Definitie

Resistentie tegen carbapenem antibiotica bij Pseudomonas aeruginosa is meestal het gevolg van selectie en verrijking van mutanten met verminderde doorlaatbaarheid van de buitenmembraan al of niet in combinatie met geactiveerde efflux pompen (Poole et al., 2011).

In toenemende mate worden er echter wereldwijd P. aeruginosa uitbraken beschreven veroorzaakt door carbapenemase-producerende isolaten. De meest voorkomende carbapenemase-enzymen gevonden bij P. aeruginosa behoren tot de metallo beta-lactamasen(MBLs), dit zijn zink afhankelijke hydrolasen, en de genen coderend voor deze enzymen zijn vaak onderdeel van mobiele elementen zoals transposons of plasmiden (Cornaglia et al., 2011; Walsh et al.,, 2010; Shibata et al., 2003; Zhao et al., 2009; Zee et al., 2018; Poirel et al., 2001). De prevalentie van deze carbapenemase producerende P. aeruginosa isolaten verschilt per regio, en de meest voorkomende genen behoren tot de IMP- en VIM- familie (Botelho et al., 2018; Casthaneira et al., 2014). De meeste metallo beta-lactamase enzymen zijn in staat om bijna alle beta-lactams te hydrolyseren, inclusief de carbapenems, uitgezonderd aztreonam in geval van VIM beta-lactamasen (Makena et al., 2016). Bij sommige species, zoals Stenotrophomonas maltophilia en Bacillus cereus komen deze enzymen intrinsiek chromosomaal voor. In de huidige richtlijn zullen we ons beperken tot de verkregen metallo beta-lactamasen en in het bijzonder IMP en VIM. Andere carbapanemasen, zoals GES-2 (klasse A), worden in de huidige richtlijn niet meegenomen.

IMP en VIM behoren tot de klasse B beta-lactamasen en worden vooral beschreven vanaf 1990. Na de beschrijving van IMP-1 in een Serratia marcescens isolaat in Japan (1988), zijn er met name in Azië meerdere IMP-varianten beschreven (Liew et al., 2018; Saharman et al., 2019, Shimuzu et al., 2015; Toio et al., 2014) maar ook recentlijk in Duitsland (Willman et al., 2015; Schäfer et al., 2019) en Spanje (Del barrio-Tofino et al., 2019). Ook van het VIM type enzym, zijn sinds de beschrijving van VIM-2 in een P. aeruginosa isolaat in Verona, Italië (1997), wereldwijd tientallen varianten beschreven, vaak voorkomend in P. aeruginosa (Diene et al., 2014; Di Pilato et al., 2019). Het meest voorkomend gen is het bla_VIM-2 gen en is geïntegreerd in een klasse 1 integron wat zowel chromosomaal als plasmidaal gecodeerd kan voorkomen. In deze gen-cassette is meestal een gen aanwezig, wat codeert voor aminoglycoside-modificerende enzymen.

Klinisch/microbiologisch belang

De verspreiding van zowel IMP als VIM-typen carbapenemasen vindt voornamelijk clonaal plaats en de meest voorkomende clusters behoren tot ST111, ST235 en ST446 (Del barrio-Tofino et al., 2019). Uitbraken van met name VIM-2 zijn in meerdere Europese landen beschreven, o.a. in Nederland (van der Bij et al., 2012; Knoester et al., 2014) en in Rusland (Edelstein et al., 2013). Naast bovengenoemde enzymen zijn meerdere andere MBLs beschreven, zoals GIM, SPM, DIM, SIM, KMH, AIM, LMB-1 (Cornaglia et al., 2011). Naast het feit dat patiënten gekoloniseerd kunnen raken met organismen die deze genen bij zich dragen, kunnen deze ook infecties veroozaken. Door het multi-resistente karakter van deze organismen zijn infecties niet of nauwelijks adequaat te behandelen (Persoon et al., 2020). Detectie van deze stammen vormt derhalve reden tot isolatie conform de eerdere WIP-richtlijn aangaande BRMO.

De metallo beta-lactamasen kunnen in vitro geremd worden door chelators toe te voegen aan het medium. Deze chelators binden de Zn²⁺ -ionen waardoor de enzymen hun aktiviteit verliezen. De meest gebruikte chelators zijn EDTA of dipicolinic acid (Pitout et al., 2005; Fournier et al., 2013).

De reden waarom we ons in deze richtlijn beperken tot de metallo beta-lactamasen heeft een tweetal oorzaken. Enerzijds zijn de metallo beta-lactamasen de meest prevalente carbapenemasen in P. aeruginosa en door toevoeging van tobramycine in de screening, zijn deze specifiek op te sporen en anderzijds zijn deze enzymen te confirmeren zonder meteen gebruik te hoeven maken van moleculaire technieken zoals PCR of Whole Genome Sequencing (WGS).

Indien we van alle carbapenem-ongevoelige P. aeruginosa isolaten een confirmatie uitvoeren, dan geeft dit aanleiding tot frequent uitvoeren van confirmatie assays met een negatief resultaat. Immers het meest voorkomende mechanisme van carbapenem-resistentie wordt veroorzaakt door het verlies van het OprD-porine al dan niet in combinatie met aktivatie van efflux pompen en AmpC. Streven naar het opsporen van alle carbapenemasen door toevoeging van additionele antibiotica zoals piperacilline/tazobactam, ceftazidime, cefepime en/of ceftolozane/tazobactam, heeft als nadeel, naast het niet altijd beschikbaar zijn van deze middelen in de regulier uitgevoerde gevoeligheidsbepalingen, de beperkte specificiteit (Gill et al., 2019; Vallabhaneni et al., 2020), waardoor er wederom relatief veel confirmaties uitgevoerd dienen te worden.

Mechanisme van resistentie

Het fenotype, veroorzaakt door aanwezigheid van metallo beta-lactamasen, is te onderscheiden door de resistentie tegen tobramycine. Immers IMP- en VIM-genen zijn veelal onderdeel van een resistentie-cassette (integron 1) welke ook genen die coderen voor aminoglycoside-modificerende enzymen bevatten, met tobramycine resistentie tot gevolg (Pitout et al., 2007; Poirel et al., 2001). Van deze bijkomstigheid wordt dan ook in de huidige richtlijn gebruik gemaakt; hierdoor stijgt de specificiteit van de confirmatie test van 87% naar 98% (Croughs et al., 2018). Echter er zijn uitbraken beschreven waarbij ook tobramycine-gevoelige varianten zijn beschreven (Pitout et al., 2007; Pournaras et al., 2003).

Voor confirmatie van de metallo beta-lactamasen worden alleen de imipenem en meropenem ongevoelige isolaten geïncludeerd in combinatie met de resistentie tegen tobramycine. Voor de fenotypische confirmatie zijn er een aantal opties, waarbij enerzijds gebruik wordt gemaakt van de remming door chelators, anderzijds wordt specifiek gekeken naar “carbapenemase aktiviteit” zoals de CIM test of kleuromslag assay zoals CARBA NP (van der Zwaluw et al., 2015; Dortet et al., 2012; Kabir et al., 2016). De meeste VIM-2 genen worden chromosomaal gecodeerd, maar er zijn ook isolaten beschreven waarbij het VIM-gen plasmidaal gelocaliseerd is. Voor de confirmatie maakt dit geen verschil.

Literatuurlijst

• Botelho J, Grosso F, Quintera S, Brilhante M, Ramos H, Peixe L. 2018. Two decades of blaVIM-2-producing Pseudomonas aeruginosa dissemination: an interplay between mobile genetic elements and succesfull clones. J antimicrob Chemother. 73:873-882.
• Casthaneira M, Deshpande LM, Costello A, Davies TA, Jones RN. 2014. Epidemiology and carbapenem resistance mechanisms of carbapenem-non-susceptible Pseudomonas aeruginosa collected during 2009-11 in 14 European and Mediterranean countries. J Antimicrob Chemother. 69:1804-1814.
• Cornaglia G, Giamarellou H, Rossolini GM. 2011. Metallo-beta-lactamases: a last frontier for beta-lactams? Lancet Infect Dis. 11:381-393.
• Croughs PD, Klaassen CHW, van Rosmalen J, Maghdid DM, Boers SA, Hays JP and Goessens WHF. 2018. Unexpected mechanisms of resistance in Dutch Pseudomonas aeruginosa isolates collected during fourteen years of surveillance. International J. of Antimicrobial Agents 52:407-410.
• Del barrio-Tofino E, Zamorane L, Cortes-Lara S, López-Causaé C, Sánchez-Diner I, Cabot G, Bou G, Martinéz-martinéz and Oliver A. on behalf of the GEMARA-SEIMC/REIPE Pseudomonas study group. 2019. Spanish nationwide survey on Pseudomonas aeruginosa antimicrobial resistance mechanisms and epidemiology. J Antimicrob Chemother 74:1825-1835.
• Di Pilato V, Antonelli A, Giani T, De Angelis LH, Rossoline G M and Pollini S. 2019. Identification of a novel plasmid lineage associated with the dissemination of metallo-β-lactamase genes among Pseudomonas. Frontiers Microbiol 10:1504.
• Diene S and Rolain JM. 2014. Carbapenemase genes and genetic platforms in Gram-negative bacilli: Enterobacteriaceae, Pseudomonas and Acinetobacter species. Clin Microbiol Infect 20:831-838.
• Dortet L, Poirel L and Nordmann P. 2012. Rapid detection of carbapenemase-producing Pseudomonas spp. J Clin Microbiol 50: 373-376.
• Edelstein MV, Skleenova EN, Shevchenko OV, D'souza JW, Tapalski DV, Azizov IS, Sukhorukova MV, Pavlukov RA, Kozlov RS, Toleman MA, Walsh TR. 2013. Spread of extensively resistant VIM-2-positive ST235 Pseudomonas aeruginosa in Belarus, Kazakhstan, and Russia: a longitudinal epidemiological and clinical study. Lancet Infect Dis. 13(10):867-76.
• Fournier D, Garnier P, Jeannot K, Mille A, Gomez AS, Plesiat P. 2013. A convenient method to screen for carbapanemase-producing Pseudomonas aeruginosa. J Clin Microbiol 51:3846-3848.
• Gill CM, Asempa TE, Nicolau DP. 2020. Development and application of a pragmatic algorithm to guide definitive carbapenemase testing to identify carbapenemase-producing Pseudomonas aeruginosa. Antibiotics 738:doi:10.3390
• Kabir MH, Meunier D, Hopkins KL, Giske CG, Woodford N. 2016. A two-centre evaluation of Rapidec CARBA NP for carbapenemase detection in Enterobacteriaceae, Pseudomonas aeruginosa and Acinetebacter spp. J. Antimicrob Chemother. 1:1213-1216.
• Knoester M, de Boer MG, Maarleveld JJ, Claas EC, Bernards AT, de Jonge E, van Dissel JT, Veldkamp KE. 2014. An integrated approach to control a prolonged outbreak of multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa in an intensive care unit. Clin Microbiol Infect. 20(4):O207-15.
• Liew SM, Rajasekaram GG, Puthucheary SD and Chua KH. 2018. Detection of VIM-2-, IMP-1- and NDM-1-producing multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa in Malaysia. J of Global Resistance. 13:271-273.
• Makena A, Duzgün A Ö, Brem J, McDonough MA, Rydzik AM, Abboud MI, Saral A, Clek A, Sandall C and Schofield C. 2016. Compasrioson of Veona Integron-Borne Metalloβ-lactamase (VIM) variants reveal dfferences in stability and in hibition profiles. Antimicrob Agents Chemother 60:1377-1384.
• Persoon MC, voor in ‘t Holt AF, Wielders CCH, Gommers D, Vos MC and Severin JA. 2020. Mortality associated with carbapenem-susceptible and Verona Integron-encoded Metallo-β-lactamases-positive Pseudomonas aeruginosa bacteremia. Antimicrob Resist Infect Control. 9:25. doi.10.1186/s13756-020-0682-4
• Pitout JD, Gregson DB, Poirel L, McClure JA, Le P, Church DL. 2005. Detection of Pseudomonas aeruginosa producing metallo-beta-lactamases in a large centralized laboratory. J Clin Microbiol 43:3129-3135.
• Pitout JD, Chow BL, Gregson DB, Laupland KB, Elsayed S, Church DL. 2007. Molecular epidemiology of metallo-beta-lactamase-producing Pseudomonas aeruginosa in the Calgary Health Region: emergence of VIM-2-producing isolates. J Clin Microbiol. 45(2):294-8.
• Poirel L, Lambert T, Turkoglu A, Ronco E, Gaillard J, Nordmann P. 2001. Characterization of class 1 integrons from Pseudomonas aeruginosa that contain the blaVIM-2 carbapenem-hydrolyzing β-lactamase gene and of two novel aminoglycoside resistance gene cassettes. Antimicrob Agents Chemother 45:546–52. (A)
• Poole K. 2011. Pseudomonas aeruginosa: resistance to the max. Front Microbiol. 2:65.
• Pournaras S, Maniati M, Petinaki E, Tzouvelekis LS, Tsakris A, Legakis NJ, Maniatis AN. 2003. Hospital outbreak of multiple clones of Pseudomonas aeruginosa carrying the unrelated metallo-beta-lactamase gene variants blaVIM-2 and blaVIM-4. J Antimicrob Chemother. 51(6):1409-14.
• Saharman YR, Pelegrin AC, Karuniawati A, Sedono R, Aditianingsih D, Goessens WHF, Klaassen CHW, van Belkum A, Mirande C, Verbrugh HA, Severin JA. 2019. Epidemiology and characterization of carbapenem-non-susceptible Pseudomonas aeruginosa in a large intensive care unit in Jakarta, Indonesia. International Journal of Antimicrobial Agents 54:655-660.
• Schäfer E, Malecki M, Tellez-Castillo CJ, Pfennigwerth N, Marlinghaus L, Higgins PG, Mattner F and Wendel AF. 2019. Molecular surveillance of carbapenemase-producing Pseudomonas aeruginosa at three medical centres in Cologne, Germany. Antimicrobial Resistance and Infection Control 8:208.
• Shibata N, Doi Y, Yamane K, Yagi T, Kurokawa H, Shiayama K, Kato H, Kai K, and Arakawa Y. 2003. PCR typing of genetic determinants for metallo-β-lactamases and integrases carried by Gram-negative bacteria isolated in Japan, with focus on the class 3 integron. J Clin MIcrobiol 41:5407-5413.
• Shimizu W, Kayama S, Kouda S, Ogura Y, Kobayashi K, Shigemoto N, Shimada N, Yano R, Hisatsune J, Kato F, Hayashi T, Sueda T, Ohge H, Sugai M. 2015. Persistence and epidemic propagation of a Pseudomonas aeruginosa sequence type 235 clone harboring an IS26 composite transposon carrying the blaIMP-1 integron in Hiroshima, Japan, 2005 to 2012. Antimicrob Agents Chemother. 59(5):2678-87.
• Tojo M, Tada T, Shimojima M, Tanaka M, Narahara K, Miyoshi-Akiyama T, Kirikae T, Ohmagari N. 2014. Dissemination in Japan of multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa isolates producing IMP-type metallo-β-lactamases and AAC(6')-Iae/AAC(6')-Ib. J Infect Chemother. 20(9):586-8.
• Vallabhaneni S, Huang JY, Grass JE, Bhatnagar A, Sabour S, Lutgring JD, Campbell D, Karlsson M, Kallen AJ, Nazarian E, Snavely EA, Morris S, Wang C, Lee R, Koag M, Lewis R, Garcia B, EIP work group, Brown AC, Walter MS. 2020. Antimicrobial susceptibility profiles to predict the presence of carbapenemase genes among carbapenem-resistant Pseudomonas aeruginosa. J Clin Microbiol doi:10.1128
• Van der Bij AK, van der Zwan D, Peirano G, Severin JA, Pitout JDD, van Westreenen M, Goessens WHF, on behalf of the MBL-PA surveillance study group. 2012. Metallo-β-lactamase-producing Pseudomonas aeruginosa in the Netherlands: the nationwide emergence of a single sequence type. Clin Microbiol Infection 18:E369-72.
• van der Zee A, Kraak WB, Burggraaf A, Goessens WHF, Pirovano W, Ossewaarde JM en Tommassen J. 2018. Spread of carbapenem resistance by transposition and conjugation among Pseduomonas aeruginosa. Frontiers in Microbiology. 9:2057.
• van der Zwaluw K, de haan A, Pluister GN, Bootsma HJ, de Neeling AJJ, Schouls LM. 2015. The carbapenem inactivation method (CIM), a simple and low-cost alternative for the Carba NP test to assess phenotypic carbapenemase activity in gram-negative rods. Plos One 23;10:e0123690.
• Walsh TR. 2010. Emerging carbapenemases: a global perspective. Int J Antimicrob Agents 36(Suppl 3):S8-S14.
• Willman M, Bezdan D, Zapata L, Susak H, Vogel W, Schroppel K, et al. 2015. Analysis of a long-term outbreak of XDR Pseudomonas aeruginosa: a molecular epidemiology study. J Antimicrob Chemother. 70:1322-1330.
• Zhao WH, Chen G, Ito R and Hu ZQ. 2009. Relevance of resistance levels to carbapenems and integrin-borne blaIMP-1, blaIMP-7, blaIMP-10 and blaVIM-2 in clinical isolates of Pseudomonas aeruginosa. Journal of Medical Microbiology 58:1080-1085.