Влияние микробиологических особенностей инфекций, вызванных Klebsiella pneumoniae, на антибиотикорезистентность и тяжесть инфекционного процесса

Цель исследования ‒ изучить влияние микробиологических особенностей инфекций, вызванных Klebsiella pneumonia, на формирование антибиотикорезистентности и тяжесть инфекционного процесса.
Материал и методы. Проведен сравнительный анализ массы биопленки, толщины капсулы K. pneumonia, выделенной у 26 пациентов с сепсисом и у 8 больных хронической обструктивной болезнью легких. Исследовано влияние толщины капсулы на тяжесть инфекционного процесса и антибиотикорезистентность.
Результаты и их обсуждение. Масса биопленки K. pneumoniae, выделенной у пациентов с сепсисом, составила 28,2 [16,5; 41,3] мкг/лунку (медиана [нижний квартиль; верхний квартиль]), отличалась устойчивостью к большинству используемых антибактериальных лекарственных средств и была больше массы биопленки, выделенной при хронической обструктивной болезни легких (24,3 [20,0; 28,2] мкг/лунку, p = 0,04), сохранявшей чувствительность к используемым препаратам. Проведена идентификация капсулы бактерий K. pneumoniae как видового признака или свойства патогенности по разработанному методу с использованием альцианового синего. Панрезистентные изоляты K. Pneumoniae имели наиболее толстую капсулу (0,44 [0,32; 0,53] мкм), карбапенемрезистентные изоляты, чувствительные к колистину и тигециклину, – более тонкую капсулу (0,38 [0,35; 0,41] мкм). Толщина капсулы клебсиеллы, сохранившей чувствительность к карбапенемам, была в 4 и 3,5 раза тоньше капсулы панрезистентных (p = 0,031) и карбапенемрезистентных, но чувствительных к колистину и тигециклину изолятов (p = 0,044) соответственно, и составила 0,11 [0,08; 0,16 мкм]. Выявлена положительная корреляция между толщиной бактериальной капсулы, массой микробной биопленки и общей длительностью пребывания в стационаре.
Заключение. Патогенность бактерий и тяжесть заболевания объясняется толщиной капсулы K. pneumoniae, которая вносит определенный вклад в формирование антибиотикорезистентности микроорганизмов.

1. Voora S., Adey D.B. Management of Kidney transplant recipients by general nephrologists: core curriculum 2019. Am. J. Kidney Dis. 2019;73(6):866–879. doi: 10.1053/j.ajkd.2019.01.031

2. Koo H., Allan R.N., Howlin R.P., Stoodley P., Hall-Stoodley L. Targeting microbial biofilms: current and prospective therapeutic strategies. Nat. Rev. Microbiol. 2017;15(12):740–755. doi: 10.1038/nrmicro.2017.99

3. Pinto R.M., Soares F.A., Reis S., Nunes C., van Dijck P. Innovative strategies toward the disassembly of the EPS matrix in bacterial biofilms. Front. Microbiol. 2020;11:952. doi: 10.3389/fmicb.2020.00952

4. Navon-Venezia S., Kondratyeva K., Carattoli A. Klebsiella pneumoniae: a major worldwide source and shuttle for antibiotic resistance. FEMS Microbiol. Rev. 2017;41(3):252–275. doi: 10.1093/femsre/fux013

5. Verderosa A.D., Totsika M., FairfullSmith K.E. Bacterial biofilm eradication agents: a current review. Front. Chem. 2019;7:824. doi: 10.3389/fchem.2019.00824

6. Khatoon Z., McTiernan C.D., Suuronen E.J., Mah T.F., Alarcon E.I. Bacterial biofilm formation on implantable devices and approaches to its treatment and prevention. Heliyon. 2018;4(12):e01067. doi: 10.1016/j.heliyon.2018.e01067

7. Satpathy S., Sen S.K., Pattanaik S., Raut S. Review on bacterial biofilm: an universal cause of contamination. Biocatal. Agric. Biotechnol. 2016;7:56–66. doi: 10.1016/j.bcab.2016.05.002

8. Lajhar S.A., Brownlie J., Barlow R. Characterization of biofilm-forming capacity and resistance to sanitizers of a range of E. coli O26 pathotypes from clinical cases and cattle in Australia. BMC Microbiol. 2018;18(1):41. doi: 10.1186/s12866-018-1182-z

9. Rabin N., Zheng Y., Opoku-Temeng C., Du Y., Bonsu E., Sintim H.O. Biofilm formation mechanisms and targets for developing antibiofilm agents. Future Med. Chem. 2015;7(4):493–512. doi: 10.4155/fmc.15.6

10. Russo T.A., Marr C.M. Hypervirulent Klebsiella pneumoniae. Clin. Microbiol. Rev. 2019;32(3):e00001-19. doi: 10.1128/CMR.00001-19

11. Gharrah M.M., El-Mahdy A.M., Barwa R.F. Association between virulence factors and extended spectrum beta-lactamase producing Klebsiella pneumoniae compared to nonproducing isolates. Interdiscip. Perspect. Infect. Dis. 2017:2017:7279830. doi: 10.1155/2017/7279830

12. Follador R., Heinz E., Wyres K.L., Ellington M.J., Kowarik M., Holt K.E., Thomson N.R. The diversity of Klebsiella pneumoniae surface polysaccharides. Microb. Genom. 2016;2(8):e000073. doi: 10.1099/mgen.0.000073

13. Paczosa M.K., Mecsas J. Klebsiella pneumoniae: going on the offense with a strong defense. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2016;80(3):629–661. doi: 10.1128/MMBR.00078-15

14. Sharma D., Misba L., Khan A.U. Antibiotics versus biofilm: an emerging battleground in microbial communities. Antimicrob. Resist. Infect. Control. 2019;8:76. doi: 10.1186/s13756-019-0533-3

15. Celec P., Vlkova B., Laukova L., Babickova J., Boor P. Cell-free DNA: the role in pathophysiology and as a biomarker in kidney diseases. Expert. Rev. Mol. Med. 2018;20:e1. doi: 10.1017/erm.2017.12

16. Selasi G.N., Nicholas A., Jeon H., Na S.H., Kwon H.I., Kim Y.J., Heo S.T., Oh M.H., Lee J.C. Differences in biofilm mass, expression of biofilm-associated genes, and resistance to desiccation between epidemic and sporadic clones of carbapenem-resistant acinetobacter baumannii sequence type 191. PLoS One. 2016;11(9):e0162576. doi: 10.1371/journal.pone.0162576

17. Земко В.Ю., Окулич В.К., Бонцевич С.В. Метод идентификации капсулы микроорганизмов с использованием альцианового синего: рац. предложение № 6 от 10.06.2022, утв. Витебским ГМУ.

18. D’Angelo F., Rocha E.P.C., Rendueles O. The capsule increases susceptibility to last-resort polymyxins, but not to other antibiotics, in Klebsiella pneumoniae. Antimicrob. Agents Chemother. 2023;67(4):e00127–23. doi: 10.1128/aac.00127-23

19. Ernst C.M., Braxton J.R., Rodriguez-Osorio C.A., Zagieboylo A.P., Li L., Pironti A., Manson A.L., Nair A.V., Benson M., Cummins K. … Hung D.T. Adaptive evolution of virulence and persistence in carbapenem-resistant Klebsiella pneumonia. Nat. Med. 2020;26(5):705–711. doi: 10.1038/s41591-020-0825-4

20. Chen T., Ying L., Xiong L., Wang X., Lu P., Wang Y., Shen P., Xiao Y. Understanding carbapenem-resistant hypervirulent Klebsiella pneumoniae: Key virulence factors and evolutionary convergence. hLife. 2024:12(2):611–624. doi: 10.1016/j.hlife.2024.06.005