Epidemiological, phenotypic and molecular profile of Staphylococcus aureus causing bacteraemia in children younger than 5 years in Manhiça district, Mozambique, 2001 2019

Abstract

Resumo A bacteremia estafilocócica, em particular a associada a Staphylococcus aureus (SAB), é uma das infeções da corrente sanguínea mais comuns em todo o mundo, mas ainda pouco caracterizada em Moçambique, particularmente ao nível da caracterização epidemiológica e das estirpes bacterianas associadas, informação essencial para definir estratégias de controlo e prevenção eficazes. Neste Doutoramento procurou-se descrever a epidemiologia de SAB e caracterizar S. aureus isolados em hemoculturas de crianças menores de 5 anos internadas no Hospital Distrital de Manhiça, Moçambique, ao longo de duas décadas (2001-2019). A incidência de SAB foi calculada a partir do sistema de vigilância demográfica do distrito da Manhiça. Entre 2001 e 2019, 8% (3.197/41.891) destas crianças apresentaram bacteremia, 12% das quais correspondendo a SAB. A incidência global de SAB foi de 56,1 episódios/100.000 crianças-anos em risco (CYAR), sendo mais elevada entre os neonatos (589,8 episódios/100.000 CYAR). A incidência de SAB diminuiu significativamente, de 322,1 para 12,5 episódios/100.000 CYAR entre 2001 e 2019. A análise de suscetibilidade aos antimicrobianos revelou uma elevada frequência de estirpes multirresistentes - MDR (25%, 85/336), mas reduzido número de S. aureus resistentes à meticilina - MRSA (5% 16/336). Detetou-se elevada frequência de resistência à penicilina (90%, 304/336), um antibiótico prescrito empiricamente (em combinação com a gentamicina) para doentes com suspeita de doença bacteriana invasiva. A mortalidade hospitalar por SAB foi de 9% (31/332), sendo significativamente associada a infeções por estirpes MDR (p = 0,043) e MRSA (p = 0,006). A tipificação molecular por SmaI-PFGE, spa typing e MLST revelou elevada diversidade de clones de S. aureus circulantes, com predominância dos complexos clonais CC5 (17%, 58/336) e CC8 (16%), seguidos por CC15 e CC1 (11% cada). A linhagem CC152, inicialmente detetada em 2001, ressurgiu em 2010 e tornou-se predominante no restante período de vigilância, enquanto outros CCs (CC1, CC5, CC8, CC15, CC25, CC80 e CC88) diminuíram ao longo do tempo. As 16 estirpes MRSA detetadas pertencem aos clones t064-ST612/CC8-SCCmecIVd (11/16), t008-ST8/CC8-SCCmecNT (4/16) e t5351-ST88/CC88-SCCmecIVa (1/16). Os genes lukSF-PV, que codificam para a leucocidina de Panton-Valentine foram detetados em 44% (147/336) das estirpes, predominando nos CC22 (100%), CC152 (97%) e CC121 (85%). Nenhuma das estirpes MRSA apresentou estes genes. A produção de biofilme foi frequentemente detetada para estirpes das linhagens emergentes CC152 e CC121 (80%, 52/65), sendo esta produção particularmente forte nas estirpes CC152. Os ensaios de infeção de Galleria mellonella com estirpes representativas evidenciaram um elevado potencial de virulência das estirpes clínicas testadas, com variações dentro e entre os CCs analisados. Apesar da incidência decrescente de SAB na nossa população, a mortalidade associada é ainda elevada, possivelmente relacionada com a infeção por estirpes MDR ou MRSA não tratáveis com os antibióticos comummente disponíveis. Estes resultados indicam uma necessidade urgente da revisão da pauta antibiótica empírica actual em Moçambique, tal como suportado pela actual preocupação relativa a resistência antimicrobiana. Adicionalmente, deve ser priorizado o desenho e implementação de medidas preventivas direcionadas para clones associados a SAB emergentes, incluindo o desenho de abordagens para a deteção precoce e tratamento de crianças com infeções potencialmente letais.

Abstract Staphylococcus aureus bacteraemia (SAB) is one of the most common bloodstream infections globally. Data on SAB epidemiology and associated bacterial lineages are scarce in Mozambique but needed to define effective preventive and control strategies. This doctoral thesis aimed to describe the epidemiology of SAB and characterization of associated S. aureus isolates from blood cultures among children aged under 5 admitted to the Manhiça District Hospital (MDH), Manhiça, Mozambique over two decades (2001-2019). The SAB incidence was calculated from the demographic surveillance system established in our setting. Between 2001 and 2019, 8% (3,197/41,891) of all children admitted at MDH had bacteraemia, 12% of which corresponded to SAB. The overall SAB incidence was 56.1 episodes/100,000 children-years at risk (CYAR) and was highest among neonates (589.8 episodes/100,000 CYAR). SAB declined significantly over the two decades of surveillance (322.1 to 12.5 episodes/100,000 CYAR between 2001 and 2019). The antimicrobial susceptibility analysis of the SAB-related S. aureus revealed high rates of multidrug-resistant (MDR) strains (25%, 85/336) and a low number of methicillin-resistant S. aureus (MRSA) strains (5%, 16/336). High frequencies of resistance were observed for penicillin (90%, 304/336), an antibiotic empirically prescribed (together with gentamicin) for patients admitted with suspected invasive bacterial disease. In-hospital mortality by SAB was 9% (31/332), significantly associated with infections by MDR (p = 0.043) and MRSA strains (p = 0.006). Molecular typing by SmaI-PFGE, spa typing and MLST revealed highly diverse circulating S. aureus clones with a predominance of clonal complexes CC5 (17%, 58/336) and CC8 (16%), followed by CC15 and CC1 (11% each). CC152, initially detected in 2001, re-emerged in 2010 and became predominant throughout the remaining surveillance period, while other CCs (CC1, CC5, CC8, CC15, CC25, CC80, and CC88) decreased over time. The 16 MRSA strains detected belonged to clones t064-ST612/CC8-SCCmecIVd (11/16), t008-ST8/CC8-SCCmecNT (4/16) and t5351-ST88/CC88-SCCmecIVa (1/16). The Panton-Valentine leucocidin (PVL) encoding genes, lukSF-PV, were carried by 44% (147/336) strains, predominantly among CC22 (100%), CC152 (97%) and CC121 (85%). All MRSA were lukSF-PV negative. The strains from the emergent lineages CC152 and CC121 were frequent biofilm producers (80%, 52/65), which was stronger for CC152. The infection assays of Galleria mellonellla with representative strains revealed high virulence potential of all SAB-related S. aureus clinical strains tested compared to a reference strain, with variation within and between the CCs analyzed. The findings from this Thesis revealed that despite the declining rate of SAB in our population, the associated mortality rate is still high, possibly related to infection by MDR and MRSA strains untreatable with the current empiric antibiotic therapy. These findings suggest an urgent need to review the current guidelines of empiric antibiotic treatment in Mozambique, as supported by the current concern regarding the burden of antimicrobial resistance. In addition, the design and implementation of preventive measures targeting SAB-related emerging clones, including tools for early recognition and treatment of children at risk of life-threatening disease must be urgently addressed.