美国医院五年期间大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌β-内酰胺酶发生趋势及按β-内酰胺酶类型分层的抗菌药物活性

Trends of β-Lactamase Occurrence Among Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae in United States Hospitals During a 5-Year Period and Activity of Antimicrobial Agents Against Isolates Stratified by β-Lactamase Type

作者信息Mariana Castanheira, John H Kimbrough, Sean DeVries, Rodrigo E Mendes, Helio S Sader
PMID36776778
发布时间2023-01-27
DOI10.1093/ofid/ofad038

实验完整度

高

多中心前瞻性监测,包括药敏试验、全基因组测序筛选、新酶克隆表达及表型特征描述等多层级验证。

主要模型

大肠埃希菌临床分离株 肺炎克雷伯菌临床分离株

重点核对

筛选标准:至少2种监测β-内酰胺(头孢他啶、头孢曲松、氨曲南、头孢吡肟)MIC≥2 mg/L或碳青霉烯耐药 药敏试验采用CLSI参考肉汤微量稀释法 β-内酰胺酶基因鉴定采用全基因组测序 趋势分析使用线性回归模型斜率系数 新CTX-M和OXA-1变体在E coli DH5α中克隆表达并测定MIC

摘要

背景 分析2016年至2020年间在美国56家医院连续收集的大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌分离株的β-内酰胺酶的时间趋势及其相关药敏模式。 方法 采用参考肉汤微量稀释法对分离株(n = 19 453)进行药敏试验。对至少2种以下化合物(头孢他啶、头孢曲松、氨曲南或头孢吡肟)的最低抑菌浓度(MIC)值≥2 mg/L或对碳青霉烯类耐药的分离株进行全基因组测序以鉴定β-内酰胺酶。通过斜率系数确定纵向和时间趋势。对新的CTX-M和OXA-1变体进行了表征。 结果 在无碳青霉烯耐药且头孢菌素/氨曲南MIC升高的分离株中,88.0%检出超广谱β-内酰胺酶(ESBLs)。blaCTX-M-15在ESBL产生菌中检出率为55.5%。ESBL发生率随时间保持稳定,但在血流感染和肺炎克雷伯菌分离株中观察到显著增加,主要由blaCTX-M的增加驱动。碳青霉烯耐药和碳青霉烯酶基因分别见于166和145株分离株,包括137株blaKPC、6株blaSME、3株blaOXA-48样和3株blaNDM。头孢他啶-阿维巴坦和碳青霉烯类对无碳青霉烯耐药的ESBL产生菌具有很高活性(>99%敏感)。头孢他啶-阿维巴坦抑制了97.0%的碳青霉烯耐药分离株。该药物和美罗培南-法硼巴坦分别抑制了2020年分离株的96.4%和85.0%。 结论 总体而言,产ESBL分离株保持稳定,但肺炎克雷伯菌分离株由于CTX-M产生而增加。碳青霉烯耐药肠杆菌目细菌的发生率在研究期间下降。金属-β-内酰胺酶和OXA-48样酶的发生率仍然很低。对产β-内酰胺酶分离株进行持续监测是明智的。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
2016-2020年间美国医院大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌中β-内酰胺酶的发生趋势及抗菌药物活性如何?
核心机制
blaCTX-M-15在大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌中广泛传播,是驱动ESBL表型的主要机制;碳青霉烯耐药主要由KPC酶介导。
主要证据
基于56家医院19 453株分离株的MIC测定和全基因组测序,发现55.5%的ESBL产生菌携带blaCTX-M-15,145株碳青霉烯耐药分离株携带碳青霉烯酶基因。
研究意义
该研究提供了美国医院β-内酰胺酶耐药表型和基因的国家级分布图谱,为临床医生、政策制定者和药物开发者提供耐药概况。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

菌株收集与鉴定

收集并确认大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌临床分离株。

从56家美国医院连续收集19 453株分离株,必要时用MALDI-TOF MS确认菌种。

2

药敏试验

测定所有分离株对不同抗菌药物的敏感性。

采用参考肉汤微量稀释法进行药敏试验,并按CLSI标准判读。

3

β-内酰胺酶筛选与全基因组测序

鉴定符合筛选标准的分离株的β-内酰胺酶基因。

对MIC≥2 mg/L的分离株进行全基因组测序,使用SPAdes组装后与NCBI耐药基因数据库比对。

4

新β-内酰胺酶变体的克隆和表征

确定新发现的CTX-M和OXA-1变体的水解谱。

将新变体基因克隆到pCR-Blunt II并转入E coli DH5α,测定克隆株对多种β-内酰胺的MIC。

5

趋势分析

分析β-内酰胺酶发生率在研究期间的时间趋势。

采用线性回归模型分析年度百分比变化,确定趋势是否显著。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
MALDI BiotyperBruker Daltonics--
Nextera XT文库制备试剂盒Illumina--
MiSeq测序仪Illumina--
Q5 2X PCR预混液New England Biolabs--
NEB 5-alpha感受态细胞New England BiolabsC2987H
DNA清洁浓缩-5试剂盒Zymo Research--
Zero Blunt TOPO PCR克隆试剂盒Invitrogen--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
菌株收集
参与医院的入组标准:需在2016-2020年每年提交分离株;感染类型分布
阅读提示:Methods, Bacterial Isolates
药敏试验
质控菌株种类;培养基和培养条件(文中未明确说明);接种菌量(文中未明确说明)
阅读提示:Methods, Susceptibility Testing
β-内酰胺酶筛选
筛选标准:至少2种β-内酰胺MIC≥2 mg/L或碳青霉烯MIC≥2 mg/L;DNA提取和测序文库制备的具体量(文中未明确说明)
阅读提示:Methods, β-Lactamase Screening
全基因组测序和分析
测序平台(MiSeq);目标覆盖度(30X);组装参数(SPAdes 3.9.0, K-values 21,33,55,77,99);比对标准(>94%同一性,40%最小覆盖度)
阅读提示:Methods, β-Lactamase Screening
新变体克隆和表征
克隆载体(pCR-Blunt II);宿主(E coli DH5α);筛选抗生素(卡那霉素50 mg/L);引物序列
阅读提示:Methods, Characterization of β-Lactamase-Encoding Genes
趋势分析
使用的统计模型(线性回归);软件(R Studio 2022.02.00);显著性定义(P<0.05)
阅读提示:Methods, Statistical Analysis