ESβL, AmpC and carbapenemase co-production in multi-drug resistant Gram-negative bacteria from HIV-infected patients in southwestern Nigeria

Abstract

Background: The rising global emergence of Gram-negative bacteria (GNB) producing β-lactam hydrolysing enzymes in clinical infections constitutes a growing public health threat. This study investigated the occurrence of co-production of extended spectrum β-lactamase (ESβL), AmpC β-lactamases, and carbapenemases among GNB isolated from HIVinfected patients in two tertiary healthcare facilities in southwest Nigeria.
Methodology: A total of 115 GNB isolates previously recovered from HIV-infected patients at the Obafemi Awolowo University Teaching Hospitals Complex, Ile-Ife, and the State Specialist Hospital, Akure, were investigated. The isolates were characterized to species level with the Microbact 24E kit and screened for ESβL production using the double-disc test (DDT) and combination disc methods, AmpC using modified Hodge test (MHT) and AmpC EDTA disc, and carbapenemase production using the MHT and EDTA disc test. Antibiotic susceptibility testing (AST) was performed by the Kirby-Bauer disc diffusion method.
Results: A total of 15 species of GNB were characterized. The AST profile of the isolates revealed high resistance rates to ampicillin (94.5%), tetracycline (74.5%), sulphamethoxazole-trimethoprim (66.3%), and lowest resistance to imipenem (10.9%). Multi-drug resistance (MDR) was observed in 93.6% while 98.8% of ESβL, AmpC, and carbapenemase-producing isolates had multiple antibiotic resistance (MAR) indices ≥ 0.2. ESβL production was detected in 53.9%, AmpC in 20.9% and carbapenemase in 25.2% of the isolates. ESβL, AmpC or carbapenemase or co-production of two or all three enzymes was detected in 80 (69.6%) isolates, while only 10.0% produced all three enzymes.
Conclusion: The isolation of MDR bacteria and isolates co-producing β-lactam hydrolysing enzymes in immunocompromised individuals portend grave consequences. Routine screening for these enzymes in MDR bacteria will be highly essential to guide the institution of appropriate antibiotic therapy and infection control measures.

Keywords: ESβL, AmpC, carbapenemase, HIV, MDR, clinical isolates, MHT, DDST

French Title: Coproduction d'ESβL, AmpC et carbapénémase dans des bactéries Gram-négatives multirésistantes de patients infectés par le VIH dans le sud-ouest du Nigéria

Contexte: L'émergence mondiale croissante de bactéries à Gram négatif (GNB) produisant des enzymes d'hydrolyse de β-lactame dans les infections cliniques constitue une menace croissante pour la santé publique. Cette étude a examiné l'occurrence de la coproduction de β-lactamases à spectre étendu (ESβL), de  β-lactamases AmpC et de carbapénémases parmi les GNB isolés de patients infectés par le VIH dans deux établissements de santé tertiaires du sud-ouest du Nigéria.

Méthodologie: Un total de 115 isolats de GNB précédemment récupérés de patients infectés par le VIH au complexe hospitalier universitaire Obafemi Awolowo, Ile-Ife, et au State Specialist Hospital, Akure, ont été  étudiés. Les isolats ont été caractérisés au niveau des espèces avec le kit Microbact 24E et criblés pour la  production d'ESβL en utilisant le test à double disque (DDT) et les méthodes de disques combinés, AmpC en utilisant le test Hodge modifié (MHT) et le disque AmpC EDTA, et la production de carbapénémase en utilisant le MHT et test de disque EDTA. Le test de sensibilité aux antibiotiques (AST) a été effectué par la méthode de diffusion de disque de Kirby-Bauer

Résultats: Un total de 15 espèces de GNB ont été caractérisées. Le profil AST des isolats a révélé des taux de
résistance élevés à l'ampicilline (94,5%), à la tétracycline (74,5%), au sulfaméthoxazole-triméthoprime (66,3%) et
à la plus faible résistance à l'imipénème (10,9%). Une résistance à plusieurs médicaments (MDR) a été observée
dans 93,6% tandis que 98,8% des isolats producteurs d'ESβL, AmpC et carbapénémase avaient de multiples indices de résistance aux antibiotiques (MAR) ≥ 0,2. La production d'ESβL a été détectée dans 53,9%, AmpC dans 20,9% et carbapénémase dans 25,2% des isolats. ESβL, AmpC ou carbapénémase ou la coproduction de deux ou des trois enzymes a été détectée dans 80 isolats (69,6%), tandis que seulement 10,0% ont produit les trois enzymes.

Conclusion: L'isolement des bactéries MDR et des isolats co-producteurs d'enzymes d'hydrolyse des β-lactamines chez les individus immunodéprimés laisse présager de graves conséquences. Le dépistage systématique de ces enzymes dans les bactéries MDR sera très essentiel pour guider la mise en place d'une antibiothérapie appropriée et de mesures de contrôle des infections.

Mots-clés: ESβL, AmpC, carbapénémase, VIH, MDR, isolats cliniques, MHT, DDST