Diagnostik und molekulare Epidemiologie multiresistenter Gram
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Fachtagung Krankenhaushygiene, Halle/Saale, 13. April 2011 Diagnostik und molekulare Epidemiologie multiresistenter Gram-negativer Bakterien E. coli P. aeruginosa K. pneumoniae Dr. rer. nat. Yvonne Pfeifer A. baumannii Landesamt für Verbraucherschutz Sachsen-Anhalt NDM-1 – Hype oder Bedrohung? Gegen fast alle Antibiotika resistent Britische Wissenschaftler warnen vor neuem Superbakterium Es wurde durch Schönheitsoperationen aus Indien eingeschleppt Deutschland: Neuer Supererreger NDM-1 breitet sich in Europa aus Bakterium NDM-1 Das Ende der Antibiotika Belgien 14.08.2010 Superkeim NDM-1 fordert erstes Todesopfer in Europa NDM-1 = New Delhi Metallo-β β-Lactamase NDM-1 ist ein von Gram-negativen Bakterien gebildetes Enzym, dass alle β-Lactam Antibiotika zerstört NDM-1 ist übertragbar – Das NDM-1 Gen liegt auf einem Plasmid und kann sehr leicht in andere Gram-negative Spezies übertragen werden NDM-1 produzierende Bakterien sind zumeist multiresistent, da sie viele weitere z.T. übertragbare Resistenzgene besitzen – oft ist Colistin die einzige Therapieoption NDM-1 – in Deutschland und der Welt Ende 2008: erste Identifikation von NDM-1 in K. pneumoniae bei einem schwedischen Patienten indischer Abstammung (Yong D. et al. AAC. 2009) August 2010: vielfaches Auftreten von NDM-1 in K. pneumoniae, E. coli u.a. Enterobacteriaceae in Indien/Pakistan und Großbritannien (Kumarasamy KK. et al. Lancet Infect. Dis. 2010) Seit Ende 2009: vereinzeltes Auftreten von NDM-1 in Enterobacteriaceae und Nonfermentern in Deutschland und weltweit (RKI, Epidemiol. Bulletin Nr. 33/2010) Bisher wurden bei 13 Patienten in Deutschland NDM-1-bildende Bakterien nachgewiesen Identifikation eines NDM-1-bildenden E. coli im Trachealsekret (Kolonisation) Patient nach Unfall in Indien 2009 querschnittsgelähmt und Beatmung erforderlich Erneutes NDM-1 Screening vor Entlassung negativ Pfeifer et al. AAC. 2010 Identifikation eines NDM-1-bildenden Stammes durch retrospektive Analyse multiresistenter A. baumannii Isolate aus einer deutschen Klinik in 2007 Patient zuvor in Serbien hospitalisiert Wundinfektion Transfer nach Deutschland Sepsis 10 Tage nach Aufnahme verstorben Göttig et al. THE LANCET Inf. Dis. 2010 β-Lactam Antibiotika 1960er Jahre 1970-90er Jahre Cefuroxim Cefotaxim Ceftazidim Cefepim Ampicillin Piperacillin 1990er Jahre 1980er Jahre Imipenem Meropenem Aztreonam Ertapenem Doripenem http://homepage.ntlworld.com/diamonddove/03_Blactams/Blactam_Antibiotics.htm Häufigkeit multiresistenter Erreger auf deutschen Intensivstationen Infektionen pro 1.000 Patiententage Meyer et al. 2010, Crit. Care 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) 3.-Gen.-Cephalosporin-resistente Escherichia coli 3.-Gen.-Cephalosporin-resistente Klebsiella pneumoniae Vancomycin-resistente Enterokokken Carbapenem- (Imipenem-) resistente Acinetobacter baumannii 2008 3. Gen. Cephalosporinresistenz bei Enterobacteriaceae EARSS - European Antimicrobial Resistance Surveillance System No data* < 1% 1 - 5% 5 - 10% 10 - 25% 25 - 50% > 50 Abb: Anteil invasiver Escherichia coli Isolate mit Resistenz gegenüber 3. Gen. Cephalosporinen 2008. (http://www.rivm.nl/earss/ on 31th March 2010) *keine Daten übermittelt oder Daten von weniger als 10 Isolaten 3. Gen. Cephalosporinresistenz in Enterobacteriaceae ARS: Antibiotikaresistenz-Surveillance Deutschland (https://ars.rki.de) Alle Stationen (Cefotaximresistenz E. coli) Intervall R n Kontinuierliche Erfassung von Resistenzdaten aller relevanten nosokomialen Erreger aus 250 Kliniken und > 3500 Arztpraxen über elektronische Schnittstelle von 13 Laboren Intensivstationen (Cefotaximresistenz E. coli) Intervall R n Total % Total % n Halbjahr 2, 2010 2376 9.4 % 25396 Halbjahr 1, 2010 2003 8.6 % 23326 Halbjahr 2, 2009 1894 8.3 % 22878 Halbjahr 1, 2009 1627 7.6 % 21422 Halbjahr 2, 2008 1047 7.9 % 13277 Halbjahr 1, 2008 939 6.0 % 15583 Ambulante Versorgung Intervall R n n Total % n Halbjahr 2, 2010 211 13.3 % 1588 Halbjahr 2, 2010 551 4.0 % 13821 Halbjahr 1, 2010 197 13.4 % 1467 Halbjahr 1, 2010 487 3.6 % 13479 Halbjahr 2, 2009 213 13.6 % 1568 Halbjahr 2, 2009 511 3.6 % 14170 Halbjahr 1, 2009 169 11.6 % 1454 Halbjahr 1, 2009 396 2.9 % 13509 Halbjahr 2, 2008 137 12.8 % 1074 Halbjahr 2, 2008 405 2.9 % 14043 Halbjahr 1, 2008 98 8.5 % 1151 Halbjahr 1, 2008 324 2.4 % 13513 β-Lactamresistenz und β-Lactamverbrauch SARI – www.antibiotika-sari.de Resistenz 3.Gen. Cephalosporine (E. coli) Einsatz (Verbrauch) Carbapeneme Risiko: Selektion Carbapenem-resistenter (multiresistenter) Erreger Carbapenemresistenz bei Gram-negativen Bakterien Carbapeneme: Meropenem, Imipenem, Ertapenem, Doripenem GERMAP 2008 Enterobacteriaceae Resistenzrate: < 1 % Pseudomonas aeruginosa Resistenzrate: 7-25 % Acinetobacter baumannii Resistenzrate: 7-15 % Resistenztrend: langsam ansteigend! Mechanismen der β-Lactamresistenz 1. 4. Beta-Lactam Hydrolyse Enterobacteriaceae 3. Loss of porins 2. P. aeruginosa Abb. sitemaker.umich.edu/.../files/resistance.gif Spezies-spezifische β-Lactamasen Spezies β-Lactamase Escherichia coli AmpC Klebsiella pneumoniae Klebsiella oxytoca K1 (OXY) Enterobacter cloacae AmpC Enterobacter aerogenes AmpC Citrobacter freundii AmpC Proteus mirabilis ● ● Harnwegsinfektionen Urosepsis Wundinfektionen, Bakteriämie, Sepsis - Pseudomonas aeruginosa AmpC Acinetobacter baumannii AmpC, OXA ● Atemwegsinfektionen, Nosokomiale Pneumonie Veränderungen in den Regulationsmechanismen (Promoter-Mutationen, SNPs, Insertionsequenzen) resultieren in der High-Level Expression der chromosomalkodierten Beta-Lactamasen → β-Lactamresistenz → erhöhte Mortalität Einteilung der β-Lactamasen β-LactamaseKlasse A Serinβ-Lactamasen C D Metalloβ-Lactamasen B β-Lactamasen Beispiele Breitspektrumβ-Lactamasen TEM-1, TEM-2 SHV-1, SHV-11 ESBL TEM TEM-3, TEM-52 ESBL SHV SHV-5, SHV-12 ESBL CTX-M CTX-M-1, CTX-M-15 Carbapenemasen KPC Cephamycinasen Chromosomal kodiert AmpC Cephamycinasen Plasmid-kodierte AmpC CMY, DHA, FOX, ACC Breitspektrumβ-Lactamasen OXA-1, OXA-9 ESBL OXA OXA-2, OXA-10 Carbapenemasen OXA Carbapenemasen OXA OXA-48 OXA-23,-24,-58 Metallo-β-Lactamasen (Carbapenemasen) VIM, NDM-1 IMP, GIM Relevante Spezies Resistenzen1 Ampicillin, Cephalotin Enterobacteriaceae und Nonfermenter2 Penicilline, 3. Gen. Cephalosporine alle β-Lactame3 Enterobacter spp. Citrobacter spp. Cephamycine (Cefoxitin), 3. Gen. Cephalosporine Cephamycine (Cefoxitin), 3. Gen. Cephalosporine Enterobacteriaceae Oxacillin, Ampicillin, Cephalotin 3. Gen. Cephalosporine Enterobacteriaceae A. baumannii Enterobacteriaceae und Nonfermenter Ampicillin, Imipenem alle β-Lactame3 alle β-Lactame3 Abbildung: Vereinfachte Darstellung der Einteilung der β-Lactamasen. 1, angegeben sind charakteristische Resistenzen, die z.T. für die Diagnostik genutzt werden; 2, die Breitspektrum-β-Lactamase TEM-1 findet man auch bei Nonfermentern (P. aeruginosa, A. baumannii) häufig; 3, breites Hydrolysespektrum inklusive der Carbapeneme Verbreitung von β-Lactamasen Klonale Verbreitung: Verbreitung bestimmter resistenter Stämme in der Klinik (Ausbruch) Verbreitung bestimmter europäischer klonaler Linien Verbreitung des Resistenzgens – Horizontaler Gentransfer HGT Lage der Resistenzgene (Carbapenemase-Gene) auf Plasmiden, die leicht übertragbar sind innerhalb der Spezies/in andere Spezies A B Ausbreitung von ResistenzPlasmiden zwischen verschiedenen Spezies A B ! Donor Rezipient Oft liegen verschiedene Resistenzgene auf einem Plasmid; dessen Weitergabe führt zur Entstehung multiresistenter Erreger (MRE) ! Klasse A β-Lactamasen 1960 Aminobenzyl-Penicilline; Cephalosporine 1./2. Gen. e.g. Ampicillin, Mezlocillin, Cefotiam Resistenz durch die Breitspektrum Beta-Lactamasen TEM-1 und SHV-1 1970 “neuere” Cephalosporine 3. Gen. e.g. Cefotaxim, Ceftazidim, Cefpodoxim 1980 Resistenz durch Extended-Spectrum Beta-Lactamasen TEM-type ESBL n > 170 SHV-type ESBL n > 111 CTX-M-type ESBL n > 100 „klassische“ ESBL Strategie: ESBL Inhibitoren Wirkweise: ● kovalente Bindung im katalyt. Zentrum der β-Lactamase ● keine/sehr geringe antibiotische Wirkung Anwendung in Kombination mit einem β-Lactam Antibiotikum β-Lactamase-Inhibitoren β-Lactam-Antibiotika Clavulansäure Sulbactam ! Inhibitor-Resistenz durch: ● β-Lactamase-Überexpression ● Inhibitor-resistente β-Lactamasen ● Verlust der Porine ● Efflux-Mechanismen ! Phänotypischer ESBL-Nachweis (TEM, SHV, CTX-M, OXA) ESBLPhänotyp: Resistenz gegen Penicilline und 3./4. Gen. Cephalosporine Hemmbar durch β-Lactamase Inhibitoren (CLV, SUL) Automaten-interne Tests ESBL- Bestätigungstests Ceftazidim Cefotaxim Cefpodoxim Cefepim + Sulbactam + Clavulansäure Agardiffusionstests Etest CLV CTX CAZ Beispiel: Phänotypischer ESBL/AmpC-Nachweis D68C ESBL/AmpC ID (Mast) A Cefpodoxim B Cefpodoxim + ESBL-Inhibitor ESBL-negativ AmpC-negativ Aber: ESBL-positiv C Cefpodoxim + AmpC-Inhibitor D Cefpodoxim + ESBL- und AmpC-Inhibitor AmpC-positiv ESBL-positiv AmpC-positiv Wird nur sehr wenig β-Lactamase oder werden verschiednene β-Lactamasen gebildet, kann es zu falsch positiven/negativen Ergebnissen kommen Carbapenemasen Definition: β-Lactamasen, die Cephalosporine und Carbapeneme hydrolysieren Klasse A Carbapenemasen KPC erstmals 2008 in Deutschland nachgewiesen (C. Wendt, EpiBull, 22/2008) Import aus „Endemiegebieten“ (z.B. Griechenland, Israel) einzelne Ausbruchsgeschehen in deutschen Kliniken Klasse B Carbapenemasen (Metallo-Beta-Lactamasen = MBL) VIM Import aus Mittelmeerregion (Italien, Spanien) in Deutschland z.T. regionale Verbreitung NDM-1 Import aus Indien/Pakistan (bisher 13 Fälle in Deutschland bekannt) Klasse D Carbapenemasen OXA-48 in Enterobacteriaceae (Import überwiegend aus Türkei) OXA-58/23/24 in Acinetobacter baumannii aus Mittelmeerregion in Deutschland jährlich Ausbruchsgeschehen Antibiotika [mg/mL] NDM-1 E. coli VIM-1 K. oxytoca KPC-2 K. pneumoniae OXA-23 A. baumannii OXA-48 + ESBL K. pneumoniae OXA-48 E. coli Ampicillin R R R R R R Cefotiam R R R R R R Cefotaxim R R R R R S Ceftazidim R R R R R S Cefoxitin R R R R R R Gentamicin R R S/I R R R Kanamycin R R R R R R Amikacin R S R R R R Oxytetrazyclin R R R R R R Chloramphenicol R R R R R R Nalidixinsäure R R R R R R Ciprofloxacin R R R R R R SXT R R R R R R Meropenem R R R R R I/R Imipenem R R R R R I/R Ertapenem R R R R R R positiv positiv negativ negativ negativ negativ Tigecyclin S/I S/I S/I - S S Colistin S S S S S S MBL-Etest (IP/IPI) Phänotypischer Carbapenemase-Nachweis Phänotyp: Resistenz gegen Penicilline und 3./4. Gen. Cephalosporine Resistent/ intermediär gegenüber Carbapenemen Hemmbar durch verschiedene Carbapenemase Inhibitoren Phänotypischer Nachweis: Carbapenemasen Modified Hodge Test K. pneumonia Carbapenemase Bildner K. pneumonia ATCC Carbapenem-sensitiv E. coli ATCC Carbapenem-sensitiv Anwendung: - allg. Nachweis von Carbapenemase-Bildung (KPC, MBL, OXA) - für epidemiologische Zwecke und Infektionskontrolle - falsch positive Ergebnisse (z.B. bei AmpC-Bildung) möglich Beispiel: Phänotypischer Carbapenemase-Nachweis KPC/MBL/AmpC ID-Test (Alere Diagn.) MRP Meropenem MR+DP Meropenem + MBL-Inhibitor MR+BO Meropenem + KPC-Inhibitor MR+CL Meropenem + AmpC-Inhibitor KPC-positiv MBL-positiv (VIM, NDM-1) Borsäure = KPC-Inhibitor EDTA = MBL-Inhibitor Beispiel: MBL oder Nicht-MBL ? P. aeruginosa P. aeruginosa P. aeruginosa „Molekulare Diagnostik – Warum? Bsp. : Produktion von β-Lactamase in geringer Menge Falsch-negative phänotypische Testergebnisse Bsp. : Produktion mehrerer unterschiedlicher β-Lactamasen Unspezifische/nicht auswertbare phänotypische Tests Bsp. : sehr geringe β-Lactamase-Bildung niedrige MHK (scheinbar sensitives Isolat) ungeeignete antibiotische Behandlung Erhöhung der β-Lactamase-Bildung (Regulationsmechanismen) Therapieversagen durch (spontan) resistenten Erreger Nachweis des Resistenzgens mit molekularen Methoden Nutzung molekularer Methoden in der Epidemiologie Molekulare Methoden zur β-Lactamase Detektion ● PCR-Amplifikation und Sequenzierung der β-Lactamase (bla) Gene ESBL-Multiplex-PCR 1 2 3 4 5 M MP 1 2 3 4 MP 1 M 2 3 4 MP 5 blaTEM blaSHV blaCTX-M MOX A.h. EBC E.cl. ACC H.a. DHA M.m. CMY C.f. CTX-M-14 spez. CTX-M-9-type CTX-M-2-type CTX-M-1-type ● Oligonukleotid-Microarray für schnelle β-Lactamase Identifizierung 1,00 0,80 ● ● ● ● schnell sensitiv spezifisch teuer! rel. intensity (RI) M AmpC-Multiplex-PCR CTX-M-Multiplex-PCR A G 0,60 C T 0,40 0,20 0,00 S163 S163.2 S180 S182 S194 S194.2 S202 S216 S235 S235.2 S236 S236.2 S237 S241 S241.2 S241: agc Ser S258 S261 S264 S271 S272 S276 Molekulare Epidemiologie: ARS-ESBL-Studie ESBL-positive Einsendungen E. coli n = 156 K. pneumoniae n = 65 K. oxytoca n=6 P. mirabilis n=3 Anteil der Isolate aus: E. coli E. coli Klebsiella spp. P. mirabilis BK WA 38 % 49 % Klebsiella spp. 31 % 48 % Weitere Resistenzen: > 70 % der E. coli sind resistent gegen Fluorchinolone und Sulfonamide Molekulare Epidemiologie: ARS-ESBL-Studie E. coli Klebsiella spp. no. of strains n = 156 no. of strains n = 65 no. of hospitals n = 150 no. of hospitals n = 56 Anzahl ESBL-positiver Isolate 160 143 93 % CTX-M TEM-ESBL 140 SHV-ESBL 120 CTX-M CTX-M-15 100 76 50 % CTX-M-15! 80 50 77 % CTX-M 60 33 40 20 6 16 3 5 0 E. coli Klebsiella spp. Dominanz der CTX-M-ESBL durch HGT und Verbreitung epidemischer Klone (CTX-M-E. coli ST131) Cullik et al. JMM 2010 ESBL und (flouro)quinolone resistance in Enterobacteriaceae www.reset-verbund.de ESBL im Krankenhaus ESBL bei Tieren & Tierprodukten ? ? Übertragung von ESBLbildenden Stämmen oder ESBL-Plasmiden ESBL in der Community Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit Molekulare Epidemiologie: KPC Carbapenemase KPC = Klebsiella pneumoniae Carbapenemase Seit 2008 wenige Ausbrüche aber viele Einzelnachweise mit KPC-Klebsiellen (Index)patienten kommen oft aus Griechenland oder Israel 100 95 90 85 80 Beispiel: PFGE-Analyse KPC-bildendender K. pneumoniae ST258 (MLST) Hospital Year Country** KPC-type F 2009 D KPC-2 F 2009 D KPC-2 D 2009 D KPC-2 E 2009 GR KPC-2 D 2009 D KPC-2 C 2009 D KPC-3 C 2009 D KPC-3 C 2008 D KPC-3 B 2009* D KPC-3 B 2009* IL KPC-3 A 2008* D KPC-2 A 2008* GR KPC-2 *, outbreak isolates; **, nationality of the patient or previous visit abroad; IL, Israel; GR, Greece; D, Germany; Dice (Tol 1.0%-1.0%) (H>0.0% S>0.0%) [0.0%-100.0%] Pfeifer Y, ECCMID 2010 Poster 736 Bsp. OXA-Carbapenemase bildende A. baumannii jährlich mehrere Ausbrüche mit OXA-23 und OXA-58 bildenden A. baumannii (Untersuchungen von Isolaten 2006-2010) in Deutschland Häufung der A. baumanni Nachweise in den Sommermonaten Viele Patienten sind nur besiedelt aber auch schwere Infektionen, (Todesfälle) treten auf 7 6 5 3 2008 2007 2 2006 1 BB BB2006 2007 Year 2008 Patienten kommen aus Südeuropa, Ägypten oder dem arabischen Raum („Iraqibacter“) Behandlung nur noch mit Colistin erfolgreich December BY LS November SA October T August July BY September Month June May April March February 0 January Number of cases 4 Pfeifer et al. ECCMID 2010 Poster P797 Fazit Carbapenem-Resistenzraten bei Enterobacteriaceae noch unter 1 % Langsamer Anstieg der Nachweiszahlen von multiresistenten Erregern (MRE), z.B. Ausbrüche mit Carbapenemase-bildenden A. baumannii MRE sind oft Einzelfälle, viele Patienten besiedelt, wenige Infektionen KPC-Bildner OXA-48-Bildner VIM-MBL-Bildner NDM-1-Bildner > 50 Nachweise/Jahr > 50 Nachweise/Jahr > 40 Nachweise/Jahr ca. 20 Nachweise/Jahr NRZ, Bochum 2-Monatsberichte im Epidemiolog. Bulletin MRE-Infektionen sind oft schwerwiegend und kaum therapierbar (hohe Mortalität) Das Einschleppen multiresistenter Erreger ins Krankenhaus kann man nicht verhindern aber eine schnelle Diagnostik und strenge Hygienemaßnahmen verhindern die Weiterverbreitung von MRE Bsp. Konsensusempfehlung Baden-Württemberg: Umgang mit Patienten mit hochresistenten Enterobakterien inklusive ESBL-Bildnern Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! RKI Wernigerode Prof. Dr. Wolfgang Witte Sibylle M.-Bertling Christine Günther Dr. habil. Guido Werner Dr. B. Strommenger Dr. F. Layer Dr. habil. G. Wilharm Dr. L. Poirel (Paris) Dr. P. Higgins (Köln) Herzlichen Dank an alle Einsender! [email protected]
