Phenotypic and genotypic characterization of plasmid-mediated AmpC beta-lactamases in enteric Gram-negative bacteria from patients with lower respiratory tract infections in a tertiary hospital, southwest Nigeria

*1,2Thonda, O. A., 2Oluduro, A. O., 3Adewole, O. O., and 4Obiajunwa, P. O.
*1Department of Biological Sciences, Microbiology Unit, Kings University, Odeomu, Nigeria

2Department of Microbiology, Faculty of Science, OAU, Ile-Ife, Nigeria
3Department of Medicine, College of Health Sciences, OAU, Ile-Ife, Nigeria
4Department of Paediatrics and Child Heath, Faculty of Clinical Sciences, OAU, Ile-Ife, Nigeria

Correspondence to: [email protected]

Abstract:
Background: AmpC or class C or group 1 beta lactamases are class C cephalosporinases that hydrolyse a wide variety of beta-lactam antibiotics including alpha methoxy beta-lactams (cefoxitin), narrow and broad spectrum cephalosporins. This study was conducted to characterize plasmid-mediated AmpC producing enteric Gram- negative bacteria from patients with lower respiratory tract infections in Obafemi Awolowo University Teaching Hospital Complex (OAUTHC) Ile Ife, Osun State, Nigeria

Methodology: A total of 149 patients with clinical features of lower respiratory tract infections (LRTI) were selected by simple random sampling for the study. All Gram-negative isolates recovered from standard microbiological cultures of respiratory specimens of these patients were tested against cefoxitin, third generation cephalosporins (3GCs), and other antibiotics using the disc diffusion AST method, and also screened for production of AmpC beta-lactamases phenotypically by the CLSI method. Plasmid DNA extraction was carried out on twenty-nine cefoxitin-resistant selected isolates using the Kado and Lin method, while genotypic detection of plasmid-mediated AmpC gene was carried out by the polymerase chain reaction (PCR) assay.

Results: The results showed that 204 (43.3%) of 471 isolates recovered from the 149 selected patients were resistant to 3GC in the AST assay, among which 121 (59.3%) were resistant to cefoxitin, and 189 of the 471 isolates (40.1%) were AmpC producers. The AmpC producers concurrently showed multiple resistance pattern to other antibiotics tested in this study. Ninety six percent of the 29 selected isolates for plasmid analysis contained plasmids, 45% of which amplified positive on PCR for CMY, 38% for FOX, and 31% for ACC types of AmpC genes.

Conclusion: This study showed a high degree of antibiotic resistance among enteric Gram-negative bacteria recovered from patients with LRTIs, as well as high degree of plasmid-encoded AmpC genes responsible for this high antibiotic resistance among the isolates. Proper antibiotic policy and regulation are required to limit the spread of plasmid mediated AmpC β-lactamase producing organisms because they can lead to therapeutic failure in infected patients in the nearest future.

Keywords: Enteric Gram-negative, AmpC beta-lactamase, plasmid, lower respiratory tract infection, PCR

Received Nov 18, 2020; Revised May 4, 2021; Accepted May 12, 2021
Copyright 2021 AJCEM Open Access. This article is licensed and distributed under the terms of the Creative Commons Attrition 4.0 International License <a rel=”license” href=”//creativecommons.org/licenses/by/4.0/”, which permits unrestricted use, distribution and reproduction in any medium, provided credit is given to the original author(s) and the source. Editor-in-Chief: Prof. S. S. Taiwo

Caractérisation phénotypique et génotypique des bêta-lactamases AmpC à médiation plasmidique dans les bactéries entériques Gram-négatives de patients atteints d’infections des voies respiratoires inférieures dans un hôpital tertiaire, sud-ouest du Nigéria

*1,2Thonda, O. A., 2Oluduro, A. O., 3Adewole, O. O., et 4Obiajunwa, P. O.

*1Département des sciences biologiques, Unité de microbiologie, Université Kings, Odeomu, Nigéria 2Département de microbiologie, Faculté des sciences, OUA, Ile-Ife, Nigéria 3Département de médecine, Collège des sciences de la santé, OUA, Ile-Ife, Nigéria 4Département de pédiatrie et de santé infantile, Faculté des sciences cliniques, OUA, Ile-Ife, Nigéria

*Correspondance à: [email protected]

Abstrait:
Contexte: Les bêta-lactamases AmpC ou de classe C ou de groupe 1 sont des céphalosporinases de classe C qui hydrolysent une grande variété d’antibiotiques bêta-lactamines, y compris les alpha-méthoxy bêta-lactamines (céfoxitine), les céphalosporines à spectre étroit et large. Cette étude a été menée pour caractériser les bactéries à Gram négatif entériques produisant de l’AmpC à médiation plasmidique chez des patients atteints d’infections des voies respiratoires inférieures du complexe hospitalier universitaire d’Obafemi Awolowo (OAUTHC) Ile Ife, État d’Osun, Nigéria

Méthodologie: Un total de 149 patients présentant des caractéristiques cliniques d’infections des voies respiratoires inférieures (LRTI) ont été sélectionnés par échantillonnage aléatoire simple pour l’étude. Tous les isolats à Gram négatif récupérés à partir de cultures microbiologique standard d’échantillons respiratoires de ces patients ont été testés contre la céfoxitine, les céphalosporines de troisième génération (3GC) et d’autres antibiotiques en utilisant la méthode AST de diffusion sur disque, et également criblés pour la production de bêta-lactamases AmpC phénotypiquement par le Méthode CLSI. L’extraction de l’ADN plasmidique a été réalisée sur 29 isolats sélectionnés résistants à la céfoxitine en utilisant la méthode Kado et Lin, tandis que la détection génotypique du gène AmpC à médiation plasmidique a été réalisée par le test de réaction en chaîne par polymérase (PCR).

Résultats: Les résultats ont montré que 204 (43,3%) des 471 isolats récupérés des 149 patients sélectionnés étaient résistants à la 3GC dans le test AST, parmi lesquels 121 (59,3%) étaient résistants à la céfoxitine et 189 des 471 isolats (40,1%) étaient des producteurs d’AmpC. Les producteurs d’AmpC ont montré simultanément plusieurs profils de résistance à d’autres antibiotiques testés dans cette étude. Quatre-vingt-seize pour cent des 29 isolats sélectionnés pour l’analyse des plasmides contenaient des plasmides, dont 45% amplifiés positifs par PCR pour CMY, 38% pour FOX et 31% pour les types ACC des gènes AmpC.

Conclusion: Cette étude a montré un degré élevé de résistance aux antibiotiques parmi les bactéries entériques Gram-négatives récupérées chez des patients atteints de LRTI, ainsi qu’un degré élevé de gènes AmpC codés par plasmide responsable de cette résistance élevée aux antibiotiques parmi les isolats. Une politique et une réglementation appropriées en matière d’antibiotiques sont nécessaires pour limiter la propagation des organismes producteurs β-lactamase d’AmpC à médiation plasmidique car ils peuvent conduire à un échec thérapeutique chez les patients infectés dans un avenir proche.

Mots clés: Gram-négatifs entériques, AmpC, bêta-lactamase, plasmide, infection des voies respiratoires inférieures, PCR

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Phenotypic and genotypic characterization of plasmid-mediated AmpC beta-lactamases in enteric Gram-negative bacteria from patients with lower respiratory tract infections in a tertiary hospital, southwest Nigeria