Molecular characterization of antibiotic resistant bacteria in newly HIV diagnosed adults in a community setting in Tanzania. Implications for infection prevention and control in HIV : Antibiotic resistant bacteria, HIV, Community, Sub-Saharan Africa

Abstract

Mennesker som lever med HIV-infeksjon i utviklingsland har økt risiko for å bli smittet med antibiotikaresistente bakterier. Høyere forbruk av antibiotika på grunn av HIV-relatert sykdom gir et seleksjonspress som kan føre til fremvekst av antibiotikaresistente bakterier. Bærerskap av antibiotikaresistente bakterier med virulensgener øker risikoen for alvorlige infeksjoner i denne populasjonen. Målet med avhandlingen var å anslå forekomsten av og karakterisere antibiotikaresistente bakterier som koloniserer voksne mennesker med nypåvist HIV-infeksjon i bydeler i Dar es Salaam, Tanzania. Resultatene av avhandlingen kan hjelpe å utvikle strategier for å forebygge og kontrollere spredning av, og infeksjoner med, antibiotikaresistente bakterier blant mennesker som lever med HIV. Penselprøver ble tatt fra rektum og fra nese og nasofarynks på voksne personer med nypåvist HIV-infeksjon og undersøkt for antibiotikaresistente bakterier, extended spectrum beta-lactamase produserende Enterobacterales (ESBLPE), karbapenemase-produserende Enterobacterales (CPE), meticillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA), og antibiotikaresistente pneumokokker (Streptococcus pneumoniae).

Studien fant at bare 4% (22/537) av HIV-positive deltakere hadde MRSA i nese / nasofarynx. Disse MRSA-isolatene var ofte resistente mot gentamicin (95%), ciprofloksacin (91%) og erytromycin (82%), men sjeldnere resistente mot kotrimoksasol (9%). Vi fant at MRSA-isolatenes fenotypiske følsomhetsmønster stemte godt overens med funn av resistensgener og mutasjoner i bakteriene. Alle MRSA isolatene tilhørte CC8 og ST8-SCCmecIV MRSA klonene og var negative for panton-valentine leukocidin (PVL) og arginine catabolic mobile element (ACME) type 1. Ingen av ST8-SCCmecIV spa-t1476 MRSA klonene fra Tanzania var beslektet med den globalt spredde USA300 klonen.

Studien viste at personer med nypåvist HIV-infeksjon hadde høy forekomst av rektalt bærerskap av ESBLPE (32.6%, 194/595), med overvekt av genotype CTX-M-15. Antibiotikabruk siste 4 uker og CD4 tall under 350 celler/μL var uavhengige risikofaktorer for fekalt bærerskap av ESBLPE.

Vi fant karbapenemasen blaNDM-5 lokalisert på et IncX3 type plasmid i et E. coli ST2083 isolat fra rektalpensel fra en person med HIV-infeksjon. Isolatet hadde også 3 andre plasmider, IncFIA, IncFIB og Col(BS512). IncFA plasmidet bar gener som uttrykker resistens mot fluorokvinoloner, aminoglykosider, trimetoprim, sulfametoksazol, makrolider og tetrasykliner. Studien viste at pneumokokker fra nasofarynks på personer med HIV-infeksjon hadde høy forekomst av resistens mot penicillin (74%) og kotrimoksasol (71%), antibiotika som ofte brukes som behandling mot lungebetennelse i Tanzania. Videre var 26.3% av pneumokokkene multiresistente og kotrimoksasol-resistente pneumokokker hadde multiple mutasjoner i dihydrofolatreduktase genene.

For å oppsummere fant vi at personer med nypåvist HIV-infeksjon i bydeler i Dar es Salaam ofte var bærere av antibiotikaresistente bakterier. Funnene setter søkelys på den store spredningen av antibiotikaresistente bakterier i Tanzania, ikke bare i sykehus, men også ute i samfunnet. Funn av E. coli med plasmidbårne karbapenemaser av type blaNDM-5 og flere andre resistensdeterminanter setter søkelys på behovet for å implementere intervensjoner for å hindre spredning av antibiotikaresistente bakterier.

In developing countries human immunodeficiency virus infected individuals are at increased risk of acquiring antibiotic resistant bacteria. High frequency of antibiotic use associated with HIV related illness drives emergence of bacteria with antimicrobial resistance (AMR) due to selection pressure. The carriage of antibiotic resistant bacteria coupled with virulence genes increases the risk of severe infections in this population. The aim of this thesis was detection and characterization of antibiotic-resistant bacteria colonizing newly HIV diagnosed adults in a community setting in Tanzania. The findings could help in developing strategies for preventing and controlling the spread and infection of antibiotic resistant bacteria in HIV-positive individuals. Rectal and nasal/nasopharyngeal swabs collected from newly HIV diagnosed adults from the community were used for detection of antibiotic resistant bacteria including extended spectrum b-lactamase producing Enterobacterales (ESBLPE), carbapenemase producing Enterobacterales (CPE), methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), and antibiotic-resistant Streptococcus pneumoniae.

The study found that only 4% (22/537) of the HIV-positive participants carried MRSA in the nose/nasopharynx. These MRSA isolates were frequently resistant to gentamicin (95%), ciprofloxacin (91%), and erythromycin (82%), but less often to trimethoprim-sulfamethoxazole (9%). We found that the phenotypic susceptibility patterns of all MRSA isolates were highly concordant with genotypic findings (resistance genes and mutations in genome). All MRSA isolates belonged to the CC8 and ST8-SCCmecIV MRSA clone and negative for panton-valentine leukocidin (PVL) and arginine catabolic mobile element (ACME) type 1. All ST8-SCCmecIVspa-t1476 MRSA clones from Tanzania were unrelated to the globally successful USA300 clone.

The study showed a high prevalence (32.6%, 194/595) of fecal carriage of ESBL-PE in newly HIV diagnosed adults in the community setting, and confirmed the predominance of the blaCTX-M-15 genotype. Antibiotic use in the last 4 weeks and CD4 count <350 cells/μL were independent risk factors for fecal carriage of ESBL-PE in this HIV-infected population.

In this study, we detected blaNDM-5 carried on an IncX3 type plasmid in one E. coli ST2083 isolate obtained from an HIV-infected adult from the community setting in Tanzania. In addition, E. coli from the HIV-infected adult carried three more plasmid types; IncFIA, IncFIB and Col(BS512). The IncFA type plasmid was found to carry several genes conferring resistance against fluoroquinolone, aminoglycosides, sulfamethoxazole, trimethoprim, macrolides and tetracycline. The study found that Streptococcus pneumoniae colonizing the nasopharynx of HIV-infected adults displayed a high rate of resistance to penicillin (74%) and cotrimoxazole (71%), antibiotics commonly used as first line treatment in suspected bacterial pneumonia in Tanzania. Furthermore, 26.3% were multidrug-resistance (MDR) and cotrimoxazole-resistant Streptococcus pneumoniae had multiple mutations in the dihydrofolate reductase gene.

In conclusion, we found that carriage of antibiotic resistant bacteria was common among newly diagnosed HIV-infected adults from community settings. This highlights the large-scale spread of these resistant bacteria in Tanzania, not only in hospitals, but also in the community as well. The detection of a blaNDM-5 producing E. coli carried on a plasmid with clusters of other resistance determinant genes calls for urgent implementation of intervention strategies to curb the spread of antimicrobial resistant bacteria.