Antimicrobial resistance in the major respiratory tract pathogens : methods and epidemiology

Abstract

The increasing trend of antimicrobial resistance in bacteria is a global problem, although resistance varies between geographical regions significantly. Today, common bacterial pathogens can be resistant to all known antimicrobial agents. The growing resistance has been linked to increasing use of antimicrobials in humans, food industry ant veterinary medicine in several studies. The battle against antimicrobial resistance is highly dependent on the knowledge of resistance rates in different bacterial species and accurate methods to measure the resistance. Finnish laboratories provide resistance data annually for the national FINRES report. This data is forwarded to the European EARSNet database and from 2016 also to the Global Antimicrobial Resistance Surveillance System (GLASS, organised by WHO). The solidity and uniformity of this data depend on the primary results of laboratories. This thesis is composed of four studies, which cover methodolgical issues in the susceptibility testing of the main respiratory pathogens and the connection between antimicrobial use and resistance. Susceptibility testing methods and their quality were examined for Haemophilus influenzae and Streptococcus pneumoniae. The connection between sulfamethoxazole-trimethoprim use and resistance was investigated among H. influenzae, S. pneumoniae and Moraxella catarrhalis using the FINRES data and drug consumption data provided by Finnish Medical Agency. As a result of this study the susceptibility testing method for H. influenzae with good sensitivity and specificity was launched for the Finnish susceptibility testing guideline (FiRe standard), the focus was in identifying the difficult to detect non-β-lactamase mediated ampicillin resistance. In addition, evaluation of the quality of susceptibility testing in Finnish laboratories showed good reproducubility with two indicator organisms H. influenzae (ATCC49247) and S. pneumoniae (ATCC49619) when recommended guidelines were followed. The quality was assessed from internal quality control results of the laboratories. An automated method (Vitek2®, AST GP-74, bioMerieux) for susceptibility testing of S. pneumoniae provides highly comparable results with the reference broth dilution method. Time to results is considerabely shorter than with the traditional methods. Regional sulfamethoxazole-trimethoprim consumption was found to have a positive connection with resistance in S. pneumoniae but the change of resistance was not significant. The change in resistance over time in H. influenzae was border-line significant, but the drug use did not explain the change. Change in resistance among M. catarrhalis was not statistically significant and there was no significant connection between the drug consumption and resistance. Sulfa-trimethoprim consumption fell throughout the country during the investigation period. Conclusions: The accuracy of the susceptibility testing of bacteria requires evidence-based standardization and continuous quality controlling. Clinical laboratory automation can be implemented safely in pneumococcal susceptibility testing. The impact of sulfamethoxazole-trimethoprim consumption on resistance varies for different bacterial species. A reduction in its use in the long run has not led to a significant reduction in resistance.Tärkeimmät hengitystieinfektioita aiheuttavat bakteerit Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae ja Moraxella catarrhalis ovat olleet Suomessa kohtalaisen herkkiä eri mikrobilääkkeille. Eri tutkimuksissa ja kansallisessa seurannassa on havaittu antibioottiresistenssissä sekä kasvavia että laskevia trendejä lääkkeestä ja bakteerilajista riippuen. Mikrobilääkkeiden käytöllä on osoitettu olevan yhteys resistenssin kehittymiseen. Suomessa tauteja aiheuttavien bakteereiden antibioottiresistenssin seuranta toteutetaan valtakunnallisesti keräämällä kliinisen mikrobiologian laboratorioiden herkkyysmääritysten tulokset kansalliseen FINRES raporttiin. Tämän raportin tiedot toimitetaan vuosittain Eurooppalaiseen EARSNet tietokantaan sekä vuodesta 2016 alkaen myös WHO:n maailmanlaajuiseen mikrobilääkeresistenssin seurantaverkostoon. Herkkyysmääritysmenetelmien standardointi ja laatu laboratorioissa ovat avaintekijöitä tämän aineiston luotettavuuden ja yhtenäisyyden kannalta. Tämä väitöskirja koostuu neljästä osatyöstä, joissa on kehitetty ja arvioitu hengitystieinfektioita aiheuttavien bakteereiden herkkyysmääritysmenetelmiä, selvitetty suomalaisten kliinisen mikrobiologian laboratorioiden herkkyysmääritysmenetelmien laatua sekä tutkittu lääkekäytön (sulfa-trimetopriimi) vaikutusta resistenssiin hengitystiepatogeeneissä. Tulosten perusteella H. influenzae bakteerin herkkyysmääritysmenetelmä otettiin käyttöön suomalaiseen FiRe herkkyysmääritysstandardiin. Menetelmän kehittämisen painopisteenä oli vaikeasti määritettävä kromosomaalisen ampisilliiniresistenssin toteaminen. Kahden indikaattoribakteerilajin (S. pneumoniae ATCC49619 ja H. influenzae ATCC49247) tulosten perusteella suomalaisten laboratorioiden herkkyysmääritysten toistettavuus ja oikeellisuus ovat hyvällä tasolla edellyttäen, että sovelletaan standardoituja menetelmiä. Automaattinen herkkyysmääritysmenetelmä (Vitek2®, AST GP-74, bioMerieux) antaa luotettavia tuloksia S. pneumoniaen herkkyysmäärityksissä, tulokset valmistuvat merkittävästi nopeammin kuin perinteisillä menetelmillä. Alueellisella sulfa-trimetopriimin kulutuksella havaittiin olevan positiivinen yhteys myöhempään resistenssiin S. pneumoniae-lajilla, mutta resistenssin muutos tutkimusajanjaksolla ei ollut merkitsevää. H. influenzae-lajilla resistenssin muutos tällä ajanjaksolla oli tilastolliselta merkitsevyydeltään raja-arvoinen, mutta lääkekäyttö ei selittänyt resistenssin muutosta M. catarrhalis kannoilla ei havaittu tilastollisesti merkitsevää muutosta resistenssissä eikä lääkekäytön ja resistenssin välillä todettu yhteyttä. Sulfa-trimetopriimin kulutus väheni koko maassa tutkimusajankohtana. Johtopäätökset: Bakteereiden herkkyysmääritystulosten oikeellisuus edellyttää näyttöön perustuvaa standardointia ja herkkyysmääritysten tulostasojen jatkuva seuranta tulee sisällyttää laboratorion toimintaan. Kliinisen laboratorion automaatiota voidaan edistää turvallisesti pneumokokin herkkyysmäärityksen osalta. Sulfa-trimetopriimin käytön vaikutus resistenssiin on erilaista eri bakteerilajien kohdalla. Sen käytön väheneminen ei ole pitkällä aikavälillä johtanut merkittävään resistenssin vähenemiseen