ST218 Klebsiella pneumoniae trở thành dòng vi khuẩn có nguy cơ cao về kháng thuốc và siêu virulence

BMC Microbiology
Ping Yang1, Chao Liu2, Pengcheng Du3, Juan Yi4, Zhenchao Wu1, Jiajia Zheng5, Ning Shen4, Liyan Cui5, Ming Lu2
1Department of Pulmonary and Critical Care Medicine, Peking University Third Hospital, Beijing, China
2Department of Infectious Diseases, Peking University Third Hospital, Beijing, China
3Qitan Technology Ltd., Chengdu, China
4Institute of Medical Technology, Peking University Health Science Center, Beijing, China
5Department of Laboratory Medicine, Peking University Third Hospital, Beijing, China

Tóm tắt

Tóm tắt Nền tảng Sự xuất hiện của Klebsiella pneumoniae kháng thuốc nhiều (MDR) và siêu virulent (hvKp) trên toàn cầu đặt ra một thách thức lớn cho sức khỏe cộng đồng. Một vài nghiên cứu đã tập trung vào ST218 MDR-hvKp. Phương pháp Giám sát di truyền hồi cứu đã được thực hiện tại Bệnh viện Đại học Bắc Kinh từ năm 2017 và thông tin lâm sàng được thu thập. Để hiểu các đặc điểm di truyền và vi sinh vật, chúng tôi đã thực hiện các thử nghiệm nhạy cảm với kháng sinh, chuyển giao và ổn định plasmid, hình thành biofilm, xét nghiệm giết chết huyết thanh, đường cong tăng trưởng và giải trình tự toàn bộ bộ gen. Chúng tôi cũng đánh giá các đặc điểm lâm sàng và vi sinh vật của ST218 so với ST23. Kết quả Tổng cộng có mười một chủng Kp ST218 đã được đưa vào nghiên cứu. Loại nhiễm trùng phổ biến nhất ở bệnh viện của chúng tôi là nhiễm trùng đường hô hấp dưới (72,7%, 8/11), trong khi ST23 hvKp (72,7%, 8/11) liên quan chặt chẽ với nhiễm trùng máu. Đặc biệt, nhiễm trùng bệnh viện do ST218 (54,5%, 6/11) cao hơn một chút so với ST23 (36,4%, 4/11). Tất cả các chủng ST218 và ST23 đều có sự kết hợp của các gen virulence iucA + iroB + peg344 + rmpA + rmpA2. Thú vị là điểm số virulence của ST218 thấp hơn ST23, trong khi một chủng ST218 (pPEKP3107) có khả năng kháng carbapenems, cephalosporins, β-lactamase/inhibitors và quinolones, và mang một plasmid MDR loại IncN ~ 59-kb có chứa các gen kháng thuốc như blaNDM-1, dfrA14 và qnrS1. Quan trọng là, blaNDM-1 và qnrS1 được nằm kề bên với IS26 nằm bên trong plasmid có thể chuyển giao thành công vào E. coli J53. Thêm vào đó, PEKP2044 mang một plasmid kháng thuốc ~ 41-kb nằm trong tetA chỉ định kháng doxycycline. Kết luận Sự xuất hiện của blaNDM-1 cho thấy có khả năng lớn cho ST218 Kp trở thành dòng vi khuẩn nguy cơ cao cho MDR-hvKp, chỉ ra sự cần thiết cấp bách cho việc tăng cường giám sát di truyền.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Russo TA, Marr CM. Hypervirulent Klebsiella pneumoniae. Clin Microbiol Rev. 2019;32:3.

Liu C, Shi J, Guo J. High prevalence of hypervirulent Klebsiella pneumoniae infection in the genetic background of elderly patients in two teaching hospitals in China. Infect Drug Resist. 2018;11:1031–41.

Catalán-Nájera JC, Garza-Ramos U, Barrios-Camacho H. Hypervirulence and hypermucoviscosity: Two different but complementary Klebsiella spp phenotypes? Virulence. 2017;8(7):1111–23.

Fang CT, Chuang YP, Shun CT, et al. A novel virulence gene in Klebsiella pneumoniae strains causing primary liver abscess and septic metastatic complications. J Exp Med. 2004;199(5):697–705.

Russo TA, Olson R, MacDonald U, et al. Aerobactin, but not yersiniabactin, salmochelin, or enterobactin, enables the growth/survival of hypervirulent (hypermucoviscous) Klebsiella pneumoniae ex vivo and in vivo. Infect Immun. 2015;83(8):3325–33.

Russo TA, Olson R, Fang CT, et al. Identification of biomarkers for differentiation of Hypervirulent Klebsiella pneumoniae from Classical K. Pneumoniae. J Clin Microbiol. 2018;56(9).

Liu C, Du P, Xiao N, et al. Hypervirulent Klebsiella pneumoniae is emerging as an increasingly prevalent K. Pneumoniae pathotype responsible for nosocomial and healthcare-associated infections in Beijing, China. Virulence. 2020;11(1):1215–24.

Choby JE, Howard-Anderson J, Weiss DS. Hypervirulent Klebsiella pneumoniae - clinical and molecular perspectives. J Intern Med. 2020;287(3):283–300.

Yang X, Dong N, Chan EW, et al. Carbapenem resistance-encoding and virulence-encoding conjugative plasmids in Klebsiella pneumoniae. Trends Microbiol. 2020;21

Yang P, Liu C, Wu Z, et al. Clinical outcomes, microbiological characteristics and risk factors for difficult-to-treat resistance to Klebsiella pneumoniae infection. Infect Drug Resist. 2022;15:5959–69.

Liu C, Du P, Yang P, et al. Fusion plasmid enhanced the endemic extensively drug resistant Klebsiella pneumoniae clone ST147 harbored blaOXA-48 to acquire the hypervirulence and cause fatal infection. Ann Clin Microbiol Antimicrob. 2023;22(1):11.

Liu C, Du P, Yang P, et al. Emergence of extensively drug-resistant and Hypervirulent KL2-ST65 Klebsiella pneumoniae harboring Bla (KPC-3) in Beijing, China. Microbiol Spectr. 2022;10(6):e0304422.

Fursova NK, Astashkin EI, Ershova ON, et al. Multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae causing severe infections in the neuro-ICU. Antibiotics (Basel). 2021;10(8)

Yang P, Wu Z, Liu C, et al. Clinical outcomes and microbiological characteristics of sequence type 11 Klebsiella pneumoniae infection. Front Med (Lausanne). 2022;9:889020.

Liu C, Du P, Yang P, et al. Emergence and inter- and Intrahost evolution of Pandrug-resistant Klebsiella pneumoniae Coharboring tmexCD1-toprJ1, blaNDM-1, and blaKPC-2. Microbiol Spectr. 2023;31:e0278622.

Shon A, Bajwa R, Russo T. Hypervirulent (hypermucoviscous) Klebsiella pneumoniae: a new and dangerous breed. Virulence. 2013;4(2):107–18.

Qian C, Zhang S, Xu M, et al. Genetic and phenotypic characterization of multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae from liver abscess. Microbiol Spectr. 2023;4:e0224022.

Hirabayashi A, Dao TD, Takemura T, et al. A Transferable IncC-IncX3 Hybrid Plasmid Cocarrying blaNDM-4, tet(X), and tmexCD3-toprJ3 Confers Resistance to Carbapenem and Tigecycline. mSphere. 2021;6(4):e0059221.

He J, Shi Q, Chen Z, et al. Opposite evolution of pathogenicity driven by in vivo wzc and wcaJ mutations in ST11-KL64 carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae. Drug Resist Updat. 2023;66:100891.

Wick RR, Judd LM, Gorrie CL, et al. Unicycler: resolving bacterial genome assemblies from short and long sequencing reads. PLoS Comput Biol. 2017;13(6):e1005595.

Bankevich A, Nurk S, Antipov D, et al. SPAdes: a new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing. Journal of computational biology : a journal of computational molecular cell biology. 2012;19(5):455–77.

Lam MMC, Wick RR, Watts SC, et al. A genomic surveillance framework and genotyping tool for Klebsiella pneumoniae and its related species complex. Nat Commun. 2021;12(1):4188.

Bortolaia V, Kaas RS, Ruppe E, et al. ResFinder 4.0 for predictions of phenotypes from genotypes. J Antimicrob Chemother. 2020;75(12):3491–500.

Chen L, Yang J, Yu J, et al. VFDB: a reference database for bacterial virulence factors. Nucleic Acids Res. 2005;33(Database issue):D325–8.

Siguier P, Perochon J, Lestrade L, et al. ISfinder: the reference Centre for bacterial insertion sequences. Nucleic Acids Res. 2006;34(Database issue):D32–6.

Carattoli A, Hasman H. PlasmidFinder and in Silico pMLST: identification and typing of plasmid replicons in whole-genome sequencing (WGS). Methods Mol Biol. 2020;2075:285–94.

Langmead B, Salzberg SL. Fast gapped-read alignment with bowtie 2. Nat Methods. 2012;9(4):357–9.

Croucher NJ, Page AJ, Connor TR, et al. Rapid phylogenetic analysis of large samples of recombinant bacterial whole genome sequences using Gubbins. Nucleic Acids Res. 2015;43(3):e15.

Price MN, Dehal PS, Arkin AP. FastTree 2--approximately maximum-likelihood trees for large alignments. PLoS One. 2010;5(3):e9490.

Bialek-Davenet S, Lavigne JP, Guyot K, et al. Differential contribution of AcrAB and OqxAB efflux pumps to multidrug resistance and virulence in Klebsiella pneumoniae. J Antimicrob Chemother. 2015;70(1):81–8.

Wang YP, Chen YH, Hung IC, et al. Transporter genes and fosA associated with Fosfomycin resistance in Carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae. Front Microbiol. 2022;13:816806.

Wyres KL, Wick RR, Judd LM, et al. Distinct evolutionary dynamics of horizontal gene transfer in drug resistant and virulent clones of Klebsiella pneumoniae. PLoS Genet. 2019;15(4):e1008114.

Du P, Liu C, Fan S, et al. The role of plasmid and resistance Gene Acquisition in the emergence of ST23 multi-drug resistant, Hypervirulent Klebsiella pneumoniae. Microbiology spectrum. 2022;17:e0192921.

Lev AI, Astashkin EI, Kislichkina AA, et al. Comparative analysis of Klebsiella pneumoniae strains isolated in 2012-2016 that differ by antibiotic resistance genes and virulence genes profiles. Pathog Glob Health. 2018;112(3):142–51.

Tang N, Hu J, Zhao Y, et al. In vivo evolution of carbapenem resistance in hypervirulent Klebsiella pneumoniae in a patient undergoing long-term treatment. J Antimicrob Chemother. 2022;77(2):531–3.

Gan L, Yan C, Cui J, et al. Genetic diversity and pathogenic features in Klebsiella pneumoniae isolates from patients with pyogenic liver abscess and pneumonia. Microbiol Spectr. 2022;10(2):e0264621.

Lee Y, Kim YA, Kim D, et al. Risk factors of community-onset extended-spectrum β-lactamase-producing Klebsiella pneumoniae bacteraemia in South Korea using national health insurance claims data. Int J Antimicrob Agents. 2019;54(6):723–7.

Shankar C, Jacob JJ, Vasudevan K, et al. Emergence of multidrug resistant Hypervirulent ST23 Klebsiella pneumoniae: multidrug resistant plasmid acquisition drives evolution. Front Cell Infect Microbiol. 2020;10:575289.

Thông tin
Thông tin xuất bản

BMC Microbiology

Thông tin tác giả