In dieser Untersuchung wurden die Prävalenz und Resistenz von ESC-resistenten Shigellen sowie die molekulare Analyse von Cephalosporin-Resistenzgenen und Virulenzdeterminanten in klinischen Isolaten aus dem Xiaoshan-Distrikt, Hangzhou, China, die über einen Zeitraum von 5 Jahren gesammelt wurden, untersucht. In den wirtschaftlich unterentwickelten Regionen ist S. flexneri die am häufigsten isolierte Shigella-Art. Eine ähnliche Situation besteht früheren Daten zufolge auch in China. In unserer Studie war jedoch S. sonnei die häufigste Ursache für bakterielle Dysenterie, was mit den Ergebnissen in Industrieländern übereinstimmt. In den letzten Jahren zeigten die Daten aus dem Kaengkhoi-Distrikt in Thialand, Ho-Chi-Minh-Stadt in Vietnam, Südkorea, Taiwan und den östlichen, nördlichen und nordöstlichen Regionen Chinas, die zu den neuen Industrieländern gehören, ebenfalls eine auffällige Artenverschiebung von S. flexneri zu S. sonnei. Daher könnte der Spezieswechsel der Shigellose in der vorliegenden Studie mit dem Wirtschaftswachstum im Xiaoshan-Distrikt, einem Vorort der Stadt Hangzhou mit höheren Wirtschaftsindikatoren, zusammenhängen. Natürlich können auch andere Faktoren eine Rolle spielen und müssen weiter erforscht werden.

Die Analyse der Resistenzdaten ergab, dass mehr als die Hälfte der S. flexneri- und S. sonnei-Isolate gegen ESC (Cefotaxim) resistent waren. Daten aus 8 asiatischen Ländern zeigten eine hohe Prävalenz von Resistenzen gegen die Frontline-Antibiotika AMP (53,0 %) und SXT (81,0 %) unter Shigella-Isolaten. Allerdings waren die Resistenzraten gegen beide Medikamente bei allen unseren Shigella-Isolaten höher (AMP, 97,8 %; SXT, 85,4 %) und stimmten mit den Daten aus anderen Untersuchungen auf dem chinesischen Festland überein. Die Daten aus Tabelle 2 zeigten, dass SAM für die Behandlung von Durchfallerkrankungen, die durch S. flexneri verursacht wurden, nicht geeignet war, unabhängig von den Stämmen mit ESC-Resistenz (96,6 %) oder Empfindlichkeit (85,2 %); im Gegenteil, es kann zur Verschreibung für S. sonnei-Infektionen verwendet werden, insbesondere für die Cefotaxim-empfindlichen Stämme. Obwohl die Resistenzrate von Shigella gegenüber PIP in dieser Studie hoch war (83,7%), zeigte TZP eine sehr hohe Anti-Shigella-Aktivität (Tabelle 2).

Wenn der Hemmzonendurchmesser von CAZ ≥21 mm oder der von FEP ≥18 mm beträgt, können die beiden Antibiotika laut CLSI als empfindlich für Enterobacteriaceae eingestuft werden, unabhängig davon, ob die Isolate ESBLs produzieren oder nicht. Bei allen untersuchten Shigella-Isolaten wurden ähnliche Resistenzwerte gegenüber CAZ und FEP (16,6 % und 18,5 %) festgestellt, die höher waren als die von Yang et al. berichteten (5,2 % und 6,5 %). Die Resistenzraten in Tabelle 2 deuten jedoch darauf hin, dass die beiden Antibiotika für die empirische Therapie der Infektion mit ESC-resistenten S. sonnei besser geeignet sind als für die Infektion mit ESC-resistenten S. flexneri.

Fluorchinolone sind die beliebtesten Antibiotika für die Behandlung schwerer Shigellose bei Erwachsenen und Kindern. Forschungsergebnisse von Gu et al. zeigten, dass die Resistenzrate gegen CIP zwischen 2007 und 2009 im asiatisch-afrikanischen Raum 29,1 % betrug. Daten aus der Provinz Henan, China, zeigten, dass 21 % bzw. 79 % der S. flexneri-Stämme eine hohe bzw. niedrige Resistenz gegen CIP aufwiesen. Yang et al. berichteten, dass 27,9 % und 9,7 % der Shigellen in der chinesischen Provinz Anhui gegen CIP bzw. LEV resistent waren. In unserer Studie wurde eine ähnliche Resistenzrate gegen CIP (24,2%) und eine höhere Resistenzrate gegen LEV (16,0%) festgestellt (Tabelle 2). Von den fluorchinolonresistenten Isolaten gehörten 95,3 % (82/86, Resistenz gegen CIP) und 89,5 % (51/57, Resistenz gegen LEV) zu S. flexneri. Die mögliche Ursache war, dass S. flexneri-Isolate häufig plasmidvermittelte Chinolonresistenz-Determinanten (PMQR) oder Mutationen in Chinolonresistenz-bestimmenden Regionen (QRDR) von Gyrase- und Topoisomerase-Genen besaßen. Diese Situation wurde bei Isolaten aus anderen Regionen Chinas von Zhang et al. , Zhu et al. und Pu et al. beschrieben.

Bislang wurden mindestens 109 Varianten von CTX-M-Enzymen (CTX-M-1 bis 124) beschrieben. Von diesen CTX-Ms weisen 19 Varianten (CTX-M-15, 16, 19, 23, 25, 27, 32, 35, 37, 40, 42, 53, 54, 55, 57, 58, 62, 64, 82, 93) eine erhöhte Hydrolyseaktivität gegenüber Ceftazidim auf, während die anderen eine wesentlich höhere Hydrolyse von Cefotaxim als von Ceftazidim zeigen. CTX-M-15 ist die am häufigsten nachgewiesene CTX-M-Variante, die Ceftazidime in hohem Maße in Enterobacteriaceae hydrolysiert. In dieser Studie waren 28 bla CTX-M-15-positive ESC-resistente Shigella-Isolate alle resistent gegen Ceftazidime (Daten nicht gezeigt). Es wurden keine anderen CTX-M-Variantengene gefunden, die eine hochgradige Ceftazidim-Resistenz vermitteln (Tabelle 3). Bei den bla CTX-M-Genen mit höherer katalytischer Effizienz gegen Cefotaxim als gegen Ceftazidim war bla CTX-M-14 am weitesten verbreitet (53,0 %), was mit den weltweit veröffentlichten Daten für klinisch wichtige Erreger übereinstimmt. OXA-30 gehört zur Oxacillinase-Gruppe III der Klasse D und vermittelt eine Resistenz gegen Cefepime, aber nicht gegen Ceftazidime. Leider wiesen 52 (26,3 %) unserer ESC-resistenten Shigella-Isolate bla OXA-30 auf, und 12 von ihnen trugen gleichzeitig bla CTX-M-15 und vermittelten eine Resistenz gegen Cefotaxim, Ceftazidim und Cefepime (Tabelle 3). In den letzten zehn Jahren wurde in verschiedenen Ländern und Regionen das Auftreten von ESBL-produzierenden Shigella spp. beschrieben, die verschiedene Typen von ESBL-Genen tragen. Allerdings haben nur wenige Studien weltweit über das Vorhandensein von AmpC-β-Laktamasen, die von bla CMY-2 oder bla DHA-1 kodiert werden, in Shigella spp. berichtet. In dieser Studie fanden wir auch 2 AmpC β-Laktamase-Produzenten mit bla DHA-1 und bla CMY-2 in den für den dreidimensionalen Extrakttest positiven Shigella-Stämmen. Das bla CMY-2 und das bla DHA-1 existierten in 1 S. flexneri mit bla CTX-M-14 und 1 S. sonnei mit bla CTX-M-15 bzw. bla OXA-30 (Tabelle 3).

In dieser Studie haben wir mehrere pathogene Gene (ial, ipaH, set1, sen und virA) für 198 ESC-resistente Shigella-Isolate nachgewiesen (Tabelle 4). Es hat sich gezeigt, dass ial für das Eindringen von Shigella in Epithelzellen und ipaH für die Ausbreitung von Zelle zu Zelle verantwortlich ist. Alle untersuchten Shigella-Spezies waren erwartungsgemäß positiv für ipaH, da dieses Gen in mehreren Kopien sowohl auf dem Chromosom als auch auf dem Plasmid von Shigella vorhanden ist. Das ial-Gen hingegen befindet sich ausschließlich auf dem Plasmid und wurde nur bei einigen Shigella-Isolaten nachgewiesen. Seltenere Untersuchungen des ial-Gens wurden von Luscher und Altwegg, Kingombe et al. und Thong et al. beschrieben. Dieses Gen wurde jedoch in allen unseren ESC-resistenten Shigella-Stämmen gefunden. Ein weiterer Virulenzfaktor, VirA, ist an der Aufnahme, Beweglichkeit und Zell-Zell-Übertragung von Shigella im menschlichen Wirt beteiligt. Er ist ein wesentlicher Virulenzfaktor bei der Pathogenese von Shigella-Erkrankungen. Die positive Rate von virA deutet darauf hin, dass alle Isolate unserer Sammlung diese Fähigkeit besitzen könnten (Tabelle 4). Das chromosomale Gen set1 kodiert für das Shigella-Enterotoxin 1 (ShET-1, bestehend aus einer A- und fünf B-Untereinheiten), das von S. flexneri (hauptsächlich im Typ 2a) gebildet wird und bei anderen Shigella spp. nicht vorkommt. Das sen-Gen, das für das Shigella-Enterotoxin 2 (ShET-2) kodiert, befindet sich auf einem 140 MDa großen Virulenzplasmid. Und das sen-Gen ist in allen Shigella-Arten vorhanden. Es wird angenommen, dass beide Toxine eine Rolle bei der klinischen Manifestation der Shigellose spielen. In unserer Studie erwiesen sich 79,3 % der ESC-resistenten S. flexneri-Stämme als set1A- und set1B-positiv (62,1 % der Isolate gehörten zum Serotyp f2a, Tabelle 4), was mit den früheren Ergebnissen übereinstimmt; allerdings trugen 17,1 % (24/140) der ESC-resistenten S. sonnei-Isolate ebenfalls set1A- und/oder set1B-Gene (Tabelle 4). Die set1A- und set1B-Gene befinden sich auf der she pathogenicity island (PAI), einem chromosomalen, lateral erworbenen, integrativen Element von S. flexneri. Die Integrase-vermittelte Exzision kann für die she PAI stattfinden und zur Bildung eines zirkulären Exzisionsprodukts führen, das ein Substrat für laterale Transferprozesse ist, z. B. Konjugation, Verpackung in Phagenpartikel und rekombinase-vermittelte Integration in das Chromosom. Dies könnte die Ursache dafür sein, dass die beiden Determinanten in unseren untersuchten ESC-resistenten S. sonnei-Isolaten zu finden sind. Und das Fehlen von set1A oder set1B oder das Vorhandensein von Punktmutationen in den Primerbindungsstellen könnte eine mögliche Erklärung dafür sein, dass die beiden Gene in einigen ESC-resistenten S. sonnei-Isolaten nicht koexistieren (Tabelle 4). Außerdem stellten wir fest, dass die S. flexneri-Isolate mit set1 resistenter gegen CIP, LEV (jeweils p < 0,001) und FEP (p = 0,019) waren als diejenigen ohne set1; bei S. sonnei waren die set1-positiven Isolate eher resistent gegen SAM (p < 0,001), CIP, LEV (p < 0,001, jeweils) und FEP (p = 0,002) und eher empfindlich gegen CAZ (p = 0,005) als die set1-negativen (Daten nicht gezeigt). Dennoch glauben wir nicht, dass es eine Korrelation zwischen set1 und der Antibiotikaresistenz gab, da bisher in keinem der Berichte beschrieben wurde, dass die genetischen Invasionselemente, die Virulenzgene tragen, gleichzeitig Resistenzdeterminanten in Shigella spp. enthalten. Diese Resistenzunterschiede sind möglicherweise nur auf die Ausbreitung resistenter Plasmide unter den verschiedenen Stämmen zurückzuführen.

Die Ergebnisse der ERIC-PCR-Typisierung zeigten, dass die meisten Fälle von ESC-resistenten S. flexneri- bzw. S. sonnei-Infektionen durch mehrere identische Stämme verursacht wurden. Dies deutet darauf hin, dass die klonale Verbreitung wahrscheinlich den größten Anteil an der Ausbreitung von ESC-resistenten S. flexneri und S. sonnei in der untersuchten Region hat. Von 46 ESC-resistenten S. flexneri-Isolaten mit der zweitgrößten Anzahl an Virulenzgenen (ia1 + ipaH + virA + setlA + setlB + sen), die gegen 4 bis 8 Antibiotika resistent waren, gehörten 60,3 % zu Typ A (43,1 %) und Typ B (17,2 %). Von den 114 ESC-resistenten S. sonnei-Isolaten mit der ersten großen Zahl von Virulenzgenen (ia1 + ipaH + vir + sen), die gegen 3 bis 6 Antibiotika resistent waren, gehörten 71,1 % zum Typ A (57,9 %) und zum Typ B (13,2 %), aber Isolate, die das set1-Gen beherbergten, waren im ERIC-PCR-Muster heterogener.

In der vorliegenden Studie wurden alle Shigella-Stämme von Patienten der Darmklinik isoliert. Keiner der Patienten war nach einer Shigellose-Episode hospitalisiert worden oder gestorben. Den klinischen Berichten zufolge war das Frühstadium der Shigellose bei Patienten, die mit ESBL-positiven Isolaten infiziert waren, nicht schwerer als bei Patienten, die mit ESBL-negativen Isolaten infiziert waren. Bei den meisten dieser Patienten dauerte die Behandlung jedoch länger, da die Ärzte in der untersuchten Region zur Behandlung der Diarrhöe üblicherweise Cefotaxim oder Ceftriaxon (insbesondere für Kinder) verschrieben. Wenn die Behandlung fehlschlug, wurden andere Medikamente (wie Fluorchinolone oder β-Laktamasehemmer) als Ersatz für die weitere Behandlung eingesetzt. Außerdem wurden alle Patienten mit Shigella-Infektion in der Studie mit Antibiotika behandelt, so dass wir keine relevanten Daten hatten, um den Verlauf der mit Antibiotika behandelten Krankheit mit dem der ohne Antibiotika behandelten Krankheit zu vergleichen.