4MRGN: Vorkommen Verbreitung Diagnostik

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1 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 , Stuttgart 1

2 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 2

3 Carbapenemresistenz in Europa Ears-Net Surveillance Report 2013 Germany (Stand ) 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% 3

4 4 MRGN in Germany ambulant stationär Intensivstationen A. baumannii: 4

5 Resistenz & Antibiotikaeinsatz Resistance to imipenem K. pneumoniae Resistance to imipenem P. aeruginosa Resistance to imipenem Acinetobacter spp. usage carbapenems 5

6 Carbapenem-Resistenzmechanismen Efflux-Pumpen Inner membrane Abb. sitemaker.umich.edu/.../files/resistance.gif 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 Outer membrane β-lactamase Periplasmic space 6

7 Carbapenemresistenz & Carbapenemase-Bildung Daten aus 2014 des Nationalen Referenzzentrums für gramnegative Krankenhauserreger Bochum, Dr. Martin Kaase 7

8 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-Beta- Laktamasen (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. 8

9 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 Resistenz- Plasmiden zwischen verschiedenen Spezies A Donor B Rezipient Lage der Carbapenemase-Gene innerhalb von mobilen genetischen Elementen (z.b. Transposons) auf konjugativen Plasmiden 9

10 Carbapenemase-Nachweise in Deutschland Daten aus 2014 des Nationalen Referenzzentrums für gramnegative Krankenhauserreger Bochum, Dr. Martin Kaase 10

11 Carbapenemase-Nachweise in Deutschland Daten aus 2014 des Nationalen Referenzzentrums für gramnegative Krankenhauserreger Bochum, Dr. Martin Kaase 11

12 Carbapenemase-Nachweise in Deutschland Nachweise Carbapenemase-bildender Gram-negativer Bakterien Daten des Nationalen Referenzzentrums für gramnegative Krankenhauserreger Bochum (Dr. Martin Kaase); Epidemiol. Bulletin 43/ Carbapenemasen OXA-48 KPC-2 KPC-3 VIM-1 NDM

13 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 13

14 Carbapenemase-Nachweise im NRZ: Januar bis August 2015 A. baumannii: P. aeruginosa: 14

15 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 Dec;68(12): 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 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 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 15

16 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 May;29(5): Ehrhard I. et al. Prävalenzerhebung zum Vorkommen von Carbapenemase-Bildnern in sächsischen Kliniken. Bundesgesundheitsblatt 2014,57: 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 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 16

17 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

18 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) Folgescreening von 13 Patienten mit nachgewiesener Besiedlung durch KPC-2-Bildner (Carba-Smart Agar Biomerieux) Yao Y. et al 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

19 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, 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, 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 GeQiK, Stuttgart

20 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 AMP PIP/TAZ CTX CAZ IPM MPM ETP R R R I/R 0,5 - > 32 0,25 - > 32 R VIM/NDM 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 20

21 Diagnostik: Carbapenemase-Bildung Mod. Hodge-Test Disks: Imipenem Meropenem Ertapenem Modified Hodge Test K. pneumoniae Carbapenemase Bildner K. pneumoniae Carbapenem-sensibel 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) Yvonne Pfeifer Girlich, D., Poirel, L., Nordmann, P., Value of the modified Hodge test for detection of emerging carbapenemases in Enterobacteriacae. J. Clin. Microbiol. 50, GeQiK, Stuttgart

22 Schnelldiagnostik: Carbapenemase-Bildung Carba NP Test Nordmann P, Poirel L, Dortet L. Rapid detection of carbapenemase-producing Enterobacteriaceae. Emerg Infect Dis. 2012; 18: Blue Carba Test 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: 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 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) Yvonne Pfeifer GeQiK, Stuttgart

23 Diagnostik: Carbapenemase-Bestätigungstests Beispiele: KPC/MBL/AmpC ID-Test (Rosco Diagn.) oder Carba-D70C Test (MAST) MRP Meropenem MR+DP Meropenem + MBL-Inhibitor MR+BO Meropenem + KPC-Inhibitor MR+CL Meropenem + AmpC-Inhibitor KPC-positiv Borsäurederivat = KPC-Inhibitor MBL-positiv (z.b. VIM, NDM) EDTA-Derivat = MBL-Inhibitor Yvonne Pfeifer GeQiK, Stuttgart

24 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 24

25 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 S. marcescens GIM-1 (MBL) Keine MBL-Bildung Falsch-positiver Test 25

26 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 GeQiK, Stuttgart

27 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 Sofia, Bulgaria Encho Savov 27