MDR E. coli and K. pneumoniae strains characterization: the results of a PPS from a LTCF of Bolzano

In October 2022, a point prevalence survey (PPS) for multidrug-resistant (MDR) and ESβL/carbapenemase-producing Enterobacterales was conducted on the residents and staff members of a long-term care facility (LTCF) and a Geriatric unit of an acute care hospital (ACH) situated in Bolzano, Northern Italy. The collected biological samples underwent identification (ID) and antibiotic susceptibility testing (AST) in Bolzano Health District. MDR and/or ESβL/carbapenemase-producing Enterobacterales, detected only in the LTCF and not in the Geriatric unit, were sent to the Microbiology and Clinical microbiology laboratory of the University of Pavia. Here, we confirmed the ID and AST, and the strains underwent further study in order to investigate the resistome and perform molecular typing (clonal relatedness was assessed by pulsed-field gel electrophoresis (PFGE), and MultiLocus Sequence Typing (MLST) was used to identify international clones). The MDR and/or ESβL/carbapenemase-producing isolates detected were mainly Klebsiella pneumoniae (n=27) and Escherichia coli (n=21). Five distinct K. pneumoniae MLSTs were identified: ST29, ST39, ST307 (high-risk clone), ST405, and ST1462. Only one LTCF resident (1.1%) was colonized with carbapenemase-producing Enterobacterales (CPE), expressing a KPC-type enzyme. Additionally, O25b clade ST131 (high-risk clone) was identified in 50% of the E. coli strains. Following that, the results were compared to previously obtained data from the same LTCF over the past 14 years in order to provide a better understanding of the findings and identify any patterns or trend in the distribution of these bacterial strains. Comparative analysis demonstrated >50% decline in the prevalence of ESβL-positive E. coli strains and a significant increase in the ESβL-producing K. pneumoniae strains. Furthermore, the only notable difference among E. coli isolates in terms of antibiotic susceptibility and resistance markers between the past and present PPS studies were an increase in the ciprofloxacin resistance, from 28.85% (3 out of 54 strains) to 80.95% (17 out of 21 strains), and the higher predominance of blaCTX-M-type genes (blaCTX-M-15), respectively. The ongoing widespread diffusion of MDR bacteria in LTCFs in the Bolzano healthcare area confirms that LTCFs are a potentially important reservoir for MDR organisms. Therefore, future efforts should emphasize the screening for MDR bacteria and managing patients who are colonized by these organisms.

Caratterizzazione di ceppi di E. coli e K. pneumoniae MDR: risultati di uno studio di prevalenza puntuale da una RSA di Bolzano. Nell'ottobre 2022 è stato condotto uno studio di prevalenza puntuale (PPS) di enterobatteri multi-antibiotico resistenti (MDR) e produttori di ESβL e/o carbapenemasi, una struttura di assistenza a lungo termine (LTCF) e un'unità geriatrica di un ospedale di cura acuta (ACH) situato a Bolzano, nel nord Italia. Lo studio ha coinvolto l’arruolamento sia dei residenti che dello staff di entrambe le strutture. I campioni biologici raccolti sono stati sottoposti ad identificazione a livello di specie (ID) e test di sensibilità agli antibiotici (AST) nel distretto sanitario di Bolzano. I batteri MDR e/o ESβL/carbapenemasi-poroduttori, rilevati solo nella LTCF e non nell'unità geriatrica, sono quindi stati inviati al laboratorio di Microbiologia e Microbiologia clinica dell’Università di Pavia, dove ID ed AST sono stati confermati e gli isolati sono tati ulteriormente caratterizzati a livello molecolare per definirne il resistoma e per la tipizzazione genetica. In particolare, l’elettroforesi in campo pulsato (PFGE) è stata impiegata per definire le relazioni clonali tra gli isolati, ed il MultiLocus Sequence Typing (MLST) per identificare i cloni internazionali. Gli isolati MDR e/o produttori di ESβL/carbapenemasi rilevati erano principalmente Klebsiella pneumoniae (n=27) ed Escherichia coli (n=21). Cinque differenti MLST di K. Pneumoniae sono stati identificati: ST29, ST39, ST307 (clone “ad alto rischio”), ST405 e ST1462. Solo un residente della LTCF (1,1%) è risultato colonizzato da enterobatteri produttori di carbapenemasi (CPE); si trattava in particolare un isolato di K. Pneumoniae KPC-produttore, appartenente al clone “ad altro rischio” ST307. Inoltre, è stato identificato il clade O25b ST131 (clone “ad alto rischio”) nel 50% degli isolati di E. coli. I risultati ottenuti nel presente PPS sono stati poi confrontati con dati precedentemente ottenuti dalla stessa LTCF negli ultimi 14 anni, per fornire una migliore comprensione ed identificazione di eventuali pattern o tendenze nella distribuzione di questi ceppi batterici. L'analisi comparativa ha dimostrato un calo di più del 50% nella prevalenza di ceppi di E. coli positivi per ESβL e un aumento nei ceppi di K. pneumoniae EsβL-produttori. Inoltre, l'unica differenza notevole tra gli isolati di E. coli in termini di suscettibilità agli antibiotici e marcatori di resistenza tra gli studi PPS passati e quello presente è stato un aumento della resistenza alla ciprofloxacina, dal 28,85% (3 su 54 ceppi) all'80,95% (17 su 21 ceppi), e la predominanza di geni di tipo blaCTX-M (blaCTX-M-15), rispettivamente. La continua presenza di batteri MDR e/o ESβL/carbapenemasi-produttori nelle LTCF nell'area sanitaria di Bolzano conferma che le LTCF costituiscono un importante serbatoio per la diffusione di questi microrganismi. Pertanto, sforzi futuri dovrebbero concentrarsi sul potenziamento di campagne di screening per batteri MDR, e sul rafforzamento di misure per la gestione dei pazienti colonizzati da questi microrganismi.