Denna undersökning rapporterade prevalensen och resistensen av ESC-resistenta Shigella, och den molekylära analysen av cefalosporinresistensgener och virulensdeterminanter i kliniska isolat från Xiaoshan District, Hangzhou, Kina som samlats in under en period av fem år. I de ekonomiskt outvecklade regionerna är S. flexneri den mest frekvent isolerade Shigella-arten. En liknande situation råder också i Kina, enligt tidigare uppgifter . I vår studie var dock S. sonnei den vanligaste orsaken till bakteriell dysenteri, vilket stämmer överens med resultaten i industrialiserade länder. På senare år har data från Kaengkhoi-distriktet i Thialand, Ho Chi Minh City i Vietnam, Sydkorea, Taiwan och Kinas östra, norra och nordöstra regioner, som är de nyligen industrialiserade regionerna, också uppvisat ett slående artskifte från S. flexneri till S. sonnei. Därför kan shigellosens artövergång i den aktuella studien vara relaterad till den ekonomiska tillväxten i Xiaoshan-distriktet, en förort till Hangzhou stad med högre ekonomiska indikatorer. Naturligtvis kan andra faktorer också spela en roll och behöver ytterligare undersökningar.

Genom analysen av resistensdata fann vi att mer än hälften av S. flexneri- och S. sonnei-isolaten var resistenta mot ESC (cefotaxim). Uppgifter från åtta asiatiska länder visade en hög prevalens av resistens mot frontlinjeantibiotika AMP (53,0 %) och SXT (81,0 %) bland Shigella-isolat . Resistensen mot de båda läkemedlen bland alla våra Shigella-isolat var dock högre (AMP, 97,8 %; SXT, 85,4 %) och överensstämde med uppgifter från andra undersökningar, Kina . Uppgifterna i tabell 2 visade att SAM inte var lämpligt för behandling av diarré orsakad av S. flexneri, oavsett stammar med ESC-resistens (96,6 %) eller mottaglighet (85,2 %); Tvärtom kan det användas för att förskriva S. sonnei-infektioner, särskilt för de cefotaximmottagliga stammarna. Även om Shigellas resistens mot PIP var hög (83,7 %) i den här studien hade TZP en mycket hög anti-Shigella-aktivitet (tabell 2).

Om diametern för CAZ:s inhiberingszon är ≥21 mm eller FEP:s ≥18 mm kan de två antibiotikorna rapporteras vara mottagliga för enterobacteriaceae, oavsett om isolaten producerar ESBL eller inte, enligt CLSI . I alla undersökta Shigella-isolat observerades liknande resultat av resistens mot CAZ och FEP (16,6 % och 18,5 %), vilket var högre än vad Yang et al. rapporterade (5,2 % och 6,5 %) . Resistenshastigheterna i tabell 2 indikerade dock att de två antibiotika var mer lämpliga för empirisk behandling av infektion av ESC-resistent S. sonnei än infektion av ESC-resistent S. flexneri.

Fluorokinoloner är de populära antibiotika för behandling av allvarlig shigellos hos både vuxna och barn. Forskningsresultat från Gu et al. visade att resistensen mot CIP var 29,1 % mellan 2007 och 2009 i området Asien-Afrika. Uppgifter från Henanprovinsen i Kina visade att 21 % och 79 % av S. flexneri-stammarna uppvisade hög respektive låg resistens mot CIP . Yang et al. rapporterade att 27,9 % och 9,7 % av Shigella var resistenta mot CIP respektive LEV i Anhuiprovinsen i Kina. I vår undersökning uppvisades en liknande resistensnivå mot CIP (24,2 %) och en högre resistensnivå mot LEV (16,0 %) (tabell 2). Bland de fluorokinolonresistenta isolaten tillhörde 95,3 % (82/86, resistens mot CIP) och 89,5 % (51/57, resistens mot LEV) av stammarna S. flexneri. Den möjliga orsaken var att S. flexneri-isolat ofta hade plasmidmedierad kinolonresistens (PMQR) eller mutationer i de kinolonresistensbestämmande regionerna (QRDR) i gyrase- och topoisomerasgenerna. Denna situation har beskrivits i isolat från andra regioner i Kina av Zhang et al. , Zhu et al. och Pu et al.

Hittills har minst 109 varianter av CTX-M-enzymer (CTX-M-1 till 124) beskrivits. Av dessa CTX-M-enzymer uppvisar 19 varianter (CTX-M-15, 16, 19, 23, 25, 27, 32, 35, 37, 40, 42, 53, 54, 55, 57, 58, 62, 64, 82, 93) en ökad hydrolysaktivitet mot ceftazidim, och de övriga uppvisar en mycket högre hydrolyshastighet för cefotaxim än för ceftazidim . CTX-M-15 är den CTX-M-variant som oftast upptäcks och som hydrolyserar ceftazidim i hög grad i enterobacteriaceae . I den här studien var 28 bla CTX-M-15-positiva ESC-resistenta Shigella-isolat alla resistenta mot ceftazidim (data visas inte). Inga andra CTX-M-variantgener som medierar hög nivå av ceftazidimresistens hittades (tabell 3). Bland bla CTX-M-gener med högre katalytisk effektivitet mot cefotaxim än ceftazidim var bla CTX-M-14 den vanligaste (53,0 %), vilket sammanfaller med de uppgifter som publicerats över hela världen om kliniskt viktiga patogener . OXA-30 tillhör klass D oxacillinas grupp III och förmedlar resistens mot cefepim men inte ceftazidim . Tyvärr hade 52 (26,3 %) av våra ESC-resistenta Shigella-isolat bla OXA-30 , och 12 av dem bar bla CTX-M-15 samtidigt och gav resistens mot cefotaxim, ceftazidim och cefepim (tabell 3). Under det senaste decenniet har en uppkomst av ESBL-producerande Shigella spp. med olika typer av ESBL-gener beskrivits i olika länder och regioner. Endast ett fåtal studier i världen har dock rapporterat förekomsten av AmpC-β-laktamas som kodas av bla CMY-2 eller bla DHA-1 i Shigella spp. I den här studien fann vi också 2 AmpC β-laktamasproducenter med bla DHA-1 och bla CMY-2 i de tredimensionella extrakttestpositiva Shigellastammarna. Bla CMY-2 och bla DHA-1 fanns hos 1 S. flexneri med bla CTX-M-14 respektive 1 S. sonnei med bla CTX-M-15 och bla OXA-30 (tabell 3).

I den här studien upptäckte vi flera patogena gener (ial, ipaH, set1, sen och virA) för 198 ESC-resistenta Shigella-isolat (tabell 4). Det har visats att ial ansvarar för Shigellas penetrering av epitelceller och ipaH även för spridning från cell till cell . Alla undersökta Shigella-arter var positiva för ipaH, vilket var förväntat eftersom denna gen finns i flera kopior både på Shigellas kromosom och plasmid. Ial-genen däremot finns uteslutande på plasmidet och påvisades endast i vissa Shigella-isolat . Luscher och Altwegg , Kingombe et al. och Thong et al. har beskrivit mindre frekventa undersökningar av ial-genen. Denna gen hittades dock i alla våra ESC-resistenta Shigellastammar. En annan virulensfaktor VirA är involverad i upptag, motilitet och överföring från cell till cell av Shigella i den mänskliga värden. Det är en viktig virulensfaktor i Shigellas sjukdomspatogenes . Den positiva andelen virA tyder på att alla isolat i vår samling kan ha denna förmåga (tabell 4). Den kromosomala genen set1 kodar för Shigella enterotoxin 1 (ShET-1, bestående av en A- och fem B-underenheter), som genereras av S. flexneri (huvudsakligen i typ 2a) och som inte finns hos andra Shigella spp. Sen-genen som kodar för Shigella enterotoxin 2 (ShET-2) finns på en 140 MDa virulensplasmid. Och sen finns i alla Shigella-arter. Båda toxinerna anses spela en roll i den kliniska manifestationen av shigellos . I vår studie visade sig 79,3 % av de ESC-resistenta S. flexneri-stammarna vara set1A- och set1B-positiva (62,1 % av isolaten var av serotyp f2a, tabell 4), vilket stämmer överens med tidigare resultat. 17,1 % (24/140) av de ESC-resistenta S. sonnei-isolaten bar dock också på set1A- och/eller set1B-gener (tabell 4). Generna set1A och set1B är belägna på she pathogenicity island (PAI), ett kromosomalt, lateralt förvärvat, integrativt element hos S. flexneri. Integrationsmedierad excision kan förekomma för she PAI och resultera i bildandet av en cirkulär excisionsprodukt, som är ett substrat för laterala överföringsprocesser, t.ex. konjugering, paketering i fagpartiklar och rekombinasmedierad integration i kromosomen . Detta kan vara orsaken till att de två bestämningsfaktorerna finns i våra undersökta ESC-resistenta S. sonnei-isolat. Brist på set1A eller set1B, eller förekomsten av punktmutationer i primerbindningsställena kan vara en möjlig förklaring till att de båda generna inte förekommer samtidigt i vissa ESC-resistenta S. sonnei-isolat (tabell 4). Vidare fann vi att S. flexneri-isolat med set1 var mer resistenta mot CIP, LEV (p < 0,001, vardera) och FEP (p = 0,019) än de utan set1; för S. sonnei var de set1-positiva isolaten mer sannolikt resistenta mot SAM (p < 0,001), CIP, LEV (p < 0,001 vardera) och FEP (p = 0,002) och mer sannolikt känsliga för CAZ (p = 0,005) än de set1-negativa isolaten (data visas inte). Vi tror dock inte att det fanns något samband mellan set1 och antibiotikaresistens, eftersom ingen av rapporterna för närvarande har beskrivit att de genetiska invasionselement som bär på virulensgener som är kända för att innehålla resistensdeterminanter samtidigt i Shigella spp. Dessa resistensskillnader kan endast bero på spridningen av resistenta plasmider mellan de olika stammarna.

Resultaten av ERIC-PCR-typning visade att de flesta fall av ESC-resistenta S. flexneri- och S. sonnei-infektioner orsakades av flera identiska stammar, respektive . Detta tyder på att klonspridning sannolikt bidrog mest till spridningen av ESC-resistenta S. flexneri och S. sonnei i den undersökta regionen. Av 46 ESC-resistenta S. flexneri-isolat med det näst största antalet virulensgenkompositioner (ia1 + ipaH + virA + setlA + setlB + sen) som är resistenta mot 4-8 antibiotika tillhörde 60,3 % typ A (43,1 %) och typ B (17,2 %). Av 114 ESC-resistenta S. sonnei-isolat med det första största antalet i virulensgenkompositionen (ia1 + ipaH + vir + sen) som var resistenta mot 3 till 6 antibiotika tillhörde 71,1 % typ A (57,9 %) och typ B (13,2 %), men isolat som var värdar för set1-genen var mer heterogena i ERIC-PCR-mönstret.

I den aktuella studien isolerades alla Shigellastammar från patienter på tarmkliniker. Inga patienter hade lagts in på sjukhus eller avlidit efter episoder av shigellos. Enligt de kliniska rapporterna var det tidiga stadiet av shigellos hos de patienter som infekterats av ESBL-genpositiva isolat inte allvarligare än hos de patienter som infekterats av ESBL-gennegativa isolat. De flesta av dessa patienter hade dock en längre behandlingstid, eftersom läkarna brukade behandla diarré genom att skriva ut cefotaxim eller ceftriaxon (särskilt för barn) i den studerade regionen. När behandlingen misslyckades användes andra läkemedel (t.ex. fluorokinolon eller β-laktamashämmare) som ersättning för fortsatt behandling. Dessutom behandlades alla patienter med Shigella-infektion i studien med antibiotika, varför vi inte hade några relevanta data för att jämföra sjukdomsförloppet som behandlades med antibiotika med sjukdomsförloppet som behandlades utan antibiotika.