Molekulargenetische Mechanismen der Carbapenemresistenz bei klinischen Isolaten von Pseudomonas aeruginosa

Abstract

Im Zusammenhang mit nosokomialen Infektionen spielt P. aeruginosa eine bedeutende Rolle. Etwa zehn Prozent der im Krankenhaus erworbenen Infektionen werden durch diesen Keim ausgelöst. Für die Behandlung gelten als sogenannte Reserveantibiotika die Carbapeneme. Jedoch wird die Behandlung dieser Infektionen aufgrund von immer weiter steigenden Resistenzraten gegen Carbapeneme immer schwieriger. Die Antibiotikaresistenz entsteht durch verschiedene Mechanismen mit jeweils komplexen Regulationsvorgängen. Ziel der hier vorgelegten Arbeit war es herauszufinden, welche der bislang bekannten molekularen Mechanismen zur Entstehung einer Carbapenemresistenz bei P. aeruginosa bei Stämmen aus dem Routinelabor des UKE vorliegen. Zu den untersuchten Mechanismen im Bezug auf die bei allen Proben vorliegende Imipenemresistenz (MHK > 32mg/l) gehörten die Carbapenemasen, Mutationen im Gen des Membranporins OprD und in der AmpC-ß-Lakatamase bzw. extendedspectrum- AmpC-ß-Laktamase (ESAC). Es war möglich, für 28 der 59 untersuchten Stämme einen wahrscheinlichen Mechanismus für die vorliegende Imipenemresistenz zu finden. Bei 26 Proben fanden wir Veränderungen, die das Resistenzverhalten zumindest teilweise erklären können. Lediglich bei drei Proben fanden wir in den untersuchten Genen keine Erklärung für die gesteigerte Imipenemresistenz. Bei zwei Proben sind die Auswirkungen der Mutationen auf das Resistenzverhalten unklar. Zur Untersuchung der bei 40 Proben vorliegenden Meropenemresistenz wurden die Regulatorgene der Effluxpumpe MexAB-OprM mexR, nalC, nalD sowie das Vorliegen einer Carbapenemase untersucht. Für Meropenem konnte bei 15 Proben der wahrscheinliche Resistenzmechanismus geklärt werden. Bei sieben Proben müssen weitere Untersuchungen folgen, um die Auswirkung der Mutationen auf die Meropenemresistenz zu klären. Bei 18 Proben fanden wir keine Erklärung für die gesteigerte Meropenemresistenz. Aus den Ergebnissen der vorgelegten Arbeit ergeben sich Anknüpfungspunkte für weitergehende Untersuchungen. Insbesondere bei den Proben, bei denen ein Aminosäureaustausch mit noch unbekannter Auswirkung nachgewiesen wurde, ist es wichtig, im nächsten Schritt beispielsweise Komplementierungsversuche mit dem Wildtyp-Gen vorzunehmen. So könnten die Auswirkungen der Mutationen auf das Resistenzverhalten geklärt werden. Weiterhin müssten Expressionsanalysen vorgenommen werden, um zu untersuchen, wie sich die Proteinexpression durch die Mutationen verändert. Unsere Studie zeigt zudem, dass, neben den hier untersuchten Mechanismen Weitere für die Entstehung von Carbapenemresistenz relevant sind.

Pseudomonas aeruginosa plays an important role in nosocomial infections. Approximately 10% of hospital-acquired infections are caused by this pathogen. Carbapenems are an important therapeutic option for the treatment of serious infections induced by P. aeruginosa. Because of an increasing prevalence of carbapenem resistance an appropriate treatment is becoming more complicated. Antimicrobial resistance is developed by P. aeruginosa by different mechanisms each with complex regulatory systems. The purpose of this work was to determine which of the already known mechanisms for carbapenem resistance are prevalent in samples of P. aeruginosa collected in the clinical microbiology laboratory of the UKE. Showing a MIC > 32mg/l all samples were resistant to imipenem. For those strains we investigated the following resistance mechanisms: prevalence of Carbapenemases, mutations in oprD encoding for an outer membrane porin as well as mutations in the gene encoding the AmpC-ß-Lactamase, respectively extendedspectrum- AmpC-ß-Lactamase (ESAC). It was possible to determine the responsible mechanism for imipenem resistance for 28 out of 59 samples. In 26 cases we found genetic alterations which may explain imipenem resistance in parts. For three strains we were not able to find an explanation for the imipenem resistance. For two samples the impact of our findings on imipenem resistance remain unclear. To investigate the mechanisms for meropenem resistance, seen in 40 cases, we analysed both the genes mexR, nalC, nalD which regulate the efflux pump MexABOprM, and the existence of carbapenemases. The probable resistance mechanism was found for 15 samples. For seven strains it is necessary to do further investigation to rule out the effect of the mutations we found. In 18 cases no explanation for the meropenem resistance was found. To explain the antimicrobial resistance it is necessary to do further research. Especially for those cases where the effect of the found mutations remains unclear. For example complementation with the wildtype-genes or analyses of protein expression could be done. Additionally, this work reveals that there are relevant mechanisms for carbapenem resistance which were not discussed or analysed in our study.