Механизмы устойчивости к клинически значимым антибиотикам у штаммов бактерий рода Bacillus , выделенных из образцов, полученных из медицинского учреждения

Получены изоляты штаммов бактерий, доминирующих на поверхностях оборудования медицинской лаборатории для отбора анализов крови. Чистые культуры этих бактерий идентифицированы как Bacillus cereus HSA01, Bacillus cereus HSA12, Bacillus cereus HSA03, Bacillus subtilis HSA06, Bacillus amyloliquefaciens HSA09. Определена устойчивость бактерий к ряду β-лактамных антибиотиков и спектиномицину. Все штаммы устойчивы к пенициллину и ампициллину со значением минимальной ингибирующей концентрации (МИК) от 256 до 2048 мкг/мл, а также к антибиотикам цефалоспоринового ряда со значением МИК от 2 до 2048 мкг/мл. Резистентность бактерий к спектиномицину, применяемому у пациентов с аллергией на пенициллины и цефалоспорины, находится в диапазоне МИК от 16 до 256 мкг/мл.
У B. cereus HSA01 устойчивость к ампициллину и цефуроксиму обусловлена работой эффлюкс-насосов, к цефтазидиму обеспечивается действием металло-β-лактамаз (МБЛ), а к пенициллину объясняется работой обеих этих систем. Высокая устойчивость к ампициллину B. cereus HSA12 обеспечивается действием МБЛ, к цефуроксиму – активностью эффлюкса, в то время как резистентность к цефтазидиму сопровождается наличием МБЛ и действием эффлюкс-насосов. У B. cereus HSA03 резистентность к пенициллину, ампициллину, цефепиму и цефтазидиму объясняется активностью эффлюкса, к цефазолину и цефтазидиму обеспечивается действием МБЛ, а к ампициллину и цефтазидиму обусловлена наличием как МБЛ, так и эффлюкса. Устойчивость B. subtilis HSA06 к пенициллину и ампициллину обеспечивает только активность МБЛ. У B. Amyloliquefaciens HSA09 устойчивость к ампициллину объясняется как наличием МБЛ, так и действием эффлюкс-насосов, а к пенициллину обеспечивается только действием эффлюкса.
Таким образом, у исследованной группы бацилл резистентность к пенициллину, ампициллину и ряду производных цефалоспорина обеспечивают, в зависимости от штамма и конкретного антибиотика, металло-β-лактамазы и/или эффлюкс-насосы. Насосы относятся к группе второстепенных транспортеров.

1. Nikaido H. Multidrug resistance in bacteria // Annu. Rev. Biochem. 2009. Vol. 78. P. 119–146.

2. Farrar W.E., Reboli A.C. The genus Bacillus—Medical // The Prokaryotes. Handbook on the biology of bacteria, vol. 4. Bacteria: Firmicutes, Cyanobacteria / Eds. M. Dworkin, S. Falkow, E. Rosenberg, K.-H. Schleifer, and E. Stackebrandt. N.Y.: SpringerVerlag, 2006. P. 609–630.

3. Bianco A., Capozzi L., Monno M.R., Del Sambro L., Manzulli V., Pesole G., Loconsole D., Parisi A. Characterization of Bacillus cereus group isolates from human bacteremia by whole-genome sequencing // Front. Microbiol. 2021. Vol. 11: 599524.

4. Ehling-Schulz M., Koehler T.M., Lereclus D. The Bacillus cereus Group: Bacillus species with pathogenic potential // Gram-positive pathogens. 3rd Ed. / Eds. V.A. Fischetti, R.P. Novick, J.J. Ferretti, D.A. Portnoy, M. Braunstein, and J.I. Rood. Washington: ASM Press, 2019. P. 875–902.

5. Yenikeyev R.R., Tatarinova N.Y., Zakharchuk L.M. Mechanisms of resistance to clinically significant antibiotics of strains of bacteria of the genus Bacillus isolated from samples delivered from the International Space Station // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2020. Vol. 75. N 4. P. 224–230.

6. Janda J.M., Abbot S.L. 16S rRNA gene sequencing for bacterial identification in the diagnostic laboratory: pluses, perils, and pitfalls // J. Clin. Microbiol. 2007. Vol. 45. N 9. P. 2761–2764.

7. Hrabak J., Chudackova E., Walkova R. Matrixassisted laser desorption ionization time- of flight (MALDI-TOF) mass spectrometry for detection of antibiotic resistance mechanisms: from research to routine diagnosis // Clin. Microbiol. Rev. 2013. Vol. 26. N 1. P. 103–114.

8. Ardebili A., Lari A.R., Talebi M. Correlation of ciprofloxacin resistance with the AdeABC efflux system in Acinetobacter baumannii clinical isolates // Ann. Lab. Med. 2014. Vol. 34. N 6. P. 433–438.

9. Aoki N., Ishii Y. , Tateda K., Saga T., Kimura S., Kikuchi Y., Kobayashi T., Tanabe Y., Tsukada H., Gejyo F., Yamaguchi K. Efficacy of calcium-EDTA as an inhibitor for metallo-β-lactamase in a mouse model of Pseudomonas aeruginosa pneumonia // Antimicrob. Agents Chemother. 2010. Vol. 54. N 11. P. 4582–4588.

10. Лазарева А.В., Крыжановская О.А., Бочарова Ю.А., Чеботарь И.В., Маянский Н.А. Распространенность металл-β-лактамаз и эффлюкс-механизмов у карбапенемрезистентных госпитальных штаммов Pseudomonas aeruginosa, выделенных в г. Москве в 2012–2015 гг. // Вестн. РАМН. 2015. Т. 70. № 6. С. 679–683.

11. Li X.Z., Nikaido H. Efflux-mediated drug resistance in bacteria // Drugs. 2004. Vol. 64. N 2. P. 159–204.

12. Bush K. Past and present perspectives on β-lactamases // Antimicrob. Agents Chemother. 2018. Vol. 62. N 10: e01076-18.

13. Timmery S., Hu X., Mahillon J. Characterization of bacilli isolated from the confined environments of the Antarctic Concordia station and the International Space Station // Astrobiology. 2011. Vol. 11. N 4. P. 323–334.

14. Coil D.A., Neches R.Y., Lang J.M., Brown W.E., Severance M., Cavalier D.D., Eisen J.A. Growth of 48 built environment bacterial isolates on board the International Space Station (ISS) // Peer J. 2016. Vol. 4: e1842.

15. Moissl-Eichinger C., Cockell C., Rettberg P. Venturing into new realms? Microorganisms in space // FEMS Microbiol. Rev. 2016. Vol. 40. N 5. P. 722–737.

16. Horneck G., Moeller R., Cadet J., Douki T., Rocco L., Mancinelli R.L., Wayne L., Nicholson W.L., Panitz C., Rabbow E., Rettberg P., Spry A., Stackebrandt E., Vaishampayan P., Venkateswaran K.J. Resistance of bacterial endospores to outer space for planetary protection purposes – Experiment PROTECT of the EXPOSE-E Mission // Astrobiology. 2012. Vol. 12. N 5. P. 445–456.

17. Uchino Y., Iriyama N., Matsumoto K., Hirabayashi Y., Miura K., Kurita D., Kobayashi Y., Yagi M., Kodaira H., Hojo A., Kobayashi S., Hatta Y., Takeuchi J. A case series of Bacillus cereus septicemia in patients with hematological disease // Intern. Med. 2012. Vol. 51. N 19. P. 2733–2738.

18. Schmid P.J., Maitz S., Kittinger C. Bacillus cereus in packaging material: Molecular and phenotypical diversity revealed // Front. Microbiol. 2021. Vol. 12: 698974.

19. Dellinger R.P., Levy M.M., Rhodes A., et al. Surviving sepsis campaign: international guidelines for management of severe sepsis and septic shock, 2012 // Crit. Care Med. 2013. Vol. 41. N 2. P. 580–637.

20. Nolivos S., Cayron J., Dedieu A., Page A., Delolme F., Lesterlin C. Role of AcrAB-TolC multidrug efflux pump in drug-resistance acquisition by plasmid transfer // Science. 2019. Vol. 364. N 6442. P. 778–782.

21. Foster T.J. Antibiotic resistance in Staphylococcus aureus. Current status and future prospects // FEMS Microbiol. Rev. 2017. Vol. 41. N 3. P. 430–449.

22. Baranova N., Elkins C.A. Antimicrobial drug efflux pumps in other gram-positive bacteria // effluxmediated antimicrobial resistance in bacteria. Mechanisms, regulation and clinical implications / Eds. X. Li, C.A. Elkins, and H.I. Zgurskaya. Springer Publ., 2016. P. 197–218.

23. Hassan K.A., Fagerlund A., Elbourne L.D.H., Voros A., Kroeger J.K., Simm R., Tourasse N.J., Finke S., Henderson P.J.F., Okstad J.A., Paulsen I.T., Kolsto A. The putative drug efflux systems of the Bacillus cereus group // PLoS One. 2017. Vol. 12. N 5. P. 35.

24. Stewart N.K., Bhattacharya M., Toth M., Smith C.A., Vakulenko S.B. A surface loop modulates activity of the Bacillus class D β-lactamases // J. Struct. Biol. 2020. Vol. 211. N 2: 107544.

25. Karsisiotis A.I., Damblon C.F. Gordon C.K. Roberts G.C.K. Solution structures of the Bacillus cereus metallo-β-lactamase BcII and its complex with the broad spectrum inhibitor R-thiomandelic acid // Biochem J. 2013. Vol. 456. N 3. P. 397–407.

26. Miyamoto T, Sukimoto K, Sayed A., Kim S., Honjoh K., Hatano S. Detection of penicillin-binding proteins in Bacillus cereus by using biotinylated β-lactams // J. Fac. Agric. Kyushu Univ. 2000. Vol. 44. N 3. P. 299–307.

27. van Duijkeren E., Schink A.K., Roberts M.C., Wang Y., Schwarz S. Mechanisms of bacterial resistance to antimicrobial agents // Microbiol. Spectr. 2017. Vol. 6. N 2. DOI: https://doi.org/10.1128/microbiolspec.ARBA-0019-2017.