Cefiderocol, a novel cephalosporin with potent activity against a broad spectrum of aerobic Gram-negative bacteria, was approved by FDA in 2019 for treating complicated infections. The reference method for cefiderocol antimicrobial susceptibility testing is broth microdilution (BMD) with iron-depleted-Mueller-Hinton medium, whereas EUCAST recommend using disk-diffusion (DD) on MH-agar plates to overcome the difficulties encountered in the preparation of BMD. Aim of this study is to develop an in-house broth microdilution protocol for cefiderocol susceptibility testing that can become the reference method to test clinical isolates and evaluating the performance of alternative methods. The characterization of the susceptibility profile is then completed with an accurate molecular analysis that can identify possible markers of resistance as well as resolving situations of difficult phenotypic interpretation. We analysed 19 strains of Klebsiella pneumoniae (KLPN) and 4 strains of Pseudomonas aeruginosa (PSAE) isolates from different sites, all phenotypically resistant to carbapenems. With the exception of two PSAE that show non-enzymatic resistance to carbapenems, all strains are carbapenemase producers. Cefiderocol susceptibility was determined using ComASP® Cefiderocol (Liofilchem, Italy), UMIC® Cefiderocol (Bruker, USA) (following manufacturer’ instructions), an in-house optimised BMD assay and with DD. Finally, whole genome sequencing was performed on all isolates. The BMD assay demonstrated high reproducibility, as internal quality controls (E. coli ATCC®25922 and P. aeruginosa ATCC®27853, K. quasipneumoniae ATCC® 700603) consistently fell within EUCAST specified range across all tests. Cefiderocol susceptibility results varied across methods: ComASP® identified only one resistant isolate, UMIC® and BMD detected 3/23 resistant strains, while DD detected 4/23. Categorical agreement (CA) with BMD as the reference was 100% for PSAE with both kits but decreased to 79% (ComASP®), 78% (UMIC®) and 65% (DD) for KLPN. Genomic analysis that identify possible mutations associated with resistance will clarify the origin of this discordance. Essential agreement (EA) was low for both commercial tests: 26% for ComASP® and 13% for UMIC®, with significant MIC overestimation in 44% and 52% of cases, respectively. These findings underscore the need for standardized cefiderocol testing to ensure accurate susceptibility assessments, essential for guiding effective treatment of carbapenem-resistant infections.

Nel 2019 la FDA ha approvato l’uso di cefiderocol, una nuova cefalosporina attiva contro un ampio spettro di batteri Gram-negativi, per il trattamento di infezioni complicate. Il metodo di riferimento per i test di sensibilità a cefiderocol è la microdiluizione in brodo (BMD) con terreno Mueller-Hinton ferro-depleto, tuttavia EUCAST raccomanda l’utilizzo della disco-diffusione (DD) su agar Mueller-Hinton per ovviare alle difficoltà emerse nell’allestimento della BMD. Obiettivo di questo studio è sviluppare un protocollo in-house di BMD per la determinazione della sensibilità a cefiderocol che possa diventare metodo di riferimento per testare isolati clinici e valutare le performance di metodiche alternative. La caratterizzazione del profilo di sensibilità viene poi completata con un’approfondita analisi molecolare che possa individuare eventuali marker di resistenza oltre a dirimere situazioni di difficile interpretazione fenotipica. Sono stati quindi raccolti 19 ceppi di K. pneumoniae (KLPN) e 4 ceppi di P. aeruginosa (PSAE) isolati da diversi distretti. Ad eccezione di due PSAE che manifestano una resistenza non enzimatica ai carbapenemi, tutti i ceppi sono produttori di carbapenemasi. La sensibilità al cefiderocol è stata determinata con i test ComASP® Cefiderocol (Liofilchem, Italia) e UMIC® Cefiderocol (Bruker, USA) (secondo le indicazioni del produttore), con il saggio in-house di BMD e in disco-diffusione. Su tutti gli isolati è stato infine eseguito il sequenziamento dell’intero genoma. Il saggio in-house si è rivelato altamente riproducibile come dimostrato dai controlli di qualità (E. coli ATCC®25922, P. aeruginosa ATCC®27853, K. quasipneumoniae ATCC® 700603) i cui risultati sono compresi nel range di accettabilità definito da EUCAST in tutte le sedute. I tassi di resistenza variano tra i metodi: ComASP® ha identificato un solo isolato resistente, UMIC® e la BMD ne rilevano 3/23 e la DD 4/23. Considerando la BMD come riferimento, la congruenza (Categorical agreement, CA) tra i test è stata del 100% per PSAE, ma si è ridotta a 79% (ComASP®), 78% (UMIC®) e 65% (DD) per KLPN. L’analisi genomica volta ad individuare eventuali mutazioni associabili a resistenza chiarirà l’origine di tale discordanza. L’accuratezza (Essential agreement, EA) invece è notevolmente più bassa per entrambi i test commerciali 26% per ComASP® e 13% per UMIC®, con la tendenza a sovrastimare la MIC (44% e 52% dei casi, rispettivamente). Questi risultati enfatizzano la necessità di definire un metodo standardizzato per assicurare un’accurata determinazione della sensibilità al cefiderocol, essenziale per il trattamento efficace di infezioni resistenti ai carbapenemi.

Discordanze nella determinazione della MIC di cefiderocol: indagini metagenomiche e profili fenotipici in patogeni multiresistenti

ANTONELLO, MARIA
2022/2023

Abstract

Cefiderocol, a novel cephalosporin with potent activity against a broad spectrum of aerobic Gram-negative bacteria, was approved by FDA in 2019 for treating complicated infections. The reference method for cefiderocol antimicrobial susceptibility testing is broth microdilution (BMD) with iron-depleted-Mueller-Hinton medium, whereas EUCAST recommend using disk-diffusion (DD) on MH-agar plates to overcome the difficulties encountered in the preparation of BMD. Aim of this study is to develop an in-house broth microdilution protocol for cefiderocol susceptibility testing that can become the reference method to test clinical isolates and evaluating the performance of alternative methods. The characterization of the susceptibility profile is then completed with an accurate molecular analysis that can identify possible markers of resistance as well as resolving situations of difficult phenotypic interpretation. We analysed 19 strains of Klebsiella pneumoniae (KLPN) and 4 strains of Pseudomonas aeruginosa (PSAE) isolates from different sites, all phenotypically resistant to carbapenems. With the exception of two PSAE that show non-enzymatic resistance to carbapenems, all strains are carbapenemase producers. Cefiderocol susceptibility was determined using ComASP® Cefiderocol (Liofilchem, Italy), UMIC® Cefiderocol (Bruker, USA) (following manufacturer’ instructions), an in-house optimised BMD assay and with DD. Finally, whole genome sequencing was performed on all isolates. The BMD assay demonstrated high reproducibility, as internal quality controls (E. coli ATCC®25922 and P. aeruginosa ATCC®27853, K. quasipneumoniae ATCC® 700603) consistently fell within EUCAST specified range across all tests. Cefiderocol susceptibility results varied across methods: ComASP® identified only one resistant isolate, UMIC® and BMD detected 3/23 resistant strains, while DD detected 4/23. Categorical agreement (CA) with BMD as the reference was 100% for PSAE with both kits but decreased to 79% (ComASP®), 78% (UMIC®) and 65% (DD) for KLPN. Genomic analysis that identify possible mutations associated with resistance will clarify the origin of this discordance. Essential agreement (EA) was low for both commercial tests: 26% for ComASP® and 13% for UMIC®, with significant MIC overestimation in 44% and 52% of cases, respectively. These findings underscore the need for standardized cefiderocol testing to ensure accurate susceptibility assessments, essential for guiding effective treatment of carbapenem-resistant infections.
2022
Discordance in MIC determination for cefiderocol: investigating metagenomic and phenotypic profiles in multi-resistant pathogens
Nel 2019 la FDA ha approvato l’uso di cefiderocol, una nuova cefalosporina attiva contro un ampio spettro di batteri Gram-negativi, per il trattamento di infezioni complicate. Il metodo di riferimento per i test di sensibilità a cefiderocol è la microdiluizione in brodo (BMD) con terreno Mueller-Hinton ferro-depleto, tuttavia EUCAST raccomanda l’utilizzo della disco-diffusione (DD) su agar Mueller-Hinton per ovviare alle difficoltà emerse nell’allestimento della BMD. Obiettivo di questo studio è sviluppare un protocollo in-house di BMD per la determinazione della sensibilità a cefiderocol che possa diventare metodo di riferimento per testare isolati clinici e valutare le performance di metodiche alternative. La caratterizzazione del profilo di sensibilità viene poi completata con un’approfondita analisi molecolare che possa individuare eventuali marker di resistenza oltre a dirimere situazioni di difficile interpretazione fenotipica. Sono stati quindi raccolti 19 ceppi di K. pneumoniae (KLPN) e 4 ceppi di P. aeruginosa (PSAE) isolati da diversi distretti. Ad eccezione di due PSAE che manifestano una resistenza non enzimatica ai carbapenemi, tutti i ceppi sono produttori di carbapenemasi. La sensibilità al cefiderocol è stata determinata con i test ComASP® Cefiderocol (Liofilchem, Italia) e UMIC® Cefiderocol (Bruker, USA) (secondo le indicazioni del produttore), con il saggio in-house di BMD e in disco-diffusione. Su tutti gli isolati è stato infine eseguito il sequenziamento dell’intero genoma. Il saggio in-house si è rivelato altamente riproducibile come dimostrato dai controlli di qualità (E. coli ATCC®25922, P. aeruginosa ATCC®27853, K. quasipneumoniae ATCC® 700603) i cui risultati sono compresi nel range di accettabilità definito da EUCAST in tutte le sedute. I tassi di resistenza variano tra i metodi: ComASP® ha identificato un solo isolato resistente, UMIC® e la BMD ne rilevano 3/23 e la DD 4/23. Considerando la BMD come riferimento, la congruenza (Categorical agreement, CA) tra i test è stata del 100% per PSAE, ma si è ridotta a 79% (ComASP®), 78% (UMIC®) e 65% (DD) per KLPN. L’analisi genomica volta ad individuare eventuali mutazioni associabili a resistenza chiarirà l’origine di tale discordanza. L’accuratezza (Essential agreement, EA) invece è notevolmente più bassa per entrambi i test commerciali 26% per ComASP® e 13% per UMIC®, con la tendenza a sovrastimare la MIC (44% e 52% dei casi, rispettivamente). Questi risultati enfatizzano la necessità di definire un metodo standardizzato per assicurare un’accurata determinazione della sensibilità al cefiderocol, essenziale per il trattamento efficace di infezioni resistenti ai carbapenemi.
Farmacoresistenza
Cefiderocol
Test di sensibilità
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