Enterobacteriaceae ailesinde yaygın karbapenemaz gen bölgelerinin ın-house multipleks pcr ile araştırılması ve karbapenemaz üretiminin saptanmasında fenotipik yöntemlerin değerlendirilmesi /
Yazar: SEFER ERMAN YILMAZ
Danışman: DOÇ. DR. AYŞE ESRA KARAKOÇ
Sağlık Bakanlığı / Ankara Eğitim ve Araştırma Hastanesi / Tıbbi Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2016
Konu: Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Son yıllarda karbapenem direnci gösteren Enterobacteriaceae türlerinin sayısında önemli artış gözlenmiştir. Direnç gelişimine neden olan en önemli mekanizma bakteri tarafından karbapenemaz enziminin üretilmesidir. Karbapenemaz üretiminin saptanması enfeksiyon kontrol önlemlerinin planlanması yönünden önem taşır. 
Karbapenemaz üretiminin saptanmasında moleküler ve fenotipik yöntemler kullanılmaktadır. PCR gibi moleküler yöntemler karbapenemaz yapımının belirlenmesinde halen altın standarttır. Fakat maliyeti yüksek olan, deneyim ve teknik donanım gerektiren moleküler yöntemler her laboratuvar tarafından uygulanamamaktadır. Maliyeti daha uygun ve uygulanması daha kolay fenotipik yöntemler, moleküler yöntemlere iyi bir alternatif oluşturmaktadır. 
Çalışmamızda disk difüzyon yöntemiyle EUCAST karbapenemaz tarama kriterlerine uyan Enterobacteriaceae ailesi üyelerinde, moleküler yöntemlerle yaygın görülen karbapenemaz gen bölgelerinin varlığının araştırılması ve moleküler yöntem sonuçları esas alınarak fenotipik karbapenemaz saptama yöntemlerinin duyarlılık ve özgüllüklerinin değerlendirilmesi amaçlanmıştır. 
Çalışmamızda Enterobacteriaceae ailesinde yaygın görülen KPC, NDM, VIM, IMP, OXA-48 karbapenemaz gen bölgeleri in house multipleks PCR yöntemiyle araştırılmıştır. Ayrıca karbapenemaz yapımının araştırılmasında fenotipik yöntemlerden; boronik asit (BA) ve dipikolinik asit (DPA) sinerjisinin ve temosilin direncinin değerlendirildiği inhibisyon temelli fenotipik karbapenemaz saptama testi (sinerji testi) (Liofilchem, İtalya) ve CHROMagar KPC kromojenik besiyeri (Biomed Diagnostics, Fransa) kullanılmıştır. 
Ocak 2013-Temmuz 2015 tarihleri arasında Ankara Eğitim ve Araştırma Hastanesi, Tıbbi Mikrobiyoloji Laboratuvarı'nda farklı klinik örneklerden izole edilen ve disk difüzyon yöntemiyle EUCAST karbapenemaz tarama kriterlerine uyan farklı türlere ait 201 Enterobacteriaceae üyesi çalışmamıza dahil edildi. 
PCR sonucunda, 201 Enterobacteriaceae izolatının 131'inde (%65,2) OXA-48, 21'inde (%10,4) NDM, birinde (%0,5) VIM, 10'unda (%5) OXA-48+NDM saptanırken; 38'inde (%18,9) herhangi bir karbapenemaz gen bölgesine rastlanmadı. En fazla karbapenemaz gen bölgesi tespit edilen Enterobacteriaceae türü K.pneumonia idi. OXA-48 pozitifliği saptanan 131 Enterobacteriacea'nın 95'i (%72,5); tek başına NDM pozitifliği saptanan 21 suşun 20'si (%95,2); VIM pozitif saptanan suş ve OXA-48+NDM birlikteliği gözlenen on suşun tamamı K.pneumoniae idi. 
Yıllara göre karbapenemaz gen bölgelerinin dağılımı incelendiğinde, 2014 senesinde, 2013'e göre saptanan karbapenemaz gen bölgesi sayısında iki kattan fazla artış gözlendi. Karbapenemaz gen bölgesi saptanma sayısı 2015'in ilk altı aylık döneminde, 2014 senesiyle benzerlik göstermekteydi. OXA-48 tüm yıllarda en çok saptanan gen bölgesi oldu. NDM+OXA-48 birlikteliği 2014 senesinde izole edilen on K.pneumoniae suşunda tespit edildi. 
Karbapenemaz gen bölgesi tespit edilen örnekler, karbapenem direnç dağılımına göre incelendiğinde; 131 OXA-48 pozitif bulunan örneğin 123'ünde (%93,8) her üç karbapenem grubu antibiyotiğe karşı azalmış duyarlılık tespit edildi. Tek başına NDM pozitif bulunan 21 suşun, VIM pozitif bulunan tek suşun ve OXA-48+NDM pozitif olan on suşun tamamı üç karbapenem grubuna karşı azalmış duyarlılık gösterdi. Enzim saptanmayan 38 suşun ise 9'unda (%23,6) üçlü direnç gözlendi. 
Karbapenem grubu antibiyotikler arasında en sık meropeneme karşı azalmış duyarlılık saptanan suşlarda karbapenemaz gen bölgesi tespit edildi. Çalışmamızda meropenem direnci tespit edilen 165 suşun 156'sında (%94,5) karbapenemaz gen bölgesi pozitifti. 
Fenotipik karbapenemaz saptama testi 201 örneğin 187'sinde (%93) doğru bir şekilde yorum yapılmasına olanak sağladı. Çalışmamızda EUCAST değerlendirme kriterlerine göre, fenotipik karbapenemaz saptama testinin tek başına OXA-48 pozitifliğini saptamadaki duyarlılığı %97,7 (128/131); özgüllüğü ise %98,3 (59/60) olarak bulundu. OXA-48+NDM pozitifliği gösteren on suş duyarlılık ve özgüllük hesabına dahil edildiğinde, fenotipik karbapenemaz saptama testinin, OXA-48'i saptamadaki duyarlılığı %91,4 (129/141); özgüllüğü %98,3 (59/60) bulundu. Tek başına temosilin direnci doğrudan değerlendirildiğinde, fenotipik karbapenemaz saptama testinin duyarlılığı %100 (141/141); özgüllüğü %71,6 (43/60) olarak bulundu. 
Çalışmamızda KPC pozitif örneğe rastlanmadığı için BA sinerji testinin KPC'yi saptamadaki duyarlılığı hesaplanamadı. Testin KPC'yi saptamadaki özgüllüğü ise %97,5 (196/201) olarak bulundu. DPA sinerji testinin MBL'lardan olan NDM ve VIM'i saptamadaki duyarlılığı %96,8 (31/32) olarak bulunurken; özgüllüğü %97,6 (165/169) olarak saptandı. 
Çalışmaya alınan 201 suşun 185'inde (%92) kromojenik besiyerinde üreme gözlendi. Karbapenemaz gen bölgesi saptanan 163 suşun tamamı kromojenik besiyerinde üredi. Karbapenemaz enzimi saptanmayan 38 suşun ise 22'sinde (%57,8) üreme gözlendi. Testin karbapenemaz pozitif suşları saptamadaki duyarlılığı %100 (163/163); özgüllüğü %42,1; karbapeneme karşı azalmış duyarlılık gösteren suşları saptamadaki duyarlılığı ise % 92 olarak hesaplandı. 
Çalışmamızda fenotipik karbapenemaz saptama testi yüksek duyarlılık ve özgüllük göstererek, karbapenemaz pozitif suşların saptanmasında moleküler yöntemlere iyi bir alternatif olarak bulundu. Kromojenik besiyerinin karbapeneme azalmış duyarlılığın belirlenmesinde tarama testi olarak kullanılabileceği, ancak karbapenemaz pozitif suşları ayırt etmede özgüllüğünün yeterli olmadığı düşünüldü.

Abstract:
In recent years, a dramatic increase has been observed in the number of carbapenem resistant Enterobacteriaceae species. The most important mechanism leading to carbapenem resistance is production of carbapenemase enzymes by bacteria. Detection of carbapenemase production is especially important in terms of implementation of proper infection control measures. 
Molecular and phenotypic methods are used in detection of carbapenemase production. Molecular methods as PCR still remain as the gold standard in detection of carbapenemase activity. However, molecular techniques are hard to apply for most of the laboratories since they require experience, special equipment and are more costly. Phenotypic methods are easy to perform and are cheaper than molecular techniques and can be considered to be a good alternative in detection of carbapenemase activity. 
In our study it was aimed to investigate the presence of commonly seen carbapenemase gene regions in Enterobacteriaceae family members that meet carbapenemase screening criteria with disc diffusion method acording to EUCAST, by molecular and phenotypic methods. We also aimed to evaluate sensitivity and specificity of phenotypic methods on the basis of PCR as gold standard. 
In our study, most commonly seen carbapenemase gene regions KPC, NDM, VIM, IMP and OXA-48 were investigated by in house multiplex PCR technique. Besides PCR, phenotypic carbapenemase detection test (synergy test) (Liofilchem, Italy) in which boronic acid (BA) and dipicolinic acid (DPA) synergies with meropenem and temocillin resistance were evaluated and CHROMagar KPC chromogenic media (Biomed Diagnostics, France), were used to investigate carbapenemase production. 
A total of 201 Enterobacteriaceae species isolated from different clinical samples in Ankara Training and Research Hospital Medical Microbiology Laboratory between January 2013 and July 2015 that meet the the carbapenemase detection criteria with disc diffusion method acording to EUCAST were included in the study. 

Acording to PCR results; in 131 isolates (65,2%), OXA-48; 21 isolates (10,4%), NDM; one isolate (0,5%), VIM and ten isolates (5%), OXA-48+NDM were found. Besides, in 38 isolates (18,9%) none of the carbapenemase gene regions investigated were observed. Carbapenemase gene regions were most commonly detected in K.pneumoniae species. Of 131 Enterobacteriaceae isolates found to be positive for OXA-48, 95 were K.pneumoniae. Also, 20 of the 21 isolates found to be positive for NDM, one isolate found to be positive for VIM and all of the ten isolates found to be positive for both OXA-48 and NDM were K.pneumoniae. 
As distribution of carbapenemase gene regions with respect to years was investigated; in 2014, more than two fold increase was observed in the number of isolates with carbapenemase gene region detected when compared to year 2013. The number of isolates with carbapenemase gene region detected in 2015 was similar to year 2014. OXA-48 was the primarily detected gene region in all of the years. NDM and OXA-48 co-production was observed in ten K.pneumoniae isolated in 2014. 
When the isolates which were positive for carbapenemase gene region were investigated in terms of the distribution of carbapenem resistance; in 123 of 131 OXA-48 positive isolates (93,8%), reduced susceptibility to each of the three carbapenem class antibiotics was detected. Reduced susceptibility to each of the three carbapenem class was also seen in 20 of 21 NDM positive isolates, one VIM positive isolate and all of the ten OXA-48+NDM positive isolates.Yet, in 9 of 38 isolates (23,6%) which none of the carbapenemase gene region was found, resistance to all three of the carbapenem class antibiotics was observed. 
Carbapenemase gene region was mostly detected in isolates which showed reduced susceptibility to meropenem. In 156 of 165 isolates (94,5%) that were detected to be meropenem resistant, carbapenemase gene region was found. 
Phenotypic carbapenemase detection test allowed accurate interpretation in 187 of 201 isolates (93%). Sensitivity of carbapenemase detection test in detection of OXA-48 using the EUCAST evaluation criteria for isolates possessing only OXA-48 gene was 97,7% (128/131); on the other hand specificity was calculated as 98,3% (59/60). When ten isolates possesing OXA-48+NDM genes together were included, the sensitivity and specificity of carbapenemase detection test in determining OXA-48 positive isolates was found to be 91,4% (129/141) and 98,3% (59/60) respectively. When only temocillin resistance was interpreted in detection of OXA-48, sensitivity was found as 100% (141/141) and specificity was found as 71,6% (43/60). 
It was not possible to calculate sensitivity of boronic acid synergy test in detection of KPC, because none of the isolates were found to be positive for KPC. Yet, specificity of the test in detection of KPC was 97,5% (196/201). On the other hand sensitivity and specificity of DPA synergy test in detection of NDM and VIM belonging to MBL family was 96,8% (31/32) and 97,6% (165/169) respectively. 
In 185 of 201 isolates (92%) included in the study, growth was observed on chromogenic medium. All of the 163 isolates possesing carbapenemase gene region showed growth on chromogenic medium. On the other hand, 22 of 38 isolates which no carbapenemase gene region detected, showed growth. The sensitivity and specificity of the test in detection of carbapenemase production was 100% (163/163) and 42,1%, respectively. On the other hand the test showed 92% sensitivity in detection of isolates with reduced susceptibility to carbapenems. 
In conclusion, phenotypic carbapenemase detection test was found to be a good alternative to molecular techniques in detecting carbapenemase production. Additionally, chromogenic medium was thought to be a simple phenotypic test which can be used as a screening tool in determining reduced susceptibility to carbapenems.