales isolates, which are carbapenemase producers defined as "potential carbapenemase producer" according to the BD Phoenix automated system NMIC panel, were included in the study. Carbapenemase production was determined by studying the isolates included in the study with the BD CPO panel (NMIC 505) and BD MAXTM CPO.
Considering the demographic characteristics of the patients, 71 patients aged between 0-107 were included in the study. It was determined that the mean age of the patients was 58, 40 (56.3%) of the 71 patients included in the study were male, and 31 (43.7%) were female. Considering the distribution of isolated microorganisms according to the samples, it is seen that blood culture, tracheal aspirate culture and wound culture are in the forefront. When the ADT results of the microorganisms grown in the cultures of the patients were examined, it was determined that 67 of 71 isolates were ESBL positive. According to ADT results, it is seen that the most effective antibiotic is ceftazidime avibactam. Ceftazidime avibactam was found to be susceptible in 63 (88.7%) of 71 isolates. It was determined that other antibiotics with high sensitivity rates were colistin, gentamicin, tigecycline, meropenem and imipenem. Among the carbapenems, the most effective antibiotic was found to be meropenem. Meropenem was found to be susceptible in 18 (25.3%) isolates, susceptible (intermediate) in four isolates (5.6%), and resistant in 49 (69%) isolates.
Considering the results of the CPO panel (NMIC-505) of the microorganisms included in the study, 48 (67.8%) of 71 isolates were classified as class D according to Ambler classification, 6 (8.4%) Ambler class B, and nine (12.6%) as carbapenemase producer without classification. was reported as. It was determined that eight of the isolates (11.2%) did not produce carbapenemase and the result was negative. Ambler class A carbapenem resistance was not reported in any of the isolates included in the study. Four resistance genes (KPC, NDM, VIM/IPM, OXA-48) were examined in the isolates included in the study using the BD MAXTM CPO kit as a molecular method. KPC and VIM/IPM resistance genes were not positive in any of the microorganisms included in the study. Of the 71 isolates, 60 (84.5%) were found to be OXA-48 resistance gene positive, seven (9.8%) both OXA-48 and NDM resistance gene positive, and four (5.6%) all resistance genes were negative.
When the two methods were compared, 48 isolates reported as class D by the CPO panel; it was determined that 43 of them produced OXA-48 and two of them produced both OXA-48 and NDM in the molecular method. No resistance gene was found positive in three isolates. Six isolates reported as class B by working with the CPO panel; It was determined that four of them produced both OXA-48 and NDM, and one of them was positive for only OXA-48. The result of one isolate was reported as negative. Nine isolates reported as "carbapenemase producer" in the CPO panel; it was determined that eight of them produced OXA-48 and one of them produced both OXA-48 and NDM. The OXA-48 resistance gene was found to be positive in all eight isolates that were found not to produce carbapenemase according to the CPO panel results.
Carbapenem group antibiotics are widely used especially in the treatment of infections caused by Enterobacterales species. This results in an increase in carbapenem resistance rates. Care should be taken when using carbapenem group antibiotics, and the principles of rational antibiotic use should be followed. Infection control measures should be taken care of in order to prevent the spread of resistant infections. Phenotypic and molecular methods used in the detection of carbapenemases have gained importance, especially with the detection of carbapenem resistance genes that are transmitted through transposon and plasmid. The method to be used should give clear results like molecular methods, which are easy to apply and cheap like phenotypic methods. When the CPO panel used in our study is examined, it is among the advantages of the method that it can determine carbapenemase according to both ADT and Ambler classification at the same time. In addition, the ADT panel includes antibiotics such as ceftazidime avibactam, tobramycin, ceftolozane tazobactam, and ofloxacin, which are not included in all panels. As a result, the fact that it is easy to work with, gives both carbapenemase and ADT results in the same day, is cheaper than the molecular method, does not require competent personnel, and contains new generation antibiotics makes the CPO panel usable. However, there are disadvantages such as being insufficient in species containing more than one gene region, low specificity, and high cost compared to normal panels. Negative results obtained with the CPO panel need to be confirmed by molecular methods.