Development and Evaluation of Multiplex PCR for the Detection of Carbapenemase-Producing Enterobacteriaceae

카바페넴분해효소 생성 장내세균 검출을 위한 Multiplex PCR의 개발 및 평가

Background: The isolation of carbapenemase-producing Enterobacteriaceae (CPE) has become increasingly common. Continuous surveillance for these organisms is essential because their infections are closely related to outbreaks of illness and are associated with high mortality rates. The aim of this study was to develop and evaluate multiplex PCR as a means of detecting several important CPE genes simultaneously. Methods: We aimed to develop a multiplex PCR that could detect seven CPE genes simultaneously. The multiplex PCR was composed of seven primer sets for the detection of KPC, IMP, VIM, NDM-1, GES, OXA-23, and OXA-48. We designed different PCR product sizes of at least 100 bp. We evaluated the performance of this new test using 69 CPE-positive clinical isolates. Also, we confirmed the specificity to rule out false-positive reactions by using 71 carbapenem-susceptible clinical strains. Results: A total of 69 CPE clinical isolates showed positive results and were correctly identified as KPC (N=14), IMP (N=13), OXA-23 (N=12), OXA-48 (N=11), VIM (N=9), GES (N=5), and NDM (N=5) by the multiplex PCR. All 71 carbapenem-susceptible clinical isolates, including Enterococcus faecalis, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, and Pseudomonas aeruginosa, showed negative results. Conclusion: This multiplex PCR can detect seven CPE genes at a time and will be useful in clinical laboratories.

배경: 다양한 임상검체에서 카바페넴분해효소 생성 장내세균(carbapenemase-producing Enterobacteriace, CPE)의 분리가 증가하고 있다. CPE 감염증은 치사율이 높고, 집단 발병의 가능성이 높아 지속적인 감시가 필수적이다. 저자들은 CPE 주요 유전자들을 한 번에 검출하기 위한 multiplex PCR을 개발하고 이를 평가하고자 하였다. 방법: 총 7종의 내성 유전자를 동시에 검출하기 위한 시발체를 새롭게 디자인하고 PCR 조건을 설정하였다. 주요 카바페넴분해효소인 KPC, IMP, VIM, NDM-1, GES, OXA-23 및 OXA-48 유전자를 대상으로 하였다. 각 유전자의 증폭 산물은 100 bp 이상의 차이가 나도록 고안하였다. 개발된 multiplex PCR은 총 69주의 CPE 양성 임상분리균주를 이용하여 평가하고, 비특이적 증폭에 의한 위양성 가능성의 배제를 위해 71주의 카바페넴 감수성 균주로 확인하였다. 결과: 본 연구에서 개발한 시발체 및 PCR 조건을 이용하여 실험한 결과 CPE 내성 유전자인 KPC 양성 14주, IMP 양성 13주, OXA-23 양성 12주, OXA-48 양성 11주, VIM 양성 9주, GES 및 NDM 양성 각 5주 등 총 69주 모두에서 CPE 유전자의 검출이 가능함을 확인하였다. 카바페넴 감수성 균주를 이용한 특이성 확인 시험에서 Enterococcus faecalis, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa 등을 포함한 총 71주의 다양한 그람양성 및 음성균주 모두에서 음성임을 확인하였다. 결론: 본 연구에서 개발된 multiplex PCR은 총 7종의 CPE 유전형을 한 번에 검출할 수 있어 CPE 확인 시험에 유용할 것으로 생각한다.