4MRGN - GeQiK

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4MRGN - GeQiK

4MRGN:
Vorkommen
Verbreitung
Diagnostik
Yvonne Pfeifer
FG13 Nosokomiale Infektionserreger und Antibiotikaresistenzen
Robert Koch-Institut, Bereich Wernigerode
GeQiK: Landesverfahren QS MRE – Einführung der Erfassung
von Screening und Befunden von 4MRGN
08.10.2015, Stuttgart
1
MRGN – multiresistente Gram-negative Erreger
KRINKO-Definition Bundesgesundheitsblatt 10/2012
Die MRGN-Definition der Multiresistenz dient vorwiegend hygienerelevanten
Fragestellungen im Krankenhaus:
4MRGN:  Resistenz gegenüber Penicillinen (Piperacillin), 3. Gen. Cephalosporinen
(Cefotaxim/Ceftazidim), Fluorchinolonen (Ciprofloxacin) und
Carbapenemen (Imipenem/Meropenem)
 Nachweis einer Carbapenemase
Yvonne Pfeifer
GeQiK, Stuttgart 09.10.2015
2
Carbapenemresistenz in Europa
Ears-Net Surveillance Report 2013
Germany
https://ars.rki.de
(Stand 11.08.2015)
Imipenemresistenz
E. coli (2014)
stationär: ≤ 0,1%
ambulant: ≤ 0,1%
K. pneumoniae (2014)
stationär: 0,4%
ambulant: 0,2%
A. baumannii (2014)
stationär: 6,6%
ambulant: 0,9%
Yvonne Pfeifer
3
4 MRGN in Germany
ambulant
stationär
https://ars.rki.de
Intensivstationen
A. baumannii:
Yvonne Pfeifer
4
Resistenz & Antibiotikaeinsatz
Yvonne Pfeifer
Resistance to imipenem K. pneumoniae
Resistance to imipenem Acinetobacter spp.
Resistance to imipenem P. aeruginosa
usage carbapenems
5
Carbapenem-Resistenzmechanismen
Abb. sitemaker.umich.edu/.../files/resistance.gif
Efflux-Pumpen
Inner membrane
Periplasmic space
Outer membrane
Aktiver Transport von antibiotischen Substanzen
nach außen; z.B. häufig bei P. aeruginosa (>80%)
Porinverlust
Mutationen in Poringenen führen zum Porinverlust (Permeabilitätsverlust)
Porine = Außenmembranproteine (OMP, outer menbrane proteins)
Kommt ESBL/AmpC-Bildung hinzu  Carbapenemresistenz (ETP, MPM)
Häufig bei Enterobacter aerogenes (>90%), K. pneumoniae
Carbapenemase-Bildung
Enzymatische Spaltung der Carbapeneme
durch spezielle β-Laktamasen
= Carbapenemasen
Yvonne Pfeifer
Yvonne Pfeifer
β-lactamase
Outer membrane
Periplasmic space
6
Carbapenemresistenz & Carbapenemase-Bildung
Daten aus 2014 des Nationalen Referenzzentrums für gramnegative Krankenhauserreger Bochum, Dr. Martin Kaase
Yvonne Pfeifer
7
Carbapenemasen
KPC  „Klebsiella pneumoniae Carbapenemase“ überwiegend in K. pneumoniae
Import aus „Endemiegebieten“ (z.B. Griechenland, Israel, Italien)
OXA-48  in Enterobacteriaceae; Import überwiegend aus Türkei, Nordafrika, Indien
VIM  „Verona Integron-borne Metallo-Beta-Laktamase“ in
Enterobacteriaceae und P. aeruginosa
Import aus Mittelmeerregion (Italien, Griechenland)
NDM  „Neu-Delhi Metallo-Beta-Laktamase“ in Enterobacteriaceae
und A. baumannii aus Indien, Nordafrika, Balkan, Arab. Raum
IMP  selten in E. cloacae, K. pneumoniae; häufiger in P. aeruginosa
GIM  „German Imipenemase“ vereinzelt in NRW vorkommend in
E. cloacae, S. marcescens, P. aeruginosa, A. pittii
Metallo-BetaLaktamasen
(MBL)
AIM  „Adelaide Imipenemase“ Einzelnachweis in P. aeruginosa
FIM  „Florence Imipenemase“ Einzelnachweise in P. aeruginosa
DIM  „Dutch Imipenemase“ Einzelnachweise in Pseudomonas spp.
SIM  „Seoul Imipenemase“ Einzelnachweis in A. baumannii
SPM  „São Paulo metallo-β-lactamase“ Einzelnachweis in P. aeruginosa
OXA-23/72/58  ausschließlich und weit verbreitet in Acinetobacter spp.
Yvonne Pfeifer
8
4MRGN - Verbreitungstrategien
Klonale Verbreitung resistenter Bakterien-Stämme (Klone)
Patient 1
Patient 2
Patient 3
DNA-Makrorestriktion + Pulsfeld-Gelektrophorese (PFGE)
 Unterscheidung Ausbruchsisolat/Nicht-Ausbruchsisolat
Multilocus Sequence Typing (MLST)
 Unterscheidung (internationaler) klonaler Linien
Klinik A A
B B
C
C
Verbreitung der Carbapenemase-Gene durch Horizontalen Gentransfer (HGT)
A
B
Ausbreitung von ResistenzPlasmiden zwischen
verschiedenen Spezies
A
B
Yvonne Pfeifer
Donor
Rezipient
Lage der Carbapenemase-Gene innerhalb
von mobilen genetischen Elementen (z.B.
Transposons) auf konjugativen Plasmiden
9
Carbapenemase-Nachweise in Deutschland
Yvonne Pfeifer
10
Yvonne Pfeifer
11
Nachweise Carbapenemase-bildender Gram-negativer Bakterien 2009-2013
Daten des Nationalen Referenzzentrums für gramnegative Krankenhauserreger
Bochum (Dr. Martin Kaase); Epidemiol. Bulletin 43/2014
350
300
Carbapenemasen
250
OXA-48
KPC-2
KPC-3
VIM-1
NDM-1
200
150
100
50
0
2009
Yvonne Pfeifer
2010
2011
2012
2013
12
Carbapenemase-Nachweise im NRZ: Januar bis August 2015
E
n
t
e
r
o
b
a
c
t
e
r
i
a
c
e
a
e
Yvonne Pfeifer
13
Carbapenemase-Nachweise im NRZ: Januar bis August 2015
A. baumannii:
P. aeruginosa:
Yvonne Pfeifer
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Carbapenemase-Bildner beim Tier
Stolle I, Prenger-Berninghoff E, Stamm I, Scheufen S, Hassdenteufel E, Guenther S, Bethe A, Pfeifer
Y, Ewers C. Emergence of OXA-48 carbapenemase-producing Escherichia coli and Klebsiella
pneumoniae in dogs. J Antimicrob Chemother. 2013 Dec;68(12):2802-8
Villa L, Guerra B, Schmoger S, Fischer J, Helmuth R, Zong Z, García-Fernández A, Carattoli A.
IncA/C plasmid carrying blaNDM-1, blaCMY-16, and fosA3 in Salmonella enterica Corvallis from
a migratory wild bird in Germany. Antimicrob Agents Chemother. 2015 Jul 13
Fischer J, Rodríguez I, Schmoger S, Friese A, Roesler U, Helmuth R, Guerra B.
Escherichia coli producing VIM-1 carbapenemase isolated on a pig farm.
J Antimicrob Chemother. 2012 Jul;67(7)
- Transfer resistenter Stämme Mensch  Tier
- Weiterverbreitung durch Carbapenemase-Gentransfer über konjugative Plasmide
- Risiko unkontrollierter Weiterverbreitung in der Tierproduktion
- Niedrige MHK Carbapenemase-bildender Isolate vom Tier erschweren die Detektion
Yvonne Pfeifer
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Carbapenemase-Bildner auf Reisen
4MRGN als „Mitbringsel“ (meist rektale Kolonisation) von Patienten,
die zuvor (im Ausland) stationär behandelt wurden:
Wendt C. et al. First outbreak of Klebsiella pneumoniae carbapenemase (KPC)-producing K.
pneumoniae in Germany. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2010 May;29(5):563-70
Ehrhard I. et al. Prävalenzerhebung zum Vorkommen von Carbapenemase-Bildnern in
sächsischen Kliniken. Bundesgesundheitsblatt 2014,57:406-413
Leistner R. et al. Prevalence of MRSA and Gram-negative bacteria with ESBLs and
carbapenemases in patients from Northern Africa at a German hospital. J Antimicrob
Chemother. 2015 in press
Eingangsscreening 213 Patienten: 5 Patienten (2,3%) mit OXA-48-E.c./K.p., OXA-23-A.b.
Beim Screening zu beachten: Oft sind Patienten mit vorheriger
Hospitalisierung im Ausland mit mehreren 4MRGN-Spezies
(u.a. A. baumannii) besiedelt
4MRGN-Kolonisation durch Aufenthalt in Hochprävalenz-Regionen
(Asien insbes. Indien) ohne Kontakt zum Gesundheitssystem ist
denkbar, da 4MRGN dort in der Umwelt gefunden wurden
Yvonne Pfeifer
16
Beispiel: 4MRGN in Bulgarien
Krankenhaus: Military Medical Academy Sofia, Bulgaria
Molekulare Diagnostik Carbapenem-resistenter gram-negativer Isolate:
A. baumannii
n=50 (Zeitraum 3 Monate, respirator. Materialien)
Enterobacteriaceae n=30 (Zeitraum 1 Jahr, überwiegend Harnwegsinfektionen)
A. baumannii:
- Neun verschiedene Klone mit OXA-23 oder OXA-72 Carbapenemase;
- Isolate der internationalen klonalen Line IC 2 dominant
- Antimikrobielle Empfindlichkeit: Colistin
Proteus mirabilis:
- Multiresistenter Stamm mit VIM-1 Carbapenemase, CMY-99 (AmpC) und
SHV-12 (ESBL) über ein Jahr in der Klinik nachweisbar (13 Patienten)
- Antimikrobielle Empfindlichkeit: PIP/TAZ; Fosfomycin
E. coli:
- Multiresistenter Stamm mit NDM-1 Carbapenemase, CMY-4 (AmpC) und
CTX-M-15 (ESBL) über ein Jahr in der Klinik nachweisbar (5 Patienten)
- Antimikrobielle Empfindlichkeit: Colistin
Pfeifer et al. DGHM Poster MSP 171
Yvonne Pfeifer
Beispiel: „4MRGN-Multispezies-Ausbruch“ in Hessen
Epidemiol. Bulletin 24/2014
Von Oktober 2013 bis Sept 2014 Nachweis Carbapenem-resistenter Enterobacteriaceae
in einer Klinik bei 132 Patienten (überwiegend rektale Kolonisation)
Analyse NRZ Bochum/Uni Gießen: KPC-2 Carbapenemase-Bildung in
verschiedenen Spezies (C. freundii, K. oxytoca, K. pneumoniae, E. coli)
Yao Y. et al. 2014
Folgescreening von 13 Patienten
mit nachgewiesener Besiedlung
durch KPC-2-Bildner
(Carba-Smart Agar Biomerieux)
KPC-2 E. coli
KPC-2 K. pneumoniae
KPC-2 Citrobacter spp. u.a.
Nachweis der rektalen Kolonisation mit mind. 2 verschiedenen
KPC-2-bildenden Spezies bei 8 von 13 Patienten (E. coli, C. freundii)
Plasmidtransfer zwischen den verschiedenen Spezies nachweisbar (Konjugationsversuch)
FAZIT: Ein epidemiologischer Zusammenhang kann auch bei Nachweis verschiedener
4MRGN Spezies nicht ausgeschlossen werden
Pfeifer et al. DGHM Poster MSP 170
Yvonne Pfeifer
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Carbapenemase-Diagnostik
Screening: Carbapenem-resistente Bakterien (Carbapenemase-Bildner)
Chromogene Selektivmedien für Carbapenemase-bildende Bakterien:
Enthalten Meropenem oder Ertapenem Girlich, D., et al., 2013, Diagn. Microbiol.
Infect. Dis. 75, 214-217
Bsp. Brilliance CRE Agar (Oxoid)
ChromID Carba/Carba smart (Biomerieux)
Chromagar KPC (MAST)
SUPERCARBA medium (Nordmann P. et al., JCM, 2012)
Phänotyp:
Resistenz gegen Aminoacylpenicilline, 1.-4. Gen. Cephalosporine
und reduzierte Empfindlichkeit gegenüber Carbapenemen
Empfindlich gegenüber Aztreonam  Metallo-Beta-Laktamasen (MBL)
Carbapenemase-Inhibitoren: EDTA (MBL); Borsäure (KPC)
Automatensystemhinweis:
Resistent o. intermediär-resistent gegen Imipenem/Meropemen/Ertapenem:
 „Carbapenemasebildung (KPC oder MBL) oder Permeabilitätsverlust +
ESBL/High-Level-Cephalosporinase“
 mod. Hodge Test  molekularen Bestätigung (NRZ)
Yvonne Pfeifer
19
Carbapenemase-Phänotyp
OXA-48
AMP
PIP/TAZ
CTX
CAZ
IPM
MPM
ETP
R
R
S/I
S
0,5 - > 32
0,25 - > 32
R
Empfindlich gegenüber Ceftazidim/Cefotaxim (wenn kein ESBL vorhanden!)
Ertapenemresistenz + Temocillinresistenz
Mod. Hodge Test als Nachweis geeignet
OXA-48 + ESBL
VIM/NDM
AMP
PIP/TAZ
CTX
CAZ
IPM
MPM
ETP
R
R
R
I/R
0,5 - > 32
0,25 - > 32
R
AMP
PIP/TAZ
CTX
ATM
IPM
MPM
ETP
R
R
R
S
0,5 - > 32
0,25 - > 32
R
Empfindlich gegenüber Aztreonam (nur wenn zusätzlich keine ESBL vorhanden sind!)
Hemmbarkeit durch EDTA-Derivate  Disk-Tests/Etests
KPC
AMP
PIP/TAZ
CTX
IPM
MPM
ETP
R
R
R
0,5 - > 32
0,25 - > 32
R
Hemmbarkeit durch Borsäure-Derivate (Disk-tests/Etests)
AMP, Ampicillin; PIP/TAZ, Piperacillin/Tazobactam; CTX, Cefotaxim; ATM, Aztreonam; ETP, Ertapenem; MPM, Meropenem; IPM, Imipenem
Yvonne Pfeifer
20
Diagnostik: Carbapenemase-Bildung
Mod. Hodge-Test
Modified Hodge Test
Disks:
Imipenem
Meropenem
Ertapenem
K. pneumoniae
Carbapenem-sensibel
K. pneumoniae
Carbapenemase
Bildner
E. coli – ATCC Referenzstamm
Carbapenem-sensibel
K. pneumoniae
Carbapenem-resistent aber
ohne Carbapenemase
- Allgemeine Bestätigung der Carbapenemase-Bildung, z.B. OXA-48, KPC, MBL
Geringe Spezifität: Falsch positive Ergebnisse (z.B. AmpC-Bildner)
Unterschiedliche Sensitivität: Falsch negative Ergebnisse (z.b. geringe Carbapenemase-Bildung)
Girlich, D., Poirel, L., Nordmann, P., 2012. Value of the modified Hodge test for detection of emerging carbapenemases in
Enterobacteriacae. J. Clin. Microbiol. 50, 477-479.
Yvonne Pfeifer
21
Schnelldiagnostik: Carbapenemase-Bildung
Carba NP Test
Blue Carba Test
Nordmann P, Poirel L, Dortet L. Rapid detection of
carbapenemase-producing Enterobacteriaceae.
Emerg Infect Dis. 2012; 18:1503-7.
To rapidly identify carbapenemase producers in
Enterobacteriaceae, we developed the Carba NP test.
The test uses isolated bacterial colonies and is based on
in vitro hydrolysis of a carbapenem, imipenem.
It was 100% sensitive and specific compared with
molecular-based techniques. This rapid (<2 hours),
inexpensive technique may be implemented in any
laboratory.
RAPIDEC® CARBA NP Biomerieux
Yvonne Pfeifer
J. Pires, Â. Novais, and L. Peixe
Blue-Carba, an Easy Biochemical Test for Detection
of Diverse Carbapenemase Producers Directly from
Bacterial Cultures. J Clin Microbiol. 2013; 51:4281-83
Advantages:
direct use of colonies (instead of bacterial extracts
that need the extraction buffer (B-PER II);
reduced cost per reaction due to use of Tienam
(ca. 10× cheaper than an imipenem monohydrate
formula)
22
Diagnostik: Carbapenemase-Bestätigungstests
Beispiele: „KPC/MBL/AmpC ID-Test“ (Rosco Diagn.) oder „Carba-D70C“ Test (MAST)
MRP
Meropenem
MR+DP Meropenem + MBL-Inhibitor
KPC-positiv
MBL-positiv (z.B. VIM, NDM)
Borsäurederivat = KPC-Inhibitor
Yvonne Pfeifer
MR+BO Meropenem + KPC-Inhibitor
MR+CL Meropenem + AmpC-Inhibitor
EDTA-Derivat = MBL-Inhibitor
23
Etest: Metallo-beta-lactamases (MBL)
K. pneumoniae VIM-1
E. coli NDM-1
Imipenem
Deformation of ellipse/phantom zone
Imipenem + EDTA
(MBL inhibitor)
Metallo-β-Laktamase-positiv
Yvonne Pfeifer
24
Limitationen: Etest metallo-beta-lactamases (MBL)
S. marcescens MIC imipenem 1mg/L
MIC meropenem 1mg/L
MIC ertapenem 4mg/L
Mod. Hodge-Test: nicht eindeutig +/-
P. aeruginosa MIC imipenem >16 mg/L
Generelle Wachstumshemmung durch EDTA
(auch bei A. baumannii häufig)
Phantom zone
narrow ellipse
Metallo-β-Laktamase-Verdacht
Keine MBL-Bildung
S. marcescens GIM-1 (MBL)
Falsch-positiver Test
Yvonne Pfeifer
25
Schnelldiagnostik: Carbapenemase-Bildung
Imipenem/meropenem hydrolysis + confirmation with UV-Spec. or
MALDI-TOF
Bernabeu et al. DMID 2012
Hrabák et al. JCM 2012
Burckhardt et al. JCM 2011
Molekulare Diagnostik: Direktnachweis der Carbapenemase-Gene
Real-Time-PCR-Nachweis der Carbapenemase-Gene
On-demand detection (ca. 1h) and differentiation of KPC,
NDM, VIM, IMP-1 and OXA-48 (now covering OXA-181 &
OXA-232) from a screening sample (rectal swab)
Isothermale Amplifikation + RT-basierte Messung
rapid identification of prevalent carbapenemase genes in
30 min from a screening sample (rectal swab)
PCR + Hybridisierung mit spezifischen Oligonucletid-Sonden + Microarray Detektion
Includes various carbapenemase and ESBL targets, including
emerging types and those typically found in non-fermenters.
Nachweis aus bakterieller Kultur in ca. 6h
Yvonne Pfeifer
26
Vielen Dank
RKI Wernigerode
Guido Werner
Gottfried Wilharm
Michael Pietsch
Sibylle Müller-Bertling
Kirstin Ganske
RKI Berlin
Martin Mielke
Muna Abu Sin
Anika Schielke
Hans-Peter Blank
NRZ Bochum
Martin Kaase
Labor Limbach
Constanze Wendt
[email protected]
Sofia, Bulgaria
Encho Savov
Yvonne Pfeifer
27

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