CC BY
15
УДК616.3-000.1
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА БАКТЕРИАЛЬНЫХ СООБЩЕСТВ КИШЕЧНИКА ПРИ ЗАБОЛЕВАНИЯХ, ПРОТЕКАЮЩИХ С ДИСБАКТЕРИОЗОМ КИШЕЧНИКА
Куяров А. В., Сайгушева Л. А., Дудко Е. Ф., Куяров А. А.
БУ ВО Ханты-Мансийского автономного округа-Югры Сургутский государственный университет
ENVIRONMENTAL ASSESSMENT OF INTESTINAL BACTERIAL COMMUNITIES IN DISEASES THAT OCCUR WITH INTESTINAL DYSBIOSIS
Kuyarov A. V., Saygushev L. A., Dudko, E. F., Kyarov A. A. Surgut state University
Куяров Александр Васильевич — профессор, заведующий лабораторией «Фундаментальные проблемы здоровьесбе- Куяров
режения коренных народов и пришлого населения Севера»
Сайгушева Лидия Александровна — доцент, доцент кафедры физиологии
Дудко Елена Федоровна, аспирант, заведующая лабораторией клинический микробиологии
Куяров Артем Александрович — старший научный сотрудник лаборатории «Фундаментальные проблемы здоровье-сбережения коренных народов и пришлого населения Севера»
Александр Васильевич
Kuyarov Aleksander V. kujarov@mail.ru
Резюме
Приведена экологическая оценка бактериальных сообществ кишечника при заболеваниях, протекающих с дисбак-териозом кишечника. Выявлена закономерность в увеличении экологического расстояния между образуемыми сообществами, в которых изменение плотности E. coli указывает на начальные признаки несходства. Это может определять последовательность в тактике проведения коррекции нарушений микробной экологии кишечника.
Ключевые слова: заболевания кишечника, дисбактериоз, экологическая оценка Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология 2016; 136 (12): 39-42
Summary
The ecological assessment of intestinal bacterial communities in diseases that occur with intestinal dysbiosis. The regularity in increasing environmental formed by the distance between the communities in which the change in density E. coli indicates early signs of dissimilarity. It can determine the sequence in the tactics of the correction of disorders of the intestine microbial ecology.
Keywords: bowel disease, dysbiosis, environmental assessment Eksperimental'naya i Klinicheskaya Gastroenterologiya 2016; 136 (12): 39-42
Представления о нормальном количественном и качественном составе микрофлоры желудочно-кишечного тракта, претерпели в последнее время значительные изменения [1].
Заметно возрос интерес исследователей к оценке микроэкологических систем при заболеваниях желудочно-кишечного тракта и эффективности его лечения. Включение пробиотиков в комплексное лечение рекомендовано при эрадикации HP у полиморбидных пациентов с сопутствующей патологией гепатобилиарной системы, а также с патологией толстого кишечника, протекающей с дисбактериозом кишечника [2].
Использование методов описательной экологии оказались неспособными ответить на важнейшие вопросы, касающиеся структуры экологических
систем, функционирования, устойчивости, адаптации и эволюции. Поэтому всё чаще встречаются публикации, посвященные количественному подходу к решению проблем экологии бактериальных сообществ [3].
В результате распространения количественных методов в микробиологических исследованиях появилась возможность оценивать плотность бактериальных популяций и их стабильность. Тем не менее экологическая характеристика микрофлоры желудочно-кишечного тракта ограничивается, как правило, уровнем отдельно взятой популяции из сообщества и не затрагивает изучение конкретных бактериальных сообществ в общем биоценозе.
Широкий спектр микробных популяций, многообразие симбиотических отношении, а также
адаптивные изменения биологических свойств микроорганизмов, в частности появление признаков агрессивности условно-патогенных микроорганизмов, — все это определило необходимость разработки методических приемов для описания дисбиотических нарушений на основе принципов общей экологии.
Целью настоящей работы явилось оптимизация экологической оценки бактериальных сообществ кишечника при заболеваниях, протекающих с дис-бактериозом кишечника
В исследованиях использованы результаты 614 бактериологических анализов микрофлоры кишечника на дисбактериоз, проведенных на базе лаборатории «Фундаментальные проблемы здоровьесбе-режения коренных народов и пришлого населения Севера» БУ ВО ХМАО — Югры «Сургутский государственный университет» (зав. лабораторией доктор медицинских наук, профессор А.В. Куя-ров) и лаборатории клинический микробиологии БУ ХМАО — Югры «Сургутская городская клиническая поликлиника № 1» (зав. лабораторией Е.Ф. Дудко) у лиц, направленных в баклабораторию на обследование с клиническими проявлениями заболеваний желудочно-кишечного тракта.
Идентификация микроорганизмов проводилась методом времяпролетной масс-спектрометрии (MALDI TOF MS) с помощью анализатора микроорганизмов BioMerieux VITEK MS MALD1-TOF. Экстракция белков осуществлялась на одноразовом слайде с использованием готового матрикса для VITEK MS. Интерпретация результатов проводилась с использованием базы данных VITEK MS, состоящей из клинически значимых видов и расширенного классификатора спектров.
Изучение видового состава кишечной микрофлоры проведено с использованием дифференциально-диагностических питательных сред и критериев оценки степени дисбиотических нарушений кишечника в соответствии с ОСТ МЗ РФ «Протокол ведения больных. Дисбактериоз кишечника» (2003) [4].
Для сравнения бактериологических сообществ в кишечнике применялись показатели коэффициента общности (КО) и процентного сходства (ПС), описанные Р. Уиттекером [5] в общей экологии.
Коэффициент общности (КО) учитывает флористическое сходство по наличию или отсутствию видов в исследуемых сообществах и определялся по формуле:
KO = 2 Sab / (Sa + Sb), (1)
где: Sa — число видов в описании А; Sb — число видов в описании В; Sab — число видов в обоих описаниях.
Процентное сходство выражает количественное участие видов в сообществе, согласно формуле:
ПС = Е min (ра или рв), (2)
где: ра — выраженная в десятых долях значимость данного вида в описании А; рв — выраженная в десятых долях значимость того же вида в описании В.
Путем вычитания упомянутых коэффициентов из единицы можно получить меру несходства или расстояния. Эти меры показывают экологическое расстояние, то есть степень несходства видового состава сравниваемых сообществ и отражают их положение вдоль градиентов условий среды или других факторов [5].
Определяемые виды микроорганизмов характеризовали по 4 уровням их количества в биологической нише [6]. В качестве критериев количества микроорганизмов служили следующие показатели: число колонеобразующих элементов (КОЕ/г) меньше lg 3 — уровень индикаторно количества; КОЕ lg от 3 до 6 — значительное количество; КОЕ lg 7 и более — доминирующая флора; при количестве КОЕ больше lg 10 — как уровень высокодоминирующей флоры.
Проведено экологическое сравнение наиболее часто встречающихся вариантов сообществ при нарушении эубиоза на уровне монокультур, двух и трех ассоциативных отклонений, результаты которого представлены в таблицах 1-3.
Показатели процентного сходства сообществ при нарушении эубиоза на уровне монокультур приведены в табл. 1.
Из приведенной таблицы 1 следует, что наиболее выраженное сходство сообществ с эубиозом отмечено при снижении количества типичных E. coli (ПС = 92,6%). Показатель плотности этих микроорганизмов переместился из группы доминирующей флоры в группу значительной плотности.
При варианте повышения количества E. coli, в меньшей степени поддерживалось сходство количественного участия популяций в образующихся биоценозах (ПС = 75,1%). Вариант со снижением бифидобактерий имел самый низкий показатель ПС (48,1%) и в большей мере отражал другую сторону описания сообществ — меру несходства или экологического расстояния. В последнем случае несходство новообразуемых бактериологических сообществ составляло 0,52 или, другими словами, экологическое расстояние увеличивалось до указанной величины.
Сравнение описаний бактериальных сообществ при нарушении эубиоза на уровне 2-х компонентных ассоциаций представлено в табл. 2, из которой следует, что процентное сходство наиболее часто встречающихся 2-х компонентных ассоциативных отклонений было еще ниже, по сравнению с моновидовыми, и составляло от 8,9% при одновременном уменьшении количества типичных E. coli и бифидобактерий до 48,2% при уменьшении количества кокковых форм микроорганизмов и би-фидобактерий.
Необходимо отметить значительные несходства тех сообществ, которые образовывались в результате изменения плотности высокодоминирующей флоры. Как отмечалось выше, среди отклонений на уровне монокультур (табл. 1), самые низкие показатели процентного сходства сообществ были обусловлены снижением плотности именно бифидобактерий (48,1%). В условиях 2-х компонентных ассоциативных отклонений снижение плотности бифидобактерий также приводило к низким показателям сходства сообществ, особенно в сочетании
Наименование Эубиоз, n = 87* t КПТ, n = 145 i КПТ, n = 85 i БФБ, n = 56
^ x ±m р,% lg, x ± m р,% fe x ±m р,% lg, x ± m р,%
КПТ 7,7 ±0,2 7,5 8,3 ±0,2 32,4 5,8 ±0,2 0,1 7,7 ±0,2 89,4
БФБ 9,0 ±0,2 92,5 9,0 ±0,2 67,6 9,0 ±0,2 99,9 7,0 ±0,2 10,6
ПС с эубиозом - - - 75,1 - 92,6 - 48,1
Таблица 1.
Показатели значимости (р) и процентного сходства (ПС) сообществ при нарушении эубиоза на уровне монокультур.
Примечание:
показатели эубиоза; КПТ — количество типичных E. coli; КПЛН — лактозонегативные E. coli; КПГ — гемолитические E. coli; КФМ — кокковые формы микроорганизмов; БФБ — би-фидобактерии; — повышение; ~ — понижение (далее в тексте и во всех таблицах).
Наименование t КПТ + n = t КПЛН, = 31 i КПТ+ i БФБ, n = 27 t КПТ n + i БФБ, = 21 t КФМ+ i БФБ, n = 13
lg, x ±m р,% lg, x ± m р,% lg, x ± m р,% lg, x ±m р,%
КПТ 8,8 ±0,2 31,0 6,5 ±0,2 98,8 8,3 ±0,2 97,9 7,7 ±0,2 59,3
КПЛН 7,4 ±0,2 3,9 - - - - - -
КФМ - - - - - - 7,3 ±0,2 33,4
БФБ 9,0 ±0,2 65,1 5,0 ±0,2 1,2 7,0 ±0,2 2,1 7,0 ±0,2 7,3
ПС с эубиозом - 42,4 - 8,9 - 9,6 - 48,2
КО - 0,8 - 1,0 - 1,0 - 0,8
Таблица 2.
Показатели значимости (р), коэффициента общности (КО) и процентного сходства (ПС) при нарушении эубиоза на уровне 2-х компонентных ассоциаций
Примечание:
КПТ — количество типичных E. coli; КПЛН — лактозонегативные E. coli; КФМ — кокковые формы микроорганизмов; БФБ — бифидобактерии; ДрК — количества грибов рода Candida.
Наименование
tОККП+t ЛНКП+ t ГКП, n = 15
iОККП+t ЛНКП+ i БФБ, n = 14
iОККП+t КФБ+ i БФБ, n = 14
t КФМ+ i БФБ+ t ДрК, n = 6
lg, x±m р,% lg, x±m р,% lg, x±m р,% lg, x±m р,%
КПТ 8,2 ±0,3 22,9 5,7 ±0,2 66,7 5,6 ±0,2 43,5 7,7 ±0,3 63,0
КПЛН 7,4 ±0,2 1,1 5,2 ±0,2 25,4 - - - -
КПГ 7,4 ±0,2 0,8 - - - - - -
КФМ - - - - 5,0 ±0,2 0,5 7,3 ±0,2 35,5
БФБ 9,0 ±0,3 76,2 5,0 ±0,2 7,9 7,0 ±0,2 56,0 5,0 ±0,2 0,7
ДрК - - - - - - 5,1±0,2 0,8
ПС с эуби-озом - 85,6 - 40,8 - 64,0 - 43,5
Таблица 3.
Показатели коэффициента общности (КО) и процентного сходства (ПС) при вариантах нарушении эубиоза на уровне 3-х компонентных ассоциаций
Примечание:
КПТ — количество типичных E. coli; КПЛН — лактозо-негативные E. coli; КПГ — гемолитические E. coli; КФМ — кокковые формы микроорганизмов; БФБ — бифидобакте-рии; ДрК — количества грибов рода Candida.
КО
0,67
0,80
0,80
0,67
с измененным содержанием типичных E. coli (8,9% в сочетании с "КПТ и 9,6% в сочетании с ОККП).
Появление в бактериальном сообществе несвойственных для данной биониши микроорганизмов в 2-х компонентных ассоциативных отклонениях сопровождалось уменьшением коэффициента общности до 0,8. Это указывало на несходство новообразованного бактериологического сообщества с эубиозом по причине изменения видового состава и увеличением экологического расстояния до 0,2 при поддержании ПС с эубиозом на уровне 42,4% — 48,2%.
Показатели коэффициента общности и процентного сходства при вариантах нарушения эубиоза на уровне 3-х компонентных ассоциаций, представлены в табл. 3. Приведенные результаты
указывают на широкое разнообразие возникающих бактериальных сообществ по их несходству с эубиозом. Из этих вариантов преобладали сообщества с одновременным изменением видового состава (КО составлял 0,67-0,80) при диапазоне плотности популяций от 40,8% — до 85,6%.
Так, при повышении количества типичных E. coli с одновременным появлением лактозонегативных и гемолитических вариантов E. coli образуется сообщество, имеющее относительно высокое сходство с эубиозом (если оценивать только по процентному сходству, ПС составлял 85,6%) и низкий показатель сходства по коэффициенту общности (КО составлял 0,67). Следовательно, образованное сообщество приняло положение вдоль градиента разнообразия на большом экологическом расстоянии от эубиоза.
Полученные результаты экологического анализа бактериальных сообществ при формировании дисбактериоза в кишечнике согласуются с принципом индивидуальности видов, сформулированных Л. Раменским и Г. Глизоном [6]. Сущность этого принципа заключается в том, что каждый вид распределен по-своему, в соответствии со своими генетическими, физиологическими и связанными с жизненным циклом характеристиками, и по-своему относится как к физическим факторам среды, так и к другим видам. Поэтому, авторы заключают, что в природе нельзя найти и двух видов, которые имели бы сходное распределение.
Наглядно этот принцип проявился при описании нарушений эубиоза в кишечнике, начиная с уровня монокультур, где не было двух новообразованных сообществ, которые имели бы сходное распределение.
В результатах исследования нашел подтверждение и принцип Л. Раменского и Г. Глизона о существования континуума сообществ [6]. Согласно этому принципу большинство сообществ непрерывно переходят одно в другое, и это случается гораздо чаще, чем образование определенных, ясно разграниченных друг от друга сообществ. Если градиенты внешней среды дискретны или нарушены интенсивным воздействием, то возникает и дискретность сообществ.
Так, изменение плотности E. coli обусловлено, вероятно, нарушениями в среде обитания и может расцениваться как адаптивный процесс и начальный признак несходства бактериальных сообществ. Выделение её лактозонегативных и гемолитических вариантов свидетельствует об увеличенном
экологическом расстоянии и отражает, вероятно, дискретность градиентов внешней среды или влияние интенсивного воздействия (например, применение антибиотиков). Варианты нарушения эубиоза, связанные со снижением плотности бифи-добактерий, являются характерными примерами наибольшего экологического расстояния между сообществами микроорганизмов вдоль градиента условий среды.
Полученная характеристика экологического расстояния образованных сообществ позволила определить последовательность в тактике применения терапевтических средств при коррекции микробной экологии. Исходной точкой контроля для оценки состояния биоценоза и его коррекции могут быть представители аэробной флоры и, в частности, E. coli и микроорганизмы, имеющие подобное количество в биологической нише, как лактобациллы, представители которых наиболее часто используются в качестве пробиотических штаммов.
Таким образом, результаты исследований позволили обосновать применение количественных показателей экологической оценки бактериологических сообществ при формировании дисбактериоза в кишечнике, что значительно повышает информативность результатов бактериологического исследования. Выявлена закономерность в увеличении экологического расстояния между образуемыми сообществами, в которых изменение плотности E. coli указывает на начальные признаки несходства, что может определить последовательность в тактике проведения коррекции микробной экологии кишечника.
Литература
1. Микробиоценоз и здоровье человека: монография. Под ред. ЗДН РФ проф. В.А. Алешкина — М. Изд-во «Династия». — 2015. —576 с.
2. Лазебник, Л.Б. Прим. пробиотиков в комплексном лечении больных дуоденальной язвой, ассоциированной с HP / Л.Б. Лазебник, М.Н. Рустамов // XII съезд Науч. об. гастроэнтерологов России «Классическая и прикладная гастроэнтерология» Тезисы док. 1-2 марта 2012 г. — М. — С. 19-20.
3. Мавзютов А. Р. Факторы патогенности оппортунистических энтеробактерий и их роль в развитии диаре-и./А.Р. Мавзютов, В.М. Бондаренко, Н.Ю. Жеребцова,
Literature
1. Microbiocenosis and human health: a monograph. Ed. ZDN RF prof. V.A. Aleshkina — M. Publishing house "Dynasty". — 2015. pp 576.
2. Lazebnyk, L.B. Note. probiotics in treatment of patients with duodenal ulcer, al-sotsiirovannoy with HP / L.B. Lazebnyk, M.N. Rustamov // XII Congress of Sci. about. Gas-troenterologists of Russia "Classical and applied gastroenterology" Theses dock. 1-2 March 2012. — M. pp 19-20.
3. Mavzyutov A. R. Pathogenicity factors of opportunistic enterobacteria and their role in the one-ment of diarrhea. / A. R. Mavzyutov, V. M. Bondarenko, N. U. Zherebtsova,
Д.А. Валишин // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2007. № 1. С. 89-96.
4. Протокол ведения больных. Дисбактериоз кишечника. — Отраслевой стандарт 91500.11.0004-2003. — Москва, 2003.
5. Уиттекер Р. Сообщества и экосистемы. Пер. с анг. — М.: Прогресс, 1980. — 327 с.
6. Куяров, А.А. Системный анализ передачи информации в системе «неспецифические факторы защиты — воспаление — иммунные реакции» / А.А. Куяров, Л.А. Сайгушева // Информатика и системы управления. — 2009. — № 4(22). — С. 31-33.
D.A. Valishin // Journal of Epidemiology and Microbiology, Immunobiology. 2007. № 1. pp 89-96.
4. Treatment Protocol. Intestinal dysbiosis. — Industry Standard 91500.11.0004-2003. — Moscow, 2003.
5. R. Whittaker. Communities and ecosystems. Trans. with ang. — M .: Progress, 1980. pp 327..
6. Kuyarov, A.A. System analysis of the transmission of information in the "non-specific protective factors — inflammation — immune reactions" / A.A. Kuyarov, L.A. Saygusheva // Informatics and control systems. — 2009. — № 4 (22). pp. 31-33.
