Журнал МЕДИЦИНА

Предварительные результаты исследования на основе полногеномного секвенирования резистентных штаммов K. pneumoniae в многопрофильном стационаре г. Барнаула

Русских А. А.
аспирант, кафедра эпидемиологии, микробиологии и вирусологии1
Лукьяненко Н. В.
д.м.н., профессор, кафедра эпидемиологии, микробиологии и вирусологии1
Руденко А. В.
заведующая учебной лабораторией, преподаватель1
Коломеец А. А.
проректор по развитию регионального здравоохранения1
Петрова А. А.
заведующая эпидемиологическим отделом2
Михайлова Ю. В.
к.б.н., заведующая, лаборатория молекулярных механизмов антибиотикорезистентности3

1ФГБОУ ВО «Алтайский государственный медицинский университет» Минздрава России, г. Барнаул, Российская Федерация
2КГБУЗ «Краевая клиническая больница», г. Барнаул, Российская Федерация
3ФБУН «Центральный НИИ Эпидемиологии» Роспотребнадзора, Москва, Российская Федерация

Автор для корреспонденции
Русских Артём Александрович; e-mail: Likvidator20110@mail.ru

Финансирование
Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Введение. Klebsiella pneumoniae, один из ведущих возбудителей нозокомиальных инфекций, входит в группу так называемых «ESKAPE»-патогенов – микроорганизмов, ассоциированных с повышенной антибиотикорезистентностью и представляющих собой серьезную проблему для здравоохранения. K. pneumoniae распространена повсеместно и обладает выраженной способностью приобретать устойчивость к антимикробным препаратам (АМП). Неадекватная антибактериальная терапия у пациентов с нозокомиальными инфекциями ухудшает прогноз заболевания и увеличивает больничную летальность, поэтому назначение препаратов должно опираться на знание актуального профиля антибиотикорезистентности возбудителя в конкретном стационаре. Изучение генетического разнообразия K. pneumoniae позволит выявить основные механизмы устойчивости этого возбудителя и сформулировать рекомендации по рациональной антибиотикотерапии. Цель исследования. Полногеномный анализ резистентных изолятов K. pneumoniae в контексте эпидемиологического надзора за инфекциями, связанными с медицинской помощью (ИСМП) в многопрофильном стационаре. Материалы и методы исследования. В работе исследован 41 изолят бактерий рода Klebsiella, выделенных в многопрофильном стационаре г. Барнаула из клинических образцов. Полногеномное секвенирование проводилось с помощью NextSeq 2000 (Illumina). Результаты исследования и их обсуждение. Сравнительный анализ микробиологического фона в многопрофильном стационаре и стационаров России свидетельствовал о преобладании в общей структуре K. pneumonia: 39,2% и 27,86%. В ходе полногеномного анализа резистентных штаммов K. pneumonia были выявлены комбинации генов бета-лактамаз и генов, кодирующих механизмы устойчивости к дезинфектантам. Обнаружены гены, ассоциированные с устойчивостью Klebsiella pneumoniae к перекиси водорода, были выявлены гены карбапенемаз группы OXA-48, гены бета-лактамаз расширенного спектра группы CTX-M, а также металло-b-лактамаз группы NDM среди исследованных культур. Вывод. Использование полногеномного секвенирования изолятов возбудителей ИСМП в клинической практике (на примере Klebsiella pneumoniae) определяет выбор антибактериальной терапии, применение дезинфектантов и антисептиков при организации профилактических и противоэпидемических мероприятий.

Klebsiella pneumoniae, антибиотикорезистентность, полногеномное секвенирование

Для цитирования: Русских А. А., Лукьяненко Н. В., Руденко А. В., Коломеец А. А., Петрова А. А., Михайлова Ю. В. Предварительные результаты исследования на основе полногеномного секвенирования резистентных штаммов K. pneumoniae в многопрофильном стационаре г. Барнаула. Медицина 2023; 11(4): 42-54

Введение

В этиологической структуре внутрибольничных инфекций лидирующая роль принадлежит грамотрицательным возбудителям и, в частности, K. pneumoniae, на долю которого приходится около 20% случаев данной нозологии. Чаще всего регистрируются инфекции кровотока, абдоминальные инфекции, пневмонии и инфекции, связанные с хирургическим вмешательством. [1,2]. Летальность у пациентов с инфекциями, вызванными карбапенем-резистентными штаммами K. pneumoniae, остается высокой и варьируется от 18 до 72%. На частоту летальных исходов оказывают влияние локализация инфекционного процесса, тяжесть состояния, коморбидный профиль пациента и длительность применения антимикробных препаратов (АМП) [3]. Повышенное внимание исследователей к изучению клинических изолятов K. pneumoniae связано, в первую очередь, с биологическими свойствами данных микроорганизмов, в частности с их вирулентностью и высокой устойчивостью к широкому спектру антимикробных препаратов [4,5,6]. Антибиотикорезистентность (АБР) клебсиелл, как правило, связана с наличием генетических детерминант, расположенных на мобильных элементах (плазмидах, транспозонах, интегронах, IS-элементах и т.д.) [6-8]. Массовое применение в качестве эмпирической терапии β-лактамов широкого спектра привело к селекции штаммов, продуцирующих бета-лактамазы расширенного спектра (БЛРС), а затем и штаммов, продуцирующих карбапенемазы. Локализация генов БЛРС и карбапенемаз на подвижных генетических элементах способствовала быстрому внутривидовому и межвидовому переносу этих ферментов [9,10]. Особенно большое число антибиотикорезистентных штаммов отмечается среди Klebsiella pneumoniae [11]. Распространение полирезистентных нозокомиальных штаммов K. pneumoniae приобретает эпидемический характер, при этом отмечаются региональные особенности доминирования определенных геновариантов, отличающихся по характеру фенотипических проявлений [12]. Так, в ряде клиник США, Франции, Англии, Италии пандемическое распространение получила генетическая линия K. pneumoniae, относящаяся к сиквенс-типу 258 [13,14]. В странах Прибалтийского региона и Санкт-Петербурге распространены штаммы K. pneumoniae, продуцирующие NDM-1 металло-β-лактамазу и относящиеся к сиквенс-типу 340 [15]. Наряду с множественной резистентностью все большую значимость имеет гипервирулентность, также связанная с приобретением дополнительного генетического материала и формированием генетических линий, эффективно поддерживающих эти детерминанты. Наряду с широко распространенной проблемой АБР в литературе описывается устойчивость Klebsiella pneumoniae к дезинфектантам и антисептикам. Одним из механизмов устойчивости бактерий к дезинфектантам и антисептикам является экспрессия системы эффлюкса, которая кодируется генами qacE, qacEΔ1, cepA, широко распространенными среди грамотрицательных бактерий [16-19]. Описано, что гены группы qac (quaternaryammonium compound – четвертичное аммониевое соединение) часто выявляются в ассоциации с генами, кодирующими устойчивость к АМП разных групп, в том числе к β-лактамам (карбапенемазы), так как обе группы генов локализуются в плазмидо-опосредованных интегронах 1 класса. В свете этого, нужно учитывать возможность неспецифической селекции антибиотико-резистентных штаммов грамотрицательных бактерий при нерациональном применении дезинфектантов и антисептиков.

Учитывая изложенное, целью нашего исследования являлся анализ полных геномов резистентных изолятов K. pneumoniae в контексте эпидемиологического надзора за ИСМП в многопрофильном стационаре.

Материалы и методы

В работе исследован 41 изолят бактерий рода Klebsiella, выделенных в многопрофильном стационаре г. Барнаула из клинических образцов. Принадлежность к роду Klebsiella определяли по культурально-морфологическим признакам с использованием селективных сред – агара МакКонки (BioMerieux, Франция) и агара Левина (OXOID, Великобритания). Антибиотикорезистентность штаммов выявляли диско-диффузионным методом согласно рекомендациям Европейского комитета по определению чувствительности к антимикробным препаратам (EUCAST, https://eucast.org) с использованием агара Мюллера–Хинтона (OXOID, Великобритания). Геномную ДНК бактериальных культур выделяли с помощью набора DNeasy Blood & Tissue Kit (Qiagen). Полногеномное секвенирование проводилось с помощью секвенатора NextSeq 2000 (Illumina). Анализ микробиологического фона за период 2020-2022 гг. многопрофильного стационара проведен с использованием компьютерной программы WHONET. В работе использованы данные сайта AMRmap микробиологического пейзажа за 2019-2020 гг. по России.

Исследование включало эпидемиологические, статистические, математические методы исследования.

Результаты исследования

Сравнительный анализ микробиологического пейзажа за период 2020-2022 гг. многопрофильного стационара и стационаров России за 2019-2020 гг. свидетельствовал о преобладании в общей структуре K. pneumonia: 39,2% и 27,86% соответственно (рис. 1,2).

Рис. 1. Микробиологический пейзаж возбудителей ИСМП – ситуация в России за 2019-2020 гг.

Рис. 2. Микробиологический пейзаж многопрофильного стационара г. Барнаула 2020-2022 гг.

Чувствительность к антибактериальным препаратам в многопрофильном стационаре г. Барнаула к основным антибиотикам (Эртапенем, Имипнем и Меропенем) была ниже, чем по России в 2,2, 1,6 и 1,5 соответственно при сохранении тенденции к повышению резистентности (рис. 3,4).

Рис. 3. Чувствительность к антибактериальным средствам Klebsiella sp. по России 2019-2020 гг.

Рис. 4. Чувствительность к антибактериальным средствам Klebsiella sp. многопрофильного стационара г. Барнаула 2020-2022 гг.

Филогенетический анализ клинических изолятов K. pneumoniae ST395 установил отличия в генетическом наборе разных МУ г. Москвы и Барнаула (рис. 5).

Полученные от больных резистентные культуры многопрофильного стационара были представлены преимущественно K. pneumoniae – 82,0%. Из клинического материала от больных выделены также Pseudomonas aeruginosa – 10,0%, A. baumannii – 6,0%, E. coli – 2,0% (табл. 1).

В связи наибольшим количеством K. pneumoniae в этиологии ИСМП при оценке результатов генотипирования рассмотрен данный возбудитель.

Рис. 5. Филогенетический анализ клинических изолятов K. pneumoniae ST395 разных МУ.

Таблица 1. Пейзаж резистентных культур многопрофильного стационара г. Барнаула, проанализированных с помощью высокопроизводительного секвенирования

Всего культур	Klebsiella pneumoniae		Pseudomonas aeruginosa		Acinetobacter baumannii		E. coli
Всего культур	абс	%	абс	%	абс	%	абс	%
50	41	82,0	5	10,0	3	6,0	1	2,0

Для понимания формирования причин и механизмов выработки резистентности к антибактериальным препаратам изучены их группы, используемые в лечении пациентов, у которых выделены изоляты K. pneumoniae до поступления и в ходе оказания медицинской помощи в многопрофильном стационаре.

До поступления в многопрофильный стационар проходили лечение 29,6% пациентов по месту жительства с преимущественным использованием фторхинолонов (Цефтриаксон, Ципрофлоксацин, Цефоперазон, Левофлоксацин).

Во время оказания медицинской помощи в многопрофильном стационаре наиболее часто применялась комбинация препаратов цефалоспоринового ряда и ингибитора бета-лактамаз (Цефоперазон и Сульбактам) – 85,2% (табл. 2). Широко использовались в лечении: Меропенем – антибиотик класса карбапенемов – 59,2%, Ванкомицин из группы трициклических гликопептидов – 37,0%, Тигециклин из группы глицилциклинов – 22,2%, Амикацин – аминогликозидов (25,9%).

Таблица 2. Перечень антибактериальных препаратов, используемых в лечении больных, проходивших лечение в многопрофильном стационаре г. Барнаула, у которых выделены изоляты K. pneumoniae

Кол-во пациентов	Антибактериальный препарат
Кол-во пациентов	Цефтриаксон		Меропенем		Ванкомицин		Тигециклин		Амикацин		Цефоперазон +сульбактам		Линезолид
27	абс	%	абс	%	абс	%	абс	%	абс	%	абс	%	абс	%
27	8	29,6	16	59,2	10	37	6	22,2	7	25,9	23	85,2	7	25,9

В результате полногеномного секвенирования Klebsiella pneumoniae были выявлены гены карбапенемаз группы OXA-48-подобных в 95,1%, гены бета-лактамаз расширенного спектра группы CTX-M – у 87,8% ДНК, а также металло-b-лактамаз группы NDM – 31,7% среди исследованных культур.

Гены бета-лактамаз расширенного спектра группы CTX-M, относящиеся к БЛРС, гидролизуют пенициллины, цефалоспорины, карбапенемы, монобактамы.

Изучение генов бета-лактамаз Klebsiella pneumonia свидетельствовало о наибольшем присутствии blaOXA у 80,5% культур. Разнообразие blaOXA определялось 1, 9, 23, 48, 66, 488 генотипами. BlaCTXМ-15 выявлена у 51,2% изолятов, BlaSHV присутствовала у 46,3%, и blaTEM у 39,0%. BlaSHV характеризовались более широким спектром: 11, 26, 28, 78, 98, 106, 121, 145, 155, 159, 179, 182, 194, 199. BlaADC, blaPER, blared, blaLAP, представлены в структуре реже от 2,3% до 7,3%.

Адаптивная резистентность K. pneumoniae детерминируется внутренними генетическими перестройками или генетическим материалом, приобретенным путем горизонтального переноса от резистентного микробного окружения и может обеспечить защиту клебсиелл от всех известных классов АМП.

С целью определения формирования госпитальных штаммов K. pneumonia изучены гены, кодирующие механизмы устойчивости бактерий к дезинфектантам и антисептикам (ЧАС и перекиси водорода). Поиск генов, отвечающих за механизмы устойчивости Klebsiella pneumoniae к четвертично-аммонивым соединениям, выявил наличие OqxA у 56,1%, OqxB – 63,4%, qacE – 56,1% изолятов.

Обнаружены гены, ассоциированные с устойчивостью Klebsiella pneumoniae к перекиси водорода OqxA у 65,9%, OqxB – 63,4%, qacВ – 53,7% qacА – 53,7%.

Исходя из литературных данных гены группы qac (quaternary ammonium compound – четвертичное аммониевое соединение) часто выявляются в ассоциации с генами, кодирующими устойчивость к АМП разных групп, в том числе к β-лактамам (карбапенемазы), так как обе группы генов локализуются в плазмид опосредованных интегронах класса 1 [16-19]. Нами проведен анализ полученных данных по поиску комбинаций указанных генов изученных изолятов K. pneumoniae (табл. 3).

Таблица 3. Выявленные комбинации генов бета-лактамаз и генов, кодирующих механизмы устойчивости к дезинфектантам изолятов K. pneumoniae.

Итого культур	blaOXA+blaTEM +blaCTX OqxA		blaOXA+blaCTX +BlaSHV OqxB		blaOXA+blaTEM +blaCTX +OqxB		blaOXA+blaCTX +BlaSHV OqxА		blaOXA+blaCTX +BlaSHV OqxА+OqxB		blaOXA+blaTEM +blaCTX OqxA+OqxB
Итого культур	абс	%	абс	%	абс	%	абс	%	абс	%	абс	%
41	9	22,0	5	12,2	7	17,1	6	14,6	3	7,3	4	9,8

Сочетание β-лактамаз (blaOXA, blaTEM, blaCTX) с OqxA была получено у 22,0% изолятов. Сочетание blaOXA, blaCTX, BlaSHVс геномом OqxB установлено в 12,2%, а комбинация blaOXA, blaTEM, blaCTX с геном OqxB в 17,1%. Также сочетание генов blaOXA+blaCTX +BlaSHV и OqxА имело место в 14,6%. Определено одновременное присутствие генов OqxА и OqxB с β-лактамазами (blaOXA, blaCTX, BlaSHV) в 7,3% изолятов, а в сочетании с blaOXA, blaTEM, blaCTX в 9,8%.

Обсуждение результатов

Сравнительный анализ микробиологического пейзажа за период 2020-2022 гг. многопрофильного стационара и стационаров России за 2019-2020 гг. свидетельствует о преобладании в общей структуре K. pneumonia 39,2% и 27,86% соответственно и более высоких показателях (на 11,3%) в многопрофильном стационаре г. Барнаула. Чувствительность к антибактериальным препаратам в многопрофильном стационаре к основным антибиотикам (Эртапенем, Имипнем и Меропенем) была ниже, чем по России в 2,2, 1,6 и 1,5 соответственно при сохранении тенденции к повышению резистентности.

Формированию резистентности до поступления в многопрофильный стационар способствовало использование в 29,6% фторхинолонов (цефтриаксон, ципрофлоксацин, цефоперазон, левофлоксацин).

Во время оказания медицинской помощи в многопрофильном стационаре наиболее часто применялась комбинация препаратов цефалоспоринового ряда и ингибитора бета-лактамаз (Цефоперазон и Сульбактам) – 85,2%. В лечении широко использовались: меропенем – антибиотик класса карбапенемов – 59,2%, ванкомицин из группы трициклических гликопептидов – 37,0%, тигециклин из группы глицилциклинов – 22,2%, амикацин – аминогликозидов (25,9%).

Изучение генов Beta-lactam Klebsiella pneumonia свидетельствовало о наибольшем присутствии blaOXA у 80,5% изолятов и CTX-M – у 87,8%. Гены металло-b-лактамаз группы NDM были выявлены у трети изолятов (31,7%). Разнообразие blaOXA определялось 1, 9, 23, 48, 66, 488 генотипами, BlaCTX включала только генотип 15. BlaSHV присутствовала у 46,3% культур и blaTEM у 39,0%. BlaSHV характеризовались более широким спектром: 11, 26, 28, 78, 98, 106, 121, 145, 155, 159, 179, 182, 194, 199. BlaADC, blaPER, blared, blaLAP, представлены в структуре реже – от 2,3% до 7,3%.

Тенденция к снижению чувствительности к антимикробным препаратам, определяемая обнаружением генов, отвечающих за устойчивость к антибиотикам, дезинфектантам и антисептикам свидетельствует о формировании госпитальных штаммов [16-19]. Почти у 95,1% проанализированных штаммов K. pneumoniae обнаружен ген ОХА-48, CTX-M встречался в 87,8%, что приводит к резистентности к пенициллинам, цефалоспоринам, карбапенемам и монобактамам. По литературным данным для группы беталактамаз (TEM, CTXM, OXA), установленных нашим исследованием, также характерно функциональное разнообразие ферментов, гидролизирующих основные группы АБП [16-19]. Так сочетание продукции CTXM (беталактамаза расширенного спектра) со снижением проницаемости наружной мембраны и активацией эффлюкснасосов у K. pneumoniae приводит к возникновению устойчивости к эртапенему, которая в нашем случае на 2022 год составляла 95%.

Устойчивость к беталактамным антибиотикам может быть связана не только с беталактамазами. Она может быть следствием модификации пенициллиносвязывающих белков, активацией эффлюкс насосов (AcrAB-TolC, KpnGH, KpnEF), а также поломкой поринов (OmpK35, OmpK36, LamB, PhoE, KpnO), обеспечивающих транспорт беталактамов внутрь бактериальной клетки.

Изучение генотипов K. pneumoniae установило их частичную идентичность как при резистентности к ЧАС, так и перекиси водорода, представленную OqxA и OqxB. При этом в исследовании учтено, что Qac – это ген в микроорганизме, который отвечает за защиту самого себя за счет эффлюкс системы, основная функция которой заключается в распознавании и удалении вредных веществ, проникших через клеточную стенку.

Выводы

1. В многопрофильном стационаре г. Барнаула, как и в структуре выделенных из клинического материала возбудителей преобладала K. pneumoniae (39,2%), что на 11,3% выше, чем в Российский Федерации.

2. Восприимчивость к основным антибактериальным препаратам (Эртапенем, Имипенем и Меропенем) в стационаре г. Барнаула была в 2,2, 1,6 и 1,5 ниже соответственно по сравнению с медицинскими учреждениями Российский Федерации, с тенденцией роста резистентности за анализируемый период.

3. При полногеномном секвенировании K. pneumoniae были выявлены гены карбапенемаз группы OXA-48 – подобных в 95,1%, гены бета-лактамаз расширенного спектра группы CTX-M – у 87,8% ДНК, а также металло-b-лактамаз группы NDM – 31,7% среди исследованных культур.

4. Обнаружены гены, ассоциированные с устойчивостью изолятов K. pneumoniae к четвертично-аммонивым соединением и перекиси водорода (OqxA, OqxB).

5. Установленное при полногеномном секвенировании изолятов K. pneumoniae сочетание генов карбапенемаз (blaOXA, blaTEM, blaCTX) с генами, ассоциированными с устойчивостью четвертично-аммонивых соединений и перекиси водорода (OqxA в 22,0%, OqxB (17,1%) свидетельствовало о формировании госпитальных штаммов в стационаре г. Барнаула.

6. Использование полногеномного секвенирования изолятов возбудителей ИСМП в клинической практике (на примере K. pneumoniae) определяет выбор антибактериальной терапии, применение дезинфектантов и антисептиков при организации профилактических и противоэпидемических мероприятий.

1. Чеботарь И.В., Бочарова Ю.А., Подопригора И.В., Шагин Д.А. Почему Klebsiella pneumoniae становится лидирующим оппортунистическим патогеном. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия 2020; 22(1): 4-19.

2. Яковлев С.В., Суворова М.П., Белобородов В.Б., Басин Е.Е., Елисеева Е.В., Ковеленов С.В., Портнягина У.С., Рог А.А., Руднов В.А., Барканова О.Н. Распространенность и клиническое значение нозокомиальных инфекций в лечебных учреждениях России: исследование ЭРГИНИ. Антибиотики и химиотерапия 2016; 61(5-6): 32-42.

3. Rodríguez-Baño J., Cisneros J.M., Cobos-Trigueros N., Fresco G., Navarro-San Francisco C., Gudiol C., Horcajada J.P., López-Cerero L., Martínez J.A., Molina J., Montero M., Paño-Pardo J.R., Pascual A., Peña C., Pintado V., Retamar P., Tomás M., Borges-Sa M., Garnacho-Montero J., Bou G. Study Group of Nosocomial Infections (GEIH) of the Spanish Society of Infectious Diseases, Infectious Diseases (SEIMC). Diagnosis and antimicrobial treatment of invasive infections due to multidrug-resistant Enterobacteriaceae. Guidelines of the Spanish Society of Infectious Diseases and Clinical Microbiology. Enferm Infecc Microbiol Clin. 2015; 33(5): 337.e1-337.e21, doi: 10.1016/j.eimc.2014.11.009

4. Paczosa M.K., Mecsas J. Klebsiella pneumoniae: going on the offense with a strong defense. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2016; 80(3): 629-661, doi: 10.1128/MMBR.00078-15

5. Hou X.H., Song X.Y., Ma X.B., Zhang S.Y., Zhang J.Q. Molecular characterization of multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae isolates. Braz J Microbiol. 2015; 46(3): 759-768, doi: 10.1590/S1517-838246320140138

6. Navon-Venezia S., Kondratyeva K., Carattoli A. Klebsiella pneumoniae: a major worldwide source and shuttle for antibiotic resistance. FEMS Microbiol. Rev. 2017; 41(7): 252-275, doi: 10.1093/femsre/fux013

7. Ramirez M.S., Traglia G.M., Lin D.L., Tran T., Tolmasky M.E. Plasmid-Mediated Antibiotic Resistance and Virulence in Gram-Negatives: the Klebsiella pneumoniae Paradigm. Microbiol Spectr. 2014; 2(5), doi: 10.1128/microbiolspec.PLAS-0016-2013

8. Kaushik M., Kumar S., Kapoor R.K., Virdi J.S., Gulati P. Integrons in Enterobacteriaceae: diversity, distribution and epidemiology. Int. J. Antimicrob. Agents 2018; 51(2): 167-176, doi: 10.1016/j.ijantimicag.2017.10.004

9. Агеевец В.А., Партина И.В., Лисицына Е.С., Батыршин И.М., Попенко Л.Н., Шляпников С.А., Ильина Е.Н., Сидоренко С.В. Чувствительность грамотрицательных бактерий, продуцентов карбапенемаз, к антибиотикам различных групп. Антибиотики и химиотерапия 2013; 58(3-4): 10-13.

10. Bush K., Jacoby G.A. Updated functional classification of beta-lactamases. Antimicrob Agents Chemother. 2010; 54: 969-976.

11. Сухорукова М.В., Эйдельштейн М.В., Склеенова Е.Ю. и др. Антибиотикорезистентность нозокомиальных штаммов Enterobacteriaceae в стационарах России: результаты многоцентрового эпидемиологического исследования МАРАФОН в 2011-2012 гг. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия 2014; 16(4): 254-265.

12. Munoz-Price L.S., Poirel L., Bonomo R.A., et al. Clinical epidemiology of the global expansion of Klebsiella pneumoniae carbapenemases. Lancet Infect Dis. 2013; 13: 785-796.

13. Bialek-Davenet S., Criscuolo A., Ailloud F., et al. Genomic definition of hypervirulent and multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae clonal groups. Emerg Infect Dis. 2014; 20: 1812-1820.

14. Monaco M., Giani T., Raffone M., Arena F., Garcia-Fernandez A., Pollini S.; Network EuSCAPE-Italy; Grundmann H., Pantosti A., Rossolini G.M. et al. Colistin resistance superimposed to endemic carbapenemresistand Klebsiella pneumoniae: a rapidly evolving problem in Italy November 2013 to April 2014. Euro Surveill. 2014; 19(42): 14-18.

15. Ageevets V.A., Partina I.V., Lisitsyna E.S., Ilina E.N., Lobzin Y.V., Shlyapnikov S.A., Sidorenko S.V. Emergence of carbapenemase-producing gram-negative bacteria in Saint Petersburg, Russia. Int J Antimicrob Agents 2014; 44: 152-155.

16. Kazama H., Hamashima H., Sasatsu M., Arai T. Distribution of the antiseptic-resistance genes qacE and qacEA1 in Gram-negative bacteria. FEMS Microbiol. Lett. 1998; 159(2): 173-178.

17. Kucken D., Heinz-Hubert F., Kaukfers P.M. Association of qacE and qacEA1 with multiple resistance to antibiotics and antiseptics in clinical isolates of Gram-negative bacteria. FEMS Microbiol. Lett. 2000; 183(1): 95-98.

18. Paulsen I.T., Littlejohn T.G., Radstrom P., et al. The 3' conserved segment of integrons contains a gene associated with multidrug resistance to antiseptics and disinfectants. Antimicrob. Agents Chemother. 1993; 37(4): 761-768.

19. Paulsen I.T., Brown M.H., Skurray R.A. Proton-dependent multidrug efflux systems. Microbiol. Rev. 1996; 60(4): 575-608.

Preliminary results of a study based on genome-wide sequencing of resistant K.pneumoniae strains in a multidisciplinary hospital in Barnaul

Russkih A. A.
Postgraduate student, Chair for Epidemiology, Microbiology and Virology1
Luk'janenko N. V.
Doctor of Medicine, Professor, Chair for Epidemiology, Microbiology and Virology1
Rudenko A. V.
Head, Educational laboratory, Lecturer1
Kolomiets A. A.
Vice-Rector for Regional Healthcare Development1
Petrova A. A.
Head, Epidemiological Department2
Mikhailova Y. V.
PhD (Biology), Head, Laboratory of Molecular Mechanisms of Antibiotic Resistance3

1Altai State Medical University, Barnaul, Russian Federation
2Regional Clinical Hospital, Barnaul, Russian Federation
3Central Research Institute of Epidemiology, Moscow, Russian Federation

Corresponding Author
Russkih Artjom Aleksandrovich; e-mail: Likvidator20110@mail.ru

Introduction. Klebsiella pneumoniae, one of the leading causative agents of nosocomial infections, is included in the group of so-called «ESKAPE» pathogens – microorganisms associated with increased antibiotic resistance, representing a serious problem for public health. K. pneumoniae is widespread and has a pronounced ability to acquire resistance to antimicrobial drugs. Inadequate antibacterial therapy in patients with nosocomial infections worsens the prognosis of the disease and increases hospital mortality, therefore, the prescribing of medications should be based on knowledge of the current profile of antibiotic resistance of the pathogen in a particular hospital. The study of the genetic diversity of K. pneumoniae will reveal the main mechanisms of resistance of this pathogen and formulate recommendations for rational antibiotic therapy. Objective. Genome-wide analysis of resistant K. pneumoniae isolates in the context of epidemiological surveillance of healthcare associated infections (HAI) in a multidisciplinary hospital. Materials and methods of research. 41 isolates of bacteria of the genus Klebsiella isolated in a multidisciplinary hospital in Barnaul from clinical samples were studied. Genome-wide sequencing was performed using NextSeq 2000 (Illumina). Research results and their discussion. A comparative analysis of the microbiological background in a multidisciplinary hospital and hospitals in Russia demonstrated the predominance of K. pneumonia in the overall structure: 39.2% and 27.86%. In the course of genome-wide analysis of resistant strains of K. pneumoniae, combinations of beta-lactamase genes and genes encoding mechanisms of resistance to disinfectants were identified. Genes associated with the resistance of Klebsiella pneumoniae to hydrogen peroxide were found, genes of carbapenemases of the OXA-48 group, genes of extended-spectrum beta-lactamases of the CTX-M group, as well as metallo-b-lactamases of the NDM group were identified among the studied cultures. Conclusion. The use of genome-wide sequencing of isolates of HAI pathogens in clinical practice (using the example of Klebsiella pneumoniae) determines the choice of antibacterial therapy, the use of disinfectants and antiseptics in the organization of preventive and antiepidemic measures.

1. Chebotar' I.V., Bocharova Yu.A., Podoprigora I.V., Shagin D.A. Pochemu Klebsiella pneumoniae stanovitsya lidiruyushchim opportunisticheskim patogenom. [Why Klebsiella pneumoniae becomes the leading opurtonistic pathogen.] Klinicheskaya mikrobiologiya i antimikrobnaya himioterapiya [Clinical microbiology and antimicrobial chemotherapy] 2020; 22(1): 4-19. (In Russ.)

2. Yakovlev S.V., Suvorova M.P., Beloborodov V.B., Basin E.E., Eliseeva E.V., Kovelenov S.V., Portnyagina U.S., Rog A.A., Rudnov V.A., Barkanova O.N. Rasprostranennost' i klinicheskoe znachenie nozokomial'nyh infekcij v lechebnyh uchrezhdeniyah Rossii: issledovanie ERGINI. [Prevalence and clinical significance of nosocomial infections in medical institutions of Russia: ERGINI study] Antibiotiki i himioterapiya [Antibiotics and chemotherapy] 2016; 61(5-6): 32-42. (In Russ.)

4. Paczosa M.K., Mecsas J. Klebsiella pneumoniae: going on the offense with a strong defense. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2016; 80(3): 629-661, doi: 10.1128/MMBR.00078-15

9. Ageevec V.A., Partina I.V., Lisicyna E.S., Batyrshin I.M., Popenko L.N., Shlyapnikov S.A., Il'ina E.N., Sidorenko S.V. Chuvstvitel'nost' gramotricatel'nyh bakterij, producentov karbapenemaz, k antibiotikam razlichnyh grupp. [Sensitivity of gram-negative bacteria, producers of carbapenemases, to antibiotics of various groups.] Antibiotiki i himioterapiya [Antibiotics and chemotherapy] 2013; 58(3-4): 10-13. (In Russ.)

10. Bush K., Jacoby G.A. Updated functional classification of beta-lactamases. Antimicrob Agents Chemother. 2010; 54: 969-976.

11. Sukhorukova M.V., Edelstein M.V., Skleenova E.Ju., et al. Antibiotikorezistentnost' nozokomial'nyh shtammov Enterobacteriaceae v stacionarah Rossii: rezul'taty mnogocentrovogo epidemiologicheskogo issledovaniya MARAFON v 2011-2012 gg. [Antibiotic resistance of nosocomial strains of Enterobacteriaceae in Russian hospitals: results of the MARATHON multi-centre epidemiological survey in 2011-2012.] Klinicheskaja mikrobiologija i antimikrobnaja himioterapija [Clinical microbiology and antimicrobial chemotherapy] 2014; 16(4): 254-265. (In Russ.)

12. Munoz-Price L.S., Poirel L., Bonomo R.A., et al. Clinical epidemiology of the global expansion of Klebsiella pneumoniae carbapenemases. Lancet Infect Dis. 2013; 13: 785-796.

13. Bialek-Davenet S., Criscuolo A., Ailloud F., et al. Genomic definition of hypervirulent and multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae clonal groups. Emerg Infect Dis. 2014; 20: 1812-1820.

16. Kazama H., Hamashima H., Sasatsu M., Arai T. Distribution of the antiseptic-resistance genes qacE and qacEA1 in Gram-negative bacteria. FEMS Microbiol. Lett. 1998; 159(2): 173-178.

19. Paulsen I.T., Brown M.H., Skurray R.A. Proton-dependent multidrug efflux systems. Microbiol. Rev. 1996; 60(4): 575-608.