Emergency of Enterobacterales producing metallo-beta-lactamases in a referral hospital for Covid-19

 

Valéria Martins Soares¹, Diana Manzi Viegas¹

 

¹  Hospital Júlia Kubitschek – Fundação Hospitalar do Estado de Minas Gerais. Belo Horizonte, MG, Brasil.

 

Recebido em 23/02/2022

Aprovado em 19/05/2022

DOI: 10.21877/2448-3877.202200025

INTRODUÇÃO

 

A resistência aos antimicrobianos é uma crescente ameaça à saúde pública mundial e  gera muita preocupação e impactos negativos. A produção de enzimas que degradam os carbapenêmicos é o principal fator relacionado à resistência e diversas carbapenemases já foram descritas como a Klebsiella pneumoniae carbapenemase (KPC) e a New Delhi metalo-beta-lactamases, entre outras⁽¹⁾. A resistência aos carbapenêmicos em Enterobacterales é, na maioria dos casos, mediada por plasmídios, que exercem um importante papel na disseminação do gene, necessitando de práticas de controle de infecção rigorosas.⁽²⁾

Os carbapenêmicos, um agente antimicrobiano efetivo, teve seu uso limitado devido a esse novo cenário de emergência das cepas produtoras de carbapenemases. Tanto a KPC quanto a NDM se disseminaram rapidamente a nível mundial e estão geralmente associadas a resistência a outros antimicrobianos.⁽³⁾

A primeira descrição da KPC ocorreu nos Estados Unidos, em 1996. Após o relato inicial no Brasil várias publicações tem demonstrado a disseminação em todo o país, inclusive  em bacilos Gram negativos não fermentadores.^(4,5) No Hospital Júlia Kubistchek da Fundação Hospitalar do Estado de Minas Gerais (FHEMIG), o primeiro isolamento de Enterobacterales produtora de KPC ocorreu no ano de  2009, tornando-se endêmica na instituição.⁽⁶⁾

Com relação à NDM, foi reportada pela primeira vez no mundo em 2009, em uma Klebsiella pneumoniae originária da Ìndia e isolada em 2008. No Brasil o primeiro relato ocorreu no ano de 2013, em uma cepa de Providencia rettgeri e desde então o gene vem sendo detectado em várias espécies e locais.⁽⁷⁾

A partir de 2009, o Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI) passou a recomendar a pesquisa da enzima KPC em isolados de Enterobacterales com resistência às cefalosporinas de subclasse III e sensibilidade diminuída aos carbapenêmicos e a utilização do teste de triagem que permitisse detectar a inativação do antimicrobiano. Desde então algumas modificações foram realizadas na técnica, tornando possível diferenciar as metalo-beta-lactamases de serino carbapenemases.⁽⁸⁾

Entre as consequências da pandemia da covid-19, com milhões de casos em todo mundo, existe uma grande preocupação com o aumento global da resistência aos antimicrobianos⁽⁹⁾.

O objetivo desse estudo foi reportar a emergência de Enterobacterales produtoras de metalo-beta-lactamases no Hospital Júlia Kubitschek (HJK) da Fundação Hospitalar do Estado de Minas Gerais (FHEMIG), um hospital geral que foi direcionado para o atendimento aos pacientes de covid-19, localizado em Belo Horizonte, Brasil. Além disso, foi avaliado se o método fenotípico mCIM eCIM foi eficiente na triagem da produção de carbapenemases.

 

MATERIAIS E MÉTODOS

 

Trata-se de um estudo descritivo de caráter retrospectivo. Foram incluídas 128 cepas de Enterobacterales produtoras de carbapenemases isoladas entre Janeiro de 2021 a Setembro de 2021 em diversas amostras clínicas, conforme tabela 1. Isolados de amostras clínicas diferentes de um mesmo paciente foram excluídos.

No setor de microbiologia do Laboratório do HJK, a identificação das espécies é realizada por meio de testes bioquímicos tradicionais e do sistema semi-automatizado BBL Crystal^® (Enteric/Nonfermenter ID System/Becton, Dickinson and Company). As Enterobacterales produtoras de carbapenemases foram triadas de acordo com o documento anual do Clinical and Laboratory Standard Institute (CLSI) do ano corrente:⁽⁸⁾ isolados com halo de inibição por disco difusão ≤22 mm para imipenem e meropenem e ≤21 mm para ertapenem foram consideradas suspeitos.

O teste fenotípico para a detecção de carbapenemases mCIM eCIM foi realizado conforme descrito no documento do CLSI.⁽⁸⁾ Quando o teste indicou a detecção de metalo-beta-lactamases, as cepas foram enviadas para o Laboratório de Referência da Fundação Ezequiel Dias (FUNED) para realização da confirmação molecular por meio de reação em cadeia da polimerase (PCR) para pesquisa dos genes bla_KPC, bla_NDM e bla_OXA. Para o teste fenotípico positivo para carbapenemases do tipo serino (KPC, OXA, dentre outras), não foi estabelecido na unidade o fluxo de encaminhar para a confirmação molecular, uma vez que, ao longo dos anos, notou-se alta concordância com o teste molecular nesses casos. Ao mesmo tempo, o laboratório de Microbiologia/HJK realizou a determinação da concentração inibitória mínima (CIM) por meio do E-test^® para os carbapenêmicos (Biomerieux®) e a microdiluição em caldo para a polimixina (Policimbac®-Probac do Brasil). As amostras resistentes a polimixina também foram enviadas para a FUNED para pesquisa do gene mcr-1 (mobilised colistin resistance).

 

ÉTICA

 

Este trabalho foi aprovado no CEP FHEMIG, CAAE 55250422.1.0000.5119.

 

RESULTADOS

 

Durante o período do estudo foram isoladas 128 cepas produtoras de carbapenemases em diversas Enterobacterales (Tabela 2), sendo que em Janeiro houve a primeira detecção de NDM na unidade. Entre as 128 bactérias produtoras de carbapenemases, 92/128 eram do tipo serino, 32/128 eram NDM e em 1/128 foram detectados os genes bla_KPC e bla_NDM. Foram excluídas do estudo 3/128 isolados por não haver resultado molecular liberado pela FUNED devido a discrepâncias na identificação da espécie. Como nem todas as cepas classificadas como KPC pelo método fenotípico foram enviadas, o resultado pelo método molecular foi obtido em um total de 54/128 amostras.

 

 

Tabela 1

Amostras clínicas incluídas no estudo

Amostras clínicas	Frequência (n)	Porcentagem
Aspirado traqueal	32	25,00%
Lavado broncoalveolar	1	0,78%
Escarro	1	0,78%
Ferida sacral	1	0,78%
Fragmento de tecido	3	2,34%
Líquido pleural	1	0,78%
Ponta de cateter	18	14,06%
Sangue	15	11,72%
Swab retal	37	28,91%
Urina	19	14,84%
Total	128	100,00%

 

Tabela 2

Tipos de microrganismos e carbapenemases encontradas

Microrganismo	KPC (n)	NDM (n)	KPC + NDM (n)
Klebsiella pneumoniae	85	14	–
Proteus mirabilis	–	11	1
Providencia rettgeri	–	3	–
Escherichia coli	1	2	–
Enterobacter cloacae	2	–	–
Serratia marcescens	2	1	–
Serratia spp.	1	–	–
Providencia rustigianii	–	1	–
Pantoea agglomerans	1	–	–

Legenda: KPC=Klebsiella pneumonia carbapenemase; NDM = New Delhi metalo-beta-lactamases

 

 

 

DISCUSSÃO

 

A pandemia de covid-19 criou condições que favoreceram a disseminação de microrganismos resistentes aos antimicrobianos nos serviços de saúde: aumento no número e no tempo de hospitalização dos pacientes com covid-19; pacientes graves com uso prolongado de dispositivos invasivos e assistência intensiva; redução do número de profissionais de saúde e aumento da carga de trabalho; dificuldades para implementação de medidas de prevenção e controle de infecções; utilização excessiva e empírica de antimicrobianos de amplo espectro, em larga escala, para tratamento de infecções secundárias, fúngicas ou bacterianas.⁽⁹⁾ Esse foi justamente o cenário encontrado no HJK, um hospital que foi direcionado para o atendimento a covid-19, com súbito aumento de leitos de terapia intensiva em um curto espaço de tempo.

Conforme observado por outros autores,⁽¹⁰⁾ houve um aumento significativo na prevalência de bactérias produtoras de KPC quando comparado o período anterior a pandemia. Estudos internacionais indicaram que aproximadamente 70% dos pacientes hospitalizados com covid-19 receberam antibióticos, na maior parte de amplo espectro, apesar da falta de evidência de co-infecção por bactérias.⁽¹¹⁾ No HJK, foram diagnosticados 39 pacientes com Enterobacterales produtoras de KPC em 2019, principalmente em Klebsiella pneumoniae. No período do estudo, foram 92/128 isolados produtores de carbapenemases do tipo serino, provavelmente KPC. Em nosso hospital, antes da pandemia, apenas cepas  KPC tinham sido isoladas. Em 2021 houve a emergência de NDM com a detecção em 32/128 cepas estudadas.

As New Delhi metalo-beta-lactamases (NDMs), com suas 28 variantes já descritas, são uma família de enzimas que disseminou rapidamente pelo mundo, geralmente associada à prognósticos ruins e alta mortalidade.⁽²⁾ Conforme demostrado na tabela 2, nota-se que, apesar do predomínio de Klebsiella pneumoniae entre os isolados KPC, para a NDM é marcante a emergência em outras espécies como Proteus mirabilis (12/33). A aquisição de genes de resistência nessa espécie, além de outros gêneros como Providencia spp. e Serratia spp., torna-se ainda mais preocupante, uma vez que são bactérias intrinsecamente resistentes às polimixinas, limitando ainda mais o número de antimicrobianos disponíveis para o uso clínico.⁽²⁾

Gao et al.⁽¹²⁾ relatou a emergência de Klebsiella pneumoniae resistente aos carbapenêmicos (CRKP) e produtoras de KPC-2 e NDM-1. Ensaios de transferência de plasmídios e análises filogenéticas sugeriram que a CRKP KPC2-NDM1 emergiu de uma CRKP progenitora que adquiriu outro plasmídio altamente transferível portando o gene blaNDM-1. Além disso, testes de estabilidade mostraram que esses isolados eram estáveis e tinham capacidade de transmissão entre pacientes.

Esse relato é preocupante uma vez que em nosso estudo foi detectada uma cepa de Proteus mirabilis com teste fenotípico positivo para metalo-beta-lactamases e com a presença dos genes blaKPC e blaNDM, gerando a preocupação de uma possível disseminação na unidade e maior limitação das opções terapêuticas já tão escassas. Dados do Laboratório Central do Estado do Paraná (LACEN-PR) mostram Enterobacterales positivas concomitantemente para blaKPC e blaNDM em até 8% do total de isolados positivos para estes genes.⁽⁴⁾ Gao et al.⁽¹²⁾ mostrou, por meio de testes de sensibilidade aos antimicrobianos,  que o composto ceftazidime-avibactam, recém introduzido em alguns países para tratamento de bactérias produtoras de KPC, tinham pouco efeito nas cepas que continham os dois genes para KPC e NDM.

A criticidade desse cenário de resistência é agravada pela elevada taxa de resistência a outros antimicrobianos. Geralmente os genes que codificam as carbapenemases estão localizados em plasmídios, que também carregam outros genes de resistência para os aminoglicosídeos e quinolonas.⁽²⁾
No entanto, a resistência a outros antimicrobianos não foi avaliada por não ser o objetivo desse estudo.

O teste mCIM eCIM é um método fenotípico desenvolvido para detectar e classificar as carbapenemases entre metalo-beta-lactamases e as do tipo serino (KPC, OXA, dentre outras), baseado na inibição da atividade da enzima pelo agente quelante EDTA (Ácido etilenodiamino tetra-acético). No Setor de Microbiologia do HJK, após a triagem por meio de metodologia de disco difusão, as cepas com sensibilidade diminuída aos carbapenêmicos foram testadas pelo método.  Nesse trabalho, observou-se uma boa concordância entre o método fenotípico e o molecular. Quando foram analisadas as amostras onde houve resultado molecular pela FUNED e o fenotípico (54/128), observou-se a concordância entre 47/54. Entre essas cepas foram 4/54 resultados indeterminados, 1/54 negativo pelo método fenotípico e 2/54 discordantes. Assim, o método mCIM eCIM mostrou-se útil na triagem da produção de carbapenemases, além de possibilitar a classificação rápida do tipo, com a liberação do resultado em 24 horas. Esse dado é importante para orientar a terapia antimicrobiana, uma vez que o  composto ceftazidime-avibactam, recém introduzido na instituição, é uma potente opção terapêutica no tratamento de infecções por KPC.⁽¹³⁾

Entre as espécies incluídas no estudo e que não apresentam resistência intrínseca, foram encontrados 22/99 isolados de Klebsiella pneumoniae resistentes a polimixina, sendo que 15/22 eram KPC e 7/22 NDM. Estudos recentes alertam para o aumento significante da resistência à polimixina em Enterobacterales produtoras de carbapenemases, sugerindo uma forte associação entre a presença de carbapenemases e a diminuição da atividade da polimixina.⁽²⁾ As cepas que apresentaram resistência foram enviadas para o laboratório de referência da FUNED para pesquisa do gene mcr-1 (mobilised colistin resistance) e todos os isolados foram negativos, mostrando que a resistência está relacionada provavelmente a genes cromossomais.

 

CONCLUSÃO

 

Com a escassez de dados locais torna-se difícil prever o impacto que essa pandemia pode causar no aumento da disseminação de microrganismos resistentes. Assim, é importante descrever a emergência de Enterobacterales produtoras de metalo-beta-lactamases em um Hospital de Referência para covid-19. Além disso, o teste fenotípico mCIM eCIM mostrou-se uma boa ferramenta na triagem da produção e na classificação das carbapenemases na instituição.

 

AGRADECIMENTOS

 

Aos funcionários do Setor de Microbiologia/HJK pelo suporte na condução desse estudo.

 

REFERÊNCIAS

 

1. Vivas R, Dolabella SS, Barbosa AT, Jain S. Prevalence of Klebsiella pneumoniae carbapenemase and New Delhi metallo-beta-lactamase-positive K. pneumoniae in Sergipe, Brazil, and combination therapy as a potential treatment option. Rev Soc Bras  Med Trop. 2020; 53:e20200064.
2. Zhang Z, Guo H, Li X, et al. Genetic Diversity and Characteristics of bla_NDM-Positive Plasmids in Escherichia coli. Front Microbiol. 2021;12:729952. Published 2021 Nov 16. doi:10.3389/fmicb.2021.729952
3. Firmo EF, Beltrão EMB, Silva FRF,  Alves LC, Brayner FA, Veras DL, Lopes ACS. Association of bla_NDM-1 with bla_KPC-2 and aminoglycoside-modifying enzyme genes among Klebsiella pneumoniae, Proteus mirabilis and Serratia marcescens clinical isolates in Brazil. J Glob Antimicrob Res. 2020; 21:255-261.
4. ANVISA. Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Nota Técnica GVIMS/GGTES/ANVISA N°01/2013. Medidas de prevenção e controle de infecções por enterobactérias multiresistentes. Brasília (DF);2013.
5. ANVISA. Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Nota Técnica GVIMS/GGTES/ANVISA N°01/2021. Identificação de Pseudomonas aeruginosa resistente a carbapenêmicos, produtoras de KPC e NDM. Brasília (DF);2021.
6. Viegas DM, Soares VM. Prevalence or carbapenemase in Enterobacteriaceae with decreased susceptibility to carbapenems isolated in a tertiary referral hospital. J Bras Patol Med Lab. 2018;54(2):95-98.
7. Tshisevhe VS, Lekalakala MR, Tshuma N, Janse van Rensburg S, Mbelle N. Outbreak os carbapenem-resistant Providencia rettgeri in a tertiary hospital. S Afr Med J. 2016; 107(1):31-33.
8. CLSI. Clinical and Laboratory Standards Institute. Performance standards for antimicrobial susceptibility testing. M100-Ed31:2021.
9. ANVISA. Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Nota Técnica GVIMS/GGTES/ANVISA N°05/2021. Orientações para prevenção e controle da disseminação de microrganismos multirresistentes em serviços de saúde no contexto da pandemia da covid-19. Brasília (DF);2021.
10. Dumitru IM, Dumitrascu M, Vlad ND, Cernat RC, Ilie-Serban C, Hangan A, Slujitoru RE, Gherghina A, Mitroi-Maxim C, Curtali L, Carp DS, Dumitrescu A, Mitan R, Lesanu R, Rugina S. Carbapenem-Resistant Klebsiella pneumoniaeAssociated with COVID-19. Antibiotics. 2021; 10(5):103390.
11. Arteaga-Livias, K., Pinzas-Acosta, K., Perez-Abad, L., Panduro-Correa, V., Rabaan, A., Pecho-Silva, S., & Dámaso-Mata, B. A multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae outbreak in a Peruvian hospital: Another threat from the COVID-19 pandemic. Infection Control & Hospital Epidemiol. 2022; 43(2):267-268.
12. Gao H, Liu Y, Wang R, Wang Q, Jin L, Wang H. The transferability and evolution of NDM-1 and KPC-2 co-producing Klebsiella pneumoniae from clinical settings. EBioMedicine. 2020;51:102599.
13. Lopes E, Saavedra MJ, Costa E, de Lencastre H, Poirel L, Aires-de-Sousa M. Epidemiology of carbapenemase-producing Klebsiella pneumoniae in northern Portugal: predominance of KPC-2 and OXA-48. J Glob Antimicrob Resist 2020;22:349–53.

 

Correspondência

Valéria Martins Soares

E-mail: [email protected]