Comparison of Multilocus sequence typing change patterns of Vancomycin-resistant Enterococcus faecium in the past nine years

Abstract

BACKGROUND: To understand the spread of Vancomycin Resistant Enterococcus (VRE) is an important component of hospital infection control measures. Multilocus sequence typing (MLST) is useful in determining the long–term evolutionary process and minimizes differences in experimental results across individuals and laboratories. It is also useful in determining evolutionary origins and backgrounds of bacterial species. This study carries out MLST analysis on vanA Vancomycin resistant Enterococcus faecium isolated from patient specimen in a single university hospital in the past nine years in order to observe changes in genetic evolution over time. METHOD: During the years from 2007 to 2015, 45 clinical isolates of vanA-containing E. faecium were collected from Ajou university hospital in Korea. Species were identified through the VitekII system (BioMerieux, Hazelwood, MO) and antibiotic susceptibility testing was performed by disk diffusion and E-test according to Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI) guidelines. To determine genetic relatedness, Matrix Assisted Laser Desorption Ionization-Time Of Flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) was employed. The multilocus sequence types (MLST) were determined to characterize the clonal diversity of the vanA Vancomycin resistant Enterococcus faecium isolates. RESULT: All isolates were highly resistant to ampicillin, teicoplanin, ciprofloxacin, and vancomycin whereas they were most susceptible to linezolid and quinupristin- dalfopristin. 45 clinical isolates were genetically unrelated according to MALDI-TOF MS analysis. MLST showed that the clinical isolates had 7 sequence types (ST), ST17(n=19) being the most common, followed by ST78(n=13), ST192(n=6), ST64(n=4), ST262(n=1), ST414(n=1) and ST981(n=1). CONCLUSION: The MLST analysis showed that the sequence types of most isolates belonged to clonal complex 17(CC17). This is consistent with outbreaks in hospitals. The study found that the most common type of separation was changed from ST78 to ST17. We had single observations for ST262, ST414 and ST981 but they appear to be random occurrences. MLST can be useful for speculating the genetic evolution of vanA containing E. faecium isolates.

배경: 반코마이신 내성 장알균의 유행을 이해하는 것은 의료 관련 감염관리에 있어서 중요한 요인이다. MLST법은 유전자의 장기적 역학 변동을 반영하고 실험자와 실험실간의 오차 없이 동일 균종들의 역학적 기원 및 진화적 배경들을 추정할 수 있는 방법이다. MALDI-TOF MS 분석법은 최근 들어 PFGE법을 대체하여 실험균주의 유전적 형별분석에 많이 사용되어지고 있다. 이에 본 연구는 국내 일개 대학병원에서 9년간 분리된 vanA 반코마이신 내성 E. faecium을 대상으로 MLST 분석을 시행하여 기간에 따른 유전자 변이를 알아보고자 하였다. 대상 및 방법: 2007년부터 2015년까지 아주대학교병원에서 수집된 vanA 유전자를 지닌 E. faecium 45주를 대상으로 하였다. 수집된 균주는 VitekⅡ system (BioMerieux, Hazelwood, MO)및 생화학적 감별 시험으로 동정하였고, CLSI 기준에 따라 디스크확산법과 E-test 방법으로 항균제 감수성 검사를 실시하였다. MALDI-TOF 질량 분석법을 이용하여 각 균주의 유전적 연관성을 분석하였다. 그리고 MLST 분석을 이용하여 vanA 반코마이신 내성 E. faecium 클론의 다양성에 대하여 분석을 실시하였다. 결과: 모든 균주는 ampicillin, teicoplanin, ciprofloxacin 과 vancomycin 항균제에 대해 고도의 내성을 갖고 있었으며 반면에 linezolid 와 quinupristin-dalfopristin에는 모두가 감수성 이였다. MALDI-TOF MS를 이용한 45균주의 유전적 형별분석 결과에서는 유전적 다양성을 보여 균주 간 연관성이 없는 것으로 나타났다. MLST 분석결과는 7개의 sequence type (ST)을 보였다. ST17형이 19주로 가장 많았고 ST78형 13주, ST192형 6주, ST64형 4주, ST262형과 ST414형 그리고 ST981형이 각각 1주였다. 결론: MLST 분석에서 모든 균주는 clonal complex 17(CC17)에 속하였다. 이는 대형병원 유행에서 흔히 관찰되는 결과이다. 본 연구에서는 가장 흔하게 분리되는 유형이 ST78에서 ST17로 바뀌었음을 알 수 있었다. 각각 1주씩 분리된 ST262와 ST414형 그리고 ST981형은 산발적 발생임을 알 수 있었다. 이에 MLST 분석은 vanA VRE 유전자의 진화 양상을 추정 할 수 있는 효과적인 방법이라 사료된다.