Klebsiella pneumoniae producing extended spectrum β-lactamase in Regional Military University Hospital of Oran, Algeria: antibiotic resistance, biofilm formation, and detection of blaCTX-M and blaTEM genes

Abstract

Background: Klebsiella pneumoniae is a bacterial pathogen commonly associated with severe nosocomial and community acquired infections  especially through the acquisition of extended spectrum β-lactamases (ESβL) and biofilm formation capacity. The objectives of this study are to determine the prevalence of K. pneumoniae ESβL (KP-ESβL)-producing isolates in the Regional Military University Hospital of Oran (HMRUO) Algeria,
characterize their antibiotic resistance profile, genetically detect bla_TEM and blaCTX-M genes, and evaluate their biofilm formation capacity.
Methodology: Different clinical specimens including blood, cerebrospinal fluids, urine and catheter, pus, perirectal abscess, and surgical wounds were collected from patients with suspected clinical infections in different units and departments of the hospital. The specimens were cultured on Blood, MacConkey and CLED agar (for urine only) plates and incubated aerobically for 24 hours at 37°C for preliminary identification of bacteria using conventional colony morphology, Gram stain reaction, and disk diffusion test for antibiotic susceptibility testing (AST). Confirmation of isolates, antibiogram, minimum inhibitory concentration (MIC) and detection of resistance phenotypes, were carried out by the automated Vitek 2 (BioMérieux) identification and susceptibility method. ESβL production was confirmed by the synergy and combination disk tests. ESβL genes were detected by conventional simplex PCR and biofilm formation was detected by the tissue culture plate (TCP) method.
Results: A total of 630 patients’ clinical samples (one sample per patient) were processed. Klebsiella pneumoniae was isolated in 40 (6.3%) samples, and 15 of these (37.5%) produced ESβL. In the disk diffusion AST assay, all 40 K. pneumoniae isolates were resistant to ampicillin and ticarcillin while all 40 isolates were sensitive to cefoxitin, imipenem and ertapenem. KP-ESβL producing isolates were more frequently recovered from intensive care unit (33.3%) and from urine (46.7%) samples. Group 1 blaCTX-M genes were detected in 13 of the 15 (86.7%) KP-ESβL isolates, and 46.7% of these isolates were moderate biofilm producers.
Conclusion: There is need for health departments to put in place preventative measures through regular surveillance of these resistant pathogens and initiating appropriate infection prevention and control strategies to limit their spread in Algerian hospitals and worldwide.

Keywords: Klebsiella pneumoniae, ESβL, biofilm, PCR, antibacterial resistance

French title: Klebsiella pneumoniae productrice de-lactamase spectre tendu dans l'hôpital universitaire militaire régional d'Oran, Algérie: résistance aux antibiotiques, formation de biofilm et détection des
gènes blaCTX-M et blaTEM

Contexte: Klebsiella pneumoniae est un pathogène bactérien communément associé aux infections
nosocomiales et communautaires sévères, en particulier par l'acquisition de β-lactamases à spectre étendu
(ESβL) et la capacité de formation de biofilm. Les objectifs de cette étude sont de déterminer la prévalence des
isolats de K. pneumoniae producteurs de βLSE (KP-βLSE) au CHU d'Oran (HMRUO) Algérie, caractériser leur
profil de résistance aux antibiotiques, détecter génétiquement les gènes blaTEM et blaCTX-M, et évaluer leur
capacité de formation de biofilm.
Méthodologie: Différents échantillons cliniques, y compris du sang, des liquides céphalo-rachidiens, de l'urine
mictionnelle et du cathéter, du pus, des abcès périrectal et des plaies chirurgicales ont été prélevés des
patients suspectés d'infections cliniques dans différentes unités et départements de l'hôpital. Les échantillons
ont été cultivés sur des milieu de culture: deglose au sang, MacConkey et CLED (pour l'urine uniquement) et
incubés en aérobie pendant 24heures à 37°C pour l'identification préliminaire des bactéries en utilisant la
morphologie conventionnelle des colonies, la coloration de Gram et le test de diffusion sur disque pour les tests
de sensibilité aux antibiotiques (AST). La confirmation des isolats, l'antibiogramme, la concentration minimale
inhibitrice (CMI) et la détection des phénotypes de résistance ont été réalisés par la méthode automatisée
d'identification et de sensibilité sur Vitek 2 (BioMérieux). La production de βLSE a été confirmée par les tests de
synergie et de double disques. Les gènes de βLSE ont été détectés par PCR simplex conventionnelle et la
formation de biofilm a été détectée par la méthode de la plaque de culture tissulaire (TCP).
Résultats: Un total de 630 échantillons cliniques de patients (un échantillon par patient) ont été traités.
Klebsiella pneumoniae a été isolé dans 40 échantillons (6,3%) et 15 d'entre eux (37,5%) ont produit des βLSE.
Dans le test AST à diffusion sur disque, tous les 40 isolats de K. pneumoniae étaient résistants à l'ampicilline et
à la ticarcilline, tandis que les 40 isolats étaient sensibles à la céfoxitine, à l'imipénème et à l'ertapénème. Les
isolats producteurs de KP-βLSE ont été plus fréquemment récupérés dans les unités de soins intensifs (33,3%)
et dans les échantillons d'urine (46,7%). Les gènes blaCTX-M du groupe 1 ont été détectés dans 13 des 15 isolats
de KP-βLSE (86,7%), et 46,7% de ces isolats étaient des producteurs de biofilm modérés.
Conclusion: Il est nécessaire que les services de santé mettent en place des mesures préventives grâce à une
surveillance régulière de ces pathogènes résistants et à la mise en place de stratégies appropriées de
prévention et de contrôle des infections pour limiter leur propagation dans les hôpitaux algériens et dans le
monde.

Mots clés: Klebsiella pneumoniae, βLSE, biofilm, PCR, résistance antibactérienne