Характеристика микросимбиоценоза миндалин больных тонзиллитом, здоровых и бактерионосителей с учётом особенностей принятых сигналов ассоциантами по модификации факторов патогенности Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

Характеристика микросимбиоценоза миндалин больных тонзиллитом, здоровых и бактерионосителем с учетом особенностей принятых сигналов ассоциантами по модификации факторов патогенности

Б.Я. Усвяцов, д.м.н., профессор, Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН; Ю.А. Хлопко, к.т.н., Оренбургский НЦ УрО РАН; А.М. Осипова, к.т.н., Оренбургский ГАУ

Структурно-функциональное состояние микросимбиоценоза биотопов тела человека может иметь важное значение для гомеостаза хозяина [1]. Формирование и стабильность микросимбиоценоза определяются групповым поведением в бактериальных популяциях, связанным с межклеточным взаимодействием [9]. Межбактериальные взаимодействия определяются сигналами, которыми обмениваются штаммы-симбионты внутри одного биотопа [8]. В результате межмикробных связей формируются биоплёнки, в которых меняются свойства бактерий, в частности, в 50—500 раз повышается резистентность к антибиотикам [2]. В предыдущих исследованиях были изучены особенности сигналов, отданных штаммами-ассоциантами своим симбионтам на модификацию факторов патогенности и персистенции, что позволило определить иерархическую структуру микро-симбиоценоза, прогнозировать его стабильность [3, 4]. Вместе с тем, не меньшее значение в механизме формирования и динамике микро-симбиоценоза могут иметь принятые штаммами-ассоциантами сигналы от своих симбионтов.

Целью настоящего исследования явилась количественная и качественная характеристика принятых штаммами-симбионтами сигналов по модификации факторов патогенности и её значение в патогенезе инфекционного процесса.

Материалы и методы. Межмикробные взаимодействия были исследованы у 455 штаммов микроорганизмов, выделенных из 100 биоценозов на слизистой оболочке миндалин больных хроническим тонзиллитом, бактерионосителей Staphylococcus aureus и Streptococcus pyogenes и здоровых лиц. Из разных биоценозов высевали от двух до шести бактерий-ассоциантов, относящихся к родам Staphylococcus, Streptococcus, Aerococcus, Micrococcus, Neisseria, Bacillus, Enterobacter, Versinia, Klebsiella и др. Микроорганизмы идентифицировали до рода и вида по морфологическим, культуральным и биохимическим свойствам с использованием тест-систем фирмы LACHEMA (Чехия). Чашечным мето-

дом изучались межмикробные взаимодействия ассоциантов внутри каждого биоценоза [5]. Особенности межмикробных взаимодействий оценивали по модификации (усиление или подавление) следующих свойств: гемолитической (ГА), лецитовителлазной (ЛецА), лизоцимной (ЛА), антилизоцимной (АЛА) активности, а также по изменению роста симбионта. ГА, ЛецА, ЛА определяли чашечным методом [6]; АЛА и динамику роста — фотометрическим методом [7].

По количеству, информативности и направленности отданных сигналов штаммами-симбионтами определяли иерархическую структуру микросимбиоценоза: штаммы с высоким, средним и низким уровнем коммуникативной активности; штаммы-лидеры, помощники лидера, антагонисты лидера, пассивные симбионты [3, 4]. Анализ принятых сигналов штаммами-симбионтами был проведён с учётом иерархической структуры микросимбиоценоза.

Кроме того, каждую из рассматриваемых групп («здоровые», «больные», «бактерионосители») дифференцировали на две подгруппы: «здоровые» — стабильно здоровые и группа риска (возможно заболевание); «больные» — стойкая ремиссия и рецидив (обострение патологического процесса); «бактерионосители» — резидентные (длительность 3 мес. и более) и транзиторные (кратковременные).

Результаты и обсуждение. В микросимбиоце-нозе миндалин здоровых лиц (рис. 1) в группе риска наибольшее число сигналов принимали штаммы-антагонисты (51,8% против 7,1% при стабильном здоровье), причём высокий процент принятых сигналов был как на усиление свойств (47,2% против 21,3%), так и на их подавление (53,9% против 5,6%). Помощники лидера и пассивные симбионты максимальное количество сигналов принимали в микросимбиоценозе миндалин у стабильно здоровых (55,4% против 20,8% и 26,3% против 8,9% соответственно по отношению к группе риска).

Преобладали сигналы на подавление свойств.

В микросимбиоценозе миндалин больных хроническим тонзиллитом (рис. 2) больше всего сигналов было принято помощниками лидера (45,1—70,3%), причём при рецидиве болезни преобладали сигналы, принятые на усиление

% 70

60

50

40

30

20

10

0

«г

Ш

17

Г^114’9

Ш

У///А

У//М

ш

Лидеры

20,8

ййййй

ш.

У///Л.

Ш

У///Л.

Ш

Ш

У///Л.

Ш.

Ш.

Ш.

Ш.

ш.

ГМ

У7У7/ 47,2 I

Ж ш

'////у

ш щ ж

ш ж Ж

У///у '////У '////у

ш ж ж

У///у '////У '////у

ш ж ж.

У///у '////У '////у

ш ж ж.

У///у '////У '////у

ш ж ж

У///у '////У '////у

ш ж ж

ш ж 21,3 ж

У//Л '////; т '///Л

Ш. ж 1. ж

У///у '////У '////у

ш ж ж

ш '////У '////у

ш ж ж

ш '////У '////у

ш 7,1 ж ж

т ж ж

ш '////У '////у

Ш ж ж

ш '////У '////у

у/т 7Ш

1 2 3 Помощники лидера

Антагонисты

Участники биоценоза

- здоровые (группа риска) п - здоровые

23,4

рЬп

8,9 9,4 8,7

ф/, УШ Л

'/////

ш/, т/, УШ

У////

'////л у//// '////А

26,6

] 2 3

Пассивные

Рис. 1 - Распределение принятых сигналов по модификации свойств между участниками симбиоза миндалин у здоровых лиц (%):

1 - всего принято сигналов; 2 - принято сигналов на усиление свойств;

3 - принято сигналов на подавление свойств (р<0,05)

57

55,4

53,9

51,8

40,4

26,4

26,3

18,5

18,3

10,8

5,6

% 80

70 -

60 -50 :

40 : 30 | 20 : 10 :

0

Рис. 2 - Распределение принятых сигналов по модификации свойств между участниками симбиоза на миндалинах больных хроническим тонзиллитом (%):

1 - всего принято сигналов; 2 - принято сигналов на усиление свойств;

3 - принято сигналов на подавление свойств (р<0,05)

свойств (49,2%), а при ремиссии — на подавление свойств (72,5%).

В микросимбиоценозе миндалин бактерионосителей (рис. 3) штаммы-антагонисты принимали сигналы только при транзиторной форме носительства, преобладали сигналы, принятые

на усиление свойств (43,8% против 24,6% на подавление). Максимальное количество сигналов было принято помощниками лидера при резидентном бактерионосительстве (65,8%), преобладали сигналы на подавление свойств (68,7%).

19,9

^ц17,3

і

І

I

I

I

1 2 3

Л иде ры

Помощники лидера

1 2 Антагонисты

Участники биоценоза

1 2 3

Пассивные

- рецидив болезни □ - ремиссия болезни

72,5

63,7

41,5

29,8

22,6

% 80 : 70 :

60 -

50 -

40 -

30 -

20 -

10 -0 :

Рис. 3 - Распределение принятых сигналов по модификации свойств между участниками симбиоза на миндалинах бактерионосителей (%):

1 - всего принято сигналов; 2 - принято сигналов на усиление свойств;

3 - принято сигналов на подавление свойств (р<0,05)

Сходные закономерности обнаружены при анализе распределения принятых сигналов между участниками биоценоза при расчёте числа принятых сигналов на 1 штамм.

Выводы. Таким образом, анализ частоты, количества и направленности принятых сигналов в микросимбиоценозах «здоровых», «больных» и «бактерионосителей» показал определённые особенности их спектра в зависимости от формы и течения инфекционного процесса и прогноза состояния микросимбиоценоза.

В микросимбиоценозе миндалин здоровых лиц в группе риска штаммов-антагонистов была высокая частота принятия от симбионтов сигналов, как усиливающих, так и подавляющих факторы патогенности и персистенции, что свидетельствовало о дисбалансе в межмикроб-ных взаимодействиях и возможности развития болезни.

При стабильном здоровье помощники лидера чаще принимали сигналы на подавление биологических свойств, что свидетельствовало о стабильности биоценоза. Подтверждением данного положения явилось то, что штаммы-лидеры в группе риска получали в 1,7 раза больше сигналов на модификацию свойств, чем у стабильно здоровых лиц.

В микросимбиоценозе больных хроническим тонзиллитом особенности поведенческих реакций ассоциантов могут свидетельствовать о прогнозе течения болезни. При рецидиве болезни в биоценозе преобладали сигналы, принятые на усиление факторов патогенности и персистенции

у штамммов-симбионтов: на усиление ГА в 4,3 раза, АЛА — в 1,7 раза, усиление роста — в 3 раза чаще, чем в биоценозе миндалин больных со стойкой ремиссией. Среди участников биоценоза больше всего сигналов было принято помощниками лидера, причём при рецидиве преобладали сигналы на усиление свойств как по количеству (49,2%), так и по числу сигналов на штамм: 4,1 против 1,6 сигн./штамм при ремиссии. Также преобладало число сигналов на усиление у лидеров: 3,3 против 1,3 сигн./штамм при ремиссии.

В микросимбиоценозе миндалин бактерионосителей при транзиторном типе преобладали сигналы, принятые на усиление свойств штаммов-симбионтов, причём на усиление ГА — в 2,5 раза чаще, ЛА — в 17,8 раз чаще, усиление роста — в 7 раз чаще, чем при резидентном типе носительства. Штаммы-антагонисты принимали сигналы только при транзиторном бактерионосительстве — преобладали сигналы на усиление свойств по частоте и числу сигналов на штамм (43,8% и 2,3 сигн./штамм). При резидентном бактерионосительстве наибольшее количество сигналов было принято помощниками лидера с преобладающей направленностью на подавление свойств данной категории штаммов-симбионтов.

Среди принятых сигналов штаммами симбионтами в микросимбиоценозе миндалин у здоровых лиц наиболее информативными для прогноза риска заболевания были сигналы на усиление ГА и подавление ЛА; у больных для прогноза рецидива — все принятые сигналы на

1

1

.

68,7

I

І

I

Л

1

1 2 3

Лидеры

1 2 3

Помощники лидера

1 2 3

Антагонисты

1 2 3

Пассивные

Участники биоценоза

носительство

□

• транзиторное носительство

51,5

43,8

32,7

21,9

19,6

15,2

12,2

11,7

0

0

0

усиление факторов патогенности и роста; для дифференциации типов бактерионосительства — сигналы, принятые на модификацию ГА, ЛА и роста.

Литература

1. Бухарин О.В., Лобакова Е.С., Немцева Н.В. и др. Ассоциативный симбиоз. Екатеринбург: УрОРАН, 2007. 262 с.

2. Мошкевич И.Р. Микробные биоплёнки при смешанных инфекциях: автореф. дисс. ... канд. мед. наук. Санкт-Петербург, 2007. 21 с.

3. Бухарин О.В., Усвяцов Б.Я., Хлопко Ю.А. Медикоэкологические аспекты микросимбиоценоза человека // Экология человека. 2010. № 8. С. 28-31.

4. Бухарин О.В., Усвяцов Б.Я., Хлоико Ю.А. Структурно-функциональная характеристика микросимбиоценоза человека // Журнал микробиологии. 2009. № 4. С. 4—8.

5. БухаринО.В.,УсвяцовБ.Я.,ХуснутдиноваЛ.М. Способ диагностики хронического тонзиллита. Патент РФ № 2188422, 2002. 12 с.

6. Бухарин О.В., Васильев Н.В., Усвяцов Б.Я. Лизоцим микроорганизмов. Томск: Изд-во Томского унив-та, 1985. 212 с.

7. Бухарин О.В. Персистенция патогенных бактерий. М.; Екатеринбург, 1999. 361 с.

8. Gray К.М.Bacterial communication — cell-cell signaling in bacteria // Trends in Cell Biology. 2000. V. 10. № 5. P. 212-213.

9. Gray K.M. Intercellular communication and group behavior in bacteria //Trends in Microbiology. 1997. V. 5. № 5. P. 184-188.