Incidence, impact and natural history of Klebsiella species infections in cystic fibrosis: A longitudinal single center study

Abstract

INTRODUCTION: Non-classical pathogens including Klebsiella spp. have been observed infrequently as part of large cystic fibrosis (CF) cohort studies, but there are sparse data regarding their impact on clinical outcomes.

OBJECTIVES: This study was conducted to elucidate the clinical impact of Klebsiella species infections in CF patients.

METHODS: Adult patients attending a Canadian CF clinic with Klebsiella spp. positive sputum cultures from 1978–2013 were assessed. Infection was categorized as transient or prolonged (≥50% positive cultures in one year). Rates of pulmonary exacerbations (PEx) at incident infection and risk factors for developing prolonged infections were determined. Isolates were genotyped and tested for antibiotic susceptibility and hypermucoviscosity.

RESULTS: Thirty unique infections among 25 patients (8% of clinic population) were detected, in which 9 K. pneumoniae, 17 K. oxytoca and 4 K. ozaenae species were identified. Four patients developed prolonged infection, however, all but one subsequently cleared. Incident infection was associated with increased risk of PEx compared to clinic visits before but not after isolation. Patients progressing to prolonged infections did not differ in demographics, comorbidities or treatments, compared to transiently infected individuals. Hypermucoviscosity and multi-drug resistance were uncommon. Individuals were infected with only single strains of Klebsiella at a time and no evidence of cross infection was observed.

CONCLUSIONS: Klebsiella infections are rare at any individual time point in CF. However, they are observed in almost 10% of a patient cohort followed longitudinally and are not clearly associated with either acute or sub-acute clinical deterioration.

RÉSUMÉ

INTRODUCTION: Des pathogènes non classiques, dont Klebsiella spp., sont rarement observés dans de cadre le vastes études de cohortes sur la fibrose kystique, mais les données concernant leur impact sur les résultats cliniques sont insuffisantes.

OBJECTIFS: Élucider l’impact clinique des infections à Klebsiella chez les patients atteints de fibrose kystique.

MÉTHODES: Les patients adultes ayant fréquenté une clinique de fibrose kystique canadienne dont les cultures d’expectorations étaient positives entre 1978 et 2013 ont été évalués. L’infection a été catégorisée transitoire ou prolongée (≥50% des cultures positives en un an). Les taux d’exacerbations pulmonaires au moment de l’infection incidente et les facteurs de risque pour le développement d’infections prolongées ont été déterminés. Les isolats ont été génotypés et des tests ont été menés pour déterminer leur susceptibilité antibiotique et leur hypermucoviscosité.

RÉSULTATS: Trente infections uniques parmi 25 patients (8 % de la population clinique) ont été détectées, parmi lesquelles les espèces 9 K. pneumoniae, 17 K. oxytoca, et 4 K. ozaenae ont été identifiées. Quatre patients ont développé une infection prolongée; toutefois, celle-ci s’est subséquemment résorbée chez tous les patients, sauf un. Une infection incidente a été associée à une augmentation du risque d’exacerbations pulmonaires comparativement aux visites à la clinique avant l’isolation, mais pas après. Les patients pour lesquels l’infection s’est prolongée ne différaient pas des individus infectés de manière transitoire en ce qui concerne leurs caractéristiques démographiques, les comorbidités ou les traitements. L’hypermucoviscosité et la résistance à plusieurs médicaments étaient rares. Les individus étaient infectés par une seule souche de Klebsiella à la fois et aucune preuve d’infection croisée n’a été observée.

CONCLUSION: Les infections à Klebsiella sont très rares chez les patients atteints de fibrose kystique. Toutefois, elles ont été observées chez près de 10 % d’une cohorte de patients suivis de manière longitudinale, mais n’ont pas été clairement associées à une détérioration clinique aiguë ou subaiguë.

Keywords:

• Klebsiella pneumoniae
• Klebsiella oxytoca
• bronchiectasis
• chronic respiratory infection
• Enterobacteriaceae
• emerging infection
• pulmonary exacerbation

Acknowledgments

The authors gratefully acknowledge the participation of patients and staff of the Calgary, Adult CF clinic and Calgary Laboratory Services.

Contributions

S.H. Phang collected and analyzed clinical data. J. Greysson-Wong performed bacterial strain typing and susceptibility testing. S.H. Phang wrote the initial draft of the manuscript, and all authors contributed to its revision. S.H. Phang and R. Somayaji performed statistical testing. D.G. Storey, H.R. Rabin, M.G. Surette and M.D. Parkins collect and maintain the Calgary Adult CF Biobank. The project was envisioned and supervised by M.D. Parkins and M.G. Surette.

Disclosure

The authors have no relevant conflicts of interests to disclose. S.H. Phang, J. Greysson-Wong and D.G. Storey report no conflicts. M.D. Parkins, H.R. Rabin and M.G. Surette have received research support from Gilead Sciences, CF Canada and CIHR. R. Somayaji has research fellowship funding from CF Canada, CIHR and Alberta Innovates-Health Solutions. This study was supported by a grant to M.D. Parkins from Cystic Fibrosis Canada (3185).