Estimation of an outbreak of Enterobacter cloacae in a neonatal intensive care unit in Germany, 2015

Enterobacter (E.) cloacae spielt als Kommensale, welcher auch nosokomiale Infektionen hervorrufen kann, eine wichtige Rolle auf Intensivstationen. Nosokomiale Ausbrüche unter anderem mit schwerwiegenden Infektionen und Todesfällen werden immer wieder beschrieben. Durch die Eigenschaften von E. cloacae, wie zum Beispiel seiner fakultativen Pathogenität und seinem wandelndem Resistenzmuster innerhalb eines Stammes, kann bei Ausbrüchen die Identifizierung von Ausbruchsfällen erschwert sein. Zur Unterscheidung von Ausbruchs- und koinzidenten Fällen bedarf es daher möglichst spezifischer mikrobiologischer Typisierungsmethoden. Die begrenzte Diskriminierungsfähigkeit einiger Genotypisierungs-Verfahren kann zur Überschätzung der Fallzahl in einem Ausbruch führen, was unter Umständen weitreichende Konsequenzen für alle beteiligten Personen hat. In dieser Arbeit wird anhand eines Ausbruchs mit E. cloacae auf einer neonatologischen Intensivstation (NICU) in Deutschland die Problematik der Eingrenzung von Ausbrüchen mit E. cloacae erläutert. Im Fokus steht die Fragestellung nach geeigneten molekularbiologischen Typisierungsverfahren, um im Falle eines fraglichen nosokomialen Ausbruchs mit E. cloacae zwischen Ausbruchsstamm und ko-inzidenten E. cloacae unterscheiden zu können. Ende August 2015 wurde auf einer neonatologischen Intensivstation in Deutschland der Verdacht auf einen E. cloacae Ausbruch mit zu diesem Zeitpunkt 17 potentiell betroffenen Kindern gestellt. Das Robert Koch-Institut wurde eingeladen, die eingeleitete Ausbruchsuntersuchung zu unterstützen. Es wurde eine ausgedehnte retrospektive und prospektive Fallsuche durchgeführt. Durch Genotypisierung der Isolate aller vorläufigen Fälle mittels Zufalls-geprimter Polymerase-Kettenreaktion (abitrarily primed PCR, AP-PCR) wurden 23 Fälle auf mehreren Stationen bestätigt. Die Isolate aller in der AP-PCR bestätigten Fälle wurden in der Folge erneut durch Pulsfeld-Gel-Elektrophorese und Ganzgenomsequenzierung genotypisiert. Beide Verfahren bestätigten lediglich (dieselben) zehn Fälle. Dem Ausbruch wurden schließlich diese zehn sowie sechs weitere wahrscheinliche Fälle zugeordnet, für die keine Isolate mehr zur Genotypisierung zur Verfügung standen, die aber einen engen epidemiologischen Zusammenhang zu den bestätigten Fällen aufzeigten. Bei allen anderen Patientinnen und Patienten mit phänotypischem E. cloacae Nachweis und Bestätigung durch AP-PCR fehlte der epidemiologische Link und die Isolate zeigten zum Ausbruchsstamm unterschiedliche Typisierungsergebnisse in PFGE und NGS. Diese praktische Ausbruchsuntersuchung zeigt, dass die AP-PCR bei Ausbrüchen mit E. cloacae nicht ausreichend diskriminiert. Trotz größerem Aufwand und höherer Kosten sind hoch diskriminierende molekulargenetische Vergleichsverfahren wie PFGE oder NGS essentiell, um das wahre Ausmaß von Ausbrüchen mit E. cloacae abzuschätzen und die mit einer Überschätzung verbundenen negativen Konsequenzen zu vermeiden. Enterobacter (E.) cloacae is a commensal of the human gastrointestinal tract and an important facultative pathogen responsible for healthcare-associated infections on intensive care units. Healthcare-associated (HA) outbreaks with E. cloacae have been reported previously involving fatalities and severe sequelae. The characteristics of E. cloacae can complicate the identification of outbreak-associated cases. Therefore, highly discriminating genotyping methods are needed for a clear differentiation of outbreak and non-outbreak isolates, to avoid an overestimation of outbreak-related cases and subsequently negative consequences for affected patients and facilities. Based on the investigation of an E. cloacae outbreak on a neonatal intensive care unit (NICU) in Germany difficulties in the case search within HA outbreaks will be analysed in this work. The focus is on adequate genotyping methods to discriminate between cases and non-cases. In August 2015 a cluster of neonates with E. cloacae complex colonisation was identified in a NICU of a tertiary care hospital in Germany and the Robert Koch Institute was invited to support the outbreak investigation. To identify all outbreak-related cases a comprehensive retrospective and prospective case search was conducted. The isolates of all potential cases were initially genotyped by abitrarily primed PCR (AP-PCR), resulting in 23 confirmed cases with isolates belonging to the outbreak strain. Because of inplausible epidemiological links between the confirmed cases, the isolates of all AP-PCR confirmed cases were additionally genotyped by pulsed-field gel electrophoresis and whole genome sequencing. Both confirmed only ten cases to belong to the outbreak. Finally, these 10 confirmed cases plus six probable cases without isolates available for genotyping but with a clear epidemiological link in place and time were attributed to the outbreak. For all other patients with phenotypical E. cloacae spp. dissolvens detection a clear epidemiological link to confirmed cases was missing and isolates were assigned to non-outbreak related E. cloacae strains by PFGE/NGS. This outbreak investigation highlights the insufficient discriminatory power of AP-PCR in E. cloacae outbreaks. Despite higher costs and expenses highly discriminatoring genotyping methods like PFGE and NGS are essential to reveal the true extension of E. cloacae outbreaks and to prevent further harm related to outbreak overestimation