Extended spectrum beta-lactamase (ESBL) genotypes in Escherichia coli from patients at the Landspítali University Hospital in Iceland from 2006-2012

Abstract

Introduction. The prevalence of antibiotic resistance is a growing problem and is a major threat to public health. The first ‘class A’ extended-spectrum β-lactamases (ESBLA), that confer resistance to third-generation cephalosporins, were found in the 1980s as point mutations in the parent enzyme. CTX-M is the newest plasmid-mediated ESBLA, first recognized in 1989 and mostly found in Escherichia coli (E. coli) and Salmonella enterica. The most common ESBL in the world is the CTX-M-15 enzyme, which was first described in 2001 and most commonly found in E. coli. The prevalence of resistance to third-generation cephalosporins is increasing all over the world; the Nordic countries have the lowest reported prevalence. The detection of ESBLs is very important for the diagnosis and treatment of patients.Methods. The objective for this study was to determine the ESBLA genotypes in E. coli bacteria from patients in Landspítali’s inpatient wards, emergency rooms and outpatient clinics. ESBLA-producing E. coli, isolated from all patients during the years 2006-2012, were included in the study sample. All E. coli isolates that have shown ESBLA production have been preserved and stored for future analyses. All isolates selected for this study went through DNA extraction, then PCR with primers for the ESBL genes blaCTX-M, blaSHV and blaTEM, followed by an electrophoresis. Thereafter all PCR positive isolates were sent for sequencing for subgenotyping.Results. A total of 164 isolates, from 120 patients were chosen for this study. There were 150 isolates positive with the CTX-M primer, 13 positive with the SHV primer and 88 positive with the TEM primer. Four isolates were negative with all primers. Genotyping for subtypes was unsuccessful for 23 CTX-M and 3 SHV genes. The results showed 92% of all isolates had the CTX-M enzyme, and thereof 66.7% had CTX-M-15. The high number of ungenotyped CTX-M genes gives reason for further studying the isolates with other primers.Conclusion. This was the first Icelandic study on ESBL genotypes in E. coli and the results were comparable to what has been seen in other Nordic countries. CTX-M-15 has become the most prevalent ESBL subgenotype in the region, like elsewhere in the world. Its rapid spread in Iceland warrants further studies on the plasmids and E. coli clones that might be involved in this development.

Inngangur. Tíðni sýklalyfjaónæmis er vaxandi vandamál og er mikil ógn fyrir lýðheilsu. Fyrstu ‘class A’ “extended-spectrum” β-laktamasarnir (ESBLA), sem valda ónæmi gegn þriðju kynslóðar cefalósporínum, fundust á níunda áratugnum sem punktbreytingar í forvera ensími. CTX-M er nýjasta plasmíð-borna ESBLA ensímið sem fannst first 1989 og má helst finna í Escherichia coli (E. coli) og Salmonella enterica. Algengasta ESBL ensímið sem finnst í heiminum er CTX-M-15, sem var fyrst lýst árið 2001 og má helst finna í E. coli. Tíðnin á ónæmi gegn þriðju kynslóðar cefalósporínum er að aukast um allan heim; Norðurlöndin hafa lægstu tíðnina. Greining ESBL ensíma er mjög mikilvæg fyrir greiningu og meðferð sjúklinga.Efni og aðferðir. Markmið þessarar rannsóknar var að kanna arfgerðir ESBLA í E. coli bakteríum hjá sjúklingum sem lágu á mismunandi deildum, bráðamóttökum og göngudeildum Landspítalans. ESBLA-myndandi E. coli, sem var einangrað frá öllum sjúklingum á árunum 2006-2012, voru notuð í þessari rannsókn. Þeir E. coli stofnar sem sýndu ESBLA myndun hafa verið varðveittir og geymdir til frekari rannsókna. Allir stofnar valdir fyrir þessa rannsókn voru settir í DNA einangrun, PCR með vísum fyrir ESBL genin blaCTX-M, blaSHV and blaTEM, og þar á eftir í rafdrátt. Í kjölfarið voru þeir stofnar sem voru jákvæðir í PCR sendir í raðgreiningu fyrir undirgerðir.Niðurstöður. Alls voru 164 stofnar, frá 120 sjúklingum valdir fyrir þessa rannsókn. Það voru 150 stofnar jákvæðir með CTX-M vísi, 13 jákvæðir með SHV vísi og 88 jákvæðir með TEM vísi. Fjórir stofnar voru neikvæðir með öllum vísum. Raðgreining fyrir undirgerðir misheppnaðist fyrir 23 CTX-M og 3 SHV gen. Niðurstöðurnar sýndu að 92% allra stofnanna höfðu CTX-M ensím og þar af voru 66,7% með CTX-M-15. Mikill fjöldi ógreindra CTX-M gena veitir ástæðu fyrir frekari rannsóknir á stofnunum með öðrum vísum.Umræður. Þetta var fyrsta íslenska rannsóknin á arfgerðum ESBL í E. coli og niðurstöðurnar voru sambærilegar því sem sést hefur í Norðurlöndunum. CTX-M-15 er orðin algengasta ESBL undirgerðin á svæðinu, eins og annars staðar í heiminum. Hraði útbreiðslunnar á Íslandi gefur tilefni til frekari rannsóknar á plasmíðum og E. coli klónum sem hugsanlega eiga þátt í þessari þróun.