Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI1784810.15789/2220-7619-BPO-17848ORIGINAL ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleBiological properties of Klebsiella pneumoniae with classical and hypermucoid phenotype isolated from intensive care unit patientsБиологические свойства Klebsiella pneumoniae с классическим и гипермукоидным фенотипом, выделенных от пациентов отделения реанимацииIsaenkoO. A.ИсаенкоО. А.
Russian Federation

Applicant of the Department of Microbiology and Virology, Head of the Bacteriological Laboratory

соискатель кафедры микробиологии и вирусологии, зав. бактериологической лабораторией

yvz@bk.ruZakharovaYuliyа V.ЗахароваЮлия В.
Russian Federation

DSc (Medicine), Associate Professor, Professor of the Department of Microbiology and Virology

д.м.н., доцент, профессор кафедры микробиологии и вирусологии

yvz@bk.ruKuprienkoT. S.КуприенкоТ. С.
Russian Federation

Resident Physician, Department of Microbiology and Virology, Trainee Physician at the Bacteriological Laboratory

ординатор кафедры микробиологии и вирусологии, врач-стажер бактериологической лаборатории

yvz@bk.ruKemerovo State Medical UniversityФГБОУ ВО Кемеровский государственный медицинский университет Минздрава РоссииKuzbass Clinical Hospital of Emergency Medicine named after M.A. PodgorbunskyГАУЗ Кузбасская клиническая больница скорой медицинской помощи имени М.А. Подгорбунского2306202506112025154Russian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет7497561401202507062025Copyright ©; 2025, Isaenko O.A., Zakharova Y.V., Kuprienko T.S.Copyright ©; 2025, Исаенко О.А., Захарова Ю.В., Куприенко Т.С.2025Isaenko O.A., Zakharova Y.V., Kuprienko T.S.Исаенко О.А., Захарова Ю.В., Куприенко Т.С.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/17848

Introduction. There are conflicting data on the biological properties of hypermucoid Klebsiella pneumoniae, so in practice there are difficulties in differentiating their pathotype. The aim of the study was to compare phenotypic properties for subpopulations of hypermucoid and classical K. pneumoniae isolated from intensive care unit patients.

Materials and methods. The main group (n = 24) consisted of patients with hypermucoid K. pneumoniae, the control group (n = 24) consisted of patients infected with classical klebsiella. Isolation of K. pneumoniae from different biomaterial sources was performed by bacteriological method, identification — with “ErbaScan” microbiological analyzer using “Entero-Rapid 24” (Erba Lachema, Czech Republic). Lipase production was studied on Tributryn Agar Base (HIMEDIA, India), protease — on Micro-GELATINase (NICF, St. Petersburg), hemolysins — on 5% blood MPA (FBUN GSC PMB, Obolensk), presence of extended-spectrum β-lactamases (ESBLs) was investigated by the double-disc method, and sensitivity to phages by the SPOT test. Parametric and nonparametric statistical methods were used to process the data. The differences were considered significant at p < 0.05.

Results. The detection rate of K. pneumoniae with a hypermucoid phenotype in intensive care unit patients was 23.1%; in 66.7% of cases these bacteria were isolated from sputum. Hypermucoid K. pneumoniae had a similar frequency of virulence factors production such as lipase (70.8% and 54.2%, respectively; p = 0.927), hemolysins (45.8% and 50%, respectively; p = 0.773), proteases (12.5% and 33.3%, respectively; p = 0.086). In hypermucoid and classical klebsiella, there were no differences in the frequency of ESBLs production (75% and 62.5%, respectively; OR = 1.8; 95% CI 0.521–6.218, p = 0.351) and the frequency of bacteriophage resistance (p > 0.05). In infectious processes associated with hypermucoid klebsiella strains, the level of patient leukocytes was significantly lower than in case of classical klebsiella infections (9.7 × 109 l vs 11.6 × 109 l; p = 0.028). However, regardless of the pathogen phenotype, patients had similar lengths of stay in the intensive care unit (12.5–16 days; p = 0.29) and mortality rates (58.2–62.5%; p = 0.77).

Conclusion. Hypermucoid K. pneumoniae show a similar frequency of producing invasion factors, extended-spectrum beta-lactamases, and bacteriophage resistance to classical strains, which determines common approaches in the treatment of patients. The hypermucoid phenotype of bacteria is associated with lower levels of leukocytes, which must be taken into account to assess infection severity in patients.

Введение. Существуют противоречивые данные о биологических свойствах гипермукоидных Klebsiella pneumoniae, поэтому в практике существуют трудности в дифференциации их патотипа. Целью исследования было сравнение фенотипических свойств субпопуляций гипермукоидных и классических K. pneumoniae, выделенных от пациентов отделения реанимации.

Материалы и методы. Основную группу (n = 24) составили пациенты, у которых выделяли гипермукоидные K. pneumoniae, группу контроля (n = 24) — пациенты с классическими клебсиеллами. Изоляцию K. pneumoniae из различного биоматериала проводили бактериологическим методом, видовую идентификацию — на микробиологическом анализаторе «ErbaScan» (Erba Mannheim, Чехия) с использованием «Entero-Rapid 24» (Erba Lachema, Чехия). Продукцию липаз изучали на Tributryn Agar Base (HIMEDIA, Индия), протеаз — на Микро-ЖЕЛАТИНАЗА (НИЦФ, Санкт-Петербург), гемолизинов — на 5% кровяном МПА (ФБУН ГНЦ ПМБ, Оболенск), наличие β-лактамаз расширенного спектра (БЛРС) исследовали методом двойных дисков, чувствительность к фагам — методом «SPOT»-теста. Для обработки данных использовали параметрические и непараметрические методы статистики. Различия считали достоверными при p < 0,05.

Результаты. Частота обнаружения у пациентов реанимационного отделения K. pneumoniae с гипермукоидным фенотипом составила 23,1%, в 66,7% случаев они были выделены из мокроты. Гипермукоидные K. pneumoniae имели сходную с классическими клебсиеллами частоту продукции таких факторов вирулентности, как липаза (70,8 и 54,2% соответственно; p = 0,927), гемолизины (45,8 и 50% соответственно; p = 0,773), протеазы (12,5 и 33,3% соответственно; p = 0,086). У гипермукоидных и классических клебсиелл отмечали отсутствие различий по частоте продукции БЛРС (75 и 62,5% соответственно; OR = 1,8; 95% CI 0,521–6,218, p = 0,351) и бактериофагорезистентности (p > 0,05). При инфекционных процессах, ассоциированных с гипермукоидными штаммами, уровень лейкоцитов у пациентов был достоверно ниже, чем при инфекциях, вызванных классическими клебсиеллами (9,7 × 109 л против 11,6 × 109 л; p = 0,028). Однако независимо от фенотипа возбудителей пациенты имели сходные сроки пребывания в отделении реанимации (12,5–16 суток; p = 0,29) и частоту летальных исходов (58,2–62,5%; p = 0,77).

Заключение. Гипермукоидные K. pneumoniae имеют сходную с классическими штаммами частоту продукции факторов инвазии, β-лактамаз расширенного спектра, бактериофагорезистентность, что определяет единые подходы в лечении пациентов. Гипермукоидный фенотип бактерий ассоциирован с более низкими уровнями лейкоцитов, что необходимо учитывать для оценки тяжести инфекционного процесса у пациентов.

K. pneumoniaehypermucoid phenotypeclassical phenotypevirulence factorsresistance to phagesbeta-lactamasesK. pneumoniaeгипермукоидный фенотипклассический фенотипфакторы вирулентностирезистентность к фагамβ-лактамазыАгеевец В.А., Агеевец И.В., Сидоренко С.В. Конвергенция множественной резистентности и гипервирулентности у Klebsiella pneumoniae // Инфекция и иммунитет. 2022. Т. 12, № 3. С. 450–460. [Ageevets V.A., Ageevets I.V., Sidorenko S.V. Convergence of multiple resistance and hypervirulence in Klebsiella pneumoniae. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2022, vol. 12, no. 3, pp. 450–460. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-COM-1825Бардашева А.В., Фоменко Н.В., Калымбетова Т.В., Бабкин И.В., Кретьен С.О., Жираковская Е.В., Тикунова Н.В., Морозова В.В. Генетическая характеристика клинических изолятов клебсиелл, циркулирующих в Новосибирске // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021. Т. 25, № 2. С. 234–245. [Bardasheva A.V., Fomenko N.V., Kalymbetova T.V., Babkin I.V., Chretien S.O., Zhirakovskaya E.V., Tikunova N.V., Morozova V.V. Genetic characteristics of clinical Klebsiella isolates circulating in Novosibirsk. Vavilovskii zhurnal genetiki i selektsii = Vavilovsky Journal of Genetics and Breeding, 2021, vol. 25, no. 2, pp. 234–245. (In Russ.)] doi: 10.18699/VJ21.49-oБонда Н.А., Стома И.О., Осипкина О.В., Зятьков А.А., Шафорост А.С., Карпова Е.В., Тапальский Д.В. Молекулярно-генетические маркеры резистентности и вирулентности инвазивных штаммов Klebsiella pneumoniae по данным полногеномного секвенирования // Проблемы здоровья и экологии. 2023. Т. 20, № 1. С. 7–15. [Bonda N.A., Stoma I.O., Osipkina O.V., Zyatkov A.A., Shaforost A.S., Karpova E.V., Tapalsky D.V. Molecular genetic markers of resistance and virulence of invasive strains of Klebsiella pneumoniae according to genome-wide sequencing. Problemy zdorovya i ekologii = Health and Environmental Issues, 2023, vol. 20, no. 1, pp. 7–15. (In Russ.)] doi: 10.51523/2708-6011.2023-20-1-01Бухарин О.В. Адаптивные стратегии взаимодействия возбудителя и хозяина при инфекции // Вестник Российской академии наук. 2018. Т. 88, № 7. С. 637–643. [Bukharin O.V. Adaptive strategies of interaction between the pathogen and the host in infection. Vestnik Rossiiskoi akademii nauk = Bulletin of the Russian Academy of Sciences, 2018, vol. 88, no. 7, pp. 637–643. (In Russ.)] doi: 10.31857/S086958730000087-3Карпов О.Э., Гусаров В.Г., Камышова Д.А., Орлова О.А., Петрова Л.В., Хакулова А.Э., Пивкина А.И., Замятин М.Н. Оценка эффективности применения стратегии сдерживания антибиотикорезистентности: результаты десятилетнего исследования в многопрофильном стационаре // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2023. Т. 25, № 3. С. 283–295. [Karpov O.E., Gusarov V.G., Kamyshova D.A., Orlova O.A., Petrova L.V., Khakulova A.E., Pivkina A.I., Zamyatin M.N. Evaluation of the effectiveness of the antibiotic resistance control strategy: results of a ten-year study in a multidisciplinary hospital. Klinicheskaya mikrobiologiya i antimikrobnaya khimioterapiya = Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy, 2023, vol. 25, no. 3, pp. 283–295. (In Russ.)] doi: 10.36488/cmac.2023.3.283-295Козлова А.И., Тапальский Д.В. Чувствительность к антибиотикам и бактериофагам клинических изолятов Klebsiella pneumoniae с классическим и гипермукоидным фенотипами // Военная медицина. 2019. Т. 50, № 1. С. 44–48. [Kozlova A.I., Tapalskiy D.V. Sensitivity to antibiotics and bacteriophages of clinical isolates of Klebsiella pneumoniae with classical and hypermucoid phenotypes. Voennaya meditsina = Military Medicine, 2019, vol. 50, no. 1, pp. 44–48. (In Russ.)]Леванова Л.А., Марковская А.А., Отдушкина Л.Ю., Захарова Ю.В. Роль кишечной микробиоты в развитии инфекций мочевыводящих путей у детей // Фундаментальная и клиническая медицина. 2021. Т. 6, № 2. С. 24–30. [Levanova L.A., Markovskaya A.A., Vydushina L.Yu., Zakharova Yu.V. The role of intestinal microbiota in the development of urinary tract infections in children. Fundamentalnaya i klinicheskaya meditsina = Fundamental and Clinical Medicine, 2021, vol. 6, no. 2, pp. 24–30. (In Russ.)] doi: 10.23946/2500-0764-2021-6-2-24-30Немченко У.М., Кунгурцева Е.А., Савелькаева М.В., Григорова Е.В., Иванова Е.И., Туник Т.В., Рычкова Л.В. Микробиоценоз толстого кишечника и способность к биопленкообразованию штаммов Klebsiella spp. у детей с функциональными гастроинтестинальными расстройствами // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2020. Т. 176, № 4. С. 59–64. [Nemchenko U.M., Kungurtseva E.A., Savelkaeva M.V., Grigorova E.V., Ivanova E.I., Tunik T.V., Rychkova L.V. Microbiocenosis of the large intestine and the ability to biofilm Klebsiella spp strains in children with functional gastrointestinal disorders. Eksperimentalnaya i klinicheskaya gastroenterologiya = Experimental and Clinical Gastroenterology, 2020, vol. 176, no. 4, pp. 59–64. (In Russ.)] doi: 10.31146/1682-8658-ecg-176-4-59-64Новикова И.Е., Садеева З.З., Алябьева Н.М., Самойлова Е.А., Карасева О.В., Янюшкина О.Г., Лазарева А.В. Антибиотикорезистентность и вирулентность карбапенем-устойчивых штаммов Klebsiella pneumoniae, выделенных у детей в реанимационных и хирургических отделениях // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2023. Т. 100, № 4. С. 321–332. [Novikova I.E., Sadeeva Z.Z., Alyabyeva N.M., Samoilova E.A., Karaseva O.V., Yanushkina O.G., Lazareva A.V. Antibiotic resistance and virulence of carbapenem-resistant strains of Klebsiella pneumoniae isolated from children in intensive care and surgical departments. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology, 2023, vol. 100, no. 4, pp. 321–332. (In Russ.)] doi: 10.36233/0372-9311-373Степанова Т.Ф., Катаева Л.В., Посоюзных О.В., Богун А.Г., Кисличкина А.А., Тран Т.Н. Структура ESKAPE-патогенов, изолированных от пациентов отделения реанимации и интенсивной терапии новорождённых Национального госпиталя педиатрии г. Ханой, Социалистическая Республика Вьетнам // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2023. Т. 100, № 2. С. 168–177. [Stepanova T.F., Kataeva L.V., Posoyuznykh O.V., Bogun A.G., Kislichkina A.A., Tran T.N. The structure of ESKAPE pathogens isolated from patients of the Neonatal Intensive Care Unit at the National Hospital of Pediatrics, Hanoi, Socialist Republic of Vietnam. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology, 2023, vol. 100, no. 2, pp. 168–177. (In Russ.)] doi: 10.36233/0372-9311-329Чеботарь И.В., Бочарова Ю.А., Подопригора И.В., Шагин Д.А. Почему Klebsiella pneumoniae становится лидирующим оппортунистическим патогеном // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2020. Т. 22, № 1. С. 4–19. [Chebotar I.V., Bocharova Yu.A., Podoprigora I.V., Shagin D.A. Why Klebsiella pneumoniae is becoming a leading opportunistic pathogen. Klinicheskaya mikrobiologiya i antimikrobnaya khimioterapiya = Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy, 2020, vol. 22, no. 1, pp. 4–19. (In Russ.)] doi: 10.36488/cmac.2020.1.4-19Castro J., Oliveira R., Araújo S., Silva S., Brinks E., Almeida C., Oliveira H., Cho G., Fernandes L., Franz Ch., Saavedra M.J. Multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae and Klebsiella variicola isolated from patients in Portuguese hospitals: Genomic and phenotypic characterization. Microbe, 2024, vol. 5: 100172. doi: 10.1016/j.microb.2024.100172Chu W.H.W., Tan Y.H., Tan S.Y., Chen Y., Yong M., Lye D.C., Kalimuddin S., Archuleta S., Gan Y.-H. Acquisition of regulator on virulence plasmid of hypervirulent Klebsiella allows bacterial lifestyle switch in response to iron. mBio, 2023, vol. 14, no. 4: e0129723. doi: 10.1128/mbio.01297-23Deroche L., Rozenholc A., Arrivé F., Martellosio J., Moal G., Thille A.W., Barraud O., Marchand S., Buyck J.M. Emergence of cefiderocol resistance during therapy in NDM-5–producing Klebsiella pneumoniae isolates harboring siderophore receptors mutations. Int. J. Infect. Dis., 2025, vol. 151: 107321. doi: 10.1016/j.ijid.2024.107321Dong N., Yang X., Chan E.W-Ch., Zhang R., Chena S. Klebsiella species: taxonomy, hypervirulence and multidrug resistance. eBioMedicine, 2022, vol. 79: 103998. doi: 10.1016/j.ebiom.2022.103998Merla C., Kuka A., Mileto I., Petazzoni G., Gaiarsa S., Vitis D., Ardizzone M., Corbella M., Baldanti F., Cambieri P. One-year surveillance for hypervirulent Klebsiella pneumoniae detected carbapenem-resistant superbugs. Microbiol. Spectr., 2023, vol. 12, no. 3: e0329223. doi: 10.1128/spectrum.03292-23Neerhut T., Ninan J., Crozier J., Lawson M., Rhee H. Urgent nephrectomy for rapidly progressive disseminated metastatic hypermucoid Klebsiella. Urol. Case Rep., 2022, vol. 4: 102157. doi: 10.1016/j.eucr.2022.102157WHO Bacterial Priority Pathogens List, 2024: bacterial pathogens of public health importance to guide research, development and strategies to prevent and control antimicrobial resistance. 2024. 72 p. URL: https://www.who.int/publications/i/item/9789240093461You X., Wang L., Wang H., Xu Y., Chen Y., Xu H., Ji X., Ma X., Xu X. Liver abscess induced by intestinal hypervirulent Klebsiella pneumoniae through down-regulation of tryptophan-IPA-IL22 axis. iScience, 2024, vol. 27, no. 10: 110849. doi: 10.1016/j.isci.2024.110849Yu X., Luan J., Suo L., Sun X., Wang H., Zhao Y., Sun T., Liu B., Wang L., Cao H., Qi X. Analysis of clinical characteristics and mortality risk factors in patients with community-acquired pneumonia caused by Klebsiella pneumoniae. Diagn. Microbiol. Infect. Dis., 2025, vol. 111, no. 3: 116660. doi: 10.1016/j.diagmicrobio.2024.116660