Detection of virulence and ß-lactamase encoding genes in Enterobacter aerogenes and Enterobacter cloacae clinical isolates from Brazil

ABSTRACT Enterobacter cloacae and E. aerogenes have been increasingly reported as important opportunistic pathogens. In this study, a high prevalence of multi-drug resistant isolates from Brazil, harboring several β-lactamase encoding genes was found. Several virulence genes were observed in E. aerogenes, contrasting with the E. cloacae isolates which presented none.

Actividad inhibitoria de dihidroxifenil propenona sobre betalactamasas de Enterobacter cloacae: estudio preliminar en el desarrollo de fármacos para enfrentar la resistencia bacteriana / Inhibitory activity of dihydroxy-phenyl-propenone on betalactamase of Enterobacter cloacae : Preliminary study for drug development to overcome bacterial resistance

Introducción . Los microorganismos patógenos como Enterobacter cloacae producen betalactamasas que les confieren resistencia frente a los antibióticos betalactámicos; se ha identificado, además, la actividad limitada de los inhibidores enzimáticos, de modo que la única posibilidad de enfrentar la resistencia es el diseño de nuevos fármacos y su uso racional. Objetivo. Evaluar el efecto de la chalcona dihidroxifenil propenona sobre un aislamiento clínico de E. cloacae y sobre la betalactamasa aislada a partir de este microorganismo resistente como un aporte en la búsqueda de compuestos inhibidores de las betalactamasas. Materiales y métodos. Se sintetizó la chalcona dihidroxifenil propenona y se evaluó su efecto sobre el aislamiento clínico de E. cloacae para determinar la concentración inhibitoria mínima mediante el método de microdilución en caldo y con la betalactamasa purificada mediante cromatografía de afinidad se realizaron estudios espectrofotométricos de cinética enzimática. Resultados. La concentración inhibitoria mínima de la dihidroxifenil propenona sobre E. cloacae fue de 35 µg/ml; el porcentaje de recuperación de la betalactamasa a partir del microorganismo fue de 31,75 %; en el estudio cinético se evidenció actividad inhibitoria de acuerdo con los parámetros cinéticos de V max =1,7 x 10 -3 µM/minuto y K M´ =2330 µM. Conclusión. La chalcona dihidroxifenil propenona ejerce su actividad inhibitoria por medio de la interacción con la betalactamasa y, de esta manera, protege la integridad estructural de los antibióticos betalactámicos; dicho efecto sinérgico la convierte en un compuesto promisorio en la búsqueda de alternativas para enfrentar la resistencia bacteriana.

Introduction: Enterobacter cloacae is a pathogenic microorganism with the ability to produce betalactamase enzymes, which makes them resistant to betalactamic antibiotics. Additionally, the limited activity of enzymatic inhibitors has been identified, and, therefore, the design of new drugs and the promotion of their rational use are the only possibilities to overcome this problem. Objective: The aim of this research was to evaluate the effect of dihydroxy-phenyl-propenone on a clinical isolate of E. cloacae , as well as its activity on a betalactamase isolated from this resistant microorganism in order to contribute to the search for new betalactamase inhibitors. Materials and methods: Dihydroxy-phenyl-propenone chalcone was synthesized and evaluated on a clinical isolate of E. cloacae to determine the minimum inhibitory concentration by broth microdilution; once the betalactamase enzyme was purified by affinity chromatography, a spectrophotometric analysis was done to evaluate its kinetic activity. Results: The minimum inhibitory concentration value of dihydroxy-phenyl-propenone on E. cloacae was 35 µg/ml; the recovery percentage of the betalactamase from the microorganism was 31.75% and the kinetic parameters were V max =1.7 x 10 -3 µM/min and K M = 2330 µM, which show an important inhibitory activity. Conclusion: Dihydroxy-phenyl-propenone has shown inhibitory activity on betalactamase enzymes and the ability to protect the chemical integrity of betalactamic antibiotics; this synergistic effect turns it into a promising compound in the search for new alternatives to overcome bacterial resistance.

Molecular epidemiology of CTX-M producing Enterobacteriaceae isolated from bloodstream infections in Rio de Janeiro, Brazil: emergence of CTX-M-15

OBJECTIVE: The present studywas designed to evaluate the molecular epidemiology of CTX-M producing Klebsiella pneumoniae, Enterobacter cloacae and Escherichia coli isolated from bloodstream infections at tertiary care hospitals in the State of Rio de Janeiro, Brazil. MATERIAL AND METHODS: A total of 231 nonduplicate Enterobacteriaceae were isolated from five Brazilian hospitals between September 2007 and September 2008. The antimicrobial susceptibility testing was performed by disk diffusion method according to the Clinical Laboratory Standard Institute. Isolates showing resistance to third-generation cephalosporins were screened for ESBL activity by the double-disk synergy test. The presence of blaCTX-M , blaCTX-M-15 and blaKPC genes was determined by Polymerase Chain Reaction (PCR) amplification andDNA sequencing. The molecular typing of CTX-M producing isolateswas performed by pulsed-field gel electrophoresis (PFGE). RESULTS AND DISCUSSION: Ninety-three isolates were screened as ESBL positive and 85 (91%) were found to carry CTX-M-type, as follows: K. pneumoniae 59 (49%), E. cloacae 15 (42%), and E. coli 11 (15%). Ten isolates resistant for carbapenems in K. pneumoniae were blaKPC-2 gene positive. Among CTX-M type isolates, CTX-M-15 was predominant in more than 50% of isolates for K. pneumoniae, E. coli, and E. cloacae. PFGE analysis of CTX-M producing isolates showed the predominance of CTX-M-15 in 10 of 24 pulsotypes in K. pneumoniae, 6 of 13 in E. cloacae and 3 of 6 in E. coli. CTX-M-15 was also predominant among KPC producing isolates. In conclusion, this study showed that CTX-M-15 was circulating in Rio de Janeiro state in 2007-2008. This data reinforce the need for continuing surveillance because this scenario may have changed over the years.

Capacidad de los laboratorios nacionales de referencia en Latinoamérica para detectar mecanismos de resistencia emergentes / Capability of national reference laboratories in Latin America to detect emerging resistance mechanisms

Objetivo. Evaluar la capacidad de 17 laboratorios nacionales de referencia que participan en el Programa Latinoamericano de Control de Calidad en Bacteriología y Resistencia a los Antimicrobianos (LA-EQAS) para detectar mecanismos de resistencia emergentes, a saber: resistencia de enterobacterias a carbapenemes por presencia de Klebsiella pneumoniae carbapenemasa (KPC); resistencia de enterobacterias a carbapenemes por presencia de metalobetalactamasas (MBL) tipo IMP, y resistencia intermedia a vancomicina de aislamientos de Staphylococcus aureus (VISA). Métodos. Se enviaron los siguientes tres aislamientos a los 17 laboratorios participantes del LA-EQAS: Klebsiella pneumoniae OPS-161 productor de KPC, Enterobacter cloacae OPS-166 productor de IMP y S. aureus OPS-165 con resistencia intermedia a vancomicina. Se evaluó la interpretación de las pruebas de sensibilidad y detección del mecanismo de resistencia y el tamaño de los halos de inhibición (método de difusión por discos) o valor de la concentración inhibitoria mínima (CIM). Resultados. La concordancia en la detección de los mecanismos de resistencia fue de 76,4%, 73,3% y 66,7% con respecto a la cepas K. pneumoniae OPS-161, E. cloacae OPS-166 y S. aureus OPS-165, respectivamente. La concordancia entre las zonas de inhibición obtenidas por los laboratorios participantes y los rangos establecidos por el laboratorio coordinador fue aceptable en los tres aislamientos, ya que alcanzó 90,8%, 92,8% y 88,9%, respectivamente, para cada cepa. Conclusiones. La concordancia global en la detección de los mecanismos de resistencia KPC, MBL y VISA fue de 72,1%. Consideramos que los laboratorios nacionales de referencia de América Latina son capaces de reconocer estos mecanismos de resistencia emergentes y se espera que en el futuro la concordancia alcance su nivel máximo.

Objective. To evaluate the capability of 17 national reference laboratories participating in the Latin American Quality Control Program in Bacteriology and Antibiotic Resistance (LA-EQAS) to detect emerging resistance mechanisms— namely: resistance of enterobacteria to carbapenems due to the presence of Klebsiella pneumoniae carbapenemase (KPC) and metallo-beta-lactamase (MBL) type IMP, and intermediate resistance of Staphylococcus aureus isolates to vancomycin (vancomycinintermediate resistant S. aureus—VISA). Methods. The following three isolates were sent to the 17 participating LA-EQAS laboratories: KPC-producing Klebsiella pneumoniae PAHO-161, IMP-producing Enterobacter cloacae PAHO-166, and S. aureus PAHO-165 with intermediate resistance to vancomycin. Performance of each of the following operations was evaluated: interpretation of sensitivity tests, detection of the resistance mechanism, and assessment of either inhibition halo size (disk diffusion method) or minimum inhibitory concentration (MIC). Results. Concordance in the detection of resistance mechanisms was 76.4%, 73.3%, and 66.7% for the K. pneumoniae PAHO-161, E. cloacae PAHO-166, and S. aureus PAHO- 165 strains, respectively. Concordance between the inhibition areas observed by the participating laboratories and the ranges established by the coordinating laboratory was acceptable for all three isolates, at 90.8%, 92.8%, and 88.9%, respectively. Conclusions. Overall concordance in on the detection of KPC, MBL, and VISA resistance mechanisms was 72.1%. We consider the national reference laboratories in Latin America capable of recognizing these emerging resistance mechanisms and expect that maximum levels of concordance will be reached in the future.

Resistencia a Cefepime en aislamientos de Enterobacter cloacae provenientes de hospitales de Bogotá, Colombia / Resistance to Cefepime in Enterobacter cloacae isolates from hospitals in Bogotá, Colombia

OBJETIVO: Detectar la presencia de genes codificantes de beta-lactamasas que pueden conferir resistencia al cefepime en aislamientos de Enterobacter cloacae, para los cuales este antibiótico se considera una opción terapéutica importante. MATERIALES Y MÉTODOS: Se analizaron 28 aislamientos provenientes de 4 hospitales de Bogotá, recolectados durante el año 2003. Se determinó fenotípicamente la producción de enzimas tipo cefalosporinasa y beta-lactamasas de espectro extendido. La presencia de genes bla codificantes para beta-lactamasas se detectó mediante amplificación por reacción en cadena de la polimerasa. Se evaluó por conjugación la posible transferencia de los genes bla que codifican para cefotaximasas. RESULTADOS: Las pruebas microbiológicas mostraron que un 57 por ciento de los aislamientos eran productores de beta-lactamasas de espectro extendido. En 82 por ciento de los aislamientos se detectaron, genes blaTEM, blaSHV y blaCTX-M. Siete de los 9 aislamientos que portaban genes blaCTX-M del grupo 1 estuvieron en el rango de intermedios o resistentes a cefepime. Estos aislamientos produjeron transconjugantes resistentes a cefotaxima. CONCLUSION: Se encontró relación entre la resistencia a cefepime y la presencia de cefotaximasas en E. cloacae. Los genes blaCTX-M estuvieron presentes en 32 por ciento de los aislamientos, indicando una diseminación importante en estos hospitales. La facilidad de transferencia de estos genes entre especies y géneros de enterobacterias es una razón importante para detectarlos y controlar su proliferación en el medio hospitalario. Estos resultados sugieren proceder con cautela en el uso de cefepime como alternativa terapéutica en las infecciones causadas por E. cloacae ante la posible presencia de cefotaximasas en estos aislamientos.

Caracterización fenotípica y genotípica de la resistencia enzimática a las cefalosporinas de tercera generación en Enterobacter spp. / Phenotypic and genotypic characterization of resistance to third-generation cephalosporins in Enterobacter spp.

Enterobacter spp. es un patógeno intrahospitalario que presenta múltiples mecanismos de resistencia a los antibióticos b-lactámicos. Se caracterizaron fenotípica y genotípicamente las diferentes b-lactamasas presentes en 27 aislamientos consecutivos e ininterrumpidos de Enterobacter spp. (25 Enterobacter cloacae y 2 Enterobacter aerogenes). También se evaluó la habilidad de diferentes métodos fenotípicos para detectar b-lactamasas de espectro extendido (BLEE) en estos microorganismos. En 15/27 aislamientos (63%) se observó resistencia a las cefalosporinas de tercera generación. En 12 de los aislamientos resistentes se detectó un alto nivel de producción de cefalosporinasa cromosómica, siendo 6 de ellos también productores de PER-2. Dicha resistencia en los 3 aislamientos restantes se debió exclusivamente a la presencia de BLEE, PER-2 en 2 de ellos y CTX-M-2 en un caso. Sólo CTX-M-2 se detectó con todas las cefalosporinas probadas en los ensayos de sinergia, utilizando el método de difusión, mientras que cefepima mejoró la detección de PER-2 en 7/8 aislamientos productores de esta BLEE, 4/8 utilizando la prueba de doble disco y 7/8 comparando discos de cefepima con y sin el agregado de ácido clavulánico. El método de dilución empleado solo detectó 1/9 BLEE al comparar las cefalosporinas con y sin el agregado de inhibidor.

Enterobacter spp. are becoming increasingly frequent nosocomial pathogens with multiple resistance mechanism to b-lactam antibiotics. We carried out the phenotypic and genotypic characterization of beta-lactamases in 27 Enterobacter spp. (25 Enterobacter cloacae y 2 Enterobacter aerogenes), as well as the ability of different extended spectrum b-lactamase (ESBL) screening methods. Resistance to third generation cephalosporins was observed in 15/27 (63%) isolates. Twelve resistant isolates produced high level chromosomal encoded AmpC b-lactamase; 6 of them were also producers of PER-2. Resistance to third generation cephalosporins in the remaining 3 isolates was due to the presence of ESBLs, PER-2 in 2 cases, and CTX-M-2 in the other. Only CTX-M-2 production was detected with all tested cephalosporins using difusion synergy tests, while cefepime improved ESBLs detection in 7/8 PER-2 producers, 4/8 in the inhibitor aproximation test and 7/8 with double disk test using cefepime containing disk with and without clavulanic acid. Dilution method, including cephalosporins with and without the inhibitor detected 1/9 ESBLs producers.

Haemolymph and fat body metallo-protease associated with Enterobacter cloacae infection in the bloodsucking insect, Rhodnius prolixus

Analysis of zymograms with SDS-polyacrilamide gel electrophoresis containing gelatin as substrate, and performed on samples of haemolymph or fat body taken from Rhodnius prolixus inoculated or not with Enterobacter cloacae, demonstrated distinct patterns of protease activities: (i) in the haemolymph two proteases were induced in insects inoculated with bacteria; (ii) two proteases were detected in the fat bodies derived from non-inoculated controls or insect inoculated with sterile culture medium; (iii) haemolymph and fat body had both the same apparent molecular weights proteases (46 and 56 kDa); and (iv) these enzymes were characterized as metallo-proteases. The association of these enzymes in Rhodnius infected with bacteria was discussed.