CC BY
16
УДК 579.61; 57.021
DOI: 10.24412/1728-323X-2021-5-37-41
МЕДИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЛЕКАРСТВЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ БАКТЕРИЙ, ВЫДЕЛЕННЫХ ОТ ДОМАШНИХ ЖИВОТНЫХ И ИХ ВЛАДЕЛЬЦЕВ
И. Н. Лыков, доктор биологических наук, профессор, научный руководитель Института естествознания и Медицинского института Калужского государственного университета им. К. Э. Циолковского, linprof47@yandex.ru,
И. Е. Галемина, Н. С. Зайцева, Я. А. Капинус,
студенты, Калужский государственный университет им. К. Э. Циолковского, г. Калуга, Россия
Данное исследование посвящено изучению микробиоты домашних животных и их владельцев, выявлению схожести микробного пейзажа у животных и их хозяев. В ходе исследования изучалась распространенность устойчивости к отдельным противомикробным препаратам у комменсальных изолятов. Устойчивость к противомикробным препаратам бактерий, выделенных от кошек, собак и их хозяев, была определена на основе лабораторных исследований смывов стерильными зондами-тампонами с поверхности спины и живота животных, с кожи ладонной части предплечья их владельцев. У собак общее количество микроорганизмов (610 ± 148 КОЕ/см ) было выше, чем у кошек (380 ± 97 КОЕ/см2). У хозяев общее количество микроорганизмов кожи составило 120 ± 49 КОЕ/см2. Выделенные микроорганизмы в той или иной степени обладали мультирезистентностью к исследованным антибиотикам. Уровень устойчивости изолятов к антибиотикам варьировал у кошек от 2,7 до 91,3 %, у собак — от 3,0 до 64,7 %, у владельцев животных — от 4,9 до 50 %. Изоляты бактерий кишечной группы, эн-теробактерий, а также стафилококка и стрептококка показали наибольшую антибиотикорезистентность. Распространению антибиотикоус-тойчивых микроорганизмов способствуют и корма для животных. В исследованных кормах для собак и кошек содержались микроорганизмы, устойчивые к бензилпенициллину (60 %), новобиоцину (60 %), кла-ритромицину (40 %), фосфомицину (40 %) и ампициллину (30 %). Появление устойчивости к противомикробным препаратам все больше ограничивает терапевтические возможности в медицине и ветеринарии.
This research is devoted to the study of the microbiota of domestic animals and their owners, to identify the similarity of the microbial landscape in them. The study examined the prevalence of antimicrobial resistance in commensal isolates. Antimicrobial resistance of bacteria isolated from cats, dogs and their owners was determined due to the laboratory studies of washing with sterile swabs from the surface of the back and abdomen of animals, from the skin of the palmar part of the forearm of their owners. In dogs, the total number of microorganisms (610 ± 148 CFU/cm2) was higher than in cats (380 ± 97 CFU/cm2). The total number of skin microorganisms in the hosts was 120 ± 49 CFU/cm2. The isolated microorganisms, to one degree or another, possessed multiresistance to the studied antibiotics. The level of resistance of isolates to antibiotics varied in cats from 2.7 to 91.3 %, in dogs — from 3.0 to 64.7 %, and among animal owners — from 4.9 to 50 %. The isolates of bacteria of the intestinal
П, enterobacteria, as well as staphylococcus and streptococcus showed ighest antibiotic resistance. Animal feed also contributes to the spread of antibiotic-resistant microorganisms. The studied foods for dogs and cats contained microorganisms resistant to benzylpenicillin (60 %), novobiocin (60 %), clarithromycin (40 %), fosfomycin (40 %) and ampi-cillin (30 %). Emerging antimicrobial resistance increasingly limits therapeutic options in human and veterinary medicine.
Ключевые слова: дом, кошки, собаки, владельцы, микроорганизмы, антибиотики, резистентность.
Keywords: home, cats, dogs, owners, microorganisms, antibiotics, resistance.
Введение. Животные, которые содержатся в домашних условиях, колонизированы широким спектром микроорганизмов, формирующих их микробиом [1]. Микробиом животного создает барьер для защиты от потенциальных патогенов, влияет на иммунную систему и обеспечивает хорошее состояние всего организма [2]. Тесный контакт между домашними животными и людьми создает благоприятные условия для обмена микроорганизмами через прямой или косвенный контакт. Исследования микробиома человека и животных показали, что окружающая среда и присутствие животных в доме изменяют всю домашнюю микробиоту. Жилища с собаками и кошками имеют большее бактериальное разнообразие, которое формируется, в том числе, из бактерий, обитающих на коже и шерсти животных. Поэтому контакт с животными, совместное проживание с ними имеет значительное влияние на разнообразие и состав микробиома человека [3]. По различным оценкам, на каждом квадратном сантиметре кожи собак и кошек обитает от 350 до миллиона различных микроорганизмов, которые активно распространяются внутри помещения и принимают участие в формировании микробиома человека. Поэтому домашние животные и их хозяева имеют общие бактериальные популяции, их сообщества микроорганизмов становятся более похожими друг на друга [4]. Кошки и собаки, живущие вместе, также имеют общие бактерии.
В последнее время все больше внимания уделяется проблеме устойчивости к антибиотикам бактерий домашних животных, которые находятся в тесном контакте с людьми. Такие животные могут делиться устойчивыми бактериями со своими владельцами, а последние передавать аналогичные бактерии своим питомцам [5, 6].
Устойчивость к противомикробным препаратам является серьезной проблемой во всем мире. Антибиотики — одно из наиболее часто исполь-
зуемых лекарств у людей и животных. Интенсивное использование противомикробных средств является одним из основных факторов образования устойчивых бактерий. Даже очень низкие концентрации противомикробных препаратов могут привести появлению резистентных бактерий, которые в дальнейшем активно перемещают мобильные генетические элементы. Инфекции, вызванные резистентными организмами, появление патогенных и непатогенных бактерий с множественной лекарственной устойчивостью, представляет собой глобальную проблему, поскольку увеличивает заболеваемость, смертность и снижает эффективность лечения инфекционных заболеваний [7, 8].
Устойчивость к антибиотикам развивается в результате воздействия антимикробных агентов на популяции и сообщества бактерий. К таким популяциям относится микробиом человека и животных, включающий более 500 видов бактерий. Они взаимодействуют с антибиотиками, применяемых в терапевтических или профилактических целях. Аналогичный обмен на генетическом уровне происходит между антибиотико-резистентными микроорганизмами, попавшими в окружающую среду, и естественной бактериальной микрофлорой.
Кошки и собаки представляют собой потенциальные источники распространения устойчивости к противомикробным препаратам из-за широкого использования противомикробных агентов у этих животных и их тесного контакта с людьми. Бактерии выработали древние механизмы, позволяющие противостоять воздействию молекулы ан-
тибиотика. Устойчивость к антибиотикам кодируется несколькими генами, многие из которых могут передаваться между бактериями [9, 10].
Модели и методы. Объектами исследования были кошки (от 2 до 10 лет; п = 35), собаки (от 2 до 10 лет; п = 35), владельцы домашних животных (п = 20), корм для животных (п = 10). Смывы брали стерильными зондами-тампонами с поверхности спины и живота животных, с кожи ладонной части предплечья владельцев. Количественный учет микроорганизмов (колонии образующие единицы — КОЕ) проводили в соответствии с Методическими указаниями МУК 4.2.2942—11. Идентификацию бактерий выполняли в следующей последовательности: описание культуральных признаков выделенного микроорганизма; получение чистой суточной культуры путем посева на питательные среды; окраска по Граму и микроскопирование препарата. Определение чувствительности бактерий к антибиотикам осуществляли диффузионным методом с использованием дисков, пропитанных антибиотиками (табл. 1).
Результаты и обсуждение. Результаты исследования показали, что существует различие в количестве микроорганизмов, выделенных из образцов кожи и шерсти собак и кошек. У собак общее количество микроорганизмов (610 ± ± 148 КОЕ/см2) было статистически выше, чем у кошек (380 ± 97 КОЕ/см2). У хозяев общее количество микроорганизмов кожи составило 120 ± 49 КОЕ/см2.
Микробиота кожи жителей, имеющих домашних собак и кошек, имеет схожий с ними пейзаж, что свидетельствует об обмене микроорганизмами. Чаще всего на поверхности кожи у животных и у их владельцев обнаруживались бактерии и кокки. Реже у кошек и их хозяев высевали энтеробак-терии и бактерии группы кишечной палочки. Количество энтеробактерий и кишечных палочек, выделенных от собак, было больше (рис. 1).
Выделенные микроорганизмы в той или иной степени обладали мультирезистентностью к исследованным антибиотикам. Уровень устойчивости изолятов к антибиотикам варьировал у кошек от 2,7 до 91,3 %, у собак — от 3,0 до 64,7 %, у владельцев животных — от 4,9 до 50 % (рис. 2).
Полученные результаты свидетельствуют о том, что, обмениваясь микрофлорой в процессе общения, животные и человек обмениваются и устойчивыми к антибиотикам микроорганизмами. Между человеком, животными и окружающей средой существует множество связей, которые позволяют перемещаться не только бактериям, но и мобильным генетическим элементам.
Таблица 1
Перечень использованных антибиотиков
№ п/п Наименование Концентрация Обозначение
1 Офлоксацин 5 мкг ОФ
2 Кларитромицин 15 мкг KTM
3 Бензилпенициллин 10 ед. ПЕН
4 Ципрофлоксацин 5 мкг ЦИП
5 Новобиоцин 5 мкг НБ
6 Доксициклин 30 мкг ДОК
7 Левофлоксацин 5 мкг ЛФЦ
8 Фосфомицин 200 мкг ФОС
9 Тобрамицин 10 мкг ТОБ
10 Оптохин 6 мкг ОП
11 Тетрациклин 30 мкг ТЕТР
12 Ампициллин 10 мкг AMP
70 60
Кошки ЦЛ Собаки ^ Владельцы
Bacterium Clostridium Enterobacteriaceae Escherichia coli Staphylocjccus Streptococcus
Рис. 1. Микроорганизмы кожи кошек, собак и их хозяев
j s
— - А— Кошки Собаки —•- — Владельцы
f \
j
.♦N 1 I f 1 \ \
\ \ / 1 1 / ' /V \ кл \ \ \i
\ \ / \ \ \ 1 i 7 / ; / / \ч> ! I \i 4 V
II \ \\ ^ / г ' / А» ч: V / 1 1 / / / t л \ \ \ N \ \ \\ x V \ к 1 \i
\'\ \ \\ ; \ \ к / /7 а J / / г ц / \ \ \ \ N / i
\ > ч 'fl [ ' / / V V / 1 ! ; / ( \ 1 \ Н tf.
1 / : 1 / / / \ \
; / . Г / у 1 ^ \
ОФ КТМ ПЕН ЦИП ТЕТР НВ АМП ДОК ЛФЦ ФОС ТОБ ОП
Рис. 2. Совокупная устойчивость к антибиотикам выделенных микроорганизмов
Поэтому существует высокая вероятность передачи множественной лекарственной устойчивости от человека к животным и наоборот.
Наибольшую устойчивость выделенные микроорганизмы проявляли в отношении тобрами-цина (от 57,4 до 91,3 %), ампициллина (от 40,9 до 58,3 %), ципрофлоксацина (от 50,0 до 69,7 %), офлоксацина (от 45,4 до 73,9 %), доксициллина (от 59,1 до 69,7 %). Изоляты бактерий кишечной группы, энтеробактерий, а также стафилококка и
стрептококка показали наибольшую антибиоти-ко-резистентность (рис. 3).
Распространению антибиотикоустойчивых микроорганизмов в некоторой степени способствуют и корма для животных. Результаты наших исследования показывают, что в кормах со дер -жатся микроорганизмы устойчивые к бензилпе-нициллину (60 %), новобиоцину (60 %), кла-ритромицину (40 %), фосфомицину (40 %) и ампициллину (30 %). Эти антибиотики обладают
lllllllllll Ranteriiim ГТТТП Enterobacteriaceae w Clostridium
—•— Staphylococcus spp. —▲— Streptococcus spp. —- Escherichia coli
Рис. 3. Дифференциальная антибиотикорезистентность выделенных бактерий
широким спектром действия, что провоцирует проявление мультирезистентности.
Заключение
1. Выявлено различие в количестве микроорганизмов, выделенных из образцов кожи и шерсти собак и кошек. У собак общее количество микроорганизмов (610 ± 148 КОЕ/см2) было статистически выше, чем у кошек (380 ± 97 КОЕ/см2). У хозяев общее количество микроорганизмов кожи составило 120 ± 49 КОЕ/см2.
2. Микробиота кожи жителей, имеющих домашних собак и кошек, имеет схожий с ними пейзаж.
3. Уровень устойчивости изолятов к антибиотикам варьировал у кошек от 2,7 до 91,3 %, у собак — от 3,0 до 64,7 %, у владельцев животных — от 4,9 до 50 %.
4. Наибольшую устойчивость микроорганизмы проявляли в отношении тобрамицина, ампициллина, ципрофлоксацина, офлоксацина, док-сициллина.
5. В кормах для собак и кошек содержатся микроорганизмы, устойчивые к бензилпеницил-лину (60 %), новобиоцину (60 %), кларитроми-цину (40 %), фосфомицину (40 %) и ампициллину (30 %).
Библиографический список
1. Лыков И. Н., Шестакова Г. А. Микроорганизмы: Биология и экология. — Калуга: Изд-во «СерНа», 2014. — 451 с.
2. Rodrigues H. A., Patterson A. P., Diesel A. The skin microbiome in healthy and allergic dogs // PLoS One. — 2014. — Vol. 9 (1). — Р. 83—97. doi: 10.1371/journal.pone.0083197 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3885435/
3. Song S. J., Lauber C., Costello E. K. et al. Cohabiting family members share microbiota with one another and with their dogs // eLife. — 2013. — 2:e00458. doi: 10.7554/elife.00458.
4. Older C. E., Diesel A., Patterson A. P. et al. The feline skin microbiota: The bacteria inhabiting the skin of healthy and allergic cats // PLoS One. — 2017. — Vol. 12 (6). doi: 10.1371/journal.pone.0178555. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/ PMC5456077/
5. Guardabassi L., Schwarz St., Lloyd D. H. Pet animals as reservoirs of antimicrobial-resistant bacteria: Review // Journal of Antimicrobial Chemotherapy. — 2004. — Vol. 54. — Issue 2. — P. 321—332.
6. Reygaert W. C. An overview of the antimicrobial resistance mechanisms of bacteria // AIMS Microbiol. — 2018. — Vol. 4 (3). — Р. 482—501. doi: 10.3934/microbiol.2018.3.482
7. Serum H., Sunde M. Resistance to antibiotics in the normal flora of animals // Vet. Res. — 2001. — Vol. 32 (3—4). — Р. 227—241. doi: 10.1051/vetres:2001121
8. Munita J. M., Arias C. A. Mechanisms of antibiotic resistance // Microbiol. Spectrum. — 2016. — Vol. 4 (2). doi: 10.1128/ microbiolspec.VMBF-0016-2015.
9. Andam C. P., Fournier G. P., Gogarten J. P. Multilevel populations and the evolution of antibiotic resistance through horizontal gene transfer // FEMS Microbiol. Rev. — 2011. — Vol. 35. — Р. 756—767. doi: 10.1111/j.1574-6976.2011.00274.x
10. Blair J. M., Webber M. A., Baylay A. J. et al. Molecular mechanisms of antibiotic resistance // Nat. Rev. Microbiol. — 2015. — Vol. 13. — Р. 42—51. doi: 10.1038/nrmicro3380
MEDICAL AND ECOLOGICAL ASPECTS OF DRUG RESISTANCE OF BACTERIA ISOLATED FROM DOMESTIC ANIMALS AND THEIR OWNERS
I. N. Lykov, Ph. D. in Biology, Dr. Habil, Professor, Scientific Director of the Institute of Natural Science and Medical Institute of Kaluga State University named after K. E. Tsiolkovsky, linprof47@yandex.ru, Kaluga, Russia, I. E. Galemina, N. S. Zaitseva, Ya. A. Kapinus, students, Tsiolkovsky Kaluga State University
References
1. Lykov I. N., Shestakova G. A. Mikroorganizmy: Biologiya i ekologiya. [Microorganisms: Biology and Ecology]. Kaluga. SerNa Publishing House. 2014. 451 pp. [in Russian].
2. Rodrigues H. A., Patterson A. P., Diesel A. The skin microbiome in healthy and allergic dogs. PLoS One. 2014. Vol. 9 (1). Р. 83—97. doi: 10.1371/journal.pone.0083197. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3885435/
3. Song S. J., Lauber C., Costello E. K. et al. Cohabiting family members share microbiota with one another and with their dogs. eLife. 2013. 2:e00458. doi: 10.7554/elife.00458.
4. Older C. E., Diesel A., Patterson A. P. et al. The feline skin microbiota: The bacteria inhabiting the skin of healthy and allergic cats. PLoS One. 2017. Vol. 12 (6). doi: 10.1371/journal.pone.0178555. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/ PMC5456077/
5. Guardabassi L., Schwarz St., Lloyd D. H., Pet animals as reservoirs of antimicrobial-resistant bacteria: Review. Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 2004. Vol. 54. Issue 2. P. 321—332.
6. Reygaert W. C. An overview of the antimicrobial resistance mechanisms of bacteria. AIMS Microbiol. 2018. Vol. 4 (3). Р. 482—501. doi: 10.3934/microbiol.2018.3.482
7. Serum H., Sunde M. Resistance to antibiotics in the normal flora of animals. Vet. Res. 2001. Vol. 32 (3—4). Р. 227—241. doi: 10.1051/vetres:2001121
8. Munita J. M., Arias C. A. Mechanisms of antibiotic resistance. Microbiol. Spectrum. 2016. Vol. 4 (2). doi: 10.1128/micro-biolspec.VMBF-0016-2015.
9. Andam C. P., Fournier G. P., Gogarten J. P. Multilevel populations and the evolution of antibiotic resistance through horizontal gene transfer. FEMS Microbiol. Rev. 2011. Vol. 35. Р. 756—767. doi: 10.1111/j.1574-6976.2011.00274.x
10. Blair J. M., Webber M. A., Baylay A. J. et al. Molecular mechanisms of antibiotic resistance. Nat. Rev. Microbiol. 2015. Vol. 13. Р. 42—51. doi: 10.1038/nrmicro3380
