CC BY
2ВЛИЯНИЕ БАКТЕРИОФАГОВ НА МИКРОБИОМ ПОЛОСТИ РТА: РОЛЬ
ВОССТАНОВЛЕНИЯ БАЛАНСА
АВАНЕСОВ АНАТОЛИЙ МИХАЙЛОВИЧ
д.м.н., профессор, заведующий кафедрой общей и клинической стоматологии им. В.С.
Дмитриевой МИ РУДН, Москва, Россия
ГВОЗДИКОВА ЕВГЕНИЯ НИКОЛАЕВНА
к.м.н., доцент кафедры общей и клинической стоматологии им. В.С. Дмитриевой МИ РУДН,
Москва, Россия
СИМИОНИДИ ЕФИМИЯ КОНСТАНТИНОВНА
Аспирант кафедры общей и клинической стоматологии им. В.С. Дмитриевой МИ РУДН,
Москва, Россия
Аннотация: Микробиом в полости рта играет важную роль в поддержании здоровья полости рта и всего организма в целом. Нарушение баланса микробиома может привести к различным заболеваниям. Бактериофаги — это вирусы, нападающие на бактерии, которые присутствуют в окружающей среде. Литические фаги и профаги, находящиеся в слюне, слизистой оболочке полости рта и зубном налете, взаимодействуют с микроорганизмами полости рта и могут влиять на формирование биопленок. Бактериофаги, вирусы, которые специфичны к бактериям, вызывают интерес как потенциальные средства для лечения инфекций, вызванных бактериями. В данной публикации были проанализированы исследования, в рамках которых основное внимание уделялось роли бактериофагов в микробиоте полости рта человека, а также изучалась их влияние на здоровье и заболевания полости рта
Ключевые слова: бактериофаги, микробиом, микроорганизмы, ротовая полость, потенциал бактериофагов, фаготерапия, фаг, биопленка.
Введение:
Связь микробиома полости рта с общесоматическими заболеваниями.
Более трехсот лет назад Антони ван Левенгук стал первым человеком, который обнаружил микроорганизмы, возможно, бактерии, в зубном налете собственных зубов при помощи изготовленного им микроскопа. [1] Это положило начало развитию микробиологии. Согласно последним оценкам, в организме человека обитает около 3,8 х 10А13 микроорганизмов, что составляет около половины от общего числа клеток в человеческом теле.[2] Вместе эти организмы известны как микробиом человека.[3] Проект NIH Human Microbiome Project (HMP) был запущен в 2007 году и включал 18 различных исследований, целью которых было изучение и характеристика микробиома человека, его роли в здоровье и заболеваниях. Известно, что микробиом присутствует почти в каждой области тела, и HMP выявил, что в организме человека существует 48 основных экосистем для обитания микробов. [3,4] Согласно данным HMP, 34% всех основных мест обитания микробов связаны с кожей человека, 25% - с желудочно-кишечным трактом, и 20% - с полостями области головы и шеи.[5] Среди этих мест обитания полость рта представляет сложную среду для выживания микробов, так как она подвергается сильным ежедневным изменениям в поставке питательных веществ, температуре, pH, механическому воздействию во время жевания и ухода за полостью рта, а также химическому воздействию из-за гигиены или употребления фармацевтических и токсичных веществ. [6] Несмотря на это, полость рта поддерживает богатую и сложную экосистему, в которой обитают различные микроорганизмы, которые процветают в этой динамичной среде - так называемом микробиоме полости рта.[7] Микробиота полости рта представлена разнообразными видами микроорганизмов, включая бактерии, простейшие,
археи, вирусы, грибы и сверхмелкие организмы. Нарушения в составе и количестве микробиома полости рта могут привести к различным заболеваниям этой области и общесоматическим патологиям.[8]
На сегодняшний день установлена связь между микроорганизмами полости рта и рядом заболеваний, таких как пародонтит, кариес, альвеолярный остит, периимплантит, тонзиллит, эндодонтические инфекции, рак полости рта, лейкоплакия, плоский лишай и другие.[9] Ротовая полость является важным путем проникновения патогенных и комменсальных микроорганизмов в организм, что может способствовать развитию системных заболеваний.[10] Исследования показывают связь между инфекциями полости рта и различными системными заболеваниями, такими как пневмония, болезнь Альцгеймера, преждевременные роды, синдром поликистозных яичников (СПКЯ), инсульт, ожирение, воспалительные заболевания кишечника, сердечно-сосудистые заболевания, цирроз печени и диабет. [11] Интересно, что дисбаланс микробиоты рта может способствовать развитию определенных видов рака, например, роль Fusobakterium nucleatum в раке толстой кишки, а также некоторых аутоиммунных заболеваний, включая синдром Шегрена, связанный с нарушением соотношения фирмикутов и протеобактерий. [12]
Микробиом полости рта является одним из самых сложных микробных сообществ в организме человека.[13] Определить точный состав и разнообразие микробиоты полости рта представляет собой сложную задачу из-за постоянного воздействия внешней среды на эту область. Инфекции полости рта, генетические особенности хозяина, пол, изменения уровня половых гормонов и иммунные реакции также играют значительную роль в формировании микробного сообщества в полости рта.[13]
Микробиом полости рта состоит в основном из бактерий, было проведено ряд исследований, в рамках которых идентифицировали около 700 видов бактерий, которые можно разделить на 185 родов и 12 типов. К признанным типам бактерий относятся Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria, Fusobacteria, Bacteroidetes, Chlamydiae, Spirochaetes, Chloroflexi, SR1, Synergistetes, Saccharibacteria и Gracilibacteria. Эти виды бактерий встречаются регулярно у здоровых людей. [8]
Некоторые из них, такие как Streptococcus spp., являются распространенными представителями микробиомы человека, в то время как другие, например Campylobacter, Corynebacterium, Eikenella, Haemophilus, Peptostreptococcus, Treponema, Capnocytophaga, Prevotella и Fusobacterium, могут вызывать условно-патогенные инфекции у лиц с нарушениями иммунитета или в плохом состоянии полости рта. [8]
Интересный факт заключается в том, что нарушение микробиоты полости рта связано как с локальными, так и с системными заболеваниями и состояниями. Это может способствовать развитию не только заболеваний пародонта, кариеса и остеорадионекроза челюсти, но также эндокардита, атеросклероза и многих других заболеваний.[14] Несколько научных исследований подтвердили влияние бактерий полости рта на развитие заболеваний, включая кариес (Streptococcus mutans, Streptococcus sobrinus и Lactobacillus spp.), эндодонтические инфекции (F. nucleatum, Enterococcus faecalis и Propionibacterium spp.), заболевания пародонта (Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsytia, Treponema denticola и Aggregatibacter actinomycetemcomitans), рак полости рта (P. gingivalis и Streptococcus gordonii) и плоский лишай полости рта (Capnocytophaga sputigena, Eikenella corrodens и Prevotella intermedia). [8]
Ли и др. сообщили, что изменения в микробиоте полости рта могут влиять на остеорадионекроз.[15] В исследование были вовлечены 30 пациентов, которые подвергались высокодозной лучевой терапии. Пробирки из полости рта были взяты из областей остеорадионекроза и нормальных тканей на противоположной стороне, после чего микробиом был проанализирован с применением секвенирования 16S рРНК. Было обнаружено увеличение количества определенных микроорганизмов в области остеорадионекроза, что может свидетельствовать о связи между ними и микробиомом.[15] Уменьшение
слюноотделения способствует развитию пародонтита из-за изменений окружающей среды, а также изменений микробиома.[16] В исследовании, проведенном Arrifin и коллегами, было отмечено, что после лучевой терапии скорость выделения стимулированной и нестимулированной слюны снизилась. Вместе с этим уровень pH и буферная емкость слюны также уменьшились. Интересно отметить, что снижение скорости выделения стимулированной и нестимулированной слюны коррелировало с увеличением количества Candida albicans.[17] Аналогичным образом, в другом исследовании было отмечено, что ксеростомия связана с популяциями дрожжей.[18]
Грибы и дрожжи также представляют собой ключевые элементы микробиома полости рта. На данный момент было обнаружено 154 вида грибов, принадлежащих к 81 роду и пяти типам (Basidiomycota, Ascomycota, Chytridiomycota, Glomeromycota и неклассифицированные). Среди них наиболее значительными являются различные виды Candida и другие виды грибов полости рта, которые были выявлены у 70% здоровых людей. Candida albicans является наиболее частым видом (встречается у 40-80% здоровых людей), за ним следуют C. glabrata , C. parapsilosis , C. krusei , C.tropicis , C. kefyr , C. Metapsilosi , C. stellatoidea и C. Khmerensis. [17,18,19]
Виром человека представлен разнообразными видами вирусов: от эукариотических вирусов, которые заражают клетки человека, до бактериофагов, которые являются вирусами, специфичными для бактерий. У здоровых людей основные роды бактериофагов, обнаруженных в полости рта, были Siphoviridae, Myoviridae и Podoviridae; все они относятся к семейству Caudovirales.[19,20] Myoviridae и Podoviridae, как правило, представляют собой литические вирусы, которые быстро уничтожают своих бактериальных хозяев, в то время как Siphoviridae, в основном, являются лизогенными вирусами, которые устанавливают динамическое равновесие со своими ассоциированными видами-хозяевами.[21] Это предполагает, что оральный вирусный комплекс может играть значительную роль в контроле бактериальной популяции в полости рта, поскольку доминирование бактериофагов в подсистеме вирусов, по-видимому, коррелирует с доминированием бактерий в микробиоме полости рта, и считается, что фаги отвечают за 20-80% общей бактериальной погибели; поэтому являются серьезным фактором, ограничивающим рост бактерий. Кроме того, в 2018 году де ла Крус Пенья [22] обнаружил восемь новых вирусов, которые естественным образом присутствуют в слюне здоровых людей, включая не выращиваемый вирус 92 -C13, который, по всей видимости, также относится к семейству Caudovirales.
Бактериофаги как терапевтическое средство.
Бактериофаги, которые являются прокариотическими вирусами, преобладают в виробиоме полости рта. Они способны заражать бактерии в полости рта и оказывать влияние на микробиом за счет изменений в структуре и свойствах бактериальной популяции. [23] Несмотря на это, их роль в поддержании здоровья полости рта и возникновении заболеваний пока не до конца понята, и исследования в этой области продолжаются.
Бактериофаги являются основными членами виробиома полости рта. Они проходят чередующиеся лизогенные и литические циклы, которые позволяют им воздействовать на бактерии в полости рта и приводить к изменениям в бактериальных сообществах.[24] С момента их открытия сто лет назад, фаги исследовались как потенциальные терапевтические средства. В Грузии, Польше и России использование фагов в медицине уже давно укоренилось.[9] Однако большая часть западного мира отказались рассматривать фаг-терапию из-за отсутствия клинических испытаний, чтобы доказать ее эффективность. Неудача лечения и количество смертей, вызванных устойчивыми к антибиотикам бактериальными инфекциями, линейно увеличивается. Эта ситуация напомнила о важности бактериофагов, и теперь возобновился интерес к фаговой терапии.[28]
Было установлено, что фаги активны не только против планктонных бактерий, но и против бактерий, образующих биопленки, и образующих таким образом антифаговые убежища.[25] Тем не менее, фаги эволюционируют, чтобы нацеливаться на встроенные в
биопленки клетки, широко распространенные в их экосистеме. Высокая плотность бактерий биопленки обеспечивает быстрое распространение вирионов через плотно упакованные соседние клетки.[8] Фаги разрушают структуру биопленки, лизируя бактериальные клетки. Кроме того, некоторые фаги используют различные типы деполимераз для проникновения в бактериальную капсулу или матрикс биопленки. Фаги обладают потенциалом использования вместе с антибиопленочными средствами для борьбы с бактериями в убежищах. Иммунная система человека эволюционировала для сопротивления воздействию фагов, с которыми она постоянно сталкивается. Были проведены исследования по безопасности и клинические испытания, которые подтвердили, что фаги нетоксичны и выводятся из организма без вреда.
Главное преимущество фаготерапии заключается в том, что бактериофаги не подвержены обычным механизмам резистентности к антибиотикам, поэтому их можно использовать для лечения инфекций, стойко устойчивых к множеству лекарств. Кроме того, бактериофаги обладают узким спектром хозяев, что означает, что они направлены против определенного вида бактерий или даже штамма, что способствует предотвращению дисбиоза. Однако узкий спектр хозяев требует применения смеси различных типов фагов в случае поликлональных инфекций или для минимизации риска развития резистентности. Различные аспекты использования терапевтических фагов против биопленок уже рассматривались в различных медицинских дисциплинах, например, в урологии, дерматологии [26,27,28,23]
Результаты исследования:
Анализ рассмотренной литературы показал, что Бактериофаги представляют собой весьма дифференцированную группу вирусов, и по крайней мере некоторые из них могут влиять на микрофлору полости рта. Дальнейшие исследования будут направлены на изучение активности фагов как в моно так и в полимедикаментозной терапии. Конечной целью исследования будет разработка экономически эффективных и легкодоступных профилактических и терапевтических средств на основе бактериофагов для поддержания здоровой микробиоты полости рта.
Бактериофаги обладают уникальными свойствами, которые делают их интересными, но сложными кандидатами в качестве терапевтических средств. Увеличение распространения устойчивости бактерий к антибиотикам требует новаторских подходов в лечении инфекций. Один из перспективных подходов, который снова привлекает внимание, - использование бактериофагов, вирусов, специфично заражающих и уничтожающих, патогенные бактерии. В реальной практике фаготерапия является индивидуальной и требует дополнительной диагностики для определения наиболее эффективных фагов, которые затем могут быть использованы для создания терапевтического коктейля. Эти наблюдения требуют обширных исследований в этой научной области, поскольку некоторые из них могут быть полезными, а другие могут быть невыгодными или нейтральными.
[8]
Выводы:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Deo PN, Deshmukh R. Oral microbiome: Unveiling the fundamentals. J Oral Maxillofac Pathol. 2019 Jan-Apr;23(1):122-128. doi: 10.4103/jomfpJOMFP_304_18. PMID: 31110428; PMCID: PMC6503789.
2. Sender R, Fuchs S, Milo R. Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body. PLoS Biol. 2016 Aug 19;14(8):e1002533. doi: 10.1371/journal.pbio.1002533. PMID: 27541692; PMCID: PMC4991899.
3. Dovrolis N, Kolios G, Spyrou GM, Maroulakou I. Computational profiling of the gut-brain axis: microflora dysbiosis insights to neurological disorders. Brief Bioinform. 2019 May 21;20(3):825-841. doi: 10.1093/bib/bbx154. PMID: 29186317.
4. Proal AD, Lindseth IA, Marshall TG. Microbe-microbe and host-microbe interactions drive microbiome dysbiosis and inflammatory processes. Discov Med. 2017 Jan;23(124):51-60. PMID: 28245427.
5. Radaic A, Kapila YL. The oralome and its dysbiosis: New insights into oral microbiome-host interactions. Comput Struct Biotechnol J. 2021 Feb 27;19:1335-1360. doi: 10.1016/j.csbj.2021.02.010. PMID: 33777334; PMCID: PMC7960681.
6. Kreth J, Merritt J, Qi F. Bacterial and host interactions of oral streptococci. DNA Cell Biol. 2009 Aug;28(8):397-403. doi: 10.1089/dna.2009.0868. PMID: 19435424; PMCID: PMC2903342.
7. Avila M, Ojcius DM, Yilmaz O. The oral microbiota: living with a permanent guest. DNA Cell Biol. 2009 Aug;28(8):405-11. doi: 10.1089/dna.2009.0874. PMID: 19485767; PMCID: PMC2768665.
8. Szymon P. Szafranski, Andreas Winkel, Meike Stiesch, The use of bacteriophages to biocontrol oral biofilms, Journal of Biotechnology, Volume 250, 2017, Pages 29-44,ISSN 0168-1656, https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2017.01.002.
9. Абедон С.Т. Экология антибиопленочных агентов II: использование бактериофагов и биоконтроль биопленочных бактерий //Фармацевтика. - 2015. - Т. 8. - №. 3. - С. 559-589.
10. Абелес С.Р. и др. Оральные вирусы человека индивидуальны, устойчивы и гендерно-согласованы //Журнал ISME. - 2014. - Т. 8. - №. 9. - С. 1753-1767.
11. Bachrach G. et al. Bacteriophage isolation from human saliva //Letters in applied microbiology. - 2003. - Т. 36. - №. 1. - С. 50-53.
12. Beikler T., Flemmig T. F. Oral biofilm-associated diseases: trends and implications for quality of life, systemic health and expenditures. - 2011.
13. Chan B., Abedon S. Bacteriophages and their Enzymes in Biofilm Control.CPD 21,85-99- 2014.
14. Radaic A, Kapila YL. The oralome and its dysbiosis: New insights into oral microbiome-host interactions. Comput Struct Biotechnol J. 2021 Feb 27;19:1335-1360. doi: 10.1016/j.csbj.2021.02.010. PMID: 33777334; PMCID: PMC7960681.
15. Li Z, Fu R, Huang X, Wen X, Zhang L. Oral microbiota may affect osteoradionecrosis following radiotherapy for head and neck cancer. J Transl Med. 2023 Jun 17;21(1):391. doi: 10.1186/s12967-023-04219-y. PMID: 37328857; PMCID: PMC10276415.
16. Sroussi HY, Epstein JB, Bensadoun RJ, Saunders DP, Lalla RV, Migliorati CA, Heaivilin N, Zumsteg ZS. Common oral complications of head and neck cancer radiation therapy: mucositis, infections, saliva change, fibrosis, sensory dysfunctions, dental caries, periodontal disease, and osteoradionecrosis. Cancer Med. 2017 Dec;6(12):2918-2931. doi: 10.1002/cam4.1221. Epub 2017 Oct 25. PMID: 29071801; PMCID: PMC5727249.
17. Arrifin A, Heidari E, Burke M, Fenlon MR, Banerjee A. The Effect of Radiotherapy for Treatment of Head and Neck Cancer on Oral Flora and Saliva. Oral Health Prev Dent. 2018;16(5):425-429. doi: 10.3290/j.ohpd.a41364. PMID: 30460355.
18. Gaetti-Jardim E Jr, Jardim ECG, Schweitzer CM, da Silva JCL, Oliveira MM, Masocatto DC, Dos Santos CM. Supragingival and subgingival microbiota from patients with poor oral hygiene
7 О
submitted to radiotherapy for head and neck cancer treatment. Arch Oral Biol. 2018 Jun;90:45-52. doi: 10.1016/j.archoralbio.2018.01.003. Epub 2018 Jan 8. PMID: 29533791.
19. Ly M, Abeles SR, Boehm TK, Robles-Sikisaka R, Naidu M, Santiago-Rodriguez T, Pride DT. Altered oral viral ecology in association with periodontal disease. mBio. 2014 May 20;5(3):e01133-14. doi: 10.1128/mBio.01133-14. PMID: 24846382; PMCID: PMC4030452.
20. Pérez-Brocal V, Moya A. The analysis of the oral DNA virome reveals which viruses are widespread and rare among healthy young adults in Valencia (Spain). PLoS One. 2018 Feb 8;13(2):e0191867. doi: 10.1371/journal.pone.0191867. PMID: 29420668; PMCID: PMC5805259.
21. Baker JL, Bor B, Agnello M, Shi W, He X. Ecology of the Oral Microbiome: Beyond Bacteria. Trends Microbiol. 2017 May;25(5):362-374. doi: 10.1016/j.tim.2016.12.012. Epub 2017 Jan 11. PMID: 28089325; PMCID: PMC5687246.
22. De la Cruz Peña MJ, Martinez-Hernandez F, Garcia-Heredia I, Lluesma Gomez M, Fornas O, Martinez-Garcia M. Deciphering the Human Virome with Single-Virus Genomics and Metagenomics. Viruses. 2018 Mar 6;10(3):113. doi: 10.3390/v10030113. PMID: 29509721; PMCID: PMC5869506.
23. Брюссов Х. Редакционный комментарий: Фаготерапия: quo vadis? //Клинические инфекционные болезни. - 2014. - Т. 58. - №. 4. - С. 535-536.
24. Чаплевский Л. и др. Альтернативы антибиотикам: обзор перспективного портфолио // The Lancet Infectious Sciences. - 2016. - Т. 16. - №. 2. - С. 239-251.
25. Flemming H. C. et al. Biofilms: an emergent form of bacterial life //Nature Reviews Microbiology. - 2016. - Т. 14. - №. 9. - С. 563-575.
26. Needham P, Page RC, Yehl K. Phage-layer interferometry: a companion diagnostic for phage therapy and a bacterial testing platform. Sci Rep. 2024 Mar 12;14(1):6026. doi: 10.1038/s41598-024-55776-1. PMID: 38472239; PMCID: PMC10933294.
27. Абедон С.Т. Экология антибиопленочных агентов I: антибиотики против бактериофагов //Фармацевтика. - 2015. - Т. 8. - №. 3. - С. 525-558.
28. Loganathan A, Manohar P, Eniyan K, VinodKumar CS, Leptihn S, Nachimuthu R. Phage therapy as a revolutionary medicine against Gram-positive bacterial infections. Beni Suef Univ J Basic Appl Sci.2021:10(1):49. Doi: 10..1186/s43088-021-00141-8. Epub 2021 Aug28. PMID:34485539: PMCID: PMC8401357.
