Carbapenem Resistance in Gram-negative Bacteria in South-western Nigeria: The Role of Extended-spectrum lactamase CTX-M-15

Ogbolu, DO; Webber, MA

ABSTRACT Objective:

To determine the role of extended-spectrum β-lactamases in carbapenem-resistant Gram-negative bacteria from south-western Nigeria.

Methods:

Twenty-seven carbapenem-resistant isolates that were found to be non-carbapenemase producers (15 Escherichia coli, 9 Klebsiella pneumoniae and 3 Pseudomonas aeruginosa) were further studied. These isolates were subjected to analysis including phenotypic and genotypic detection of various β-lactamases, efflux activity, outer membrane protein, plasmids replicon typing, detection of transferable genes and resistances and typing using random amplified polymorphic DNA tests.

Results:

No isolates demonstrated de-repression of efflux, but all showed either complete loss or reduced production of outer membrane proteins. Transconjugants from these strains contained various genes including plasmid-mediated quinolone resistance and extended-spectrum beta-lactamases. All the transconjugants carried the blaCTX-M-15 gene. The transconjugants had varying minimum inhibitory concentrations of carbapenems ranging from 0.03 μg/ml to 8 μg/ml. Varying resistances to other antimicrobial agents were also transferred with the plasmids. The donor isolates were not clonally related by molecular typing.

Conclusion:

Resistance to carbapenem antibiotics in this sample was not mediated only by carbapenemases but also by production of extended-spectrum β-lactamases (largely CTX-M-15), accompanied by protein loss. This was an important mechanism underpinning carbapenem resistance in these clinical isolates of various species.

RESUMEN Objetivo:

Determinar el papel de las betalactamasas de espectro extendido en la resistencia al carbapenem en las bacterias gramnegativas en Nigeria.

Métodos:

Veintisiete aislados resistentes al carbapenem que fueron hallados productores de no carbapenemasas (15 Escherichia coli, 9 Klebsiella pneumoniae, y 3 Pseudomonas aeruginosa) fueron estudiados con mayor profundidad. Estos aislados fueron sometidos a análisis incluyendo la detección fenotípica y genotípica de varias betalactamasas, la actividad de eflujo, las porinas de la membrana externa, la tipificación del replicón plasmídico, la detección de genes transferibles y resistencias y tipificación usando pruebas de ADN polimórficas amplificadas aleatorias.

Resultados:

Ninguno de los aislamientos mostró desrepresión de eflujo, pero todos demostraron la pérdida completa o la producción reducida de porinas externas de la membrana. Los transconjugantes de estas cepas contenían varios genes incluyendo resistencia a la quinolona mediada por plásmidos y betalactamasas de espectro extendido. Todos los transconjugantes portaban el gen blaCTX-M-15. Los transconjugantes tenían diversas concentraciones inhibitorias mínimas de carbapenemas que oscilaban entre 0.03 μg/ml y 8 μg/ml. Varias resistencias a otros agentes antimicrobianos fueron también transferidas con los plásmidos. Los aislamientos del donante no estuvieron relacionados clonalmente por tipificación molecular.

Conclusión:

La resistencia al antibiótico carbapenem en esta muestra no fue mediada solamente por las carbapenemasas, sino también por la producción de betalactamasas de espectro extendido (en gran parte CTX-M-15), acompañado por pérdida de porina. Éste era un mecanismo importante que sustentaba la resistencia al carbapenem en estos aislados clínicos de varias especies.