Kommentarer och bakgrundsinformation gällande kinolonresistens och betalaktamasproduktion hos Enterobacteriaceae.
 Comments and background data on quinolones and betalactamases in Enterobacteriaceae.
Kinoloner och Enterobacteriaceae

RAF och RAF-M föreslår att nalidixinsyra 30 µg lapp används för att upptäcka resistens mot kinoloner. Skälen är följande:

  1. Nalidixinsyra är den känsligaste markören för kinolonresistens hos Enterobacteriaceae - med nalidixinsyra är i dagsläget risken att missa resistens mot kinoloner minimal. Det har hänt att man utomlands missat ciprofloxacinresistens hos salmonella med förödande konsekvenser (Molbak K, Baggesen DL, Aarestrup FM, Ebbesen JM, Engberg J, Frydendahl K, Gerner-Smidt P, Petersen AM, Wegener HC.An outbreak of multidrug-resistant, quinolone-resistant Salmonella enterica serotype typhimurium DT104. New England Journal of  Medicine 1999 Nov 4, 341(19):1420-5).
  2. Det är lättare att upptäcka kinolonresistens med nalidixinsyra än med övriga kinoloner - det är en tydligare korridor mellan normalpopulation och förändrade bakterier.
  3. Nalidixinsyra upptäcker resistens mot alla kinoloner med aktivitet och indikationsområde Enterobacteriaceae (norfloxacin, ofloxacin, ciprofloxacin och levofloxacin). Det betyder att Enterobacteriaceae som tillhör normalpopulationen för nalidixinsyra med gott samvete kan besvaras S för norfloxacin, ofloxacin, ciprofloxacin och levofloxacin. Om en av de övriga kinolonerna används som testlapp kan man inte säkert dra slutsatser avseende känsligheten för övriga representanter i gruppen. Situationen är således analog med den rekommendation RAF/RAF-M ger att använda erytromycin som representant för makrolider och oxacillin 1 µg lappen som representant för betalaktammedel.
  4. Resistensen hos Enterobacteriaceae är idag i Sverige 3 - 6 % mätt med nalidixinsyrelappen. Nalidixinsyre-lappen ger en viss överdiagnostik av kinolonresistens. Ca 13 % av den resistens som påvisas med nalidixinsyrelappen är "falsk" (jmfr Salmonella hos Hakanen et al., 1999, och det blandade Enterobacteriaceae-materialet nedan från Växjö), dvs den kan inte konfirmeras med ciprofloxacin 10 µg lapp även om brytpunkten läggs nära normalpopulationen. På ett normalstort svenskt laboratorium betyder det att om man accepterar en viss överdiagnostik av kinolonresistens på banala urinvägsinfektioner (motsvarar 10 - 20 fall per år) så blir det mycket få tillfällen kvar där man behöver följa upp den primära screen-testen med ytterligare undersökning enlig RAF:s förslag.
  5. För att kunna påverka den accelererande utvecklingen av kinolonresistens hos Enterobacteriaceae synes det angeläget att undvika kinolonbehandling av de bakterier som redan uttrycker någon kinolonresistens. Hos dessa utvecklas sannolikt snabbt ytterligare resistens.

Nalidixinsyra är väl undersökt som screen-lapp för Salmonella (Hakanen et al, Detection of Decreased Fluoroquinolone Susceptibility in Salmonellas and Validation of Nalidixic acid Screening Test, Journal of Clinical Microbiology:37, 35-72-3577, 1999) och hos övriga Enterobacteriaceae i ECO-sens studien där alla Enterobacteriaceae (2478 E.coli och ca 600 andra gramnegativer) undersöktes med både nalidixinsyra 30 µg och ciprofloxacin 10 µg (G Kahlmeter, Journal of Antimicrobial Chemotherapy 46, Supplement S1:15-22, 2000).

Förhållandet mellan nalidixinsyra och ciprofloxacin för Enterobacteriaceae visas i följande grafer:

Graferna visar att man med nalidixinsyrelappen inte missar någon  kinolonresistens.

Hur vanligt är det att Enterobacteriaceae uppträder med resistens mot nalidixinsyra men som känsliga för senare kinoloner? Resultatet av ECO-sens-studien ger delvis svar på frågan.

Vid konsekutiva samtidiga nalidixinsyre- och ciprofloxacinanalyser av Enterobacteriaceae i Växjö under 2001 erhölls följande resultat:

  1. E.coli (n=122) - 17 var resistenta mot nalidixinsyra varav 10 var R och 5 var I mot ciprofloxacin, 2 hade zoner inom ciprofloxacins normalpopulation;
  2. Klebsiella spp (n=73) - 6 var resistenta mot nalidixinsyra - alla uppvisade avvikande ciprofloxacinzoner (4 var formellt R). 
  3. Proteus spp (n=83) - 10 var resistenta mot nalidixinsyra, varav 8 var R eller I för ciprofloxacin och 2 låg inom ciprofloxacins normalpopulation.

I ytterligare en serie undersöktes 100 konsekutiva nalidixinresistenta Enterobacteriaceae (75 E.coli, 12 P.mirabilis, 5 Klebsiella spp) varvid   87 % uppvisade en från normalpopulationen avvikande ciprofloxacin-zon  (I eller R), dvs nalidixinsyrelappen gav en överdiagnostik av ciprofloxacinresistens på 13 % (jmfr Hakanen et al, 1999, hos salmonella där motsvarande siffra va 12.7 %).

Quinolones and Enterobacteriaceae

SRGA and SRGA-M suggest that the nalidixic acid 30 µg disc is used for the primary detection of quinolone resistance in Enterobacteriaceae.

  1. Nalidixic acid is the most sensitive marker for quinolone resistance in Enterobacteriaceae - there is little or no risc that quinolone resistance in Enterobacteriaceae goes undetected with the nalidixic acid disc, something which has happened when breakpoints have allowed only for the detection of high level ciprofloxacin resistance (Molbak K, Baggesen DL, Aarestrup FM, Ebbesen JM, Engberg J, Frydendahl K, Gerner-Smidt P, Petersen AM, Wegener HC.An outbreak of multidrug-resistant, quinolone-resistant Salmonella enterica serotype typhimurium DT104. New England Journal of   Medicine 1999 Nov 4, 341(19):1420-5).
  2. The discriminatory power of the nalidixic acid disc and thus the robustness of the method is greater since the corridor between wild-type population and resistant bacteria is wider than with other quinolone discs.
  3. All data indicate that the nalidixic acid disc can be used to screen for all quinolone resistance in Enterobacteriaceae, i.e. it is possible to label Enterobacteriaceae as susceptible to norfloxain, ofloxacin, ciprofloxacin and levofloxacin on the basis on an S-result with the nalidixic acid disc wheras this is not true for any of the other quinolone discs. The situation is thus very similar to that in which erythromycin 15 µg is recommended as a screen for macrolide resistance and where oxacillin 1 µg is recommended for the screen of penicillin resistance.
  4. The use of the nalidixic disc results in a small percentage of "false resistance" - this per centage was close to 13 % in Hakanen´s study (reference see below) and it was 13 % in the material shown below (mixed Enterobacteriaceae). If one accepts a certain "false resistance" in uncomplicated urinary tract infections very few Enterobacteriaceae need to be investigated further (other quinolone discs or MIC).
  5. To be able influence the accelerating development of quinolone resistance in Enterobacteriaceae it seems appropriate to avoid quinolones in bacteria with quinolone resistance mechanisms. Most probably resistance these bacteria are more prone to rapidly develope further quinolone resistance.


Nalidixic acid will to the best of our knowledge detect all quinolone resistance and is the most sensitive marker for fluoroquinolone resistance in Salmonellas (Hakanen et al, Detection of Decreased Fluoroquinolone Susceptibility in Salmonellas and Validation of Nalidixic acid Screening Test, Journal of Clinical Microbiology:37, 35-72-3577, 1999) and other Enterobacteriaceae. In the ECO-sens study (G Kahlmeter, Journal of Antimicrobial Chemotherapy 46, Supplement S1:15-22, 2000) the zone diameters for nalidixic acid 30 µg and ciprofloxacin 10 µg for more than 2000 E.coli and approximately 600 other Enterobacteriaceae (see below) were systematically compared.

The relationship between nalidixic acid and ciprofloxacin in Enterobacteriaceae is shown in the following graphs:

The graphs show that nalidixic acid always detects quinolone resistance irrespective of the specific resistance mechanism.

How often do Enterobacteriaceae exhibit concomitant nalidixic acid resistance susceptibility to second or later generation quinolones? The results of the ECO-sens-study gives some of the answer to that question.

With consecutive concomitant testing of nalidixic acid and ciprofloxacin in Enterobacteriaceae in Sweden the following results were obtained:

  1. E.coli (n=122) - 17 were resistant to nalidixic acid, 10 of these exhibited R and 5 I to ciprofloxacin;
  2. Klebsiella spp (n=73) - 6 were resistant to nalidixic acid, 4 of these exhibited R and 2 I to ciprofloxacin;
  3. Proteus spp (n=83) - 10 were resistant to nalidixic acid, 6 of these exhibited R and 2 I to ciprofloxacin.

In yet another series, 100 consecutive nalidixic acid resistant Enterobacteriaceae isolates, repeat samples excluded (75 E.coli, 12 P.mirabilis, 5 Klebsiella spp):   87 % were picked up also by the ciprofloxacin 10 µg disc as non-sensitive - i.e. in 13 % the quinolone resistance picked up by the nalidixic acid disc could not be confirmed with the ciprofloxacin 10 µg disc.

 
Kommentarer ang betalaktamaser hos Enterobacteriaceae

AmpC enzym: Hos vissa Gram-negativa bakterier (Enterobacter spp, Citrobacter spp, Morganella spp , Serratia spp, Providencia spp och Pseudomonas spp), där kromosomalt medierad inducerbar betalaktamasproduktion är vanlig, kan resistenta mutanter med höggradig konstitutiv enzymproduktion (AmpC enzym) selekteras fram under pågående terapi. Fenomenet är dock mest betydelsefullt hos Enterobacter spp (E.cloacae och E.aerogenes), där det medför resistens mot de flesta cefalosporiner (dock ej cefepim) och mot piperacillin±tazobactam, men ej mot karbapenemer.

ESBL. Särskilt hos K.pneumoniae och E.coli ses plasmidmedierade betalaktamaser (ofta varianter av SHV-1 respektive TEM-1/TEM-2 enzym), sk "extended spectrum betalactamases" (ESBL). Dessa har ett utvidgat spektrum vilket innebär att de har förmåga att inaktivera även cefotaxim, ceftazidim och aztreonam. Som ESBL räknas även de kromosomalt medierade enzym som hos vissa isolat av K.oxytoca bildas i mycket större mängd (>10 gånger) än normalt, och som medför resistens mot cefuroxim och aztreonam, ibland cefotaxim, men inte mot ceftazidim.

ESBL bör misstänkas i följande situationer: Piperacillin-R men piperacillin/tazobactam-S,   cefotaxim-R(I) alt ceftazidim-R(I) alt aztreonam-R(I). Var uppmärksam på zoner av cefotaxim, ceftazidim och aztreonam som avviker från det normala! Misstänkta isolat kan undersökas med "Etest for detection of ESBL". Dessa test består av en koncentrationsgradient av ceftazidim och cefotaxim med och utan klavulansyra. Om avläst MIC av ceftazidim eller cefotaxim reduceras minst 8-faldigt i närvaro av klavulansyra (3 spädningssteg) är detta en indikation på förekomsten av ESBL hos E.coli, K.pneumoniae och K.oxytoca. Andra Gramnegativa arter skall ej testas på detta sätt. Ytterligare karakterisering av stammar med ESBL kan göras vid SMI.

 Comments on betalactamases in Enterobacteriaceae

AmpC enzyme. In many gram negative bacteria (Enterobacter spp, Citrobacter spp, Morganella spp, Serratia spp, Providencia spp and Pseudomonas spp) where chromosomally mediated inducible betalactamase production occur, resistant mutants with constitutive high level production of the enzyme (AmpC) can be selected for during therapy. This phenomenon most often occur with Enterobacter cloacae and Enterobacter aerogenes where it causes resistance to most cephalosporins (except cefepime) and to piperacillin/tazobactam. The carbapenems (imipenem and meropenem) are not affected.

ESBL, i.e. Extended Spectrum Betalactamases are seen mainly in K.pneumoniae and E.coli. They are variants of plasmid-mediated betalactamases (often of SHV-1 and TEM-1/TEM-2 enzymes). The "extended spectrum"  refers to the fact that they can inactivate also betalactam antibiotics like cefotaxime, ceftazidime and azthreonam.  

High level production (more than 10 times the normal) of chromosomally mediated betalactamase in the occasional Klebsiella oxytoxa is also classified as ESBL and result in resistance to cefuroxime and aztreonam, sometimes to cefotaxime but not to ceftazidime.

ESBLs should be suspected in the following instances: E.coli and Klebsiella spp exhibiting resistance (or indeterminant susceptibility) to piperacillin, cefotaxime, ceftazidime and aztreonam but susceptibility to piperacillin/tazobactam. Be on the alert for zone diameters that fall outside the normal zone distributions for cefotaxime, ceftazidime and/or aztreonam. These strains should be further tested. The "Etest for detection of ESBL", containing ceftazidime or cefotaxime alone and in combination with clavulanic acid, is one possible alternative.
 

For SRGA, Gunnar Kahlmeter 010823

Revised 2002-10-03