Utveckling av metoder för att snabbt identifiera och kartlägga multiresistenta tarmbakterier i Uppsala region
Diarienummer : RFR-32161
Ny ansökan RFR oktober 2008
Ansökan påbörjad av : Åsa Melhus, 2008-09-26
Yrkestitel vid ansökningstillfället : Associate Professor
Arbetsplats vid ansökningstillfället : Dept of Clinical Microbiology
Senast ändrad/åtgärdad av : Marianne Omne-Pontén, 2011-01-31
Ansökan inkommen till : Regionala forskningsrådet i Uppsala- och Örebroregionen
Beslutad - beviljad

Sökanden: Åsa Melhus
Läkare, Dept of Clinical Microbiology

A Övergripande projektinformation

Kön på huvudsökanden

kvinna

För projekt som beviljats medel av RFR

RFR-12676
140.000 kr
2007-12-19

Sammanfattning

Bakgrund: Betalaktamerna är en av de viktigaste antibiotikagrupperna vi har tillgång till, och de står för ca 50% av all antibiotikakonsumtion. Fram till 2004 isolerades årligen på Akademiska laboratoriet 10-15 tarmbakterier som producerade enzymer som kan bryta ner flertalet betalaktamer, s.k. ESBL. I maj 2005 började det plötsligt dyka upp multiresistenta Klebsiella pneumoniae isolat. Det rörde sig om en enda, ESBL-producerande stam, som spred sig med hög hastighet på sjukhuset och ut i regionen.

Målsättning:
- Att kartlägga förekomsten av ESBL hos tarmbakterier i regionen
- Att förbättra den nuvarande ESBL-diagnostiken vad gäller snabbhet och identifikation av ESBL-typer
- Att bygga upp en gemensam databank avseende DNA-mönster hos tarmbakterier med ESBL för att kunna smittspåra och invervenera vid smittspridning
- Att sprida kunskap om ESBL till personal inom hälso- och sjukvård

Material och metoder: Isolat från regionen med nedsatt känslighet för cefalosporiner, ESBL-enzymernas huvudsubstrat, kommar att ingå i studien. Screening av ESBL-gener kommer att utföras med PCR-teknik och följas upp med sekvensering. DNA-mönster kommer att följas med pulsfältsgelelektrofores och arbiträrt primad PCR. Anhopningar av isolat med med liknande DNA-mönster vad gäller genkassetter eller kromosom, kommer slutligen att exploreras närmare avseende virulensgener och annan antibiotikaresistens.

Betydelse: På bara ett fåtal år har det skett en snabb och utbredd spridning av ESBLs ute i världen. Den ESBL-typ som har haft störst spridningsbenägenhet har varit CTX-M-15. Just den typen drabbades Uppsala av. Generellt medför bakterier med ESBL-produktion en ökad dödlighet och sjuklighet. Då dessa bakterier dessutom vanligtvis även är multiresistenta, så finns det få behandlingsalternativ att erbjuda patienterna. Tarmbakterier med ESBL har tagit oss närmare den postiantibiotiska eran, och bör därför övervakas väl.

---

Medarbetare/Medsökande

Daniel Heimer
Läkare, Laboratoriemedicin, Unilabs

Länstillhörighet:

U

Projektledning:

-

Patientrekrytering:

Deltar i patientrekryteringen

Arbetsenhet:

Västerås centrallasarett

Britta Loré
Annan tjänstetitel, Klinisk mikrobiologi, Falu lasarett

Länstillhörighet:

W

Projektledning:

-

Patientrekrytering:

Deltar i patientrekryteringen

Arbetsenhet:

Falu lasarett

Bo Albinsson
Läkare, Gävle sjukhus klin mikrobiol

Länstillhörighet:

X

Projektledning:

-

Patientrekrytering:

Deltar i patientrekryteringen

Arbetsenhet:

Gävle sjukhus

thomas ahlqvist
klinisk mikrobiologi

Länstillhörighet:

S

Projektledning:

Deltar i projektledningen

Patientrekrytering:

-

Arbetsenhet:

Karlstads centrallasarett

Bo Söderquist
Läkare, Laboratoriemedicin, Mikrobiologi och Infektionskliniken, Universitetssjukhuset Örebro

Länstillhörighet:

T

Projektledning:

Deltar i projektledningen

Patientrekrytering:

-

Arbetsenhet:

Örebro universitetssjukhus

Utbildning

doktorandutbildning

Översikt av projektorganisation

---

Projektstart

2008-01-01

Beräknat projektslut

2010-12-31

---

B Projektbeskrivning

Bakgrund

Betalaktamerna är en av de viktigaste antibiotikagrupperna vi har tillgång till, och de står för 50% av all antibiotikaförskrivning världen över. I denna grupp ingår bl.a. penicilliner och cefalosporiner, vilka samtliga används i hög utsträckning vid svårare infektioner. Fram till 2004 isolerades årligen på Akademiska laboratoriet 10-15 tarmbakterier som producerande enzymer som kunde bryta ner ett flertal betalaktamer, s.k. betalaktamaser med extenderat spektrum (ESBL). I maj 2005 började det plötsligt dyka upp multiresistenta Klebsiella pneumoniae-isolat. Det var framför allt i urinodlingar, men även i blod- och sårodlingar. Utredning visade att det rörde sig om en enda ESBL-producerande stam, som spred sig med hög hastighet på sjukhuset, men även ut i regionen. Indexfallet hade inremitterats från Västerås sjukhus i slutet av 2004. Fram till årsskiftet 2005-06 fanns ca 60 fall med ESBL-producerande K.pneumoniae registrerade. Två år senare hade siffran stigit till ca 300 fall. Utredningen visade att det rörde sig om ett monoklonalt utbrott orsakat av en stam bärande på ett ESBL av typen CTX-M-15, ett enzym som har haft en snabb spridning globalt och orsakat stora behandlingsproblem. Med tiden har multiresistensen hos utbrottsstammen klivit över i andra arter, och då framför allt till E.coli. Antalet patienter med ESBL-producerande E.coli överstiger nu antalet med ESBL-producerande K.pneumoniae, men situationen är betydligt svårare att överblicka denna gång. E.coli är den vanligaste orsaken till såväl sepsis som urinvägsinfektioner, och den har en betydligt högre infektionspotential än K.pneumoniae. Alla patienter är koloniserade med E.coli i sina tarmar, och ofta har man sin egen stam eller flera som kan delas av familjen. Detta gör att det är mycket svårt att följa en smittspridning. Detta i synnerhet om det rör sig om en horisontell spridning av plasmider med multiresistens, då den vanliga tekniken att studera vårdrelaterad spridning sker genom att analysera bakteriers kromsomala DNA-mönster.

Syfte/frågeställning/hypotes

- Att utvidga nuvarande ESBL-diagnostik för att kunna identifiera och kartlägga ESBL-typer som rört sig bland gramnegativa tarmbakterier hos patienter vårdade på vårdinrättningar eller varit i kontakt med primärvården i Uppsalaregionen under 2006-07

- Att sätta upp nya tekniker för att kunna identifiera de plasmidtyper eller genkassetter med resistensgener som kan spridas mellan tarmbakterier

- Att utvärdera olika metoder för att kartlägga eventuell förekomst av ESBL-bärande bakterier/resistensgener med större benägenhet att sprida sig för att kunna följa och förhindra smittspridning

- Att bygga upp en kunskapsbas och generellt höja kunskapsnivån om multiresistenta tarmbakterier hos personal

Design och urval (ex. urval, gruppindelning)

Samtliga isolat med nedsatt känslighet för cefalosporiner, insamlade under 2006-07 på de kliniska mikrobiologiska labben i regionen, kommer att ingå i studien. Då det rör sig om huvudsakligen etablering av metoder och deskriptiva studier, är ingen powerberäkning gjord.

Själva projektet kommer att bestå av 3 steg, varav det första huvudsakligen bestått i att utvärdera och sätta upp nya metoder för att kunna kartlägga och dra slutsatser om de insamlade isolaten under det gångna året. Utvärderingen är väsentligen avslutad, och själva kartläggningen har påbörjats. Då de preliminära resultaten visat att de tidigare huvudsakligen använda epidemiologiska metoderna är otillräckliga för att följa en smittspridning, har andra metoder lagts till för att följa hur polyklonala utbrott med samma resistensgener kan uppstå.

Steg 2: Det kommande året kommer huvudsakligen bestå av kartläggning med de utvalda metoderna, där man tittar på såväl kromosom, genkasetter, virulensfaktorer och dokumenterad spridning.

Steg 3: Här slutförs den sista kartläggningen och en kunskapsbas och ett labb som rutinmässigt kan molekylärbiologiskt karakterisera enskilda isolat och ge föreläsningar i ämnet erbjuds.

Redovisning av interventionen

Redovisning av projektet kommer att ske genom publikationer i referee-granskade tidsskrifter, avhandlingsarbete och på nationella och internationella konferenser. Speciella regionsseminarier kommer även att anordnas, och tidigare etablerade kanaler via laboratorier, smittskydd, vårdhygien och infektionsläkare kommer att användas för att sprida information.

Metod och datainsamling/ -bearbetning

Använda metoder kommer att vara pulsfältsgelelektrofores, AP-PCR, ESBL-typning med PCR och efterföljande sekvensering, typning av plasmider och integron med PCR-teknik och klyvning med restriktionsenzym. För fastställande av virulensgener används flera multiplexa PCR-metoder.

Studiens genomförande

Projektet är redan igång och kommer att genomföras som planerat med ev. mindre modifieringar beroende på slutlig budget.

---

Forskningsetiska överväganden

Forskningsetiska överväganden är ej nödvändiga, då inga patienter ingår i projektet.

Etisk prövning

Ansökan till etikprövningsnämnden är gjord eller planeras

Diarienummer på beslut från etikprövningsnämnden

Behövs ej enligt sökande.

Etisk prövning behövs ej

Ansvarig forskningsledare bedömer att etisk prövning ej behövs.

---

Referenser

Canton R et al. 2006. The CTX-M beta-lactamase pandemic. Curr Opinion Microbiol 9:1-10.

Lytsy B et al. 2008. The first major extended-spectrum beta-lactamase outbreak in Scandinavia was caused by clonal spread of a multiresistant Klebsiella pneumoniae. APMIS 116:302-8.

Olive DM et al. 1999. Principles and applications of methods for DNA-based typing of microbial organisms. J Clin Microbiol 37:1661-9.

C Bilagor

---

D Sammanfattande kostnadsbeskrivning / budget för projektet

Total budget

Total summa

2 112 000

Andra bidragsgivare

Andra bidragsgivare

---

Äskade medel från Regionala forskningsrådet i Uppsala- och Örebroregionen

Personal

Molekylärbiolog à 25000 kr/mån i 6 mån + LKP

Övrigt

Extraktionskit 27000 kr
Primrar 12000 kr
PCR-kit 45000 kr
Sekvenseringskit 30000 kr
Agaros, spetsar, rör m.m. 23000 kr

E Projektledarens egen bedömning

Bedömning i vad mån projektet är patientnära

Projektets karaktär är att öka patientsäkerheten. Det har potential att leda till förändringar i rutiner på labben, i olika delar av vårdkedjan och för vårdhygienisk personal. Förhoppningsvis ska projektet leda till minskade risker för den enskilde patienten att drabbas av ytterst svårbehandlade infektioner.

Bedömning av projektets kliniska betydelse

På bara ett fåtal år har det skett en snabb och global spridning av ESBL. En av de mest spridningsbenägna är typen CTX-M-15, vars konsekvenser har varit både medicinska och socioekonomiska. Gramnegativa enterobakterier innebär alltid medicinska problem vid inadekvat behandling p g a risken för septisk chock. Att karbapenembehandla alla patienter med en misstänkt ESBL-infektion skulle dock vara ett ekologiskt riskprojekt. ESBL-enzymen förefaller att vara mycket mobila, och deras kodande gener hoppar mellan kromosom och plasmid lika lätt som mellan stammar och arter. Att bara kontrollera ESBL-förekomst hos en art för att förhindra utbrott eller decimera detsamma är därmed ett företag som är dömt att misslyckas. För att kunna undvika framtida utbrott och behandlingsproblem, är det nödvändigt att övervaka och begränsa förekomsten av ESBL såväl ute i samhället som på våra sjukhus i hela regionen. Detta projekt är ett första steg i denna riktning.

Bedömning av det regionala samarbetet och dess betydelse

Patienter transporteras ständigt mellan de olika sjukhusen i regionen. God bevakning och hög kompentens inom det mikrobiologiska området, inklusive vårdhygien, är nödvändiga för att hålla smittspridningen nere. Projektet är ett utmärkt tillfälle att utöka samarbetet, sprida kunskap och höja kompetensnivån vad gäller multiresistena bakterier och deras problematik.

Publicering

Då detta kommer att resultera i mer än en artikel, kommer de att skickas till välrenommerade tidsskrifter inom det vårdhygieniska och antibiotiska fälten.

---

F Vetenskaplig redovisning - gäller endast för fortsättningsansökningar

Rapporteringsläge

Lägesrapport

Rapporteringsdatum

2008-09-26

Publikationer

Projektet har hittills resulterat i en 10 p uppsats samt en masterexamen. En första offentig redovisning kommer att ske vid årets Riksstämma. De enskilda labben har erhållit de resultat som hittills genererats. I övrigt föreligger publikationerna i manuskript form, och förhoppnigsvis kommer det första gå iväg på vårkanten nästa år.

Vetenskaplig progress och studiens genomförande

P g a den givna budgeten, gjordes det omändringar i projektet. Under det gångna året har dock planen kunnat följas ganska väl. Under det första steget har olika epidemiologiska metoder utvärderats, även om BioMérieuxs apparatur ej inköptes utan endast lånades under en kortare period. Metoder har även satts upp för att kunna identifiera de vanligaste ESBL-typerna samt viktiga virulensfaktorer hos den tarmbakterien E.coli. Insamlade ESBL-positiva stammar har nu börjat inkomma till labbet i Uppsala, och kartläggning av dessa pågår.

Resultat

Vad gäller epidemiologisk typning, uppvisade de 4 testade metoderna olika diskriminerande förmåga. Bäst förmåga uppvisade pulsfältsgeleletrofores och arbiträrt primad PCR, följt av rep-PCR och Phenplate. Tyvärr, så var denna typning otillräcklig. För att kunna följa smittspridning måste man även ESBL-typa och följa de rörliga genetiska elementen mellan stammar och arter.
Av de hittills ESBL-typade isolaten dominerar CTX-M-typerna. Går man vidare och tittar på dessa isolats virulensfaktorer, så skiljer de sig stort åt mellan olika isolat. Flest virulensfaktorer verkar dock stammar som isolerats från urin bära på.

Ekonomisk redovisning

Anslaget på 140000 kr har använts till att bekosta en molekylärbiologs heltidstjänst under ca 4 månader.

Planerad spridning och implementering

Redovisning av projektet kommer att ske genom publikationer i referee-granskade tidsskrifter, avhandlingsarbete och på nationella och internationella konferenser. Speciella regionsseminarier kommer även att anordnas, och tidigare etablerade kanaler via laboratorier, smittskydd, vårdhygien och infektionsläkare kommer att användas för att sprida information.