CPE Screening

We are grateful to Dr Andrew Dodgson, Consultant Microbiologist, Public Health 

England and Central Manchester Hospitals NHS Foundation Trust

Educational Workshops 2016

Keynote

Terminology

• CPECarbapenemase Producing Enterobacteriaceae

• CRE Carbapenem Resistant Enterobacteriaceae

• CPOCarbapenemase Producing Organism

• CRO Carbapenem Resistant Organism

Classification of carbapenemases

• Class A (serine based)• KPC, GES, SME, NMC, IMI

• Class B (metallo‐enzymes)• NDM, IMP, VIM, GIM, SIM, SMP, L1, BCII, Ccra

• Class D (serine)• OXA

Queenan and Bush, CMR 2007

Classification

• Chromosomal– Class A

• SME, NMC, IMI

– Class B• BCII, L1, Ccra

• Plasmid– Class A

• KPC, GES

– Class B• NDM, IMP

– Class D• OXA

Queenan and Bush, CMR 2007

What’s worth worrying about?

• All of them?• The “Big 5”

– KPC– VIM– NDM– IMP– OXA‐48 like

Diversity

• Molecular characteristics

• Substrate profile• Activity against carbapenems

• Host species…….

• Compare with MRSA

Implications for:• Detection• Therapy• Control?

Global Distribution‐KPC

From: Lee et al., Front Microbiol. 2016 Jun 13;7:895

Global Distribution‐NDM

From: Lee et al., Front Microbiol. 2016 Jun 13;7:895

Global Distribution‐OXA‐48

From: Lee et al., Front Microbiol. 2016 Jun 13;7:895

http://www.ecdc.europa.eu/en/healthtopics/antimicrobial_resistance/database/Pages/map_reports.aspx

A UK Perspective

Number of isolates referred from UK hospital microbiology laboratories confirmed as carbapenemase‐producing Enterobacteriaceae by AMRHAI, 2003−2014.

Klebsiella pneumoniae Carbapenemase (KPC)

• 1st described from an isolate in a surveillance project from 19961

• Plasmid mediated• Disseminated throughout eastern seaboard during early 2000’s 

• Rate of carbapenem resistance in K. pneumoniae from NY went from 0.1% to 22% between 1999‐20062

1Yigit et al. Antimicrob Agents Chemother. 2001 Apr;45(4):1151-61. 2Landman et al. J Antimicrob Chemother. 2007 Jul;60(1):78-82.

Control‐What can we do?

• Find carriers• Screening

• Isolate carriers• Eliminate vectors

• Hand hygiene• Clean equipment

• Clean environment • Change host environment 

• Antibiotic policy

Control

Screening

• Who, when & how often?– On Admission– Any patient who in the last 12 months has: 

• Been an inpatient in a hospital abroad OR • Been an inpatient in a UK hospital known to have had problems with spread of carbapenemase‐producing Enterobacteriaceae

OR • Previously been colonised or had an infection with carbapenemase‐producing Enterobacteriaceae or close contact with a person who has, if known 

– 3 screens 48hrs apart

MIC’s of Carbapenemase producers

ECOFF S I RErta >0.125 ≤0.5 1 >1

0.5->64Imi >1 ≤2 4-8 >8

0.5->64Mero >0.125 ≤2 4-8 >8

0.25-64

Miriagou et al. Clin Microbiol Infect. 2010 Feb;16(2):112‐22.

Detection‐problems

MIC Determined by:• Presence, amount & type of carbapenemase• Porin loss• Presence & amount of other β‐lactamases (ESBL & AmpC)

Detection‐problems

Carbapenem resistance ≠ Carbapememase

ANDCarbapenemase ≠ Carbapenem 

resistance

Detection Methodologies

Considerations:• Clinical sample vs. Screening samples• Prevalence

– Sporadic– Outbreak– Endemic

An approach to clinical samples

• Test ALL significant Enterobacteriaceae against a carbapenem

• Ertapenem most sensitive (least specific)– Problems with Enterobacter

• Speciate• Work up all showing non‐susceptibility• Don’t rely on expert rules of automated systems to identify potential CPE

Screening Methods

• Faecal sample or rectal swab– Need adequate sample if rectal swab* (~50% increased positivity rate, 

for swabs with visibly faecal material, vs without)

• Enrichment vs. direct• Medium?

– Abx supplemented Mac or CLED– Mac or CLED with Carb disc– Commercial chromogenic

• Molecular

*Shorten, et al. JHI, 2016.

Screening Methods

• CDC method• 10ug Imi disc dropped in to 5ml TSB• Overnight incubation• Plated on to Mac

• Comparison of CDC and direct plating on Mac with 10ug Erta disk (≤27mm zone) *

– CDC, sens 65.6%, spec 49.6%– Direct, sens 97.0%, spec 90.5%

*Lolans et al, JCM 2010

CLED + Erta

ESBL Chromogenic + Erta

Negative Positive

Chromogenic media

• A number of formulations available• Difficult to critically assess performance• Likely to be optimised for KPC in particular• For example: 302 Turkish Pt’s screened (all who were +ve had OXA‐48)– CDC Method 58% sens, 95% spec– chromID Carba 58% sens, 99% spec– chromID OXA‐48 76% sens, 99% spec.

Zarakolu  et al., ECCMID 2014

Molecular screening methods

• In‐House PCR• Commercial PCR

– A number available (Check‐Direct, EasyPlex, Cepheid)

– Variations in platform, cost, genes detected.– Direct comparisons not available

Molecular screening methods

• Potential advantages– Sensitivity– Turn around time– Genotype known immediately

• Disadvantages– COST– Lack of isolate for sensitivity/typing– Won’t detect novel/unusual mechanisms– Equipment/training

Molecular screening methods

Comparison of commercial PCR vs culture1:• Sens 96.6%, Spec 98.6%, PPV 95.3%, NPV 99%.• Results available in 32‐48 mins.UK experience2:• 67,801 samples tested by in‐house or commercial PCR, PCR +ves then cultured

• Only 81.7% of PCR +ve found to be culture +ve

1Tato, et al. JCM, 2016, 54(7):1814‐9. 2Shorten, et al. JHI, 2016.

Laboratory Methods

• Disc susceptibility– Interpretation, inoculum.

• E‐test– Microcolonies, interpretation

Detection Methods

• BSAC– Interpretation, inoculum.

• E‐test– Microcolonies, interpretation

• Automated systems (e.g. VITEK)– Variable performance, “expert” rule base may miss some

– e.g. may not call a carbapenemase unless all ceph’s resistant also

Confirmatory testing

Locally:• Is it needed?• Is it reliable?• Does it make a difference? 

– Clinically?– Infection Control?

Confirmatory tests

• Modified Hodge Test• Phenotypic• Not specific to one enzyme• Within the capabilities of most labs• Subjective (to a degree)

“Cloverleaf test”

Negative MHT

Positive MHT

Synergy testing

Mechanism  Carb + clav Carb + boronic acid

Carb + EDTA R to temocillin

MBL ‐ ‐ +++ +/‐

KPC +/‐ +++ ‐ +/‐

OXA‐48 ‐ ‐ ‐ +++

Confirmatory testing

PCR• Gold standard• Reference test• Commercial systems available• Recently published comparison

– no difference in performance between 3 commercial assays

Findlay et al., JAC, 2015; 70(5):1338‐42.

An unanswered question

Can we robustly determine loss of carriage?Do we rescreen patients known to be previously positive when readmitted?

– What does a negative mean?– Genuine or below limit of detection?– PCR more believable than culture?

Summary

• CPE represent a heterogenous group of species and mechanisms

• Laboratory detection from clinical specimens may require a high index of suspicion

• No one screening method will tick ALL the boxes