Genotypic and phenotypic antimicrobial resistance in the opportunistic pathogen Stenotrophomonas maltophilia

Abstract

Stenotrophomonas maltophilia er hovedsakelig kjent som en miljøbakterie, men innehar også den egenskapen å være opportunistisk patogen. Hos pasienter er bakterien ofte assosiert med kolonisering, men kan sporadisk skape infeksjon, særlig hos immunsupprimerte pasienter. Denne arten kjennetegnes for iboende antibiotikaresistens, men kan også inneha flere ervervede resistensgener. En konsekvens av dette er færre behandlingsmuligheter for infeksjoner assosiert med S. maltophilia. Per idag finnes det kun godkjente brytningspunkter for fenotypisk resistensbestemmelse for ett antibiotikum, trimetoprim-sulfametoxazol. Presentert i denne studien, er 99 isolater av S. maltophilia samlet inn fra Oslo Universitetssykehus i tidsrommet mellom 1989 og 2017. Samlingen isolater kommer fra pasienter med cystisk fibrose, intensivavdelingen, avdeling for blodsykdommer og isolater innhentet fra vannkilder tilhørende pasientrom på sykehuset. Isolatene ble testet med fire ulike metoder for å finne et fenotypisk resistensmønster per isolat. Et kjerne-resistom av isolatene er foreslått her, basert på data fra helgenomsekvensering prosessert med flere bioinformatiske verktøy. Kjente resistensgener som ble identifisert ble også koblet opp mot isolatenes fenotypiske resistensprofil og vurdert. Den fenotypiske resistenstestingen av S. maltophilia-isolater avdekket flere diskrepanser mellom metodene. Noen resistensgener kunne kobles opp mot deres fenotypiske resistensprofil, mens andre ikke. Siden bakterien innehar mange iboende resistensgener, som muligens ikke er funnet i denne studien, bør videre arbeid utføres før en endelig konklusjon av et kjerne-resistom for denne arten foreslås. Et større utvalg isolater bør involveres før dette kan konkluderes. Studien presentert her,støtter tidligere studies som viser til at fenotypisk resistenstesting for antibiotika andre enn trimetoprim-sulfametoxazol er vanskelig for denne arten, og gir sprikende resultater. Hovedmålet, sett i en større sammenheng, er å finne en metode, fenotypisk, genotypisk eller en kombinasjon, som kan brukes til å sikrere korrekt resistensbestemmelse for S. maltophilia. Videre studier på dette området må utføres.

Stenotrophomonas maltophilia is an environmental bacterium and an opportunistic pathogen that may be associated with several clinical syndromes, primarily in immunocompromised patients. This bacterium shows high levels of intrinsic and acquired resistance to many antimicrobial agents, resulting in that the treatment of infections by S. maltophilia is difficult and dramatically reduces the antibiotic options available for treatment. At present, only one antimicrobial agent (trimethoprim-sulfamethoxazole) is available for determining susceptibility in a clinical laboratory setting. Presented in this thesis are 99 isolates of S. maltophilia collected from Oslo University Hospital, from 1989 to 2017. They are isolates from patients with cystic fibrosis, patients from the Intensive care unit, patients from the Department of Haematology and environmental isolates collected from patient rooms in the hospital. The isolates were examined for phenotypic resistance using four different methods for antimicrobial susceptibility testing. A core genomic resistome of these isolates was proposed on the basis of whole genome sequencing (WGS) data examined with several bioinformatic tools. Known resistance genes that were identified were linked to their phenotypic resistance profile. Phenotypic susceptibility testing of the S. maltophilia isolates in this thesis showed several differences between the methods performed. Some resistance genes were detected that correlated their phenotypic resistance profile. However, since this bacterium comprises many intrinsic resistance genes perhaps not found in this thesis, further work should be done to define the whole core resistome for this species. A larger quantity of isolates would be needed for this. In conclusion, our study supports earlier studies that show that phenotypic susceptibility testing of S. maltophilia for antibiotics other than trimethoprim-sulfamethoxazole is difficult and inconstant. Some resistance genes were found that can support their phenotypic resistance profiles. The main goal in a larger setting, is to find a method, either phenotypic, genotypic or a combination of both, to accurately predict antimicrobial susceptibility for other antimicrobial agents than trimethoprim-sulfamethoxazole in S. maltophilia. The work in this thesis leaves several ideas for further research on this matter.