Сравнительный анализ фенотипической и генетической резистентности к антимикробным препаратам клинических изолятов Pseudomonas aeruginosa

Актуальность. Всемирная организация здравоохранения включила Pseudomonas aeruginosa в список бактерий с множественной лекарственной устойчивостью, для которых существует острая необходимость в разработке новых антибиотиков и регуляции назначения существующих. Цель. Выявление и оценка корреляции фенотипической и генетической устойчивости клинических изолятов P. aeruginosa, выделенных у пациентов в Республике Татарстан. Материал и методы. Исследовано 40 клинических изолятов P. aeruginosa, выделенных у пациентов в Республике Татарстан. Оценка восприимчивости к антимикробным препаратам проведена диско-диффузионного методом. Наличие генов устойчивости протестировано с помощью полимеразной цепной реакции. Результаты. У 85–100% клинических изолятов P. aeruginosa из 40 исследуемых выявлена фенотипическая устойчивость к бета-лактамным антибиотикам. При этом 38% изолятов несли ген устойчивости к бета-лактамным антибиотикам mexB. Для 80% изолятов показана устойчивость к фторхинолонам, для 45–55% — выявлена к аминогликозидам. Ген mexD, ассоциированный с устойчивостью к фторхинолонам, идентифицируется у 20% изолятов. Гены устойчивости к аминогликозидам (mexY, aac (3)-IIa, aphA1, rpsL) обнаруживаются у 3–50% изолятов P. aeruginosa соответственно. Заключение. Приведённые результаты свидетельствуют о расхождении фенотипического проявления резистентности с наличием генов устойчивости к антибиотикам. Это говорит о наличии многих механизмов устойчивости к одним и тем же группам антибиотиков, что должно учитываться при разработке комплексных препаратов для преодоления бактериальной резистентности к препарату. При этом изоляты с низким уровнем экспрессии генетических детерминант резистентности восприимчивы к антибиотику и представляют угрозу распространения генов устойчивости.

1. Pang Z., Raudonis R., Glick B. R., Lin T. J., Cheng Z. Antibiotic resistance in Pseudomonas aeruginosa: mechanisms and alternative therapeutic strategies. Biotechnol Adv. 2019; 37 (1): 177–192. doi: 10.1016/j.biotechadv.2018.11.013.

2. Ma Y. X., Wang C. Y., Li YY, Li J, Wan Q. Q., Chen J. H., Tay F. R., Niu L. N. Considerations and caveats in combating ESKAPE pathogens against nosocomial infections. Advanced Science. 2020; 7 (1): 1901872. doi: 10.1002/advs.201901872.

3. Davies J., Davies D. Origins and evolution of antibiotic resistance. Microbiology and molecular biology reviews. 2010; 74 (3): 417–433. doi: 10.1128/mmbr.00016-10.

4. Gow S. P., Waldner C. L., Harel J., Boerlin P. Associations between antimicrobial resistance genes in fecal generic escherichia coli isolates from cow-calf herds in Western Canada. Appl Environ Microbiol.2008; 74 (12): 3658–3666. doi: 10.1128/AEM.02505-07.

5. Ullah W., Qasim M., Rahman H., Jie Y., Muhammad N. Beta-lactamaseproducing Pseudomonas aeruginosa: Phenotypic characteristics and molecular identification of virulence genes. J Chin Med Assoc. 2017; 80 (3): 173–177. doi: 10.1016/j.jcma.2016.08.011.

6. Avakh A., Grant G. D., Cheesman M. J., Kalkundri T., Hall S. The art of war with Pseudomonas aeruginosa: targeting mex efflux pumps directly to strategically enhance antipseudomonal drug efficacy. Antibiotics (Basel). 2023; 12 (8): 1304. doi: 10.3390/antibiotics12081304.

7. Idris F. N., Nadzir M. M. Multi-drug resistant ESKAPE pathogens and the uses of plants as their antimicrobial agents. Archf Microbiol. 2023; 205 (4): 115. doi: 10.1007/s00203-023-03455-6.

8. Lee J. H., Kim N. H., Jang K. M., Jin H., Shin K., Jeong B. C., Kim D. W., Lee S. H. Prioritization of critical factors for surveillance of the dissemination of antibiotic resistance in Pseudomonas aeruginosa: a systematic review. Int J Mol Sci. 2023; 24 (20): 15209. doi: 10.3390/ijms242015209.

9. Lorusso A. B., Carrara J. A., Barroso C. D. N., Tuon F. F., Faoro H. Role of efflux pumps on antimicrobial resistance in Pseudomonas aeruginosa. Int J Mol Sci. 2022; 23 (24): 15779. doi: 10.3390/ijms232415779.

10. Zahedi Bialvaei A., Rahbar M., Hamidi-Farahani R., Asgari A., Esmailkhani A., Mardani Dashti Y., Soleiman-Meigooni S. Expression of RND efflux pumps mediated antibiotic resistance in Pseudomonas aeruginosa clinical strains. Microb Pathog. 2021; 153: 104789. doi: 10.1016/j.micpath.2021.104789.

11. Ramirez M. S., Tolmasky M. E. Aminoglycoside modifying enzymes. Drug resistance updates. 2010; 13 (6): 151–171. doi: 10.1016/j.drup.2010.08.003.

12. Cox G., Stogios P. J., Savchenko A., Wright G. D. Structural and molecular basis for resistance to aminoglycoside antibiotics by the adenylyltransferase ANT (2″)-Ia. MBio. 2015; 6 (1): 10–1128. doi: 10.1128/mBio.02180-14.

13. Berrazeg M., Jeannot K., Ntsogo Enguene V. Y., Broutin I., Loeffert S., Fournier D., Plesiat P. Mutations in β-lactamase AmpC increase resistance of Pseudomonas aeruginosa isolates to antipseudomonal cephalosporins. Antimicrob Agents Chemother. 2015; 59 (10): 6248–6255. doi: 10.1128/AAC.00825-15.

14. Blair J. M., Webber M. A., Baylay A. J., Ogbolu D. O., Piddock L. J. Molecular mechanisms of antibiotic resistance. Nat Rev Microbiol. 2015; 13 (1): 42–51. doi: 10.1038/nrmicro3380.

15. Yoneda K., Chikumi H., Murata T., Gotoh N., Yamamoto H., Fujiwara H., Nishini T., Shimizu E. Measurement of Pseudomonas aeruginosa multidrug efflux pumps by quantitative real-time polymerase chain reaction. FEMS Microbiol Lett. 2005; 243 (1): 125–131. doi: 10.1016/j.femsle.2004.11.048.

16. Xavier D. E., Picao R. C., Girardello R., Fehlberg L. C., Gales A. C. Efflux pumps expression and its association with porin down-regulation and beta-lactamase production among Pseudomonas aeruginosa causing bloodstream infections in Brazil. BMC Microbiol. 2010; 10: 217. doi: 10.1186/1471-2180-10-217.

17. Saenz Y., Brinas L., Domínguez E., Ruiz J., Zarazaga M., Vila J., Torres C. Mechanisms of resistance in multiple-antibiotic-resistant Escherichia coli strains of human, animal, and food origins. Antimicrob Agents Chemother. 2004; 48 (10): 3996–4001. doi: 10.1128/AAC.48.10.3996-4001.2004.

18. Maynard C., Fairbrother J. M., Bekal S., Sanschagrin F., Levesque R. C., Brousseau R., Masson L., Lariviere S., Harel J. Antimicrobial resistance genes in enterotoxigenic Escherichia coli O149: K91 isolates obtained over a 23-year period from pigs. Antimicrob Agents Chemother. 2003; 47 (10): 3214–3221. doi: 10.1128/AAC.47.10.3214-3221.2003.

19. Diaz P. Q., Bello H. T., Dominguez M. Y., Trabal N. F., Mella S. M., Zemelman R. Z., Gonzalez G. R. Díaz P. Q., Bello H. T., Domínguez M. Y., Trabal N. F., Mella S. M., Zemelman R. Z., Gonzalez G. R. Resistencia a gentamicina, amikacina y ciprofloxacina en cepas hospitalarias de Klebsiella pneumoniae subespecie pneumoniae productoras de beta-lactamasas. Rev Med Chil. 2004; 132 (10): 1173–1178. doi: 10.4067/s0034- 98872004001000003.

20. Dumas J., Delden C., Perron K., Köhler T. Analysis of antibiotic resistance gene expression in Pseudomonas aeruginosa by quantitative real-time- PCR. FEMS Microbiol Lett. 2006; 254 (2): 217–225. doi: 10.1111/j.1574- 6968.2005.00008.x.

21. Orazi G., O'Toole G. A. «It Takes a Village»: mechanisms underlying antimicrobial recalcitrance of polymicrobial biofilms. J Bacteriol. 2019; 202 (1): e00530–19. Published 2019 Dec 6. doi: 10.1128/JB.00530-19.

22. Dreier J., Ruggerone P. Interaction of antibacterial compounds with RND efflux pumps in Pseudomonas aeruginosa. Front Microbiol. 2015; 6: 660. doi: 10.3389/fmicb.2015.00660.

23. Pourakbari B., Yaslianifard S., Yaslianifard S., Mahmoudi S., KeshavarzValian S., Mamishi S. Evaluation of efflux pumps gene expression in resistant Pseudomonas aeruginosa isolates in an Iranian referral hospital. Iran J Microbiol. 2016; 8 (4): 249–256.

24. Arjomandzadegan M., Gravand S. Analysis of rpsL and rrs genes mutations related to streptomycin resistance in Mdr and Xdr clinical isolates of Mycobacterium tuberculosis. Tuberk Toraks. 2015; 63 (4): 235–242. doi: 10.5578/tt.6474.

25. Jacoby G. A. AmpC β-lactamases. Clinical microbiology reviews. 2009; 22 (1): 161–182. doi: 10.1128/CMR.00036-08.

26. Tamma P. D., Doi Y., Bonomo R. A., Johnson J. K., Simner P. J.; Antibacterial Resistance Leadership Group. A primer on AmpC β-lactamases: necessary knowledge for an increasingly multidrug-resistant world. Clin Infect Dis. 2019; 69 (8): 1446–1455. doi: 10.1093/cid/ciz173.

27. Philippon A., Arlet G., Jacoby G. A. Plasmid-determined AmpC-type beta-lactamases. Antimicrob Agents Chemother. 2002; 46 (1): 1–11. doi: 10.1128/AAC.46.1.1-11.2002.

28. Kotova V. Y., Ryzhenkova K. V., Manukhov I. V., Zavilgelsky G. B. Inducible specific lux-biosensors for the detection of antibiotics: Construction and main parameters. Appl Biochem Microbiol. 2014; 50: 98–103. doi: 10.1134/S0003683814010074.