Cho, Hye Hyun;Kwon, Gye Cheol;Kim, Semi;Koo, Sun Hoe
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.25
no.7
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pp.1154-1162
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2015
The emergence of carbapenem resistance among Pseudomonas aeruginosa is an increasing problem in many parts of the world. In particular, metallo-$\beta$-lactamases (MBLs) and AmpC $\beta$lactamases are responsible for high-level resistance to carbapenem and cephalosporin. We studied the diversity and frequency of $\beta$-lactamases and characterized chromosomal AmpC $\beta$lactamase from carbapenem-resistant P. aeruginosa isolates. Sixty-one carbapenem-resistant P. aeruginosa isolates were collected from patients in a tertiary hospital in Daejeon, Korea, from January 2011 to June 2014. Minimum inhibitory concentrations (MICs) of four antimicrobial agents were determined using the agar-dilution method. Polymerase chain reaction and sequencing were used to identify the various $\beta$-lactamase genes, class 1 integrons, and chromosomally encoded and plasmid-mediated ampC genes. In addition, the epidemiological relationship was investigated by multilocus sequence typing. Among 61 carbapenem-resistant P. aeruginosa isolates, 25 isolates (41.0%) were MBL producers. Additionally, 30 isolates producing PDC (Pseudomonas-derived cephalosporinase)-2 were highly resistant to ceftazidime (MIC50 = $256{\mu}g/ml$) and cefepime (MIC50 = $256{\mu}g/ml$). Of all the PDC variants, 25 isolates harboring MBL genes showed high levels of cephalosporin and carbapenem resistance, whereas 36 isolates that did not harbor MBL genes revealed relatively low-level resistance (ceftazidime, p < 0.001; cefepime, p < 0.001; imipenem, p = 0.003; meropenem, p < 0.001). The coexistence of MBLs and AmpC $\beta$-lactamases suggests that these may be important contributing factors for cephalosporin and carbapenem resistance. Therefore, efficient detection and intervention to control drug resistance are necessary to prevent the emergence of P. aeruginosa possessing this combination of $\beta$-lactamases.
Bacterial ${\beta}$-lactamases provide resistance to ${\beta}$-lactams by hydrolyzing the ${\beta}$-lactam bond, On the basis of their catalytic mechanisms. ${\beta}$-lactamases are divided into two major groups. Class A. C and D which belong to the first group require serine in the active site and class B which is the second group require Zn(II) for their activity. Among class B enzymes, Bacteroides fragilis ${\beta}$-lactamase (CcrA enzyme) require two Zn(II) ions per monomer for maximal enzymatic activities. (omitted)
This study was performed to characterize the chromosomal metallo-${\beta}$-lactamases (MBLs) of Chryseobacterium indologenes isolated from Korea and to propose a clustering method of IND MBLs based on their amino acid similarities. Chromosomal MBL genes were amplified by PCR from 31 clinical isolates of E. indologenes. Nucleotide sequencing was performed by the dideoxy chain termination method using these PCR products. Antimicrobial susceptibilities were determined by the agar dilution method. PCR experiments showed that all 31 E. indologenes isolates contained all $bla_{IND}$ genes. DNA sequence analysis revealed that E. indologenes isolates possessed ten types of $bla_{IND}$ gene, including seven novel variants ($bla_{IND-8}$ to $bla_{IND-14}$). The most common combination of MBL was IND-2 (n = 18). Minimum inhibitory concentrations of imipenem and meropenem for the isolates harboring novel IND MBLs were ${\geq}16{\mu}g/mL$. IND MBLs were grouped in three clusters, based on amino acid similarities.
The metallo-$\beta$-lactamases ($M{\beta}Ls$) are clinically significant enzymes which readily hydrolyze most $\beta$-lactam antibiotics. Discovering potential inhibitors for the $M{\beta}Ls$ is an expensive, time consuming endeavor. Virtual screening can sieve out inhibitor candidates with incompatible features prior to synthesis, decreasing these costs. Using Autodock 4.0, the binding locations and energies of four previously-studied potential inhibitors and four additional compounds obtained from the National Cancer Institute (NCI) database were computationally calculated. Based on the docking models of these eight compounds, we then designed several hypothetical inhibitor structures, compounds A through F, and performed their respective docking experiments. The docking results for compound F showed that it binds to the zinc containing active sites with a lowest predicted binding energy of -6.70 kcal/mol, suggesting F is the most likely potential $M{\beta}L$ inhibitor.
Multi-drug resistant Pseudomonas aeruginosa has been implicated in a variety of serious therapeutic problems in clinical environments. Among the 968 P. aeruginosa isolates obtained from two hospitals in Daegu, Korea, we acquired 17 isolates that were resistant to all available tested antimicrobial agents, with the exception of colistin (colistin-only sensitive). We characterized the antimicrobial susceptibilities, $metallo-{\beta}-lactamases$, and epidemiological relatedness among the colistin-only sensitive P. aeruginosa isolates. All colistin-only sensitive isolates were positive in the modified Hodge test and imipenem-EDTA synergy test, thereby indicating the production of $metallo-{\beta}-lactamases$. 11 isolates from the secondary hospital and six isolates from the tertiary teaching hospital harbored $bla_{VIM-2}$ and $bla_{IMP-1}$, respectively. The pulsed-field gel electrophoretic analysis of the SpeI-digested DNA from P. aeruginosa isolates indicated that two different clones of colistin-only sensitive P. aeruginosa originated from each hospital, and had spread within the hospital environment. Overall, colistin-only sensitive P. aeruginosa was detected in Korea for the first time, but no pan-drug resistant bacteria were identified. Nationwide surveillance is required in order to monitor the emergence of colistin-only sensitive or pan-drug resistant bacteria.
Antibiotic resistance has emerged as a global threat to modern healthcare systems and has nullified many commonly used antibiotics. β-Lactam antibiotics are among the most successful and occupy approximately two-thirds of the prescription antibiotic market. They inhibit the synthesis of the peptidoglycan layer in the bacterial cell wall by mimicking the D-Ala-D-Ala in the pentapeptide crosslinking neighboring glycan chains. To date, various β-lactam antibiotics have been developed to increase the spectrum of activity and evade drug resistance. This review emphasizes the three-dimensional structural characteristics of β-lactam antibiotics regarding the overall scaffold, working mechanism, chemical diversity, and hydrolysis mechanism by β-lactamases. The structural insight into various β-lactams will provide an in-depth understanding of the antibacterial efficacy and susceptibility to drug resistance in multidrug-resistant bacteria and help to develop better β-lactam antibiotics and inhibitors.
This study was undertaken to evaluate phenotypic and genotypic methods for detection of Metallo-Beta-Lactamases (MBLs) among nosocomial Pseudomonas aeruginosa. Of the 50 P. aeruginosa isolates from clinical specimens, 20 were evaluated for carbapenem resistance and screened for MBL by double-disk synergy test and combined-disk test. Nineteen strains (95%) were found to be MBL producers among the 20 P. aeruginosa. MBL positives were further confirmed by Polymerase Chain Reaction (PCR). For the IMP and VIM types of MBLs, PCR analysis was performed on 19 of the 20, and 10 were positive for VIM MBL type. This study reports the validation of a simple and accurate MBL detection method that can be easily incorporated into the daily routine of a clinical laboratory. Early detection of MBL-carrying organisms, including those with susceptibility to carbapenems, is of paramount clinical importance, as it allows rapid initiation of strict infection control practices as well as therapeutic guidance for confirmed infection.Key Words : Hepatitis A virus (HAV), Anti-HAV, Hospital workers, Prevalence, Vaccination
The emergence and spread of multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa (MRPA) have become a serious problem worldwide. The involvement of metallo-β-lactamases (MBLs) in inducing carbapenem resistance is particularly acute. However, unlike other members of the Enterobacteriaceae genus, new clones of P. aeruginosa are constantly emerging and rapidly replacing previously prevalent dominant clones. Therefore, this study aimed to perform antimicrobial resistance gene analysis, integron gene cassette analysis using DNA sequencing, and plasmid transfer analysis by conjugation to investigate the antimicrobial resistance dynamics of 18 P. aeruginosa strains isolated from various medical samples at a general hospital in Busan from September 2017 to September 2019. All 18 strains showed extensively drug-resistant (XDR) phenotype and were resistant to most antibiotics, except colistin (100%) but were susceptible to aztreonam (22.2%) and ceftazidime (16.6%). Approximately 66.7% of the strains had Class 1 integrons showing various antimicrobial resistances. Notably, IMP-6 ST235 (66.7%), VIM-2 ST357 (16.7%), and IMP-1 ST446(16.7%) were identified. The identification of IMP-1-producing ST446, previously unreported in Korea, is noteworthy considering the emergence and prevalence of another MRPA high-risk clone.
Kim, Min Ji;Cha, Min Kyeong;Lee, Do Kyung;Kang, Ju Yeon;Park, Jae Eun;Kim, Young Hee;Park, Il Ho;Shin, Hea Soon;Ha, Nam Joo
Korean Journal of Microbiology
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v.48
no.4
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pp.240-245
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2012
Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic Gram-negative bacterium that causes serious infection, particularly in immunocompromised patients. Also, P. aeruginosa possessing carbapenem-resistant metallo-${\beta}$-lactamases (MBL) has been reported with increasing frequency in Korea. We therefore analyzed the level of multidrug-resistant clinical P. aeruginosa isolated from a secondary hospital in Korea in 2010. A total of 92 isolates of P. aeruginosa were collected from Sahmyook Medical Center in 2010. Susceptibility to antimicrobial agents was determined by analysis of the minimum inhibitory concentration test; the inhibitor-potentiated disk diffusion (IPD) test was performed for MBL detection. RAPD-PCR was used for genotyping to rapidly characterize P. aeruginosa strains isolated from clinical patients. The percentages of non-susceptible isolates were as follows: 40.2% to ceftazidime, 58.7% to meropenem, 56.5% to gentamicin, 46.7% to tobramycin, 62.0% to ciprofloxacin and 97.8% to chloramphenicol. The 29 multidrug-resistant strains were screened by the IPD test: of the 21 PCR-positive isolates, 19 were IPM-1 producers and 2 were VIM-2 producers. Among the 19 IMP-1-producing P. aeruginosa isolates, 16 isolates showed similar patterns, and three different banding patterns were observed. The proportion of IMP-1-producing multidrug-resistant P. aeruginosa from clinical isolates steadily increased in this secondary hospital in Korea in 2010. This study provides information about the antimicrobial-resistant patterns and genotype of multidrug-resistant P. aeruginosa isolated from clinical isolates in Korea, 2010.
The emergence of carbapenem resistance among Pseudomonas aeruginosa has become an increasing problem worldwide. In particular, $metallo-{\beta}-lactamases$ (MBLs) are responsible for the high-level resistance to carbapenem. Sequence type 235 (ST235) has been found internationally in a multidrug-resistant clone and is involved in the dissemination of genes encoding IMP-6 and VIM-2. This study examined the prevalence of MBLs and the epidemiological relationship in carbapenem-resistant P. aeruginosa (CRPA) isolates obtained from a tertiary hospital in Daejeon, Korea, between March 2008 and June 2014. The antimicrobial susceptibilities were determined using the disk-diffusion method and PCR and DNA sequencing were used to identify the MBL genes. In addition, an epidemiological relationship was investigated by multilocus sequence typing (MLST). Among the 110 CRPA isolates, 32 isolates (29.1%) were MBL-producers; the major type was IMP-6 (29 isolates, 90.6%). VIM-2 was identified in 3 isolates (9.4%) of ST357. IMP-6-producing isolates were multidrug-resistant (MDR) and belonged to ST235. ST235 (55 isolates, 50.0%) was the clone most frequently detected and has gradually emerged during a seven-year period. To prevent the spread of MDR ST235 P. aeruginosa isolates, the current widespread use of carbapenems needs to be curtailed, and novel continuous monitoring strategies should be developed as soon as possible.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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