Исследование ассоциаций бактерий в микробиоценозе слизистой носоглотки практически здоровых людей Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Микробиология и эпидемиология Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2012, № 2 (3), с. 20-24

УДК 579.61:616-093

ИССЛЕДОВАНИЕ АССОЦИАЦИЙ БАКТЕРИЙ В МИКРОБИОЦЕНОЗЕ СЛИЗИСТОЙ НОСОГЛОТКИ ПРАКТИЧЕСКИ ЗДОРОВЫХ ЛЮДЕЙ

© 2012 г. Е.В. Беляева, Г.Б. Ермолина, В.В. Кичикова, В.А. Никифоров

Нижегородский НИИ эпидемиологии и микробиологии им. И.Н. Блохиной

ЬЬш^@yandex. т

Поступила в редакцию 12.03.2012

Исследована микрофлора носоглоточной слизи 113 военнослужащих по призыву. Выявлены ассоциации бактерий, включающие нормальную микрофлору и условно-патогенные микроорганизмы. Изучены сопряженные связи бактерий в микробиоценозе и их способность к формированию биопленки. Показано, что способность к пленкообразованию присуща как нормальной микрофлоре, так и, в большей степени, бактериям с выраженными факторами патогенности.

Ключевые слова: микробиоценоз носоглотки, микробные ассоциации, формирование биопленки.

Введение Экспериментальная часть

В последнее время все большее внимание исследователей привлекают природные популяции микроорганизмов, представляющие собой ассоциации с различными типами взаимоотношений культур-ассоциантов - от симбиоза до антагонизма. В ряде работ показано изменение свойств патогенов под влиянием ассоциативной микробиоты [1, 2], а также в составе формируемой ими биопленки [3]. Это лишний раз подчеркивает необходимость комплексного подхода к изучению микробиоценозов различных биотопов, включающего исследование взаимоотношений бактерий между собой и с факторами их микроокружения. В этом смысле большое значение приобретает изучение нормальной микрофлоры, проявляющей колонизационную резистентность, во взаимодействии с различными инфектами, обладающими патогенными свойствами и факторами персистенции.

Одним из наиболее важных биотопов в организме человека являются верхние дыхательные пути, характеризующиеся биоразнообразием нормальной флоры и возможных проникающих извне патогенов. Много работ посвящено исследованию инфекционной патологии респираторного тракта, однако недостаточно внимания уделялось углубленному изучению микробиоценоза дыхательных путей при отсутствии характерных заболеваний.

Цель данной работы — характеристика ассоциаций бактерий, вегетирующих на слизистой носоглотки практически здоровых людей.

Исследована микрофлора слизистой носоглотки 113 военнослужащих, призванных во внутренние войска МВД РФ из различных регионов страны в 2010-2011 гг. Были выделены 383 культуры микроорганизмов, проведена их идентификация до вида общепринятыми методами с использованием классических питательных сред, а также систем индикаторных бумажных для идентификации бактерий (НПО «Микроген») и СТРЕПТОтеста 16 («ЛАХЕМА», Чехия). Для исследования взаимоотношений бактерий определяли степень сопряженности связей в ассоциациях по коэффициенту Жаккарда [4], который рассчитывали по формуле

с

8 =-----— х100%,

а + Ь + с

где g - коэффициент Жаккарда, а - число выборок с видом А, Ь - число выборок с видом B, с - число выборок, содержащих оба вида; также определяли коэффициент ассоциативности (КА), который рассчитывался как отношение абсолютного числа культур -ассоциантов определенного вида к общему числу выделенных культур этого вида, выраженное в процентах.

У 290 выделенных культур определяли способность к образованию биопленки методом адгезии к полистиролу в плоскодонных пластиковых планшетах по методике [5]. Степень пленкообразования оценивали по интенсивности окрашивания содержимого лунок планшета кристаллвиолетом, которую измеряли на фото-

метре при 540 нм и выражали в единицах оптической плотности (ОП).

Статистическую обработку данных проводили стандартными методами [6] с использованием программы Primer of Biostatistics (Version 4.03).

Результаты и их обсуждение

В составе микробиоценоза слизистой носоглотки военнослужащих были обнаружены 12 видов стрептококков, 8 - нейссерий, 3 - гемофильных палочек, Staphylococcus aureus и 5 видов коагулазоотрицательных стафилококков, Klebsiella pneumoniae,

Corynebacterium pseudodiphthericum, которые формировали микробные ассоциации от 2 до 7 видов бактерий с частотой обнаружения 92.9% (табл. 1). Удельный вес в микробиоценозе слизистой носоглотки

Streptococcus spp. составил 33.2%, Neisseria spp. - 43.3%, Haemophilus spp. - 14.9%, S.aureus - 5.0%. На долю остальных обнаруженных бактерий в сумме пришлось 3.6%.

Наибольшая частота встречаемости (процент высеваемости) была отмечена для Streptococcus oralis/mitis 1 (54.9%) в количестве 4-7 lg КОЕ/тампон, Neisseria sicca (45.1%), N.subflava (33.6%) в количестве 3-7 lg КОЕ/тампон, H.influenzae (32.7%) в количестве 3-8 lg КОЕ/тампон. Культуры S.aureus, Streptococcus pyogenes, Streptococcus vestibularis, H.haemolyti-cus были выявлены в 14.2-17. 7% случаев в количестве 3-7 lg КОЕ/тампон, Streptococcus pneumoniae - в 6.2% случаев в количестве 3-5 lg КОЕ/тампон. Среди нейссерий были обнаружены N.canis и N.cinerea в 17.7 и 19.5% случаев соответственно, в количестве 3-7 lg КОЕ/тампон. Прочие виды бактерий (стрептококки S.bovis II/1, S.bovis II/2, S.salivarius, S.anginosus, S.mitis

2, S.sanguis, S.equisimilis, S.constellatus, нейссе-рии N.flavescens, N.mucosa, N.polysaccharea, N.denitrificans, гемофильные палочки H.parain-fluenzae, стоматококки Stomatococcus spp.) встречались с частотой, не превышающей 10%, в количестве 3-6 lg КОЕ/тампон, а коагулазоот-рицательные стафилококки S.caseolyticus, S.hominis, S.lentus, S.sciuri, S.haemolyticus, а также C.pseudodiphthericum и K.pneumoniae были

выделены в единичных случаях в количестве 3— 5 lg КОЕ/тампон.

В состав индигенной микрофлоры носоглотки здоровых лиц обычно входят представители родов Neisseria spp. и Streptococcus spp. [7]. В наших исследованиях со слизистой носоглотки солдат срочной службы нейссерии и стрептококки высевались в 92.0 и 75.2% случаев соответственно, при этом частота обнаружения ассоциаций представителей Streptococcus spp. и Neisseria spp. составила 65.7%.

У 52 человек (46.0%) со слизистой носоглотки, помимо нормофлоры, высевался один из видов условно-патогенных микроорганизмов (УПМ) в количестве 3-7 lg КОЕ/ тампон, у 23 (20.4%) - ассоциации из 2 видов УПМ в количестве 3-8 lg КОЕ/тампон и у 3 (2.7%) - ассоциации из 3 видов УПМ в количестве 3-5 lg КОЕ/тампон.

Среди УПМ чаще всего встречались ассоциации H.influenzae с гемолитическими культурами - S.pyogenes (22.2%), H.haemolyticus (18.5%) и S.aureus (14.8%). Также были выяв-л ены ассоциации S.aureus с S.pyogenes и H.haemolyticus (по 11.1%) и S.pneumoniae (7.4%). В единичных случаях обнаружены пневмококк в ассоциациях с H.influenzae и

H.haemolyticus, коагулазоотрицательные стафилококки - с S.aureus, S.pyogenes, H.influ-enzae и H.haemolyticus. Все эти виды бактерий относились к добавочной или аллохтонной микрофлоре носоглотки [8].

Поскольку в микробиоценозе носоглотки лидирующие позиции занимают а-гемоли-тические стрептококки и нейссерии, была проведена оценка ассоциативности отдельных представителей нормальной микрофлоры и УПМ с этими большими группами бактерий (табл. 2). В целом, исследованные бактерии показали более высокие значения КА с нейссери-ями, чем с а-гемолитическими стрептококками, что объясняется более низким процентом высе-ваемости последних. Однако в некоторых случаях можно предположить и проявление антагонизма, например у S.pneumoniae с другими представителями а-гемолитических стрептококков. Одинаково высокий КА со стрептококками и нейссериями показали гемолитические культуры H.haemolyticus и S.pyogenes. Наличие

Таблица 1

Частота встречаемости ассоциаций бактерий в микробиоценозе слизистой носоглотки

Число культур в ассоциациях 1 2 3 4 5 6 7

Число обнаружений ассоциаций 8 24 26 33 16 5 1

Таблица 2

Коэффициенты ассоциативности (в %) отдельных видов бактерий с а-гемолитическими стрептококками и нейссериями

Виды бактерий Общее количество культур Ассоциации

с а-гемолитическими стрептококками с нейссериями

S.pneumoniae 7 28.6 85.7

S.pyogenes 16 87.5 87.5

H.influenzae 37 56.8 83.8

H.haemolyticus 18 94.4 100.0

S.aureus 19 78.9 100.0

N.sicca 51 74.5 -

N.subflava 38 57.9 -

N.canis 20 45.0 -

N.cinerea 22 90.9 -

N.mucosa 11 63.6 -

N.flavescens 8 75.0 -

N.polysaccharea 8 50.0 -

N.denitrificans 8 87.5 -

S.oralis/mitis 1 62 - 96.8

S.salivarius 5 - 80.0

S.vestibularis 20 - 85.0

S.mitis 2 6 - 83.3

S.bovis 4 - 100.0

же на слизистой носоглотки H.influenzae и S.aureus вызывало в некоторых случаях подавление а-гемолитических стрептококков. Среди представителей нормофлоры совместно со стрептококками чаще всего высевались N.cinerea, N.denitrificans, N.flavescens и N.sicca, тогда как культуры других видов нейссерий почти в половине случаев не ассоциировались с а-гемолитическими стрептококками.

Взаимоотношения микроорганизмов в ассоциациях можно охарактеризовать по наличию сопряженных связей. Для их оценки вычисляют коэффициент Жаккарда, являющийся наиболее информативным показателем экологической общности различных видов микроорганизмов.

О.В. Бухарин и др. показали [9], что наибольшая сопряженность формируется у симбионтов индигенной микрофлоры, выделенных от здоровых людей. В нашем исследовании не было выявлено ассоциаций бактерий с высоким коэффициентом Жаккарда g (табл. 3). В составе микробиоценоза слизистой носоглотки была выявлена одна ассоциация бактерий с умеренной сопряженностью (30% < g < 50%): S.oralis/mitis 1 - N.sicca (37,8%) и семь - со слабой (20% < g < 30%): S.oralis/mitis 1 -N.cinerea (27.3%), S.oralis/mitis 1 - H.haemolyti-cus (27.0%), S.oralis/mitis 1 - N.subflava (22.0%), S.oralis/mitis 1 - H.influenzae (20.7%), S.aureus -N.sicca (20.7%), N.sicca - N.subflava (21.9%),

H.influenzae - N.cinerea (20.4%). Для остальных видов микроорганизмов не было выявлено

формирование устойчивых ассоциаций (коэффициент Жаккарда менее 20%). Таким образом, в составе индигенной микрофлоры слизистой носоглотки солдат срочной службы наиболее характерными представителями, способными к синергическому сосуществованию, были 8.огаН8/шШ8 1 и №8юса.

Устойчивое существование микробиоценоза во многом определяется комплексом биологических свойств бактерий-ассоциантов. В частности, важным фактором является способность бактерий образовывать биопленку на поверхности слизистых оболочек. С некоторым приближением эту способность можно оценить по адгезии бактерий к полистиролу, причем принято считать, что интенсивность окрашивания биопленки в лунках планшета более 0.5 единиц ОП540 свидетельствует о хорошей способности исследуемых культур к пленкообразованию [10]. В наших исследованиях было протестировано 290 культур бактерий (табл. 4).

Из изученных культур 44.0% гемофильных палочек и 22.1% стрептококков не проявили способность к образованию биопленки на поверхности полистирола, впрочем и остальные представители этих родов бактерий также не отличались высокими адгезивными способностями, за исключением 1 культуры 8.уе8йЬи-1аЙ8, 1 - 8.огаН8/шШ8 1 и 1 - S.pyogenes. Все исследованные штаммы нейссерий, кроме четырех культур, проявляли способность к пленкообразованию, при этом в целом 72.4% нейссе-

Таблица 3

Коэффициент Жаккарда (%) микроорганизмов, наиболее часто высеваемых со слизистой носоглотки

Виды бактерий S.oralis/mitis 1 S.aureus S.pyogenes H.influenzae S.vestibularis N.sicca N.canis

N.sicca 37.8 20.7 11.7 14.3 18.3 - 12.7

N.subflava 22.0 9.6 3.8 17.2 9.4 21.9 7.4

N.canis 12.3 14.7 2.9 14.0 2.6 12.7 -

N.cinerea 27.3 7.9 18.8 20.4 7.7 7.4 5.0

N.mucosa 7.4 11.1 12.5 6.7 10.7 3.3 10.7

S.pyogenes 18.2 9.4 - 10.4 9.1 11.7 2.9

H.influenzae 20.7 7.7 10.4 - 7.5 14.3 14.0

H.haemolyticus 27.0 8.8 0 10.0 5.6 16.9 8.6

S.aureus 15.7 - 9.4 7.7 11.4 20.7 14.7

S.pneumoniae 1.5 8.3 0 2.3 3.8 5.5 3.8

Таблица 4

Способность бактерий к формированию биопленки на поверхности полистирола

Микроорганизмы (общее количество штаммов) Показатель пленкообразования (ОП540)

низкий (< 0.5) средний (0.5-1.0) высокий (> 1.0)

кол-во штаммов ОП540 кол-во штаммов ОП540 кол-во штаммов ОП540

C.pseudodiphthericum (1) 1 0.20 - - - -

Haemophilus spp. (25) 14 0.08±0.03 - - - -

K.pneumoniaе (1) - - - - 1 1.38

Neisseria spp. (174) 126 0.15±0.01 22 0.73±0.03 22 1.63±0.13

N.sicca (64) 45 0.17±0.02 11 0.71±0.04 6 2.08±0.34

N.canis (14) 8 0.21±0.04 4 0.64±0.03 1 1.01

N.cinerea (26) 16 0.13±0.02 4 0.73±0.08 6 1.46±0.09

N.denitrificans (10) 5 0.23±0.08 - - 5 1.43±0.10

N.flavescens (8) 7 0.13±0.06 1 0.85 - -

N.mucosa (10) 7 0.13±0.03 2 0.93±0.06 1 1.55

N.subflava (35) 32 0.13±0.02 - - 3 1.63±0.47

N.polysaccharea (7) 6 0.13±0.06 - - - -

Streptococcus spp. (77) 57 0.06±0.01 1 0.83 2 1.19±0.11

S.aureus (12) 5 0.31±0.06 4 0.68±0.08 3 1.08±0.02

рий демонстрировали показатели ОП540, не превышающие 0.5 ед. (0.15±0.01). Однако среди нейссерий встречались представители со средними и высокими показателями ОП540: 26.6% штаммов N.sicca, 35.7% - N.canis, 38.5% -N.cinerea, 50.0% - N.denitrificans, 30.0% -N.mucosa, 12.5% - N.flavescens и 8.6% -N.subflava. Самую высокую адгезивную активность по отношению к полистирольному планшету проявили культуры УПМ - K.pneumoniaе и S.aureus (58.3% штаммов показали ОП > 0.5 единиц).

Полученные данные подтверждают способность подавляющего большинства представителей индигенной микрофлоры, в большей степени нейссерий, чем стрептококков, формировать биопленку на слизистой носоглотки практически здоровых людей, тем самым обеспечивать колонизационную резистентность. Представители аллохтонной микрофлоры (коринебактерии и

гемофильные палочки) отличались низкой способностью к пленкообразованию, а УПМ с выраженными факторами патогенности в основном проявляли высокую способность к формированию биопленки.

Выводы

1. На слизистой носоглотки солдат срочной службы в 92. 9% случаев обнаружены микробные ассоциации от 2 до 7 видов бактерий в количестве 3-7 ^ КОЕ/тампон.

2. Представители индигенной микрофлоры носоглотки - нейссерии и а-гемолитические стрептококки - высевались в 92.0 и 75.2% случаев соответственно, формируя совместные ассоциации в 65.7% случаев.

3. У 69.0% обследованных военнослужащих на слизистой носоглотки обнаружен хотя бы

один представитель добавочной микрофлоры, чаще всего H.influenzae и гемолитические культуры H.haemolyticus, S.aureus, S.pyogenes.

4. Оценка сопряженных связей в составе микробиоценоза слизистой носоглотки позволила выявить лишь одну ассоциацию бактерий, способную к синергическому сосуществованию: S.oralis/mitis 1 - N.sicca.

5. Способность к формированию биопленки обнаружена у представителей индигенной микрофлоры носоглотки: 97.7% исследованных нейссерий (причем 25.3% - со средними и высокими показателями), 77.9% стрептококков (в основном с низкими показателями) и в меньшей степени - у представителей добавочной микрофлоры (56.0% гемофильных палочек с низкими показателями пленкообразования). ^иболее выраженными адгезивными свойствами обладали S.aureus и K.pneumoniae.

Список литературы

1. Хуснутдинова Л.М. // Вестник ОГУ. 2006. № 12. С. 11-15.

2. Костерина В.В., Рябинина А.П., Леонов В.В. и др. // Вестник Югорского государственного университета. 2009. Вып. 3 (14). С. 58-61.

3. Ильина Т.С., Романова Ю.М., Гинцбург А.Л. // Генетика. 2004. Т. 40. № 11. С. 1-12.

4. Зубков М.Н., Меньшиков Д.Д., Гугуцидзе Е.Н. и др. // Антибиотики и химиотерапия. 1995. Т. 40. № 2. С. 46-50.

5. Карпова Т.И., Дронина Ю.Е., Алексеева Н.В. и др. // Журн. микробиологии. 2008. № 1. С. 3-7.

6. Арешидзе Д.А. Методы статистической обработки данных в биологии. Ставрополь: РИО филиал МГОПУ, 2003. 36 с.

7. Колотилова Л.В., Акишина Т.М., Загранян О.П. и др. // Антибиотики и химиотерапия. 1989. Т. 34. № 10. С. 751-755.

8. Воропаева Е.А. Автореферат дис. ... канд. биол. наук. М.: МНИИЭМ им. Г.Н. Габрического МЗ РФ, 2002. 26 с.

9. Бухарин О.В., Паньков А.С., Усвяцов Б.Я. и др. // Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2010. № 6 (55). С. 12-16.

10. Шагинян И.А., Данилина Г.А., Чернуха Н.Ю. и др. // Журн. микробиологии. 2007. № 1. С. 3-9.

A STUDY OF BACTERIA ASSOCIATIONS IN THE MICROBIOCENOSIS OF NASOPHARYNX OF PRACTICALLY HEALTHY PERSONS

E. V. Belyaeva, G.B. Ermolina, V. V. Kichikova, V.A. Nikiforov

Nasopharyngeal microflora in a group of 113 military recruits has been studied. Associations of bacteria including normal microflora and opportunistic pathogens were revealed. Intercommunication between bacteria in the microbiocenosis and their ability to form biofilms were investigated. It is shown that both normal microflora and, to a greater extent, bacteria with distinct pathogenicity factors were able to form biofilms.

Keywords: nasopharyngeal microbiocenosis, microbial associations, biofilm forming.