Virulence and resistance determinants of Klebsiella pneumoniae isolated from a Portuguese tertiary university hospital centre over a 31-year period

Abstract

Introduction: The rapid and complex evolution of bacterial resistance mechanisms in Klebsiella pneumoniae producing extended-spectrum β-lactamases and carbapenemases in Klebsiella pneumoniae is one of the most significant threats to public health. However, questions and controversies regarding the interactions between resistance and virulence in multidrug-resistant K. pneumoniae isolates remain unclear. Methods: A retrospective cohort study was performed with 100 K. pneumoniae isolates recovered from a tertiary care university hospital centre in Lisbon over a 31-year period. Resistance and virulence determinants were screened using molecular methods (PCR, M13-PCR and MLST). Results: The predominant virulence profile (fimH, mrkDv1, khe) was shared by all isolates, indicative of an important role of type 1 and 3 fimbrial adhesins and haemolysin, regardless of the type of β-lactamase produced. However, accumulation of virulence factors was identified in KPC-3-producers, with a higher frequency (p<0.05) of capsular serotype K2 and iucC aerobactin when compared with non-KPC-3 β-lactamases or carbapenemases. Additionally, 9 different virulence profiles were found, indicating that the KPC-3 carbapenemase producers seem to adapt successfully to the host environment and maintain virulence via several pathways. Conclusion: This study describes an overlapping of multidrug-resistance and virulence determinants in ST-14K2 KPC-3 K. pneumoniae clinical isolates that may impose an additional challenge in the treatment of infections caused by this pathogen.

Introducción: La rápida y compleja evolución de los mecanismos de resistencia de Klebsiella pneumoniae productora de beta-lactamasas de espectro extendido y carbapenemasas en Klebsiella pneumoniae es una de las amenazas más importantes para la salud pública. Sin embargo, aun existe controversia sobre la interacción entre la resistencia y la virulencia en aislados de K. pneumoniae resistentes a múltiples antimicrobianos. Métodos: Se realizó un estudio de cohorte retrospectivo con 100 aislados de Klebsiella pneumoniae de un centro hospitalario universitario en Lisboa durante 31 años. Los determinantes de la resistencia y virulencia se rastrearon utilizando métodos moleculares (PCR, M13-PCR y MLST). Resultados: Todos los aislados compartían un perfil de virulencia predominante (fimH, mrkDv1, khe), lo que indica un papel importante de las adhesinas fimbriales de tipo 1 y 3, y de la hemolisina, independientemente del tipo de β-lactamasa producida. Sin embargo, la acumulación de factores de virulencia del serotipo capsular K2 y la aerobactina iucC se identificó con una mayor frecuencia en las cepas productoras de KPC-3 (p < 0,05) en comparación con las productoras de otras β-lactamasas o carbapenemasas. Además, se encontraron 9 perfiles de virulencia diferentes, indicativos de que las cepas productoras de carbapenemasa KPC-3 parecen adaptarse con éxito al entorno y mantener la virulencia por varias vías. Conclusión: Este estudio describe la unión de resistencia a múltiples antimicrobianos junto con determinantes de virulencia en aislados clínicos de K. pneumoniae ST-14K2 KPC-3 lo que puede suponer un desafío adicional en el tratamiento de infecciones causadas por este patógeno.