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MARTIN JSH, EYRE DW, FAWLWY WN, ET AL.

Patient and strain characteristics associated with Clostridium difficile transmission and adverse outcomes

Clin Infect Dis 2018 Apr 12. [Epub ahead of print]

INTRODUZIONE

L'infezione da Clostridium difficile (CDI) rappresenta una delle più comuni infezioni ospedaliere, associata a un aumento significativo della mortalità a 30 giorni. Sebbene alcuni particolari ceppi siano stati associati a un peggior esito clinico, l'epidemiologia temporale e spaziale dei ceppi di C. difficile viene frequentemente monitorata utilizzando la tecnica del ribotyping, e non analisi maggiormente discriminatorie, quali il whole-genome sequencing (WGS). In particolare, studi epidemiologici hanno dimostrato che tipicamente solo un terzo dei nuovi casi di CDI viene acquisito da un donatore sintomatico, ma nessuno studio ha finora paragonato le caratteristiche e il tipo di ceppo dei casi con e senza contagio correlato all'assistenza sulla base del WGS.
Lo scopo di questo studio è stato determinare se l'utilizzo delle tecniche di WGS per l'analisi dei ceppi di C. difficile sia in grado di identificare caratteristiche del paziente e del ceppo batterico più strettamente associate con la trasmissione e l'esito della CDI rispetto al solo ribotyping. È stata quindi studiata la trasmissione del C. difficile fra casi sintomatici all'interno di una regione del Regno Unito, utilizzando entrambe le tecniche, allo scopo di determinare i fattori di rischio per la trasmissione dell'infezione e per l'acquisizione del C. difficile da un precedente caso sintomatico. Sono state anche definite le conseguenze cliniche della trasmissione da un caso a un altro, indagando la probabilità di ricorrenza della CDI e di morte nei pazienti con e senza un probabile "donatore".

METODI

Studio di coorte retrospettivo che ha incluso tutti i campioni consecutivi di feci diarroiche sottomessi per la diagnosi di CDI e positivi secondo il test citochinico (citotossicità cellulare), presso il laboratorio del Leeds Teaching Hospitals NHS Trust (Leeds, UK), nel periodo 1 agosto 2010-24 aprile 2012. Nel periodo in studio, tutti i pazienti con almeno 1 episodio di diarrea non altrimenti spiegabile dovevano essere isolati (dal giorno di inizio della diarrea ad almeno 48 ore dopo la risoluzione di sintomi o la dimissione dall'ospedale) e testati per CDI.

Analisi dei campioni
Tutti i campioni (inclusi eventuali campioni ripetuti positivi >7 giorni dopo provenienti dallo stesso paziente) sono stati coltivati a partire da una singola colonia, sottoposti a ribotyping e sequenziati utilizzando la tecnologia Illumina. I campioni sono stati confrontati utilizzando il ribotyping e le differenze in singole varianti nucleotidiche (SNV).

Casi di CDI
I casi di CDI sono stati definiti come il primo campione positivo alla coltura del C. difficile da ogni paziente positivo all'analisi della citotossina, più i campioni ripetuti positivi con una differenza >10 SNV da tutti i precedenti campioni.

Per ogni caso, sono stati raccolti:

  • dati anagrafici (età, sesso, indirizzo del paziente e del medico di base);
  • dati anamnestici (ricoveri nei 6 mesi precedenti e successivi ogni campione);
  • tempo fra prelievo del campione fecale e isolamento della fonte;
  • biomarker di gravità alla diagnosi (severity score: 0-3);
  • ricorrenza (nei successivi 120 giorni), definita come un campione ripetuto positivo per la citotossina >14 giorni dopo il primo campione positivo;
  • mortalità per ogni causa a 30 giorni.

Analisi della trasmissione dell'infezione
Per ogni nuovo caso sequenziato (n=640), sono stati considerati tutti i ceppi dei precedenti casi come possibili fonti di trasmissione:

  • una trasmissione diretta era considerata plausibile quando un isolato da un "donatore" precedente era entro 0-2 SNV rispetto a un "ricevente";
  • i casi con 3-10 SNV condividevano probabilmente una fonte comune negli ultimi 5 anni, ma la trasmissione diretta era improbabile;
  • i casi con >10 SNV da tutti i precedenti casi erano considerati geneticamente distinti e con bassa probabilità di condividere una fonte comune con ogni altro caso durante lo studio.

Metodi statistici
È stata studiata l'associazione univariata fra questi fattori e i casi che avevano acquisito il C. difficile da un altro caso geneticamente correlato o l'avevano trasmesso (soglia di ≤2 SNV) utilizzando i test di Kruskal-Wallis/rank-sum (fattori continui) e chi-quadrato/esatto (fattori categoriali).
Per indagare i fattori predittivi indipendenti per l'acquisizione, la trasmissione, la recidiva a 120 giorni e la mortalità a 30 giorni sono stati utilizzati modelli logistici multivariati.

RISULTATI

Nel periodo in studio, su 16.873 campioni diarroici esaminati da pazienti ospedalizzati e non, 888 (5%) erano positivi al test della citotossina del C. difficile, per un totale di 660 casi di CDI in 625 pazienti. Sono stati sequenziali con successo 831 isolati di C. difficile, corrispondenti a 640/660 casi (97%).

Casi di CDI
L'incidenza di CDI correlate all'assistenza (ospedaliere e da strutture sanitarie) era pari a 4,2 infezioni/10.000 giorni di ricovero. L'incidenza di CDI insorte nella comunità e indeterminate era pari a 143 infezioni/100.000 persone/anno.
La mortalità per ogni causa a 30 giorni era complessivamente pari al 19% (124/660).
I ribotipi più frequentemente isolati erano:

  • 027 (multi-locus sequence type, STI): 106 casi (16%);
  • 015 (ST10/ST44/ST45): 64 casi (10%);
  • 078 (ST11): 58 casi (9%).

Infezioni ricorrenti
Dopo rimozione di campioni ripetuti con ≤10 SNV entro 14 giorni dal primo campione, la frequenza di infezione ricorrente per i primi casi di CDI con almeno 120 giorni di follow-up è stata pari a 114/539 (21%) nel periodo in studio:

  • 95 casi entro 0-2 SNV (probabile recidiva) – mediana di 26 giorni dopo il primo campione;
  • 16 casi >10 SNV (probabile reinfezione) – mediana 32 giorni dopo il primo campione;
  • 3 casi a distanza di 3 SNV – 24-91 giorni dopo il primo campione.

Sul totale di 114 infezioni ricorrenti, 98 casi mostravano lo stesso ribotipo del primo campione (di questi, 1 caso presentava una reinfezione con un ceppo di C. difficile geneticamente distinto, con 1340 SNV di distanza).

Trasmissione di C. difficile
567 (89%) nuovi casi presentavano lo stesso ribotipo di almeno un precedente caso di CDI nella popolazione in studio, ma solo 227 (35%) avevano ≤2 SNV da un precedente isolato, a suggerire una acquisizione recente dalla popolazione sintomatica. 286 (45%) avevano >10 SNV rispetto a tutti i precedenti isolati.
115 (18%) dei nuovi casi di CDI mostravano un precedente contatto diretto nosocomiale (stesso reparto, stesso giorno) con un possibile "donatore" con 0-2 SNV.
I pazienti con un potenziale "donatore" (227) mostravano una più alta mortalità a 30 giorni (27% vs 12% per i casi con ceppi geneticamente distinti; p dopo aggiustamento: 0,06) e una maggiore probabilità di ricorrenza (29% vs 16%; p dopo aggiustamento: 0,001). Al contrario, non vi era alcun impatto indipendente (non mediato dalla trasmissione da un donatore sintomatico) del ribotipo sulla mortalità o la ricorrenza.

Fattori di rischio per l'acquisizione di CDI
I fattori maggiormente associati con l'avere un potenziale "donatore" (0-2 SNV) erano l'età avanzata, l'origine nosocomiale dell'infezione, un più lungo ricovero nelle 12 settimane precedenti la diagnosi, un alto score di gravità e il ribotipo (più frequente per il ribotipo 027 vs il ribotipo 078).
Dopo aggiustamento, all'analisi multivariata, fattori di rischio indipendenti per l'acquisizione di CDI da un precedente donatore sintomatico rimanevano:

  • età avanzata;
  • più lunga durata dell'ospedalizzazione;
  • ribotipo (027 in particolare, in misura minore 078/014/020/001/072).

Fattori di rischio per la trasmissione di CDI
228 (36%) casi di CDI erano donatori potenziali (0-2 SNV) per almeno 1 caso successivo.
All'analisi multivariata, fattori di rischio indipendenti per la trasmissione dell'infezione a un nuovo caso sintomatico di CDI erano gli stessi per l'acquisizione dell'infezione (vedi sopra), con l'aggiunta del sesso maschile.

CONCLUSIONI

In questo studio, sono stati identificati i fattori di rischio associati alla trasmissione della CDI all'interno delle strutture sanitarie e misurate le conseguenze cliniche di un'acquisizione recente del C. difficile da un caso sintomatico, dopo aver definito precisamente la correlazione genetica fra i casi utilizzando la tecnica di WGS.

Combinando WGS e ribotyping convenzionale su una vasta coorte di casi, è stato trovato che la correlazione genetica dei ceppi con casi precedenti varia significativamente secondo il ribotipo, suggerendo che i diversi tipi di C. difficile possono avere differenti reservoir e modalità di trasmissione. Al contrario non vi era una relazione indipendente fra ribotipo ed esito negativo, come riportato in studi precedenti.

I fattori di rischio identificati per una recente acquisizione e trasmissione dell'infezione (lungodegenza, età avanzata, alcuni ribotipi) potranno essere utilizzati per identificare una popolazione ad alto rischio, al fine di pianificare interventi preventivi, quali vaccinazione o profilassi.

Inoltre, questi risultati forniscono una nuova evidenza del più alto livello di trasmissibilità in ospedale di alcuni ribotipi di C. difficile, in particolare i ceppi di ribotipo 027: circa 2/3 delle CDI con questo ribotipo avevano avuto un contatto ospedaliero recente con un caso geneticamente simile. Al contrario, solo l'11% delle CDI con il ribotipo 078, anch'esso come lo 027 associato a un peggior outcome, si verificava in pazienti che avevano avuto un contatto recente in reparto con un caso geneticamente correlato. Il ribotipo di C. difficile 078 si ritrova frequentemente nel bestiame, per cui il cibo e l'esposizione agricola rappresentano fonti ambientali alternative di infezione per questo tipo.

Lo studio ha dimostrato anche l'associazione fra l'acquisizione della CDI e la ricorrenza dell'infezione (oltre a un trend con una più alta mortalità): questa associazione potrebbe riflettere fattori legati all'ospite (ad es. comorbilità multiple), predisponenti sia all'acquisizione sia all'esito negativo dell'infezione. Tuttavia, questi dati supportano l'importanza delle misure di controllo dell'infezione mirate sui casi sintomatici di CDI per ridurre il rischio di trasmissione ai pazienti vulnerabili e prevenire outcome particolarmente gravi in questi individui.

In conclusione, l'analisi WGS e i dati epidemiologici dettagliati dimostrano che l'acquisizione di un ceppo di C. difficile da un precedente caso sintomatico è associato a un peggior outcome clinico. Mirare gli interventi preventivi ai pazienti ad alto rischio di essere donatori o riceventi potrà ridurre la trasmissione del C. difficile e i tassi di infezione all'interno delle strutture sanitarie, oltre a migliorare l'outcome dei pazienti. Da notare che lo studio dimostra anche la variabilità della trasmissione correlata all'assistenza dei diversi ceppi di C. difficile, suggerendo che la CDI non è un'entità omogenea, ma probabilmente possiede differenti reservoir e modalità di trasmissione.

COMMENTO

A cura di Francesco G. De Rosa
Prof. Associato, Malattie Infettive, Dipartimento di Scienze Mediche, Università di Torino

Gli autori utilizzano per la prima volta la tecnica del whole-genome sequencing (WGS) per valutare quali fattori di rischio legati all'ospite e al ceppo batterico siano associati al rischio di trasmissione, di recidiva e di outcome sfavorevole nei pazienti con infezione da Clostridium difficile (CDI).

Lo studio viene condotto in Inghilterra, nella regione di Leeds, presso il Leeds Teaching Hospital. La città ha una popolazione di 750.000 abitanti e un'incidenza (calcolata su 10.000 giornate di degenza) di 4,2 e 143 ogni 100.000 abitanti per anno di infezioni da CDI ospedaliere e da CDI comunitarie o indeterminate, rispettivamente. Come termine di riferimento, in un lavoro del 2011 (il lavoro attuale si basa su una casistica raccolta tra 2010 e il 2012) pubblicato su Lancet l'incidenza di CDI in UK era di 10,6 casi per 10.000 giornate di degenza [1].

Il campionamento su feci per C. difficile è stato effettuato su tutti i pazienti con almeno un episodio di diarrea senza causa apparente, approccio che difficilmente viene effettuato nella routine quotidiana in assenza di ben definiti rischi del paziente in anamnesi.

Per ogni nuovo caso accertato (il caso viene definito come C. difficile cresciuto in coltura, in pazienti con citotossina positiva su feci, con >10 varianti dei singoli nucleotidi [SNV] differenti rispetto ai ceppi precedentemente isolati) sono stati considerati come possibile sorgente tutti i ceppi precedentemente isolati (anche gli isolamenti multipli dal medesimo paziente) e i campioni sono poi stati confrontati in base al ribotipo e in base alle SNV sequenziati al WGS.

Una trasmissione diretta di ceppi è stata considerata per differenze tra 0-2 SNV. I casi con differenze tra 3-10 SNV sono stati considerati come probabilmente correlati a una medesima fonte isolata negli ultimi 5 anni, ma non è stata ipotizzata una trasmissione diretta tra casi. Gli isolamenti con differenze >10 SNV sono stati considerati come casi geneticamente distinti e considerando quindi improbabile una fonte comune.

Partendo dalla ribotipizzazione l'89% dei nuovi casi presentava il medesimo ribotipo dei casi isolati precedentemente. Sulla base del sequenziamento però è stato osservato come solo il 35% presentasse delle differenze tra 0-2 SNV e quindi categorizzabile con possibile trasmissione diretta. Il 45%, pur avendo il medesimo ribotipo, presentava >10 SNV di differenza.

Nei pazienti con CDI sono stati effettuati prelievi sequenziali con follow-up dal caso iniziale >120 giorni. Il 21% ha avuto una recidiva. Dopo confronto fra SNV è stato visto come l'83% fosse realmente una recidiva (differenze tra SNV tra 0-2), mentre il 14% presentasse differenze >10 SNV definendoli come nuovi casi. La mortalità a 30 giorni è stata del 27% vs 12% nei pazienti con donatore (0-2 SNV) potenziale vs pazienti privi di donatore e le differenze risultavano statisticamente significative. La significatività peraltro veniva persa dopo aggiustamento per fattori indipendenti. Questo aspetto, seppur necessiti approfondimenti in studi più ampi e più rappresentativi, sottolinea la maggior specificità del WGS rispetto alla ribotipizzazione soprattutto nell'ottica dell'infection control.

Le potenzialità del WGS nel definire i casi di recente acquisizione, che risultano associati a maggiore mortalità e maggiore rischio di recidiva a 120 giorni, potrebbero risultare utili nel valutare il rischio del paziente all'ingresso e nell'approccio di profilassi e pre-emptive nel paziente fragile con rischio di acquisizione di CDI da "donatore".

In conclusione, lo studio conferma la maggiore specificità per il setting ospedaliero del ribotipo 027, senza però associarlo a un peggiore outcome come riportato in altri studi precedenti e definisce come prevalentemente comunitario il ribotipo 078. Dal punto di vista epidemiologico, nel ciclo di trasmissione documentato di "donatori" e "riceventi" non vengono considerati i cosiddetti "carrier asintomatici" di CDI, sempre maggiormente associati a ricoprire un ruolo. Non viene valutato inoltre il ruolo dei "carrier" intermedi tra fonte e ospite finale (operatori, strumenti ecc.) che possono risultare importanti in un setting ospedaliero.

L'utilità del WGS nella CDI ha diversi approcci futuribili nel contesto dell'infection control e nella gestione del paziente fragile, con prospettive di espansione di questo campo di interesse attraverso studi multicentrici, preferibilmente a livello europeo e con adeguata rappresentatività del campione epidemiologico.

 

BIBLIOGRAFIA

  1. Bauer MP, Notermans DW, van Benthem BH, et al. Clostridium difficile infection in Europe: a hospital-based survey. Lancet 2011;377(9759):63-73.
  2.  

    AINF-1276377-0000-W-ZIN-11/2020
    Servizio scientifico offerto alla Classe Medica da MSD Italia s.r.l. Questa pubblicazione riflette i punti di vista e le esperienze degli autori e non necessariamente quelli della MSD Italia s.r.l. Ogni prodotto menzionato deve essere usato in accordo con il relativo riassunto delle caratteristiche del prodotto fornito dalla ditta produttrice