DGHM
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Aktuelles Highlight der Infektionsprävention und Klin. Mikrobiologie

Extensively Drug-Resistant Klebsiella pneumoniae Counteracts Fitness and Virulence Costs That Accompanied Ceftazidime-Avibactam Resistance Acquisition

Elias Eger1 , Michael Schwabe1 , Lukas Schulig2 , Nils-Olaf Hübner3 , Jürgen A Bohnert4 , Uwe T Bornscheuer5 , Stefan E Heiden1 , Justus U Müller1 , Fazal Adnan6 , Karsten Becker4 , Carlos L Correa-Martinez7 , Sebastian Guenther8 , Evgeny A Idelevich4,9 , Daniel Baecker2 , Katharina Schaufler1,10

Microbiology Spectrum, 2022, 18.04.22
Link zum voständigen Artikel: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35435751/

Autor:
Elias Eger

Abstract:
The ability of extensively drug-resistant (XDR) Klebsiella pneumoniae to rapidly acquire resistance to novel antibiotics is a global concern. Moreover, Klebsiella clonal lineages that successfully combine resistance and hypervirulence have increasingly occurred during the last years. However, the underlying mechanisms of counteracting fitness costs that accompany antibiotic resistance acquisition remain largely unexplored. Here, we investigated whether and how an XDR sequence type (ST)307 K. pneumoniae strain developed resistance against the novel drug combination ceftazidime-avibactam (CAZ-AVI) using experimental evolution. In addition, we performed in vitro and in vivo assays, molecular modeling, and bioinformatics to identify resistance-conferring processes and explore the resulting decrease in fitness and virulence. The subsequent amelioration of the initial costs was also addressed. We demonstrate that distinct mutations of the major nonselective porin OmpK36 caused CAZ-AVI resistance that persists even upon following a second experimental evolution without antibiotic selection pressure and that the Klebsiella strain compensates the resulting fitness and virulence costs. Furthermore, the genomic and transcriptomic analyses suggest the envelope stress response regulator rpoE and associated RpoE-regulated genes as drivers of this compensation. This study verifies the crucial role of OmpK36 in CAZ-AVI resistance and shows the rapid adaptation of a bacterial pathogen to compensate fitness- and virulence-associated resistance costs, which possibly contributes to the emergence of successful clonal lineages.

Kommentar:
D
ie rasant fortschreitende Resistenzentwicklung Gram-negativer Enterobakterien hat sich mittlerweile zu einer der größten Herausforderung für Gesundheitssysteme weltweit entwickelt. So häufen sich die Beschreibungen von Infektionen ausgelöst von Klebsiella pneumoniae Stämmen, die unempfindlich gegenüber nahezu allen Antibiotikaklassen sind. Auch lässt die stetig wachsende Zahl von Genomdaten darauf schließen, dass vor allem einige wenige klonale Linien, wie Sequenztyp (ST)307, den schrittweisen Übergang in die post-antibiotische Ära vorantreiben. Dies scheint unter anderem auf ihre Eigenschaft zurückzuführen zu sein, dass diese K. pneumoniae Linien Multiresistenz mit einer erhöhten Virulenz ohne ersichtliche Fitnesseinbußen aufzuweisen verbinden können. Es ist daher wichtig zu verstehen, wie diese Erreger die Kosten der Multiresistenz kompensieren können. Unsere Arbeit zeigt durch welchen Mechanismus ein multiresistenter ST307 K. pneumoniae Stamm eine Resistenz gegen die Kombinationstherapie Ceftazidim-Avibactam (CAZ-AVI) entwickelte und wie die aufgetretenen Fitness- und Virulenzeinbußen überwunden werden konnten. Durch die Kombination aus experimentellen Mikroevolutionen und einer Vielzahl sich ergänzender Untersuchungen, wie Genom-, Transkriptom- und Proteomanalysen sowie in vitro und in vivo Phänotypisierungen, konnten die umfangreichen Veränderungen gezeigt werden, die bei der Resistenzentwicklung und der Harmonisierung der Fitnesskosten auftreten. Unsere Arbeit trägt so maßgeblich zum Verständnis der Faktoren bei, die diese K. pneumoniae Linie so erfolgreich macht.

Kontakt:
Elias Eger
Christian Albrecht University and Schleswig-Holstein University Medical Center Kiel
Institute of Infection Medicine
Arnold-Heller-Str. 3; Haus V41
24105 Kiel, Germany
eger@infmed.uni-kiel.de

Autor:inneninformationen:
1 Pharmaceutical Microbiology, Institute of Pharmacy, University of Greifswald, Greifswald, Germany.
2 Pharmaceutical and Medicinal Chemistry, Institute of Pharmacy, University of Greifswald, Greifswald, Germany.
3 Central Unit for Infection Prevention and Control, University Medicine Greifswald, Greifswald, Germany.
4 Friedrich Loeffler-Institute of Medical Microbiology, University Medicine Greifswald, Greifswald, Germany.
5 Biotechnology and Enzyme Catalysis, Institute of Biochemistry, University of Greifswaldgrid.5603.0, Greifswald, Germany.
6 Atta-ur-Rahman School of Applied Biosciences, National University of Sciences and Technology, Islamabad, Pakistan.
7 Institute of Hygiene, University Hospital Münster, Münster, Germany.
8 Pharmaceutical Biology, Institute of Pharmacy, University of Greifswaldgrid.5603.0, Greifswald, Germany.
9 Institute of Medical Microbiology, University Hospital Münster, Münster, Germany.
10 Institute for Infectious Diseases, Christian Albrecht University and Schleswig-Holstein University Medical Center Kiel, Kiel, Germany.


März 2022
A strict mask policy for hospital staff effectively prevents from nosocomial influenza infections and mortality: monocentric data from five consecutive influenza seasons
Ambrosch, Andreas*¹, Luber, Doris¹, Klawonn, Frank2,3 , Kabesch, Michael4,5
J Hospital Infection 2021 Dec 18;121:82-90. doi: 10.1016/j.jhin.2021.12.010
Link zum vollständigen Artikel: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34929232/

Februar 2022
Molecular Surveillance of Carbapenem-Resistant Gram-Negative Bacteria in Liver Transplant
Candidates
Tilman G. Schultze, Philip G. Ferstl, David Villinger, Michael Hogardt, Wolf O. Bechstein, Stephan Göttig, Thomas A. Wichelhaus, Stefan Zeuzem, Jonel Trebicka, Oliver Waidmann, Martin-Walter Welker* and Volkhard A. J. Kempf*
Front. Microbiol., 22 November 2021
Link zum vollständigen Artikel: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2021.791574/full

Januar 2022
Genomic Investigation and Successful Containment of an Intermittent Common Source Outbreak of OXA-48-Producing Enterobacter cloacae Related to Hospital Shower Drains
Dennis Nurjadi  1
Martin Scherrer  1 Uwe Frank  1   2   3 Nico T Mutters  1   3 Alexandra Heininger  1   4 Isabel Späth  1 Vanessa M Eichel  1 Jonas Jabs  1   3 Katja Probst  1 Carsten Müller-Tidow  5 Juliane Brandt  5 Klaus Heeg  1 Sébastien Boutin  1
Microbiol Spectr 2021 Dec 22;9(3):e0138021
Link zum vollständigen Artikel: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34817232/

Dezember 2021

Development and Validation of a Tool for the Prediction of VancomycinResistant Enterococci Colonization Persistence the PREVENT Score
Christian Boeing1, Carlos L Correa-Martinez1 , Franziska Schuler2, Alexander Mellmann1, André Karch3, Stefanie Kampmeier1cccc
Microbiology Spectrum, 2021, 9 (2): e00356-21
Link zum vollständigen Artikel: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34523992/

November 2021

Surveillance for Colonization, Transmission, and Infection with Methicillin-Susceptible Staphylococcus aureus in a Neonatal Intensive Care Unit
Dennis Nurjadi  1 Vanessa M Eichel  1 Patrik Tabatabai  2 Sabrina Klein  1 Katharina Last  1   3 , Nico T Mutters  1   4 Johannes Pöschl  2 Philipp Zanger  1   5 Klaus Heeg  1 Sébastien Boutin  1 JAMA Network Open. 2021 Sep 1;4(9):e2124938
Link zum vollständigen Artikel: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34515783/

Oktober 2021

Performance of Three SARS-CoV-2 Immunoassays, Three Rapid Lateral Flow Tests, and a Novel Bead-Based Affinity Surrogate Test for the Detection of SARS-CoV-2 Antibodies in Human Serum
Manuel Krone, Julia Gütling, Johannes Wagener, Thiên-Trí Lâm, Christoph Schoen, Ulrich Vogel, August Stich, Florian Wedekink, Jörg Wischhusen, Thomas Kerkau, Niklas Beyersdorf, Silvana Klingler, Simone Backes, Lars Dölken, Georg Gasteiger, Oliver Kurzai, Alexandra Schubert-Unkmeir
Journal of Clinical Microbiology 2021, 59(8): e00319-21
Link zum vollständigen Artikel: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33962959/

September 2021

Global Distribution Patterns of Carbapenemase-Encoding Bacteria in a New Light: Clues on a Role for Ethnicity
Claudio Neidhöfer1, Christian Buechler1, Guido Neidhöfer2, Gabriele Bierbaum1, Irene Hannet3 , Achim Hoerauf1, Marijo Parčina1
Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 2021, Volume 11, p. 532-550, doi: 10.3389/fcimb.2021.659753
Link zum vollständigen Abstract: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8276097/

Juli/August 2021
Clinical performance evaluation of SARS-CoV-2 rapid antigen testing in point of care usage in comparison to RT-qPCR
Isabell Wagenhäuser, Kerstin Knies, Vera Rauschenberger, Michael Eisenmann, Miriam McDonogh, Nils Petri, Oliver Andres, Sven Flemming, Micha Gawlik, Michael Papsdorf, Regina Taurines, Hartmut Böhm, Johannes Forster, Dirk Weismann, Benedikt Weißbrich, Lars Dölken, Johannes Liese, Oliver Kurzai, Ulrich Vogel, Manuel Krone
EBioMedicine 2021, 69: 103455
Link zum vollständigen Artikel: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34186490/

Juni2021
Pet husbandry as a risk factor for colonization or infection with MDR organisms: a systematic meta-analysis
Carolin Hackmann¹ , Petra Gastmeier¹, Stefan Schwarz² , Antina Lübke-Becker², Peter Bischoff¹, Rasmus Leistner¹,³
J Antimicrob Chemother. 2021 May 12;76(6):1392-1405.doi: 10.1093/jac/dkab058.Link zum vollständigen Artikel: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33864082/

April 2021
Prevalence of SARS-CoV-2 IgG antibodies in a large prospective cohort study of elite football players in Germany (May-June 2020): implications for a testing protocol in asymptomatic individuals and estimation of the rate of undetected cases
Dietrich Mack 1*Barbara Christine Gärtner 2*Annika Rössler 3Janine Kimpel 3Katrin Donde1Oliver Harzer 1Werner Krutsch 4Dorothee von Laer 3Tim Meyer(*are joint first authors)
Clinical Microbiology and Infection 202. Mar;27(3):473.e1-473.e4.
Link zum vollständigen Artikel: pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33285279/

Januar 2021
A Klebsiella pneumoniae ST307 outbreak clone from Germany demonstrates features of extensive drug resistance, hypermucoviscosity, and enhanced iron acquisition”
Stefan E. Heiden*, Nils-Olaf Hübner*, Jürgen A. Bohnert, Claus-Dieter Heidecke, Axel Kramer, Veronika Balau, Wolfgang Gierer, Stephan Schaefer, Tim Eckmanns, Sören Gatermann, Elias Eger, Sebastian Guenther, Karsten Becker & Katharina Schaufler#
Genome Medicine, 2020, 12:113
Link zum vollständigen Artikel: pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33298160/