CC BY
13
УДК 616-095. 34
ОСОБЕННОСТИ МИКРОФЛОРЫ ТОЛСТОКИШЕЧНОГО БИОТОПА, КОЛОНИЗИРОВАННОГО S. AUREUS И C. ALBICANS
Годовалов А. П., Антонян А. А., Горбунова Е. А.
ФГБОУ ВО «Пермский государственный медицинский университет им. акад. Е. А. Вагнера" Минздрава России (Пермь, Россия)
PECULIARITIES OF MICROFLORA OF THE COLONIC BIOTOPE COLONIZED BY 5. AUREUS AND C. ALBICANS
Godovalov A. P., Antonyan A. A., Gorbunova E. A. Acad. E. A. Wagner Perm State Medical University (Perm, Russia)
Для цитирования: Годовалов А. П., Антонян А. А., Горбунова Е. А. Особенности микрофлоры толстокишечного биотопа, колонизированного s. aureus и c. albicans. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2018;153(5): 61-65.
For citation: Godovalov A. P., Antonyan A. A., Gorbunova E. A. Peculiarities of microflora of the colonic biotope colonized by s. aureus and c. albicans. Experimental and Clinical Gastroenterology. 2018;153(5): 61-65.
Годовалов А. П. — кафедра микробиологии И вирусологии, к.м.н. Годовалов
Кишечную микрофлору рассматривают как основную детерминанту здоровья и болезней людей. Имеются доказательства того, что изменение взаимосвязи между составом кишечной микробиоты и организмом человека может сопровождаться развитием аллергических и иммунопатологических состояний, а также ряда заболеваний.
Цель исследования — оценить изменения просветной части микробного состава толстого кишечника в случае изоляции комбинации S. aureus и C. albicans.
Результаты исследования. В случае присутствия S. aureus происходит снижение частоты изоляции типичных вариантов E. coli (с 99,5% до 94,4%; р<0,05). Такая активность S. aureus подавляется грибками рода Candida, когда встречаемость E. coli соответствует уровню контрольной группы (100%). В присутствии только C. albicans происходит незначительное уменьшение выделения типичных вариантов E. coli (с 99,5 до 98,0; р<0,05). Установлено, что при наличии в биотопе S. aureus чаще встречаются лактозонегативные варианты E. coli (22%, а в контрольной группе 0,5%; р<0,05). Аналогичная ситуация наблюдается в случае обнаружения C. albicans и комбинации ее с S. aureus. В 1-й и 3-й группах наблюдается относительное повышение встречаемости лактозонегативных вариантов E. coli (19,0% и 17,1% соответственно; р<0,05).
Заключение. Присутствие C. albicans нивелирует антагонистические взаимоотношения S. aureus и E. coli. С другой стороны, присутствие S. aureus и C. albicans как по отдельности, так и совместно способствуют развитию нетипичных вариантов E. coli. Таким образом, проведенные исследования показали, что обнаружение в толстокишечном биотопе S. aureus и/или C. albicans может существенно менять состав микробиоты, что, возможно, отражается на функциональной активности слизистой оболочки толстого кишечника и в целом всего организма человека.
Ключевые слова: S. aureus, C. albicans. толстокишечный биотоп, антагонизм, микробиота
Антонян А. А.— лечебный факультет, студент Горбунова Е. А.— лечебный факультет, студент Godovalov A. P.— Microbiology and Virology Department, PhD Antonyan A. A.— medical faculty, student Gorbunova E. A.— medical faculty, student
Анатолий Петрович
Godovalov Anatoliy P. [email protected]
Резюме
Summary
Intestinal microflora is considered as the main determinant of human health and disease. There is evidence that changes in the relationship between the composition of intestinal microbiota and the human body can be accompanied by the development of allergic and immunopathological conditions, as well as a number of diseases.
The aim of the investigation was to assess changes in the lumen of the microbial composition of the large intestine in the case of isolation of S. aureus and C. albicans.
Results. In the case of the presence of S. aureus a decrease in the frequency of isolation of typical variants of E. coli. This activity of S. aureus is suppressed by Candida, when the occurrence of E. coli corresponds to the level of the control group. In the presence of C. albicans alone, there is a slight decrease in the allocation of typical E. coli variants.
Conclusion. The presence of C. albicans eliminates S. aureus antagonistic relationship with E. coli. On the other hand, the presence of S. aureus and C. albicans both individually and jointly contribute to the development of atypical variants of E. coli. Thus, the studies have shown that the detection of S. aureus and/or C. albicans in the large cell biotope can significantly change the composition of the microbiota, which may affect the functional activity of the colon mucosa and the whole human body.
Key words: S. aureus, C. albicans. colonic biotope, antagonism, microbiota
Кишечную микрофлору рассматривают как основную детерминанту здоровья и болезней людей. Имеются доказательства того, что изменение взаимосвязи между составом кишечной микробиоты и организмом человека может сопровождаться развитием аллергических и иммунопатологических состояний, а также ряда заболеваний, таких как ожирение, сахарный диабет II типа, воспалительные процессы кишечника, различные виды рака [1].
С современной точки зрения микробиоценоз кишечника представляет единую микроэкологическую систему организма, которая сформировалась в процессе филогенетического развития самого человека и его микробиоты и включает разнообразные по количественному и качественному составу ассоциации микроорганизмов и продукты их биохимической активности. Вместе с тем в микробиоценозе помимо симбиоза между бактериями,
встречаются антагонистические отношения между ассоциантами. Результат такого взаимодействия не может не отразиться на состоянии макроорганизма. Например, известна способность отдельных кислоторезистентных лактобактерий пролифе-рировать в желудке и конкурировать с Helicobacter pylori за органический субстрат, способствуя поддержанию его концентрации в норме [2].
Зачастую в толстом кишечнике обнаруживаются одновременно S. aureus и C. albicans, однако в литературе мало данных о взаимном влиянии этих микроорганизмов как на функциональную активность эпителиоцитов слизистой оболочки кишечника, так и на симбионтную микрофлору человека.
Цель исследования - оценить изменения про-светной части микробного состава толстого кишечника в случае изоляции комбинации S. aureus и C. albicans.
Материалы и методы
Проведено микробиологическое исследование содержимого толстого кишечника 429 человек. Все обследуемые были разделены на четыре группы. В 1-ю группу включали людей в случае наличия в микрофлоре толстого кишечника S. aureus и C. albicans. У пациентов 2-й группы отмечалось
наличие только S. aureus, а у 3-й - только C. albicans. В 4-ю (контрольную) группу входили люди с минимальными изменениями состава микрофлоры толстого кишечника. Для статистической обработки полученных данных использовали i-критерий Стьюдента и х2-квадрат.
Результаты исследования
Проведенные исследования показали, что толстокишечный биотоп характеризуется присутствием микробных ассоциаций со сложными трофическими связями между микробами-ассоциантами. В случае присутствии S. aureus происходит снижение частоты изоляции типичных вариантов E.coli (с 99,5 до 94,4; р<0,05; рис. 1). Подобная ситуация может быть связана с проявлением S. aureus выраженных антагонистических свойств в отношении ряда энте-робактерий. Такая активность S. aureus подавляется грибками рода Candida, когда встречаемость E. coli соответствует уровню контрольной группы (100%). В присутствии только C. albicans происходит незначительное уменьшение выделения типичных вариантов E. coli (с 99,5 до 98,0; р<0,05).
Установлено, что при наличии в биотопе S. aureus чаще встречаются лактозонегативные варианты E. coli (22%, а в контрольной группе 0,5%; р<0,05) (рис. 2). Аналогичная ситуация наблюдается в случае обнаружения C. albicans и комбинации ее с S. aureus. В 1-й и 3-й группах наблюдается относительное повышение встречаемости лактозонегативных вариантов E. coli (19,0% и 17,1% соответственно; р<0,05). В случае колонизации толстого кишечника гемолитическими вариантами кишечной палочки наблюдается сходная картина.
Известны случаи синергического отношения между E. coli и C. albicans [3]. Показано, что в отсутствие адъюванта введение животным комбинации E. coli и C. albicans провоцирует у них летальность.
100-,
95 -
90
1 группа
2 группа
3 группа
Рисунок 1.
Частота изоляции E. coli из содержимого толстокишечного биотопа (% пациентов).
Контроль
30 -
25 -
20 -
15 -
10 -
5 -
Рисунок 2.
Встречаемость лактозоне-гативных вариантов E. coli в толстокишечном биотопе (% человек).
1 группа
2 группа
3 группа
Контроль
Однако в присутствии гемоглобина-муцина си-нергический эффект этих микроорганизмов не наблюдался. Таким образом, подтверждено, что C. albicans способна действовать как ко-патоген в ходе экспериментального перитонита, но этот эффект может быть нивелирован присутствием адъювантного вещества, которое само по себе заметно усиливает рост микроорганизмов [3]. Есть данные, что C. albicans вырабатывают р-1,3-глюкан, который увеличивает у E. coli, находящихся в составе биопленки, состоящей из E. coli и C. albicans, толерантность к токсинам [4].
Показано, что C. albicans и S. aureus имеют си-нергические эффекты. У мышей, инфицированных только S. aureus, установлена более низкая смертность по сравнению с группой животных, инфицированных стафилококком и C. albicans. В настоящее время мало сведений о выраженности иммунного ответа хозяина в случае одновременной колонизации бактериальными и грибковыми патогенами. Кооперативные эффекты, наблюдаемые при смешанных грибково-бакте-риальных инфекциях in vivo, могут быть связаны с образованием биопленок, поскольку эта форма существования микрооорганизмов может способствовать различным видам устойчивости. Harriott и Noverr продемонстрировали, что S. aureus, выделенный из грибково-бактериальных
биопленок обладает повышенной резистентностью к ванкомицину [5].
Ранее проведенные исследования показали влияние липополисахаридов грамотрицательных эн-тробактерий на Candida [6]. Отмечено, что смертность экспериментальных животных, связанная с колонизацией организма Candida spp., может быть увеличена в присутствии липополисахаридов E. coli. Было указано, что сам липополисахарид не оказывает прямого влияния на рост Candida, но иммуномодулирующие эффекты могут быть вызваны вторичным воздействием на полимор-фноядерные лейкоциты и моноциты. На сегодняшний день влияние липополисахаридов E. coli на смешанные биопленки, образованные Candida spp. и E. coli оценено недостаточно [6].
C. albicans обладают способностью нарушать функциональные характеристики энтероцитов. Например, кандидозная колонизация желудочно-кишечного тракта может снижать защиту слизистой оболочки от колонизации грамотрицатель-ными бактериями [7].
В ходе проведенных нами исследований показано, что S. aureus позволяет размножаться Klebsiella spp., которые встречаются в 20,7% случаев в данной группе (в контрольной - 14,5%; р=0,05). При комбинации S. aureus и C. albicans подобная ситуация нивелируется.
0
Candida spp. не способна подавлять деление Klebsiella spp., однако при сочетании с S. aureus наблюдается меньшая колонизация кишечника клебсиеллами. Так, у пациентов 1-й группы Klebsiella spp. выделена в 16,2%, 2-й - 20,2%, 3-й -13,1% и 4-й - 14,5% случаев. Показано, что 54% E. coli и 64% изолятов Klebsiella, устойчивые к двум или более антибиотикам, способны к переносу одного или нескольких генов устойчивости в культуру реципиента E.coli K-12. Наиболее часто резистентность, передаваемая обоими видами, развивается к канамицину и неомицину. Кроме этого, культуры E. coli способны переносить устойчивость к тетрациклину, хлорамфениколу, ампициллину и карбе-нициллину, тогда как изоляты Klebsiella - только к тетрациклину и хлорамфениколу. Экстраполяция этих результатов на больший ряд выделений E. coli и Klebsiella от госпитализированных пациентов показала, что 21 и 18% культур E. coli и Klebsiella соответственно переносили элементы резистентности [8].
В случае изоляции или Candida, или S. aureus выделение Citrobacter из толстокишечного биотопа не меняется по сравнению с контрольной группой (12,1; 12,5 и 7,1% соответственно; p>0,05). При комбинации C. albicans и S. aureus высеваемость Citrobacter spp. повышается (16,2%; р = 0,05). Показано, что C. rodentium может являться этиологическим агентом гиперплазии толстой кишки,
тогда как C. freundii был реклассифицирован как патоген человека.
В настоящем исследовании показано, что присутствие в толстокишечном биотопе S. aureus способствует росту Enterobacter spp. (5,4 и 10% соответственно). Этот эффект отменятеся при совместном обитании S. aureus и C. albicans (5,4%). Показано, что Enterobacter spp. могут быть выделены вместе с другой кишечной флорой из внутрибрюшных абсцессов или при перитонитах.
При комбинации S. aureus и C. albicans в 21% случае наблюдается снижение количества КОЕ Lactobacillus spp., что отсутствует в контрольной группе. Кроме этого, в 1-й группе у 40% пациентов число КОЕ Bifidobacterium spp. значительно снижено. Однако следует заметить, что в 1-й группе случаев снижения КОЕ и Lactobacillus spp., и Bifidobacterium spp. не выявлено. Показано, что L. fermentum способна уменьшать образование биопленки S. aureus. Ингибирование формирования биопленки, вероятно, зависит от модуляции оперона ica [9]. Кроме этого, Lactobacillus spp. ингибирует адгезию S. aureus к клеткам HeLa [10-12]. Существуют компоненты, продуцируемые Lactobacillus spp., которые могут ингибировать рост метициллин-резистентных S. aureus. Эти эффекты открывают перспективу возможного использования протективных свойств Lactobacillus spp. против инфекций, обусловленных метициллин-резистентными S. aureus [13-15].
Заключение
Толстокишечный биотоп является составной частью сложной многоуровневой системы, образованной прокариотичесими и эукариотическими клетками, между которыми наблюдаются разнонаправленные взаимоотношения. Так, присутствие C. albicans нивелирует антагонистические взаимоотношения S. aureus и E. coli. С другой стороны, присутствие S. aureus и C. albicans как по отдельности, так и совместно способствуют развитию нетипичных вариантов E. coli. Кроме этого, изучаемые виды микроорганизмов могут оказывать действие и на другие энтеробакте-рии. Несмотря на обнаружение Lactobacillus spp.
и Bifidobacterium spp. у всех пациентов, количество КОЕ этих микроорганизмов в случае присутствия S. aureus и/или C. albicans было снижено. Таким образом, проведенные исследования показали, что обнаружение в толстокишечном биотопе S. aureus и/или C. albicans может существенно менять состав микробиоты, что, возможно, отражается на функциональной активности слизистой оболочки толстого кишечника и в целом всего организма человека. Коррекция толстокишечного микробиома вероятно может быть использована как для профилактики развития ряда заболеваний, так и для их патогенетического лечения.
Литература | Reference
1. Булатова Е.М., Богданова Н. М. Кишечная микрофлора - один из факторов формирования здоровья человека. Медицинский совет.- 2013.- № 1.- С. 30-33. Bulatova E. M., Bogdanova N. M. Intestinal microflora is one of the factors in the formation of human health. Medical Council. 2013; 1: 30-33.
2. Симонова Е.В., Пономарева О. А. Роль нормальной микрофлоры в поддержании здоровья человека. Сибирский медицинский журнал.- 2008.- № 8.-С. 20-25.
Simonova E. V., Ponomareva O. A. The role of normal microflora in maintaining human health. The Siberian Medical Journal. 2008; 8: 20-25.
3. Klaerner H. G., Uknis M. E., Acton R. D., Dahlberg P. S., Carlone-Jambor C., Dunn D. L. Candida albicans and
Escherichia coli are Synergistic Pathogens during Experimental Microbial Peritonitis. Journal of Surgical Research. - 1997.- Vol. 70(2).- P. 161-165.
4. De Brucker K., Tan Y., Vints K., De Cremer K. et al. Fungal ß-1,3-glucan increases ofloxacin tolerance of Escherichia coli in a polymicrobial E. coli/Candida albicans biofilm. Antimicrobial Agents and Chemotherapy.- 2015.- Vol. 59(6).- P. 3052-3058.
5. Morales D. K., Hogan D. A. Candida albicans Interactions with Bacteria in the Context of Human Health and Disease. PLOS Pathogens.- 2010.- № 6 (4). Volume 6 (4).- P. 1-4.
6. Bandara H. M. H. N., Yau J. Y. Y, Watt R. M. et al. Escherichia coli and its lipopolysaccharide modulate in vitro Candida biofilm formation. Journal of Medical Microbiology.- 2009.- № 12 (58).- P. 1623-1631.
7. Diebel L. N., Liberati D. M., Diglio C. A. et al. Synergistic effects of Candida and Escherichia coli on gut barrier function. Journal of Trauma and Acute Care Surgery.-1999.- № 6 (47).- P. 1045-1051.
8. Chadwick P., Niell M. Transferable antibiotic resistance in E. coli and Klebsiella pneumoniae. Canadian Medical Association Journal.- 1973.- Vol. 109(8).- P. 691-696.
9. Melo T. A, Dos Santos T. F., De Almeida M. E. et al. Inhibition of Staphylococcus aureus biofilm by Lactobacillus isolated from fine cocoa. BMC Microbiology.- 2016.- Vol. 16.- P. 250-9.
10. Wang J., Zhang R., Zhou L. et al. Lactobacillus inhibit adhesion of Staphylococcus aureus to HeLa cells. Sheng Wu Gong Cheng Xue Bao.- 2012.- Volume 28 (6).-P. 715-725.
11. Haileselassie Y., Navis M., Vu N. et al. Lactobacillus reuteri and Staphylococcus aureus differentially influence the generation of monocyte-derived dendritic cells and subsequent autologous T cell responses. Immunity, Inflammation and Disease.- 2016. 4(3).- P. 315-326.
12. Karska-Wysocki B., Bazo M., Smoragiewicz W. Antibacterial activity of Lactobacillus acidophilus and Lactobacil-lus casei against methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). Microbiological Research.- 2010.- № 165 (8).- P. 674-686.
13. Годовалов А. П., Быкова Л. П., Никулина Е. А., Ожги-бесов Г. П. Изучение микробного пейзажа толстого
кишечника при кандидозном носительстве. Медицинский вестник МВД.- 2016.- Т. 80, № 1 (80).-С. 41-43.
Godovalov A. P., Bykova L. P., Nikulina E. A., Ozh-gibesov G. P. Study of the microbial landscape of the large intestine in candidiasis. MIA Medical Bulletin. 2016; 1 (80): 41-43.
14. Годовалов А. П., Быкова Л. П., Никулина Е. А., Ожги-бесов Г. П., и соавт. Выявление Staphylococcus aureus при изменении микробиоценоза толстой кишки. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология.- 2016.- № 12 (136).- С. 36-38.
Godovalov A. P., Bykova L. P., Nikulina E. A., Ozh-gibesov G. P. et al. Identification of Staphylococcus aureus in the course of a change in the microbiocenosis of the colon. Experimental and Clinical Gastroenterology Journal. 2016; 12 (136): 36-38.
15. Годовалов А. П., Карпунина Н. С., Карпунина Т. И. Ми-кробиота кишечника и влагалища женщин со вторичным бесплодием и заболеваниями желудочно-кишечного тракта. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. - 2016. - № 6 (130).- С. 109-113. Godovalov A. P., Karpunina N. S., Karpunina T. I. Micro-biota of the intestine and vagina of women with secondary infertility and diseases of the gastrointestinal tract. Experimental and Clinical Gastroenterology Journal. 2016; 6 (130): 109-113.
