광주의 한 대학병원에서 3년간 수집된 E. coli 및 K. pneumoniae 임상 분리주가 함유한 Extended-Spectrum β-Lactamases 및 AmpC β-lactamases 유전자의 빈도와 분포

Abstract

배경: Extended-spectrum β-lactamases (ESBL)은 다양한 oxyiminocephalosporins에 대해 내성을 부여하는 cephalosporinases이다. ESBL은 한국에서 분리빈도가 증가하는 것으로 보고되어 왔으나 광주에서의 빈도와 유전형 분포는 아직 알려져 있지 않다. 이 연구는 광주의 한 대학병원에서 3년간 ESBL및 AmpC β-lactamases 유전자를 생성하는 Escherichia coli와 Klebsiella pneumoniae의 빈도와 유전형 분포에 대해 평가하려고 한다. 방법 : 2005년 9월부터 2008년 8월까지 광주의 한 대학병원에서 분리된 E. coli 350주와 K. pneumoniae 240주를 검사하였다. 항생제 검사와 ESBL 생성 검사를 Vitek-II system으로 검사하였다. 균의 plasmid DNA로 ESBL 및 AmpC β-lactamases 유전자를 PCR 증폭법으로 검사하였다. 내성전달성은 접합실험으로 검사하였다. 결과: Vitek-II system으로 검출된 ESBL 양성 균의 빈도를 살펴보면 E. coli는 350주 중 46주 (13.1%)가, K. pneumoniae 240주 중 54주 (22.5%)가 양성이었다. ESBL 양성 균의 plasmid DNA로 ESBL gene PCR을 하여 그 양성률을 살펴보았을 때 K. pneumoniae는 54 주 모두가 양성이었고 E. coli는 46주중 18 (39%)주가 양성이었다. plasmid DNA로 검사한 ESBL gene PCR에 양성인 K. pneumoniae 54 균주의 주된 ESBL형은 TEM (98.1%)과 SHV (96.3%)이었다. plasmid DNA에서 ESBL gene PCR에 양성인 E. coli 18 균주의 주된 ESBL형은 TEM (77.8%)과 CTX (27.8%), SHV (11.1%) 이었다. ESBL 유전자의 양성률을 연도별로 살펴보면 K. pneumoniae의 CTX 유전자의 빈도와 E. coli의 SHV, TEM, 및 CTX 유전자의 빈도는 조사 기간 중 해마다 상당히 변화하였다. plasmid DNA로 시행한 AmpC β-lactamases PCR 검사결과 K. pneumoniae 54주중 29주 (53.7%)에서 DHA-1 PCR 양성이었고 E. coli는 1주 (2.2%)에서 CMY-2 PCR 양성이었다. 대부분의 K. pneumoniae균주들은 복수의 ESBL 유전자를 함께 보유하고 있어서 그중 75.9%가 TEM 과 SHV를 가졌고 18.5%가 TEM과 SHV, CTX를 가지고 있었다. 그와 대조적으로 E. coli는 22.2%만 복수의 ESBL 유전자를 함께 보유하고 있었다. 18주중 10주(55.6%)의 E. coli가 TEM 유전자만 가지고 있었다. 접합실험 결과 ESBL을 생성하는 E. coli 46주중 41 (89.1%)주와 K. pneumoniae 54주중 38 (70.4%)주에서 ceftazidime이나 cefotaxime에 대한 내성이 azide-내성 E. coli J53에 전달되었다. 결론: ESBL을 생성하는 E. coli와 K. pneumoniae균주의 빈도와 유행하는 ESBL 유전자형이 해마다 변화하기 때문에 다제내성인 ESBL 생성 균의 증가에 빨리 대처하기 위해서는 ESBL 유전자의 빈도를 추적할 필요가 있다고 본다.|Background: Extended-spectrum β-lactamases (ESBLs) are cephalosporinases that confer resistance to a wide variety of oxyiminocephalosporins. Although ESBLs have been reported with increasing frequency in Korea, their prevalence and genotypic distribution in Gwangju area remain unknown. This study was designed to evaluate the occurrence and genotypic distributions of ESBL- and AmpC β-lactamases-producing strains in Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae isolated from an university hospital in Gwangju for three years. Methods: we tested the clinical isolates of 350 E. coli and 240 K. pneumoniae at an university hospital in Gwang-Ju during the period from Sep 2005 to Aug 2008. Antimicrobial susceptibility test and ESBL production test was performed by Vitek-II system. Searches for ESBL genes and AmpC β-lactamases genes were performed by PCR amplification using plasmid DNA. The transferability of resistance was examined by conjugation. Results: The result of Vitek-II system showed 46 (13.1%) of 350 E. coli and 54 (22.5%) of 240 K. pneumoniae isolates were ESBL-producers. The plasmid DNA of ESBL-positive strains showed positive reaction for ESBL gene PCR assay in all (100%) of 54 strains of K. pneumoniae and 18 (39%) of 46 strains of E. coli. Major ESBL types in the plasmid DNA of 54 K. pneumoniae strains were TEM (98.1%) and SHV (96.3%). Those of 18 ESBL-positive E. coli strains were TEM (77.8%), CTX (27.8%), and SHV (11.1%). Yearly prevalence of CTX gene in K. pneumoniae and those of SHV, TEM, and CTX gene in E. coli were changed considerably during the study period. Twenty-nine (53.7%) of 54 samples of K. pneumoniae plasmid DNA were DHA-1 PCR positive and one (2.2%) of 46 samples of E. coli plasmid DNA were CMY-2 PCR positive in AmpC β-lactamases PCR analysis. Most K. pneumoniae strains simultaneously contained multiple ESBL gene, 75.9% had TEM and SHV and 18.5% had TEM, SHV and CTX. In contrast, only 22.2% of E. coli simultaneously contained multiple ESBL genes. Ten (55.6%) of 18 strains of E. coli contained TEM only. The ceftazidime or cefotaxime resistance of the ESBL-producers was transferred to azide-resistant E. coli J53 by conjugation in 41 (89.1%) of 46 E. coli and 38 (70.4%) of 54 K. pneumoniae isolates. Conclusion: Because the yearly prevalence of ESBL-producing E. coli and K. pneumoniae strains and types of prevalent ESBL genes were changed, it seemed necessary to follow up the prevalence of ESBL genes to cope rapidly to the increase of multi-resistant ESBL producers.