Phenotypic and Genotypic Characterization of Extended-Spectrum β-lactamases Producing Enterobacteriaceae in Al-Madinah Al-Monawwara Region, KSA

Abstract

ABSTRACT Background: Reports on extended-spectrum β-lactamases(ESBLs) producers and the genes responsible for ESBL phenomenon are few in Saudi Arabia. Objectives: This study aimed to determine the prevalence of ESBL in Al-Mad enah Al-Monawwarah region and characterize the predominant ESBL genes among target, taking into consideration the emergence of (CTX-M) gene in the community. Methods: Three hundred and fifty nine (n = 359) gram negative isolates were collected from Prince Sultan Military Hospitals and King Fahad Hospital in Al-Madenah Al-Monawwarah, KSA.Identification of the Enterobacteriacea isolates was done by using conventional biochemical methods and BD phoenix 100 automated system. All the 359 Enterobacteriaceae isolates that identified by BD Phoenix 100 and showed ESBL positive were subjected to the screening disc diffusion test, and followed by confirmatory disc diffusion testing by using Combination Disk and Modified Double Disk Synergy Test according to CLSI guidelines. ESBLs positive strains were tested for the presence of ESBL encoding genes using multiplex PCR with specific primers for the detection of CTX-M,SHV, and TEM genes . Results: Out of the total 359 enterobacterial isolates,Escherichia coli was identified from 189 (52.6%) and Klibsiella pneumoniae from 87 (24.2%). ESBL was demonstrated in 85 (23.7%) of the total 359 isolates.ESBLs were identified only among E. coli (66/85; 77.6%), and K. pneumoniae (19/85; 22.4%). CTX-M was found to be the most dominant gene (74.1%) followed by TEM (31.8%) and SHV (14.1%). Urine samples were the most frequent in this study (61.7%) followed by blood (15.1%), pus (8.2%), wound (4.5%), sputum (4.1%), eye swap (2.7%) and high vaginal swap (2.7%).Our results also showed that,the females were more than males and the frequency of age more than 60 years( 37.6%) was higher than others also the patients under antibiotics treatment (83.5%) were more than those not under treatment (16.5%) and the ESBL-producing strains were most commonly isolated from ICU 26 (30.6 %).High resistance of ESBL producers was observed among antibiotics belonging to different families including Aztereonam (95.3%), Cephalothin (95.3%), Ampicillin (95.3%), Ciprofoxacin (72.9%), Trimethoprime-Sulfamethaxazole (71.8%), Norfloxacin (68.2%), Levofloxacin (60.0%), Amikacin (33.9%) and Gentamicin (24.7%). Conclusion: The study concluded that all ESBL genes were carried by K. pneumoniae and E.coli with the proved prevalence of CTX-M in Al-Madenah community.This reflects the continuous strategies followed by Enteriobactertiaceaeto evade antimicrobial action.This represent a challenge to the clinicians in this important part of Saudi Arabia as ESBLs, being a cause of outbreaks, is a public health concern.

مستخلص الدراسة خلفية الدراسة: التبليغ عن المسببات من البكتريا التي تنتج إنزيم ESBL والجينات المسئولة عن ظاهرة انزيم ESBL قليلة في المملكة العربية السعودية. اهداف الدراسة: هذه الدراسة تهدف لتحديد إنتشارانزيم ESBLفى منطقة المدينة المنورة وتمييزالجينات السائدة في هذه الدراسة مع الوضع في الاعتبارظهورجين CTX-M في المجتمع طرق الدراسة: تم عزل 359 من بكتريا سالبة الجرام من نوع الانتروباكتريا من مستشفى الأمير سلطان للقوات المسلحة ومستشقى الملك فهد بالمدينة المنورة في المملكة العربية السعودية وتم التعرف عليها بإستخدام الاختبارات الكيمائية التقليدية والنظام االآلى باستخدام جهازBD Phoeix 100. جميع إنتيروباكتريا التي تم التعرف عليها بواسطة النظام الآلى والتي أظهرت إجابية لإنزيم ESBL خضعت لإختبارإنتشار القرص الفرزى ثم أتبعتها إختبارات إنتشار القرص التأكيدية طبقا لتوجبهات معهد المختبرات الإكلينكية(CLSI) كما تم فحص البكتريا الاجابية لهذا الانزيم بواسطة اختبار البوليميراز المتسلسل للتعرف على أنواع الجينات CTX-M ، SHV، و .TEM نتائج الدراسة: وجد من مجموع 359 من بكترياالأنتيروباكتريا بكتريا اشرشيا كولاى وكلبسيلا نمونيا هم الأكثر انتشارا . 189 من نوع اشرشيا كولاى وتمثل 52.6% و 87 من نوع كلبسيلا ويمثل 24.2% ومن مجموع (359) 85 (23.7%) ايجابى لإنزيم ESBL و274 (76.3%) سالبة لإنزيم ESBL وأن من مجموع 85 الإيجابى لإنزيمESBL ، 66 (77.6%) من نوع إشرشيا كولاى و19 (22.4%) من نوع كلبسيلا نيمونيا وتعتبرعينة البول من أكثرالعينات شيوعا 221 (61.17%).كما أن من المشاركين في الدراسة من النساء كانو أكثر من الرجال و الأعمار من 60 سنة وأكثرهم أكثر عرضة للاصابة بالبكتريا التي تحمل انزيم ESBL 32(37.6%) وكذلك المرضى الذين كانوا يستخدمون المضادات الحيوية 71(83.5%) من مجموع المصابين(85). كذلك أكثر المصابين كانو من مرضى العناية المركزة 26(30.6). أكدت النتائج أن الطفرة الجينيةCTX-M هى أكثر جين سائد بنسبة 74.1% ثم يتبعها TEM (31.8%) و SHV(14.1%) كما وجد أن البكتريا التي تحمل إنزيم ESBL صارت تقاوم أنواع كثيرة ومختلفة من المضادات الحيوية والتي تشمل ازتريونام ، سيفالوسين، امبسلين بنسبة 95.3% على التوالي، سبروفلوكساسين 72.9% ، ترايمزويريم- سلفاميساكسازول 71.8% ،نورفلوكساسين 68.2% لوفلوكساسين 60% ، أميكاسين33.9% وجنتاميسين 24.7%. الخلاصة: خلصت الدراسة إلى أن كل جينات إنزيم ESBL كانت محمولة فى بكتريا إشرشيا كولاى وكليبسيلا نيمونيا. كما برهنت الدراسة على إنتشارالطفرة الجينية CTX-M فى وسط مجتمع المدينة المنورة ويمثل هذا تحدي للأطباء والأوساط الطبية الأخرى مما عكس على تبنى سياسات واستراتيجيات مستمرة لمتابعة هذه المشكلة .