Лабораторная экспресс-диагностика клинически значимой бактериурии и антибиотикорезистентности возбудителей инфекций мочевыводящих путей у женщин репродуктивного возраста
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ИНФЕКЦИИ МОЧЕВЫВОДЯЩИХ ПУТЕЙ У ЖЕНЩИН
РЕПРОДУКТИВНОГО ВОЗРАСТА (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
1.1 Классификация инфекций мочевыводящих путей
1.2. Эпидемиология инфекций мочевыводящих путей
1.3 Клинические проявления инфекций мочевыводящих путей
1.3.1. Бессимптомная бактериурия
1.3.2 Острый цистит
1.3.3 Острый пиелонефрит
1.4. Этиология инфекций мочевыводящих путей
1.5 Диагностика инфекций мочевыводящих путей
1.5.1. Методы диагностики инфекций мочевыводящих путей
1.5.2 Критерии интерпретации результатов культурального исследования мочи19
1.6. Лечение инфекций мочевыводящих путей
1.6.1. Принципы лечения инфекций мочевыводящих путей
1.6.2 Определение чувствительности уропатогенов к антибактериальным
препаратам
1.6.3. Формирование устойчивости микроорганизмов к антибиотикам
1.6.4 Методы обнаружения беталактамаз расширенного спектра действия
1.6.5. Антибиотикорезистентность возбудителей инфекций мочевыводящих
путей
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Обследуемая группа и дизайн исследования
2.2. Клинический материал
2.3 Методы исследования
2.3.1 Культуральный метод исследования мочи
2.3.2 Определение чувствительности уропатогенов к антибактериальным
препаратам дискодиффузионным методом
2.3.3 Выявление беталактамаз расширенного спектра действия у штаммов
Enterobacterales фенотипическим методом (метод «двойных дисков»)
2.3.4 Выявление генов антибиотикорезистентности методом
полимеразной цепной реакции
2.3.5 Определение значимой бактериурии молекулярнобиологическим методом
2.3.6 Определение вагинальных бактерий в образцах мочи методом
количественной мультиплексной ПЦР в реальном времени
2.3.7 Статистический анализ результатов
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Спектр возбудителей инфекций мочевыводящих путей
3.2. Фенотипическая резистентность уропатогенов
3.3. Генетические детерминанты антибиотикорезистентности возбудителей
инфекций мочевыводящих путей
3.4. Разработка способа экспрессанализа мочи на гены беталактамной
резистентности уропатогенных энтеробактерий у женщин
3.5. Определение клинически значимой бактериурии с применением
количественной ПЦР в реальном времени для диагностики пиелонефрита
3.6. Диагностический алгоритм экспрессанализа мочи для выявления
клинически значимой бактериурии и беталактамной резистентности
возбудителей инфекций мочевыводящих путей с применением молекулярно
биологического метода
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ВЫВОДЫ
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕЙ РАЗРАБОТКИ ТЕМЫ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ЛИТЕРАТУРА
Обследуемая группа и дизайн исследования
В исследование включены беременные и небеременные женщины репродуктивного
возраста, которые наблюдались акушеромгинекологом в ФГБНУ «Научноисследовательский
институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта». Всего обследовано 994
женщины, из них 145 с установленным диагнозом ИМП и 849 женщин, у которых
отсутствовали клинические и лабораторные признаки ИМП.
Диссертационная работа выполнена в два этапа.
На первом этапе был проведен анализ первичных проб мочи и выделенных штаммов
уропатогенов с целью определения спектра уропатогенов, профилей и детерминант
антибиотикорезистентности. На данном этапе были использованы штаммы уропатогенов,
выделенные из мочи пациенток дородовых отделений НИИАГиР им. Д.О. Отта с диагнозом
ИМП при рутинном бактериологическом исследовании мочи, а также первичные пробы мочи
от этих женщин. Критериями включения явились: репродуктивный возраст пациенток, наличие
клинической картины одной из нижеперечисленных внебольничных инфекций мочевыводящих
путей (острый цистит, обострение рецидивирующего цистита, острый пиелонефрит, обострение
хроническогопиелонефрита,бессимптомнаябактериурия),выделениеуропатогенав
диагностически значимом титре (≥ 10 при цистите, ≥ 10 при пиелонефрите и ≥10 КОЕ/мл при
бессимптомной бактериурии). Критериями исключения служили: указание в анамнезе на
госпитализацию в стационар любого профиля по любому показанию в течение последних 3х
месяцев до развития настоящего эпизода инфекции и терапия антибактериальными
препаратами в течение ≥24 часов до момента получения мочи для бактериологического
исследования.
Штаммы уропатогенов и первичные пробы мочи были получены от 145 женщин
репродуктивного возраста с установленными ИМП: 86 беременных женщин в возрасте от 19 до
47 лет (медиана 31 год) и 59 небеременных женщин в возрасте от 21 до 50 лет (медиана 32
года). Группы беременных и небеременных не различались по возрасту (Р=0,302). Среди
нозологических вариантов внебольничных ИМП доля бессимптомной бактериурии составила
32%, цистита – 33%, пиелонефрита – 35%.
На втором этапе проводили анализ первичных проб мочи с целью разработки
молекулярныхкритериевзначимойбактериурии,т.е.критериев,полученныхпри
использовании метода количественной ПЦР. Всего обследован 967 женщин. Для определения
клинически значимых концентраций ДНК бактерий был использован ROCанализ (ROC –
receiver operating characteristic). В качестве референтных отрицательных образцов использовали
пробы мочи (n=849), полученные от пациенток дородовых отделений НИИАГиР им. Д.О. Отта
для рутинного бактериологического исследования, у которых отсутствовали клинические и
лабораторные признаки ИМП. Возраст этих пациенток варьировал от 17 до 49 лет (медиана 31
год). В качестве референтных положительных образцов использовали 118 первых проб мочи,
включенных в исследование на первом этапе, в которых были обнаружены значимые
количества микроорганизмов.
Материалы и методы исследования
Клиническим материалом для исследования служила средняя порция утренней свободно
выпущенной мочи.
Культуральноеисследование.Бактериологическоеисследованиеклинического
материала проводилось с использованием универсальной питательной среды (кровяного агара)
с определением числа микробных клеток в 1 мл мочи. Идентификацию выделенных
микроорганизмов до вида осуществляли с применением массcпектрометрического анализа с
использованием времяпролетной массспектрометрии (MALDITOF MS, BRUKER Daltonics,
Германия).
Определение чувствительности к антибактериальным препаратам (АБП) проводили
дискодиффузионным методом в соответствии с требованиями Европейского комитета по
определению чувствительности к АМП. Внутренний контроль качества определения
чувствительности осуществляли с использованием контрольного штамма E. coli ATCC 25922.
Интерпретацию результатов тестирования проводили согласно критериям EUCAST версия 10.0
(The European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing).
Все изоляты энтеробактерий, у которых была выявлена резистентность (категория
умереннорезистентный или резистентный) к одному из тестируемых цефалоспоринов были
протестированы на выявление БЛРС методом «двойных дисков» с использованием набора
дисков производства ФБУН «НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера» (Санкт
Петербург).
Метод амплификации нуклеиновых кислот. Экстракцию ДНК из клинического
материала проводили с использованием набора «РИБОсорб» (ФБУН «Центральный НИИ
эпидемиологии» Роспотребнадзора), экстракцию ДНК из культур микроорганизмов проводили
с помощью набора РИБОпреп (ФБУН «ЦНИИ эпидемиологии», Москва).
Выявление генов БЛРС группы CTXM, генов карбапенемаз KPC и OXA48, и металло
беталактамаз проводили методом ПЦР в реальном времени с использованием тестов
АмплиСенс ESBL CTXMFL, АмплиСенс MDR KPC/OXA48FL и АмплиСенс MDR MBLFL
(ФБУН«ЦентральныйНИИэпидемиологии»Роспотребнадзора),соответственно,в
амплификаторе «RotorGene 6000». Определение генов беталактамаз групп AmpC (MOX,
CMY, LAT, BIL, DHA, ACC, MIR, ACT, FOX), TEM, SHV, OXA проводили методом ПЦР с
электрофоретическойдетекциейсиспользованиемопубликованныхпраймеров,
чувствительность и специфичность которых была оценена с использованием целого ряда
лабораторных и клинических штаммов уропатогенов. Праймеры были синтезированы в ЗАО
Евроген (Москва).
Образцы мочи анализировали методом количественной мультиплексной ПЦР в реальном
времени с применением наборов реагентов «АмплиСенс» серии «ИМП» (ФБУН «ЦНИИ
эпидемиологии», Москва), предназначенных для оценки содержания общей бактериальной
ДНК, ДНК Enterobacteriaceae, ДНК E. coli, ДНК Klebsiella pneumoniae, ДНК Proteus spp., ДНК
Staphylococcus saprophyticus, ДНК Pseudomonas aeruginosa, ДНК Staphylococcus spp., ДНК
Streptococcus spp. и ДНК Enterococcus spp. Концентрацию ДНК бактерий рассчитывали в ГЭ
(геномных эквивалентах) в 1 мл мочи.
Статистический анализ результатов. Для анализа различий между частотными
показателями использовали точный критерий Фишера (если сравнивались две переменные и
какоелибо число в таблице сопряжения было меньше 5) или критерий хиквадрат Пирсона (в
остальных случаях). Анализ различий между количественными показателями производили
путем расчета критерия МаннаУитни. Для определения клинически значимых концентраций
ДНК бактерий использовали ROCанализ (ROC – receiver operating characteristic). Клинически
значимой считали концентрацию ДНК в координате ROCкривой, соответствующей
оптимальному пороговому значению, которое определяли по максимальному значению индекса
Юдена (рассчитывается по сумме чувствительности и специфичности в каждой координате
ROCкривой). Диагностические характеристики теста на выявление генов беталактамаз для
определения резистентности Enterobacteriaceae к беталактамным антибиотикам определяли с
помощью таблицы сопряженности 2 × 2. Статистический анализ результатов осуществляли с
использованием статистического пакета AnalyseItfor Microsoft Excel 5.11 (Analyseit Software,
Leeds, UK). Во всех случаях различия считались статистически значимыми при значении p
<0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Спектр возбудителей инфекций мочевыводящих путей
Всего было проанализировано 145 штаммов бактерий. Структура возбудителей ИМП,
выделенных от женщин репродуктивного возраста представлена на рис. 1. Энтеробактерии
составили в общей сложности 81% от всех выделенных уропатогенов. E. coli являлась самым
частым возбудителем ИМП и была выделена у 66% женщин. Частота выделения Klebsiella spp.
составила 12%, в 3% случаев были выделены другие представители энтеробактерий (Proteus
spp, Enterobacter aerogenes и Morganella morganii). Кроме энтеробактерий были выделены S.
agalactiae (6%), Enterococcus spp. (8%), S. saprophyticus (4%) и в 1% случаев S. oralis.
Рис. 1 Структура возбудителей внебольничных ИМП, выделенных у женщин
репродуктивного возраста
Фенотипическая резистентность уропатогенов
В связи с доминированием E. сoli и других энтеробактерий в этиологической структуре
ИМП, наибольший практический интерес представляют данные по чувствительности
выделенных возбудителей порядка Enterobacterales (рис.2). Наибольшей активностью обладали
меропенем (100%), фосфомицин (99%), нитрофурантоин (99%) и гентамицин (95%).
Чувствительность к различным цефалоспоринам варьировала в диапазоне 79,084,0%.
Наименьшуюinvitroактивностьпродемонстрировалиампициллин(56,0%)и
амоксициллин/клавуланат (72,0%). Чувствительность к ципрофлоксацину и офлоксацину
составила 79,0% и 77,0% соответственно, к триметоприму/сульфаметоксазолу – 80,0 %.
100%5%1%1%0
90%16% 21% 21% 17% 17% 21% 23% 20%
80%
28%
44%
70%
60%
50%95% 99% 99% 100%
40%84% 79% 79% 83% 83% 79% 77% 80%
30%
72%
56%
20%
10%
0%
ЧувствительныеРезистентные
Рис. 2 Чувствительность изолятов порядка Enterobacterales, выделенных от
женщин репродуктивного возраста
В отношении других возбудителей ИМП (Staphylococcus spp., Enterococcus spp., S.
agalactiae, S. oralis), выделенных в нашем исследовании, не было выявлено ни одного штамма,
резистентного к тестируемым АБП. Таким образом, чувствительность этих микроорганизмов ко
всем АБП составила 100%.
Изоляты энтеробактерий, у которых была выявлена резистентность (категория
умереннорезистентный или резистентный) к одному из цефалоспоринов (цефотаксим,
цефтазидим, цефтриаксон, цефподоксим) были протестированы на выявление продукции БЛРС
фенотипическим методом. Было выявлено 15 (13,0%) штаммов (12 штаммов E. coli (12,0%) и 3
штамма Klebsiella spp. (16,7%)), продуцирующих БЛРС. При этом в группе беременных было
обнаружено 6 штаммов уропатогенной E. coli и 2 штамма Klebsiella spp, продуцирующих БЛРС;
в группе небеременных женщин – 6 штаммов E. coli и 1 штамм Klebsiella spp соответственно.
Статистических различий в показателях резистентности и продукции БЛРС среди беременных
женщин и небеременных женщин не выявлено.
Генетические детерминанты антибиотикорезистентности возбудителей
инфекций мочевыводящих путей
Для выявления генетических детерминант резистентности к АБП, наиболее часто
применяемым для лечения ИМП (ингибиторозащищенные пенициллины, цефалоспорины
широкого спектра) и препаратам группы карбапенемов, было проведено тестирование 116
первичных проб мочи и изолятов Enterobacterales, выделенных из этих проб. Генетические
детерминантырезистентности,обусловленныеналичиемТЕМбеталактамаз,были
обнаружены в 31 изоляте уропатогенов (26,7%), SHV – в 17 изолятах (14,6%), СТХМ типа – в
15 изолятах (12,9%), гена DHA – в 2 (1,7%). Остальные генетические детерминанты
резистентности (MOX, CMY, LAT, BIL, ACC, MIR, ACT, FOX, группа KPC, группа OXA
подобных, VIM, IMP, NDM) не были обнаружены ни в одном изоляте Enterobacterales.
Все первичные пробы мочи, из которых были выделены уропатогены, с применением
метода ПЦР, были также протестированы на гены беталактамаз. Гены беталактамаз СТХМ
типа, TEM, SHV и DHA, обнаруженные в изолятах уропатогенов, были также обнаружены в
пробах мочи, из которых они были выделены. Все остальные беталактамазы не были
обнаружены ни в изолятах Enterobacterales ни в первичных пробах мочи. Таким образом,
совпадение результатов составило 100% (табл.1).
Таблица 1
Обнаружение генетических детерминант антибиотикорезистентности возбудителей
ИМП в изолятах уропатогенов и в первичных пробах мочи
ГенетическиеИзолятыПервичные Количество
детерминантыуропатогенов пробы мочипроб, %
резистентности
СТХМ++15 (12,9%)
0
ТЕМ++31 (26,7%)
0
SHV++17 (14,6%)
0
DHA++2 (1,7%)
0
MOX, CMY, LAT, BIL, ACC, MIR, ACT, FOX,0
KPC, OXAподобные, VIM, IMP, NDM
Далеенамибылопроведеносравнениефенотипа(результатфенотипической
резистентности)игенотипа(наличиегеноврезистентности)длякаждогоизолята
Enterobacterales. Результаты представлены в таблице. 2
Таблица 2
Сравнение фенотипической резистентности и обнаружения генетических детерминант
резистентности уропатогенных энтеробактерий
Сравнение резистентных фенотипов и генотипов уропатогенных энтеробактерий
УропатогенРезистентный фенотипРезистентный генотипВсего
Амоксициллин/ ЦефалоспориныCTXM TEM DHAштаммов
клавуланатширокого спектра
E. coli-----58
E. coli---+-9
E. coli+----1
E. coli+---+1
E. coli+--+-13
E. coli-++--1
E. coli+++--5
E. coli++++-6
E. coli++--+1
E. coli++-+-1
K. pneumoniae-----15
K. pneumoniae++++-2
K. oxytoca+++--1
Proteus spp.-----2
В 75 случаях были выделены уропатогены, чувствительные ко всем тестируемым бета
лактамным антибиотикам. Среди этих штаммов гены резистентности обнаружены не были. У 9
штаммов E. coli, чувствительных ко всем тестируемым антибиотикам, был обнаружен ген бета
лактамазыТЕМ.Фенотипическирезистентностькамоксициллину/клавуланатуи/или
цефалоспоринам широкого спектра действия была выявлена у 32 изолятов – 29 E. coli, 2 K.
pneumoniae и 1 K. oxytoca. В 31 из этих изолятов были выявлены гены исследуемых типов бета
лактамаз (CTXM, TEM, DHA) по отдельности или в сочетаниях и в одном случае не был
обнаружен ни один из исследуемых генов.
Разработка теста для экспресс-анализа мочи на гены бета-лактамной
резистентности уропатогенных энтеробактерий у женщин
В связи с тем, что беталактамные антибиотики являются основными препаратами для
лечения пиелонефрита (особенно во время беременности), а распространенность детерминант
резистентности к ним среди энтеробактерий высока, одной из задач нашего исследования было
разработать ПЦРанализ мочи на гены беталактамной резистентности уропатогенных
энтеробактерий у женщин репродуктивного возраста.
Фенотипически резистентность к амоксициллину/клавуланату и/или цефалоспоринам
широкого спектра действия была выявлена у 32 изолятов – 28 E. coli, 2 K. pneumoniae и 1 K.
oxytoca. В 31 из этих изолятов были выявлены гены исследуемых типов беталактамаз (CTXM,
TEM, DHA) по отдельности или в сочетаниях. Для того, чтобы оценить, насколько точно
наличие данных генов резистентности может предсказывать фенотипическую резистентность к
БЛА мы сравнили результаты определения генотипа и фенотипа резистентности и рассчитали
диагностическиехарактеристикипредлагаемогоподхода,т.е.чувствительность,
специфичность, прогностическую значимость положительных и отрицательных результатов
(табл. 3).
Из 32 штаммов с фенотипом резистентности к беталактамам в 31 были обнаружены
гены резистентности (как минимум один из генов CTXM, TEM, DHA), и чувствительность,
таким образом, составила 97%.
В 9 штаммах были обнаружены гены резистентности, но при этом фенотипически они
были чувствительны к беталактамам. Таким образом, специфичность составила 89%.
Из 40 штаммов, содержащих гены резистентности, 31 проявили резистентный фенотип к
беталактамам, и прогностическая значимость положительных результатов составила 78%.
Прогностическая значимость отрицательных результатов была очень высокой (99%): из
76 штаммов, в которых генов резистентности не выявлялись, 75 не имели резистентного
фенотипа.
Таблица 3
Диагностические характеристики теста на присутствие генов бета-лактамаз для
определения фенотипической резистентности уропатогенных энтеробактерий к
амоксициллину/клавуланату и/или цефалоспоринам широкого спектра
Фенотипическаярезистентностьк
Гены беталактамазамоксициллину/клавуланату и/или цефалоспоринам
CTXM и/или TEM и/или DHAширокого спектра
ЕстьНетВсего
Есть31940
Нет17576
Всего3284116
Чувствительность97% (31 из 32)
Специфичность89% (75 из 84)
Прогностическая значимость положительных78% (31 из 40)
результатов
Прогностическая значимость отрицательных99% (75 из 76)
результатов
Определение клинически значимой бактериурии с применением количественной
ПЦР в реальном времени
Основной клинической проблемой является лечение пиелонефрита, особенно у
беременных женщин, поэтому были разработаны молекулярные критерии клинически
значимого количества ДНК уропатогенных энтеробактерий при выявлении бактериурии ≥104
КОЕ/мл. Всего было протестировано 967 проб мочи, полученных от пациенток дородовых
отделений НИИАГиР им. Д.О. Отта для рутинного бактериологического исследования. Из них
118 проб от пациенток с ИМП и 849 – от пациенток без ИМП и без значимой бактериурии.
Пороговые значения концентрации общей ДНК бактерий, ДНК Enterobacteriaceae и
отдельных групп бактерий, определенные методом ROCанализа, составили ≥1×106, ≥5×105 и
≥1×105 ГЭ/мл соответственно (табл.4). Показатели чувствительности и специфичности
выявления ДНК энтеробактерий методом количественной ПЦР в реальном времени позволяют
выявить бактериурию, значимую при пиелонефрите (≥104 КОЕ/мл), с чувствительностью 99% и
специфичностью99,5%.Показателичувствительностииспецифичностивыявления
бактериурии ≥104 КОЕ/мл с применением количественной ПЦР в реальном времени для
большинства видов / групп бактерий составили от 97,9 до 100%.Чувствительность и
специфичность методики в целом, т. е. выявление всех определяемых бактерий/групп бактерий
с использованием установленных для них порогов, составили 98,2% и 97 % соответственно.
Таблица 4
Чувствительность и специфичность выявления клинически значимой бактериурии ≥104
КОЕ/мл с применением количественной ПЦР в реальном времени
Параметры бактериурииПлощадьОптимальныйЧувствительСпецифичность,
под ROCпорогность, %%
кривой(ГЭ/мл)
Энтеробактерии0,999≥5×10599,099,5
≥104 КОЕ/мл
Escherichia coli ≥104 КОЕ/мл0,999≥1×10598,797,9
Klebsiella pneumoniae ≥1041,000≥1×105100100
КОЕ/мл
Proteus spp. ≥104 КОЕ/мл1,000≥1×105100100
Enterococcus spp. ≥104 КОЕ/мл0,997≥1×10590,099,7
Streptococcus spp. ≥104 КОЕ/мл0,999≥1×10510099,6
Staphylococcus saprophyticus1,000≥1×105100100
≥104 КОЕ/мл
Staphylococcus spp. ≥1040,997≥1×10510099,5
КОЕ/мл
Все определяемые98,297,0
виды/группы бактерий
Диагностический алгоритм экспресс-анализа мочи для выявления клинически
значимой бактериурии и бета-лактамной резистентности возбудителей инфекций
мочевыводящих путей с применением молекулярно-биологического метода
Нами разработан алгоритм быстрого молекулярнобиологического анализа первичного
клинического материала (мочи) на ДНК патогенных микроорганизмов и гены беталактамной
резистентности уропатогенных энтеробактерий у женщин с применением молекулярно
биологического метода. Особую практическую значимость данный алгоритм будет иметь при
ведении беременных женщин с инфекциями верхних отделов мочевыводящих путей
(пиелонефрит) ввиду того, что выбор антибиотиков при данной патологии у беременных
женщин ограничен беталактамными антибиотиками, а распространенность детерминант
резистентности к ним среди энтеробактерий высока.
Рис. 3. Диагностический алгоритм экспресс-анализа мочи для выявления
клинически значимой бактериурии бета-лактамной резистентности возбудителей ИМП с
применением молекулярно-биологического метода у женщин репродуктивного возраста
Для выявления этиологического агента и наличия генов резистентности пробу мочи,
полученную от женщины с клиниколабораторными признаками инфекции верхних отделов
мочевыводящих путей (пиелонефрита), направляют на исследование методом ПЦР. В случае
обнаружения ДНК энтеробактерий в количестве менее 5х105 ГЭ/мл рекомендуется назначение
эмпирической терапии. В этом случае уропатогеном являются не энтеробактерии, а другие
микроорганизмы, как правило, представители грамположительной микрофлоры, в большинстве
случаев чувствительные к БЛА.
В случае обнаружения ДНК энтеробактерий в количестве равном или превышающем
5х105 ГЭ/мл проводят последующий ПЦРанализ той же пробы ДНК на гены беталактамаз
CTXM, TEM и DHA. В зависимости от результата теста можно сделать предположение об
эффективности беталактамных антибиотиков:
1. Гены беталактамаз CTXM, TEM и DHA не обнаружены – с большой долей
вероятности лечение амоксициллином/клавулановой кислотой и цефалоспоринами будет
эффективным;
2. Обнаружены гены беталактамаз CTXM и/или TEM и/или DHA – с большой долей
вероятности лечение амоксициллином/клавулановой кислотой и цефалоспоринами будет
неэффективным.
Необходимо отметить, что в задачи данного исследования не входила разработка
мультиплексного теста для выявления уропатогенных энтеробактерий и значимых генов
резистентности «в одной ПЦР пробирке», так как разработка такого теста и его валидация
заслуживают отдельной работы. Однако, даже с учетом того, что для молекулярно
биологического исследования проб мочи мы использовали несколько тестов (разработанных
другими авторами), продолжительность анализа варьировала в диапазоне 33,5 ч, что
несопоставимо ниже продолжительности культурального исследования (4872 часа). В данной
работе мы планировали концептуальную разработку подхода к молекулярнобиологическому
анализу первичных проб мочи с целью быстрого выявления значимой бактериурии и
детерминант антибиотикорезистентности, значимых в обследуемой популяции. Это определило
структуру данной работы: 1) мы охарактеризовали спектр возбудителей ИМП в обследуемой
популяции, 2) проанализировали их чувствительность к антимикробным препаратам и показали
высокую частоту беталактамной резистентности среди энтеробактерий (в отсутствие проблемы
резистентности других уропатогенов к стандартно назначаемым препаратам), 3) определили
детерминанты резистентности, наиболее точно предсказывающие резистентные фенотипы
выделенных штаммов, 4) показали, что первичные пробы мочи и выделенные из них штаммы
уропатогенов содержат одни и те же гены резистентности.
Таким образом, разработка количественных критериев значимости выявленной ДНК
уропатогенов с применением количественной ПЦР в реальном времени и определение набора
наиболее точных генетических маркеров беталактамной резистентности уропатогенных
энтеробактерий позволили нам разработать алгоритм быстрой оценки значимой бактериурии и
беталактамной резистентности энтеробактерий, имеющий потенциал важного клинического
приложения при ведении беременных женщин с инфекциями верхних отделов мочевыводящих
путей. Внедрение данного алгоритма в клиническую практику будет способствовать как
улучшению клинических исходов, так и сдерживанию растущей антибиотикорезистентности.
ВЫВОДЫ
1.Наибольшей in vitro активностью в отношении представителей порядка
Enterobacterales обладают фосфомицин (99%), нитрофурантоин (99%), меропенем (100%).
Чувствительность к различным цефалоспоринам варьирует в диапазоне 7984%. Наименьшую
in vitro активность (доля чувствительных микроорганизмов 80% и ниже) проявляют
ампициллин, амоксициллин/клавуланат, триметоприм/сульфаметоксазол. Чувствительность к
ципрофлоксацину и офлоксацину составляет 79% и 77%, соответственно. В отношении
Escherichiacoli,какосновногоуропатогена,максимальнойактивностьюобладают
нитрофурантоин (100%), фосфомицин (99%), меропенем (100%). Чувствительность к разным
цефалоспоринам варьирует в диапазоне 8285%. Наименее активны in vitro (доля
чувствительных микроорганизмов 80% и ниже) ампициллин, амоксициллин/клавуланат и
триметоприм/сульфаметоксазол. Чувствительность E. coli к ципрофлоксацину и офлоксацину
составляет 77% и 75%, соответственно.
2.Гены беталактамаз СТХМ типа выявлены в 15 случаях (13%) бактериурии,
обусловленной энтеробактериями, ТЕМ – в 31 случае (26,7%), SHV – в 17 случаях (14,6%),
DHA – в 2 случаях (1,7%). Гены беталактамаз MOX, CMY, LAT, BIL, ACC, MIR, ACT, FOX,
OXA1, KPC, OXA48, VIM, IMP, NDM не обнаружены ни в одной исследуемой пробе.
Совпадение результатов тестирования первичных проб мочи и выделенных изолятов
уропатогенов на наличие генов беталактамаз составляет 100%.
3.Выявление генов беталактамаз CTXM и/или TEM и/или DHA предсказывает
фенотипическую резистентность к беталактамным антибиотикам (амоксициллину/клавуланату
и/или цефалоспоринам широкого спектра) с чувствительностью 97% и специфичностью 89%,
прогностическойзначимостьюположительныхрезультатов78%ипрогностической
значимостью отрицательных результатов 99%.
4.Анализ первичных проб мочи на ДНК энтеробактерий методом количественной
ПЦР в реальном времени позволяет выявить бактериурию, значимую при пиелонефрите (≥104
КОЕ/мл), с чувствительностью 99% и специфичностью 99,5%. Для остальных видов/групп
бактерий показатели чувствительности и специфичности значимой бактериурии ≥104 КОЕ/мл
варьируют от 99% до 100%. В целом, чувствительность и специфичность анализа первичных
проб мочи для выявления всех уропатогенных бактерий/групп бактерий с порогом ≥104 КОЕ/мл
составила 98% и 97%, соответственно.
5.Внедрение диагностического алгоритма экспрессанализа мочи с применением
молекулярнобиологического метода для выявления клинически значимой бактериурии и генов
беталактамаз возбудителей инфекций мочевыводящих путей позволит существенно сократить
время исследования и повысить эффективность терапии за счет использования этиотропных
препаратов с учетом чувствительности к ним выявленных возбудителей.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
Специалистам клинической лабораторной диагностики, врачам акушерамгинекологам,
урологам многопрофильных медицинских учреждений, оказывающим специализированную
медицинскую помощь женщинам репродуктивного возраста:
1.Молекулярнобиологический тест на основе ПЦР в режиме реального времени,
предназначенныйдляколичественногоопределенияДНКвозбудителейинфекций
мочевыводящихпутей,рекомендуетсявкачествевысокочувствительной(98%)и
высокоспецифичной (97%) альтернативы традиционным бактериологическим исследованиям.
2.Экспрессанализ первичных проб мочи на гены беталактамной резистентности
уропатогенных энтеробактерий на основе ПЦРанализа рекомендуется для быстрой оценки
антибиотикорезистентности бактерий, так как позволяет существенно сократить время
исследования и повысить эффективность терапии.
3.Предложенный диагностический алгоритм экспрессанализа мочи с применением
молекулярнобиологического метода рекомендуется при ведении беременных женщин с
инфекциями верхних отделов мочевыводящих путей ввиду того, что выбор препаратов для
лечения данной патологии у беременных женщин ограничен беталактамными антибиотиками.
4.Ввиду возрастающей и существенно варьирующей в разных регионах и
популяциях резистентности уропатогенных энтеробактерий к антибактериальным препаратам
рекомендуетсяпроведениерегулярноголокальногомониторингафенотипическойи
генотипической резистентности уропатогенов с целью актуализации эмпирических схем
терапии.
ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕЙ РАЗРАБОТКИ ТЕМЫ
Необходимодальнейшеепроведениерегулярноголокальногомониторинга
фенотипической и генотипической резистентности уропатогенов с целью актуализации
эмпирических схем терапии. Применение новых молекулярных тестов, направленных на
быстрое выявление возбудителя ИМП и прогнозирование эффективности АБП при лечении
этих инфекций, будет способствовать как улучшению клинических исходов, так и сдерживанию
растущей антибиотикорезистентности.
Актуальность исследования
В диагностику инфекционных заболеваний активно внедряются методы
амплификации нуклеиновых кислот [33, 55, 72, 79, 115]. Новые методы
диагностики, направленные на быструю и точную идентификацию возбудителей
инфекций и определение их чувствительности к антибактериальным препаратам
(АБП), обладающие высокой чувствительностью и специфичностью, имеют
важное значение для диагностики и лечения инфекций.
Инфекции мочевыводящих путей (ИМП) являются одними из самых
распространенных инфекционных заболеваний во всем мире. В России
распространенность ИМП составляет порядка 1000 случаев на 100000 населения
[9]. Риск развития ИМП зависит от пола, возраста пациента, наличия
сопутствующих заболеваний и патологии мочевыводящих путей. ИМП
регистрируется значительно чаще у женщин, чем у мужчин. В течение жизни до
60% женщин сталкиваются хотя бы с одним эпизодом ИМП. У каждой
четвертой пациентки в течение года ИМП рецидивирует [83]. Особую группу
составляют беременные женщины, у которых ИМП нередко осложняют течение
беременности, родов, послеродового периода, а также влияют на состояние
плода и здоровье новорожденного [10, 53, 113].
В подавляющем большинстве случаев возбудителями ИМП являются
грамотрицательные патогены, в основном представители семейства
Enterobacteriaceae, главным образом, Escherichia coli и Klebsiella spp.
Значительно реже ИМП могут вызываться грамположительными бактериями,
такими как Staphylococcus spp. (главным образом, Staphylococcus saprophyticus) и
Enterococcus spp. [50].
Клиниколабораторная диагностика ИМП основывается на данных
клинического обследования и результатах лабораторных исследований. В
настоящее время культуральное исследование мочи является основным методом
диагностики ИМП, выполняемым в бактериологической лаборатории для
выделения и идентификации уропатогена, а также определения
чувствительности к АБП [2]. Этот анализ обычно занимает 4872 часа.
Внедрение автоматизированных систем ALFRED 60 AST (Alifax, Италия), BD
Phoenix (Becton Dickinson, США), VITEK2 (BioMerieux, Франция) и MicroScan
(Beckman, США) значительно повышает эффективность лабораторных
исследований и сокращает время получение результата [94, 108].
Основным методом лечения ИМП является антибактериальная терапия,
которая направлена на специфическое подавляющее действие против основных
возбудителей мочевой инфекции [1, 29]. Лечение ИМП начинается, как правило,
эмпирически, до получения результатов бактериологического исследования
мочи, с последующим направленным применением антибиотиков.
В последние годы отмечается устойчивая тенденция к повышению
резистентности возбудителей ИМП к антибактериальным препаратам (АБП),
традиционно применяемым в терапии этих инфекций, что может приводить к
неблагоприятным клиническим исходам, ввиду неэффективности применяемого
антибиотика [13, 85, 91]. Увеличение числа резистентных штаммов
микроорганизмов к беталактамным антибиотикам (БЛА) в первую очередь
обусловлено продукцией ферментов беталактамаз, особенно беталактамаз
расширенного спектра действия (БЛРС), которая является одним из наиболее
важных и клинически значимых механизмов устойчивости [92, 95]. По
результатам исследований «ДАРМИС», проведенных в 20102011 и 2018 годах,
среди взрослой популяции был отмечен статистически значимый рост доли
штаммов, продуцирующих БЛРС, с 8,5% до 27,0% [13]. В связи с ростом БЛРС
продуцирующих энтеробактерий, широкое применение получают карбапенемы.
Важной угрозой, которая требует пристального внимания, является появление
устойчивости к карбапенемам у энтеробактерий, опосредованной металлбета
лактамазами [92, 95].
К числу основных путей сдерживания растущей резистентности к АБП
относятся быстрая этиологическая диагностика, регулярный мониторинг
антибиотикорезистентности и ограничение использования эмпирической
антибиотикотерапии в пользу этиотропной терапии с учетом профиля
антибиотикорезистентности возбудителя. Это также чрезвычайно важно в
контексте утвержденного плана по реализации Стратегии предупреждения
распространения антимикробной резистентности, которая включает в себя
проведение научных исследований, результаты которых позволят
оптимизировать использование антибактериальных препаратов [4].
Своевременная и точная идентификация и определение чувствительности
к уропатогенов АБП имеет ключевое значение для лечения ИМП, особенно в
современных условиях неуклонного повышения уровня резистентности к
антибиотикам [13, 85, 91]. Возможность новых диагностических тестов работать
непосредственно с образцами мочи без ущерба для чувствительности и
специфичности по сравнению со стандартными методами диагностики имеет
первостепенное значение, так как первоначальный культуральный метод
исследования мочи является наиболее трудоемким этапом диагностической
работы. Разработка и внедрение новых методик на основе количественного
анализа ДНК возбудителей ИМП в моче, обладающих высокой
чувствительностью и специфичностью, позволит сократить сроки выявления
этиологического агента. Выявление генетических детерминант
антибиотикорезистентности непосредственно из проб мочи с использованием
методов амплификации нуклеиновых кислот является актуальной клинической и
эпидемиологической задачей и будет способствовать своевременному и
правильному назначению антибиотикотерапии и, в конечном итоге,
сдерживанию растущей антибиотикорезистентности.
Степень разработанности темы исследования
Развитие не зависящих от этапа культивирования бактерий молекулярных
технологий, в первую очередь диагностики на основе полимеразной цепной
реакции (ПЦР), произвело революцию в диагностике инфекционных
заболеваний. Разработанные молекулярные тесты оказались эффективными для
идентификации патогенов и потенциальных генов резистентности, но еще
остаются проблемы с их использованием в диагностике ИМП. Предложенные
исследователями ПЦРтесты для выявления возбудителей ИМП предоставляют
только качественные данные, указывающие на присутствие уропатогенов, но не
на их концентрацию [58, 116]. Однако при диагностике ИМП важное значение
имеет количественное определение уропатогенов в образце мочи для принятия
клинических решений и отличия истинной инфекции от контаминации.
Выявление генетических детерминант антибиотикорезистентности
непосредственно в клиническом материале (первичных пробах мочи) с помощью
быстрых молекулярных методов позволило бы не только повысить
эффективность ведения пациентов с ИМП, но также, за счет снижения
использования эмпирической терапии, понизить темпы роста
антибиотикорезистентности микроорганизмов. На протяжении последних лет
ведутся активные поиски молекулярных мишеней, выявление которых с высокой
точностью предсказывало бы резистентный фенотип, и в этой области уже
достигнут определенный прогресс [39, 55, 79]. Однако препятствиями к
успешному решению этой задачи являются сложность и разнообразие
механизмов антибиотикорезистентности у грамотрицательных бактерий, к числу
которых относится большинство уропатогенов, а также случаи несоответствия
генотипа и фенотипа.
Разработка и внедрение быстрых и точных методов выявления
возбудителей ИМП и определения их профилей резистентности, которые дадут
возможность своевременной диагностики и лечения ИМП послужили
основанием для выполнения данного исследования.
Цель исследования. Определить профили и генетические детерминанты
антибиотикорезистентности возбудителей инфекций мочевыводящих путей у
женщин репродуктивного возраста и разработать способ экспрессанализа мочи
на гены беталактамной резистентности уропатогенных энтеробактерий с
применением молекулярнобиологического метода
Задачи исследования
1. Определить показатели антибиотикорезистентности уропатогенов и
прoдукции бeтaлaктaмаз рaсширеннoгo спектра с применением диско
диффузионного метода в популяции женщин репродуктивного возраста с
внебольничными инфекциями мочевыводящих путей в СанктПетербурге;
2. Оценить частоту генов различных беталактамаз в изолятах
уропатогенных энтеробактерий и первичных пробах мочи;
3. Разработать способ экспрессанализа мочи на гены беталактамной
резистентности уропатогенных бактерий и определить чувствительность,
специфичность, прогностическую значимость положительных и отрицательных
результатов по сравнению с результатами фенотипического (диско
диффузионного) метода;
4. Разработать критерии клинически значимой бактериурии при анализе
первичных проб мочи методом количественной ПЦР в реальном времени для
диагностики пиелонефрита;
5. На основе молекулярнобиологического метода разработать
диагностический алгоритм экспрессанализа мочи для выявления клинически
значимой бактериурии и беталактамной резистентности возбудителей инфекций
мочевыводящих путей
Научная новизна. Определена чувствительность уропатогенов к основным
антибактериальным препаратам, используемым для лечения ИМП
(аминопенициллины, цефалоспорины, карбапенемы, фторхинолоны,
фосфомицин, нитрофурантоин) в популяции женщин репродуктивного возраста
с внебольничными инфекциями мочевыводящих путей в СанктПетербурге.
Впервые определена частота генов целого ряда беталактамаз
уропатогенных энтеробактерий в популяции женщин репродуктивного возраста
с внебольничными инфекциями мочевыводящих путей в СанктПетербурге.
Впервые разработаны критерии клинически значимого количества ДНК
энтеробактерий для диагностики пиелонефрита, выявляемые при ПЦР
исследовании первичных проб мочи. По сравнению с количественным
культуральным исследованием мочи чувствительность и специфичность данного
ПЦРанализа составили 99% и 99,5%, соответственно.
Впервые предложен способ экспрессанализа мочи на гены беталактамаз
для определения фенотипической резистентности уропатогенных
энтеробактерий к амоксициллину/клавуланату и/или цефалоспоринам широкого
спектра чувствительность и специфичность которого составили 97% и 89%,
соответственно (получен патент на изобретение № 2738854 «Способ экспресс
анализа мочи на гены беталактамной резистентности уропатогенных бактерий у
беременных женщин с пиелонефритом» (заявка №202012191014 (037563) от
26.06.2020).
Впервые разработан диагностический алгоритм ПЦРанализа проб мочи,
направленный на быстрое определение клинически значимой бактериурии и
генов беталактамаз уропатогенных энтеробактерий у женщин репродуктивного
возраста
Теоретическая значимость. Получены молекулярноэпидемиологические
данные о распространенности генов беталактамаз среди уропатогенных
энтеробактерий и определяемых ими фенотипах, которые формируют
теоретическую базу для разработки и внедрения быстрых молекулярных тестов
для анализа первичных проб клинического материала (без культивирования) на
генетические детерминанты устойчивости к антибиотикам.
Разработан и теоретически обоснован экспрессанализ мочи на гены бета
лактамной резистентности уропатогенных энтеробактерий, а также предложен
диагностический алгоритм быстрого молекулярнобиологического анализа
первичного клинического материала на ДНК патогенных микроорганизмов и
генетические детерминанты резистентности к антибиотикам, схема построения
которого может быть использована при других инфекционных заболеваниях.
Практическая значимость. Полученные в исследовании данные об
уровне резистентности к антибактериальным препаратам среди внебольничных
штаммов Enterobacterales и частоте определяющих ее генов в популяции женщин
репродуктивного возраста дают возможность объективной оценки
эффективности стандартных схем эмпирической терапии инфекций
мочевыводящих путей, что особенно актуально в акушерской популяции ввиду
ограниченности выбора антибиотиков при беременности.
Проведена разработка критериев количественного определения ДНК
основных уропатогенов для диагностики пиелонефрита с применением
молекулярнобиологического теста, который может использоваться в качестве
высоко чувствительной и специфичной альтернативы классическим
культуральным методам.
Разработанный диагностический алгоритм экспрессанализа мочи для
выявления клинически значимой бактериурии и беталактамной резистентности
возбудителей инфекций мочевыводящих путей с применением молекулярно
биологического метода у женщин репродуктивного возраста позволяет
существенно сократить время исследования и повысить эффективность терапии
за счет использования этиотропных препаратов с учетом чувствительности к ним
выявленных возбудителей.
Положения, выносимые на защиту:
1. Экспрессанализ первичных проб мочи на гены беталактамной
резистентности уропатогенных энтеробактерий на основе ПЦРанализа является
эффективным для быстрой оценки антибиотикорезистентности бактерий
2. Разработанный диагностический алгоритм ПЦРанализа первичных проб
мочи для выявления клинически значимой бактериурии и генетических
детерминант антибиотикорезистентности позволяет существенно сократить
время исследования и своевременно начать эффективную (этиотропную с
учетом антибиотикочувствительности возбудителя) терапию
Методология и методы исследования. Диссертационная работа
выполнялась с соблюдением всех правил научных исследований и строилась на
принципах биоэтики. Для реализации цели исследования и обоснования
основных положений были использованы теоретический анализ современной
научной литературы, лабораторные методы (культуральный метод,
молекулярнобиологические методы), проведен статистический анализ
результатов исследованиях.
Степень достоверности и апробация результатов исследования
Достоверность полученных результатов обеспечена теоретическим
анализом проблемы, репрезентативным объёмом выборок обследованных
пациентов (всего обследовано 994 женщины, из них 145 с установленным
диагнозом ИМП и 849 женщин, у которых отсутствовали клинические и
лабораторные признаки ИМП), достаточным количеством проведенных
лабораторных исследований с использованием современных методов
диагностики (культуральных, молекулярнобиологических). Всего
проанализировано 994 первичные пробы мочи и 145 штаммов уропатогенов.
Полученные в ходе исследования данные обработаны с использованием
современных методов статистического анализа.
Основные положения работы, а также содержание её отдельных этапов
были представлены на VIII Всероссийской научнопрактической конференции с
международным участием «Молекулярная диагностика – 2014» (Москва, 2014);
XXVI Европейском Конгрессе по перинатальной медицине (ECPM 2018) (Санкт
Петербург, 2018); XIII междисциплинарной научнопрактической конференции
«Актуальные вопросы урологии и гинекологии» (СанктПетербург, 2018); II
Национальном Конгрессе «Лабораторные технологии в репродуктивной
медицине и неонатологии: от науки к практике» (Москва, 2020); II
Общероссийской научнопрактической конференции для акушеровгинекологов
«Оттовские чтения» (СанктПетербург, 2020); Всероссийском конгрессе по
медицинской микробиологии, эпидемиологии, клинической микологии и
иммунологии (XXIII Кашкинские чтения) (СанктПетербург, 2020); VII
Общероссийской конференции с международным участием «Перинатальная
медицина: от прегравидарной подготовки к здоровому материнству и детству»
(СанктПетербург, 2021); Научнопрактической конференции с международным
участием «Инфекционный фактор и репродуктивное здоровье» (Санкт
Петербург, 2021).
Результаты исследования внедрены в практику работы лаборатории
клинической микробиологии ФГБНУ «НИИ АГиР им. Д.О.Отта» и отдела
лабораторной диагностики ФГБУ «Всероссийский центр экстренной и
радиационной медицины имени А.М. Никифорова» МЧС России.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ, из них 3
статьи в рецензируемых научных изданиях, входящих в перечень ВАК для
опубликования основных результатов диссертационных исследований, 1
публикация в зарубежном журнале, получен патент на изобретение.
Личное участие автора
Автор диссертационной работы лично участвовала в планировании и
организации научной работы, проведении лабораторных исследований,
обработке, анализе, обобщении, подготовке научных публикаций, текста
диссертации и автореферата.
Структура и объем работы
Материалы диссертации изложены на 116 страницах и включают введение,
обзор литературы, материалы и методы исследования, результаты собственных
исследований, обсуждение результатов, выводы, практические рекомендации и
список литературы. Работа иллюстрирована 18 рисунками и 18 таблицами.
Список литературы состоит из 117 публикаций, из них 22 – отечественных
источника и 95 – зарубежных.
Публикации автора в научных журналах
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!