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

Technische Samenvatting: Moleculaire Karakterisering en Antimicrobiële Resistentie van Uropathogene Bacteriën bij Ouderen in Verpleeghuizen in Accra, Ghana

Probleemstelling
Urineweginfecties (UWI) vormen een aanzienlijke gezondheidsbelasting voor ouderen, met name voor degenen die in institutionele zorginstellingen verblijven. In ontwikkelende landen zoals Ghana wordt de last van antimicrobiële resistentie (AMR) verergerd door beperkte behandelingsopties en het willekeurige gebruik van antimicrobiële middelen. Hoewel Escherichia coli het primaire etiologicale agens is bij zowel gemeenschaps- als nosocomiale UWI, is er een groeiende bezorgdheid over de opkomst van multidrug-resistente (MDR) uropathogenen en Extended-Spectrum Beta-Lactamase (ESBL)-producerende stammen. Conventionele microbiologische methoden missen vaak de precisie om fenotypisch identieke bacteriën te differentiëren of om de genetische diversiteit en resistentiemechanismen van deze pathogenen volledig te karakteriseren. Deze studie adresseert de behoefte aan moleculaire karakterisering van uropathogenen en de beoordeling van hun resistentieprofielen bij oudere bewoners in verpleeghuizen in Accra, Ghana.

Methodologie
De studie werd uitgevoerd tussen december 2022 en december 2024 met betrokkenheid van 118 oudere bewoners (leeftijd 55–100 jaar) uit vijf verpleeghuizen in Accra.

• Monstername en Diagnose: Vroegmorgen mid-stream urine monsters werden verzameld en geanalyseerd met behulp van dipstick-testen (leukocytenesterase en nitriet) en microscopie. UWI werd bevestigd via kweek op CLED-, MacConkey- en Bloedagarplaten, waarbij significante groei werd gedefinieerd als $\ge 10^5$ CFU/mL.
• Pathogeenidentificatie: Isolaten werden geïdentificeerd met behulp van biochemische tests, MALDI-TOF massaspectrometrie en 16S rRNA gen-sequencing. Sequenties werden uitgelijnd en fylogenetische bomen werden geconstrueerd met de maximum likelihood-methode (Tamura-Nei model) in MEGA XI software.
• Moleculaire Karakterisering:
  • Virulentie en Fylogenie: E. coli-isolaten werden gescreend via multiplex PCR op virulentiegenen (papE, sfa, sfas, afa, allele II) en fylogenetische groepering (Groepen A, B1, B2, D) met behulp van triplex PCR.
  • ESBL-detectie: Alle bacteriële isolaten werden gescreend op 10 specifieke ESBL-genen (blaTEM, blaSHV, blaMA, blaCTX-M-825, blaCTX-M-914, blaCMY-1, blaCMY-2, blaOXA-1, blaOXA-2, en CF) via PCR.
• Antimicrobiële Gevoeligheidstesten (AST): De Kirby-Bauer disc-diffusiemethode werd toegepast volgens de 2023 CLSI-richtlijnen om resistentie te testen tegen 10 antibiotica, inclusief carbapenems, cefalosporines, fluoroquinolonen en aminoglycosiden.

Belangrijkste Resultaten

• Prevalentie en Pathogeenverdeling: Van de 118 monsters testten 34 (28,8%) positief op UWI. De meest voorkomende pathogenen waren Gram-negatieve bacteriën: E. coli (38,2%), Klebsiella pneumoniae (20,6%), Proteus mirabilis (20,6%) en Enterobacter cloacae (11,8%). Gram-positieve isolaten omvatten Acinetobacter junii (5,9%) en Bacillus cereus (2,9%).
• Genetische Diversiteit: 16S rRNA-sequencing onthulde variërende graden van genetische verwantschap. E. coli-isolaten vertoonden een nauwe clustering met NCBI-referentiestammen (bootstrap-waarden 80–100), hoewel sommige een unieke evolutionaire divergentie vertoonden. P. mirabilis en B. cereus vertoonden een hoge genetische conservatie, terwijl K. pneumoniae-isolaten een complexe fylogenie met langere taklengtes vertoonden, wat wijst op intra-soort diversiteit en lokale adaptatie.
• Virulentie en Fylogenie van E. coli: Onder de E. coli-isolaten was het sfas-gen de meest voorkomende virulentiefactor (40,8%), gevolgd door sfa (25,9%), papE (18,5%), afa (11,1%) en allele II (3,7%). Fylogenetische analyse plaatste de meerderheid van de isolaten in Groep B2 (38,4%) en Groep D (30,8%), die geassocieerd zijn met extrapatogene E. coli (ExPEC).
• Antimicrobiële Resistentie: Hoge resistentiegraad werd waargenomen bij meerdere klassen.
  • E. coli vertoonde een hoge resistentie tegen cefepime (84,6%) en azithromycine (76,9%).
  • K. pneumoniae vertoonde 100% resistentie tegen imipenem en een hoge resistentie tegen ertapenem en cefepime (85,7%).
  • P. mirabilis en E. cloacae vertoonden ook significante resistentie tegen carbapenems en cefalosporines.
  • A. junii en B. cereus vertoonden totale resistentie tegen verschillende geteste antibiotica, waaronder ertapenem en cefepime.
• ESBL-dragerschap: In totaal werden 189 ESBL-genen gedetecteerd in de isolaten. De meest voorkomende genen waren blaTEM en blaCTX-M-825 (elk 16 detecties), gevolgd door blaSHV (15) en blaCMY-1 (13). E. coli herbergde alle 10 gescreende ESBL-genen, terwijl K. pneumoniae en P. mirabilis slechts blaMA misten.

Significantie en Claims
De auteurs stellen dat deze studie de cruciale betekenis van routinematige moleculaire surveillance van uropathogenen binnen de ouderenzorg in Accra onderstreept. Het onderzoek biedt cruciale inzichten in de moleculaire epidemiologie van deze pathogenen, waarbij een hoge prevalentie van multidrug-resistente organismen en diverse resistentiemechanismen wordt onthuld, met name onder Gram-negatieve uropathogenen.

De studie beweert dat de waargenomen resistentiepatronen, inclusiief resistentie tegen laatst-redmiddel carbapenems (imipenem) en de wijdverspreide aanwezigheid van ESBL-genen, wijzen op een alarmerende incidentie van hoog-resistente stammen in deze kwetsbare populatie. De auteurs concluderen dat deze bevindingen een dringende behoefte aan populatiespecifieke surveillancegegevens vereisen om evidence-based behandelrichtlijnen te informeren. Zij bevelen de implementatie van antimicrobial stewardship-programma's en verbeterde maatregelen voor infectiepreventie en -controle aan om de gezondheidsresultaten voor ouderen in institutionele zorg te verbeteren. Het artikel stelt geen nieuwe experimentele toepassingen voor, maar roept op tot beleids- en klinische interventies op basis van de gedocumenteerde moleculaire en resistentieprofielen.