Molecular Characterization and Antimicrobial Resistance of Uropathogenic Bacteria Among Elderly Residents of Nursing Care Homes in Accra, Ghana

Technische Zusammenfassung: Molekulare Charakterisierung und antimikrobielle Resistenz von uropathogenen Bakterien bei älteren Bewohnern von Pflegeheimen in Accra, Ghana

Problemstellung
Harnwegsinfektionen (HWI) stellen eine erhebliche Gesundheitsbelastung für ältere Menschen dar, insbesondere für diejenigen, die in stationären Pflegeeinrichtungen leben. In Entwicklungsländern wie Ghana wird die Belastung durch antimikrobielle Resistenzen (AMR) durch begrenzte Behandlungsmöglichkeiten und den wahllosen Einsatz von antimikrobiellen Mitteln verschärft. Während Escherichia coli der primäre ätiologische Erreger sowohl bei ambulanten als auch bei nosokomialen HWI ist, wächst die Besorgnis hinsichtlich des Aufkommens multiresistenter (MDR) Uropathogene und ESBL-produzierender (Extended-Spectrum Beta-Laktamase) Stämme. Konventionelle mikrobiologische Methoden lassen oft die Präzision vermissen, um phänotypisch identische Bakterien zu differenzieren oder die genetische Diversität und die Resistenzmechanismen dieser Pathogene vollständig zu charakterisieren. Diese Studie adressiert die Notwendigkeit der molekularen Charakterisierung von Uropathogenen und der Bewertung ihrer Resistenzprofile bei älteren Bewohnern in Pflegeheimen in Accra, Ghana.

Methodik
Die Studie wurde zwischen Dezember 2022 und Dezember 2024 unter Einbeziehung von 118 älteren Bewohnern (Alter 55–100 Jahre) aus fünf Pflegeheimen in Accra durchgeführt.

• Probenentnahme und Diagnose: Früh morgendliche Mittelstrahlurinproben wurden gesammelt und mittels Dipstick-Tests (Leukozytenesterase und Nitrit) sowie Mikroskopie analysiert. Eine HWI wurde mittels Kultur auf CLED-, MacConkey- und Blutagarplatten bestätigt, wobei ein signifikanter Nachweis als $\ge 10^5$ KBE/mL definiert wurde.
• Identifizierung der Pathogene: Die Isolate wurden mittels biochemischer Tests, MALDI-TOF-Massenspektrometrie und 16S-rRNA-Gensequenzierung identifiziert. Die Sequenzen wurden mit dem Maximum-Likelihood-Verfahren (Tamura-Nei-Modell) in der MEGA XI Software abgeglichen und phylogenetische Bäume erstellt.
• Molekulare Charakterisierung:
  • Virulenz und Phylogenie: E. coli-Isolate wurden mittels Multiplex-PCR auf Virulenzgene (papE, sfa, sfas, afa, allele II) und mittels Triplex-PCR auf phylogenetische Gruppierung (Gruppen A, B1, B2, D) untersucht.
  • ESBL-Detektion: Alle bakteriellen Isolate wurden mittels PCR auf 10 spezifische ESBL-Gene (blaTEM, blaSHV, blaMA, blaCTX-M-825, blaCTX-M-914, blaCMY-1, blaCMY-2, blaOXA-1, blaOXA-2 und CF) untersucht.
• Antimikrobielle Empfindlichkeitsprüfung (AST): Die Kirby-Bauer-Diskdiffusionsmethode wurde gemäß den CLSI-Richtlinien von 2023 angewendet, um die Resistenz gegen 10 Antibiotika zu testen, einschließlich Carbapenemen, Cephalosporinen, Fluorchinolonen und Aminoglykosiden.

Wesentliche Ergebnisse

• Prävalenz und Pathogenverteilung: Von 118 Proben waren 34 (28,8 %) positiv auf HWI getestet. Die vorherrschenden Pathogene waren gramnegative Bakterien: E. coli (38,2 %), Klebsiella pneumoniae (20,6 %), Proteus mirabilis (20,6 %) und Enterobacter cloacae (11,8 %). Grampositive Isolate umfassten Acinetobacter junii (5,9 %) und Bacillus cereus (2,9 %).
• Genetische Diversität: Die 16S-rRNA-Sequenzierung zeigte variierende Grade der genetischen Verwandtschaft. E. coli-Isolate zeigten eine enge Clusterbildung mit NCBI-Referenzstämmen (Bootstrap-Werte 80–100), wenngig einige eine einzigartige evolutionäre Divergenz aufwiesen. P. mirabilis und B. cereus demonstrierten eine hohe genetische Konservierung, während K. pneumoniae-Isolate eine komplexe Phylogenie mit längeren Astlängen zeigten, was auf intra-spezifische Diversität und lokale Adaptation hindeutet.
• Virulenz und Phylogenie von E. coli: Unter den E. coli-Isolaten war das sfas-Gen der am häufigsten vorkommende Virulenzfaktor (40,8 %), gefolgt von sfa (25,9 %), papE (18,5 %), afa (11,1 %) und allele II (3,7 %). Die phylogenetische Analyse ordnete die Mehrheit der Isolate der Gruppe B2 (38,4 %) und der Gruppe D (30,8 %) zu, welche mit extraintestinal pathogenen E. coli (ExPEC) assoziiert sind.
• Antimikrobielle Resistenz: Es wurden hohe Resistenzraten über mehrere Klassen hinweg beobachtet.
  • E. coli zeigte eine hohe Resistenz gegen Cefepim (84,6 %) und Azithromycin (76,9 %).
  • K. pneumoniae wies eine 100%ige Resistenz gegen Imipenem und eine hohe Resistenz gegen Ertapenem und Cefepim (85,7 %) auf.
  • P. mirabilis und E. cloacae demonstrierten ebenfalls signifikante Resistenzen gegen Carbapeneme und Cephalosporine.
  • A. junii und B. cereus zeigten eine totale Resistenz gegen mehrere getestete Antibiotika, einschließlich Ertapenem und Cefepim.
• ESBL-Trägerschaft: Insgesamt wurden 189 ESBL-Gene in den Isolaten nachgewiesen. Die am häufigsten vorkommenden Gene waren blaTEM und blaCTX-M-825 (jeweils 16 Detektionen), gefolgt von blaSHV (15) und blaCMY-1 (13). E. coli beherbergte alle 10 untersuchten ESBL-Gene, während K. pneumoniae und P. mirabilis lediglich blaMA fehlten.

Bedeutung und Ansprüche
Die Autoren behaupten, dass diese Studie die kritische Bedeutung der routinemäßigen molekularen Überwachung von Uropathogenen in häuslichen Pflegeeinrichtungen in Accra hervorhebt. Die Forschung liefert entscheidende Einblicke in die molekulare Epidemiologie dieser Pathogene und zeigt eine hohe Prävalenz multiresistenter Organismen sowie diverse Resistenzmechanismen auf, insbesondere unter den gramnegativen Uropathogenen.

Die Studie stellt fest, dass die beobachteten Resistenzmuster, einschließlich der Resistenz gegen Reserveantibiotika der letzten Instanz (Carbapeneme wie Imipenem) und das weit verbreitete Vorhandensein von ESBL-Genen, auf eine alarmierende Inzidenz hochresistenter Stämme in dieser vulnerablen Bevölkerungsgruppe hindeuten. Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass diese Ergebnisse die dringende Notwendigkeit von populationsspezifischen Überwachungsdaten erfordern, um evidenzbasierte Behandlungsrichtlinien zu erstellen. Sie empfehlen die Implementierung von Programmen zur antimikrobiellen Stewardship sowie verbesserte Maßnahmen zur Infektionsprävention und -kontrolle, um die gesundheitlichen Ergebnisse für ältere Menschen in institutionellen Einrichtungen zu verbessern. Das Paper schlägt keine neuen experimentellen Anwendungen vor, sondern fordert politische und klinische Interventionen basierend auf den dokumentierten molekularen und Resistenzprofilen.