Genetische Faktoren im Zusammenhang mit der weiten Verbreitung von ST11-extensiv resistenten Carbapenemase-produzierenden Klebsiella pneumoniae-Stämmen im Krankenhaus
Carbapenemase-produzierende Klebsiella pneumoniae (CP-Kp) stellt aufgrund des extensiv resistenten (XDR) Phänotyps eine erhebliche klinische Herausforderung dar, der mit hoher Morbidität und Mortalität bei nosokomialen Infektionen assoziiert ist. Unter den verschiedenen Sequenztypen (STs) von CP-Kp ist ST11 der dominante Klon, der das blaKPC-2-Gen in China trägt. Diese Studie zielte darauf ab, die genetischen Faktoren zu untersuchen, die zur weiten Verbreitung von ST11-XDR-CP-Kp-Stämmen innerhalb der Intensivstation (ICU) eines chinesischen Krankenhauses der Maximalversorgung beitragen.
Methodik
Sechs ST11-XDR-CP-Kp-Stämme, die zwischen Mai und Dezember 2014 von Patienten der ICU isoliert wurden, wurden retrospektiv analysiert. Die Identifizierung erfolgte durch Bestimmung der minimalen Hemmkonzentration (MHK), Polymerase-Kettenreaktion (PCR) und Pyrosequenzierung. Drei multiresistente (MDR) und vier sensible (S) K. pneumoniae-Stämme dienten als Vergleichsgruppe. Die Whole-Genome-Sequenzierung (WGS) wurde mittels Single-Molecule-Real-Time-(SMRT)-Methode durchgeführt. Strukturelle und funktionelle Genomanalysen identifizierten spezifische Merkmale der ST11-XDR-CP-Kp-Stämme.
Ergebnisse
Die sechs ST11-XDR-CP-Kp-Stämme breiteten sich innerhalb der ICU aus, wobei zwei Klone identifiziert wurden. Phylogenetische Analysen zeigten eine hohe genetische Ähnlichkeit mit einer geringen Anzahl an Kern-Single-Nukleotid-Polymorphismen (SNPs). Die Stämme variierten in Chromosomengröße, Resistenzphänotypen und der Verteilung von Antibiotikaresistenzgenen (ARGs). Alle sechs Stämme trugen das blaKPC-2-Gen auf IncFII-Plasmiden, die als Hauptvektoren für ARGs bekannt sind.
Vergleichende Genomanalysen ergaben, dass die ST11-XDR-CP-Kp-Stämme größere Genome und mehr vorhergesagte proteinkodierende Sequenzen (CDSs) als MDR- und S-Stämme aufwiesen. Funktionelle Annotationen gemäß Clusters of Orthologous Groups (COG) zeigten einen höheren Anteil an Genen für Informationsspeicherung und -verarbeitung, insbesondere mobile genetische Elemente (MGEs) wie Transposons und Prophagen.
Es wurden 11 großskalige genetische Regionen identifiziert, die ausschließlich in ST11-XDR-CP-Kp-Stämmen vorkamen und mit MGEs assoziiert waren. Drei dieser Regionen befanden sich auf Plasmiden, acht auf Chromosomen. Fünf MGEs trugen ARGs, acht Anpassungsgene. Ein neuartiges blaKPC-2-tragendes Transposon, DDTn1721-blaKPC-2, wurde in allen ST11-XDR-CP-Kp-Stämmen nachgewiesen. Dieses Transposon, flankiert von IS903D und ISKpn8, stellt eine verkürzte Variante des DTn1721-blaKPC-2-Elements dar.
Diskussion
Die identifizierten MGEs spielen eine Schlüsselrolle beim horizontalen Gentransfer von ARGs und Anpassungsgenen. IncFII-Plasmide mit blaKPC-2 fördern die Ausbreitung von Carbapenem-Resistenzen in Enterobacteriaceae. Anpassungsgene auf MGEs, wie LytM und LytR (ICE_F1), könnten Virulenz und Biofilmbildung verstärken.
Die Verbreitung von ST11-XDR-CP-Kp unterstreicht die Bedeutung von Infektionskontrollmaßnahmen. Die Studie beleuchtet die Rolle von MGEs in der Evolution von Resistenzen bei Hochrisiko-Klonen wie ST11. Die identifizierten genetischen Elemente bieten Ansatzpunkte für neue Therapiestrategien.
Zusammenfassung
Die weite Verbreitung von ST11-XDR-CP-Kp im Krankenhaus wird durch klonale Ausbreitung und MGE-vermittelten Gentransfer getrieben. Einzigartige MGEs mit ARGs und Anpassungsgenen tragen zur Persistenz dieser Stämme bei. Diese Studie liefert Einblicke in die genetischen Grundlagen des Erfolgs von ST11-XDR-CP-Kp und betont die Notwendigkeit verstärkter Surveillance.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000001101