Plasmide als Vehikel für Carbapenem-Resistenz in Gram-negativen Erregern – weit verbreitet oder selten?

Einleitung: Carbapenem-resistente Gram-negative (CRGN) Bakterien sind resistent gegen Carbapeneme, Reserveantibiotika, die bei Infektionen mit multiresistenten Bakterien zum Einsatz kommen. CRGN sind eine besondere Herausforderung für das Gesundheitswesen, da bei einer Infektion mit CRGN die Behandlungsoptionen stark eingeschränkt sind [1]. Eine Carbapenem-Resistenz wird über verschiedene Mechanismen vermittelt. Einer dieser Mechanismen ist das Tragen von Carbapenemasen, Enzymen, welche Carbapeneme durch Spaltung inaktivieren. Carbapenemasen sind entweder auf dem Chromosom von Bakterien lokalisiert, oder auf sogenannten Plasmiden, mobilen genetischen Elementen, die sogar zwischen unterschiedlichen Spezies übertragen werden können. Die Lokalisierung der Carbapenemasen (Plasmid/Chromosom) kann mittels einer besonderen Sequenziertechnologie, der Nanopore-Long-read-Sequenzierung, ermittelt werden. PCR- oder Short-read-Sequenziertechnologien sind hierfür nicht geeignet.

In dieser Studie wurde ermittelt, welcher Anteil der Carbapenemasen in Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli und Citrobacter spp. Plasmid-lokalisiert ist und ob es identische Plasmide gibt, die über Spezies-Grenzen hinweg übertragen werden.

Methodik: Vorcharakterisierte Carbapenem-resistente Klebsiella pneumoniae (n=113), Escherichia coli (n=61) und Citrobacter spp. (n=80) aus Humanproben in Hessen (2017-2024) wurden mittels Nanopore-Long-read-Sequenziertechnologie (Oxford Nanopore Technologies) sequenziert. Die Rohdaten wurden mittels einer auf open source Software basierenden in house pipeline (Programme: flye, medaka, homopolish, circlator) zu geschlossenen Chromosomen und Plasmiden assembliert und anschließend auf Antibiotika-Resistenzgene (ResFinder [2]) und die Lokalisierung der Carbapenemasen (Chromosom/Plasmid, MGEFinder [3]) hin überprüft.

Ergebnisse: Die drei untersuchten Spezies wiesen Unterschiede bei den detektierten Carbapenemasen auf. E. coli wiesen am häufigsten OXA-244 (44%) gefolgt von NDM-5 (18%) und KPC-2 (8%) auf. OXA-244 war in 92% der Fälle chromosomal lokalisiert, wohingegen NDM-5 und KPC-2 in 100% auf einem Plasmid lokalisiert waren. K. pneumoniae trugen überwiegend KPC-3 (27%), KPC-2 (16%) und NDM-1 (8%). Bei K. pneumoniae waren alle diese genannten Carbapenemasen auf Plasmiden lokalisiert. Die häufigsten Carbapenemasen bei Citrobacter spp. waren KPC-2 (31%) und OXA-48 (30%). Diese Carbapenemasen waren auf Plasmiden lokalisiert. Zwei unterschiedliche Carbapenemasen in EINEM Isolat wurden bei K. pneumoniae (9%, Kombinationen: NDM-1/OXA-48, NDM-5/OXA-48) und bei Citrobacter spp. (2%, NDM-5/OXA-48, KPC-2/VIM-1) gefunden.

Ein identisches, KPC-2-tragendes Plasmid (IncN, ST15) wurde in allen drei Spezies detektiert (E. coli 80% aller KPC-2-positiven Isolate, K. pneumoniae 30%, Citrobacter spp. 72%). Dieses Plasmid wurde in einer anderen Studie (2017-2019, [4]) hessenweit in unterschiedlichen Gram-negativen Spezies detektiert.

Diskussion: Der Anteil der Plasmid-lokalisierten Carbapenemasen lag zwischen 59% (E. coli) und 97% (K. pneumoniae). Plasmide stellen also ein wichtiges Vehikel zur Übertragung der Carbapenem-Resistenz dar.

Die Detektion von Spezies-übergreifend vorhandenen identischen Carbapenemase-Plasmiden in dieser Studie zeigt eine zusätzliche Herausforderung in der Aufklärung von Ausbruchsgeschehen auf. Das Vorhandensein einer identischen Carbapenemase in unterschiedlichen Spezies kann auf eine Übertragung der Plasmide innerhalb verschiedener Patienten hinweisen. Da eine solche Übertragung nur mit einer Long-read-Sequenzierung aufgedeckt werden kann, sollte eine Untersuchung der Isolate mit dieser Technik in einem solchen Ausbruchsverdacht in Betracht gezogen werden, um einen möglichen Plasmid-basierten Ausbruch detektieren zu können.

Publication History

Article published online:
11 March 2025