Species diversity among the genus Streptomyces members isolated from clinical material

Cover Page

Cite item

Abstract

Recently, both in Russia and around the world, the number of cases detecting acid-fast microbial members from the order Actinomycetales while developing human bacterial infections has been increased. The most important pathogens in this bacterial order are the members from the families Mycobacteriaceae, Nocardiaceae, Gordoniaceae, Tsukamurellaceae, Promicromonosporaceae, Brevibacteriaceae, Streptomycetaceae. This work is devoted to analyzing prevalence and species diversity of representatives of the family Streptomycetaceae from the genus Streptomyces isolated from clinical material upon examining for tuberculosis. There were examined 865 cultures of clinical material samples while examining for tuberculosis, in which signs of growth of contaminating microflora were revealed, as well as 316 cultures of clinical material samples obtained during examination for tuberculosis, in which signs of growth of non-tuberculosis mycobacteria (NTM) were detected. The material was collected from January 2016 to January 2019. Samples with signs of growth of contaminating microflora allowed to identify 1,093 strains, samples with signs of growth of NTM — 352 strains. Among them, the number of representatives of the genus Streptomyces comprised 39 strains. All Streptomyces strains were isolated from sputum. Variety of isolated Streptomyces: S. phaeochromogenes (13 strains), S. albus (1 train), S. avidinii (1 strain), S. badius (2 strains), S. chartreusis (2 strains), S. griseus (1 strain), S. hirsutus (2 strains), S. lavendulae (3 strains), S. violaceoruber (10 strains). Species identification was not possible for 4 strains. Analyzing the data obtained, it is possible to draw a conclusion about the moderate distribution of representatives of the genus Streptomyces in pattern of contaminating microflora while examining for tuberculosis. In pattern structure of isolated microorganisms, Streptomyces accounted for 3.3%. Among the microflora isolated from culture with signs of NTM growth, Streptomyces was presented by single strains. However, it should be noted that Streptomyces was the dominant group among acid-resistant actinomycetes in pattern of contaminating microflora and accounted for 38.3%. Taking into account the fact that a significant proportion of them were isolated as microbial associations, it can be concluded that Streptomyces turned out to be classical contaminants in this case. Nevertheless, we believe that the isolation of Streptomyces in association with clinically significant NTMs can be considered as an unfavorable factor due to the fact that antibiotic resistance genes are widespread among Streptomyces and may be transmitted to other types of microorganisms from the group of acid-resistant actinomycetes, including mycobacteria. Thus, the clinical material examining for tuberculosis is an interesting research object from which various representatives of acid-fast actinomycetes, including Streptomyces, can be isolated.

Full Text

Стрептомицеты являются важным объектом изучения различных разделов микробиологии и биотехнологии. Широкое распространение данной группы микроорганизмов в природе определило ряд свойств, направленных на выживание представителей рода Streptomyces в экстремальных условиях окружающей среды. Известно, что стрептомицеты являются одними из важнейших биопродуцентов различных антибактериальных веществ, многие из которых используются в медицине и ветеринарии [3]. Большинство научных исследований, посвященных данной группе микроорганизмов, были проведены с использованием штаммов, выделенных из различных объектов природных и искусственных мест обитания стрептомицет [2, 4]. С другой стороны, в литературе имеется ряд источников, в которых приводятся данные о возможном участии представителей рода Streptomyces в качестве транзиторных обитателей кожных покровов и слизистых оболочек человека. Однако чаще стрептомицеты в качестве представителей нормоценоза организма человека выявляются как случайно [1].

На наш взгляд, данный факт обусловлен отсутствием до недавнего времени доступных методов идентификации стрептомицет в случае выделения их из клинического материала. Благодаря замедленному росту, определенным особенностям культивирования, специфическим культуральным свойствам данной группы микроорганизмов при работе с клиническим материалом стрептомицеты чаще рассматриваются как классические контаминанты, не имеющие клинического значения, особенно с учетом того, что как этиологическая причина патологии человека они практически не рассматриваются. В то же время выделение стрептомицет из клинического материала является важным с точки зрения оценки их свойств и поиска новых антибактериальных агентов, а увеличение в популяции доли иммунокомпрометированных пациентов, особенно в условиях пандемии новой коронавирусной инфекции, неизбежно ставит задачи по поиску новых потенциальных патогенов из числа микроорганизмов, до настоящего времени рассматриваемых в качестве комменсалов, не имеющих клинического значения.

Цель исследования — анализ распространенности и видового разнообразия представителей рода Streptomyces, выделенных из клинического материала при обследовании на туберкулез.

Материалы и методы

В работе был проведен анализ 865 посевов проб клинического материала при обследовании на туберкулез, в которых были выявлены признаки роста контаминирующей микрофлоры, а также 316 посевов проб клинического материала при обследовании на туберкулез, в которых были выявлены признаки роста нетуберкулезных микобактерий (НТМ). Посевы клинического материала, включенные в исследование, были собраны в период с января 2016 по январь 2019 года. Во всех пробах представители комплекса Mycobacterium tuberculosis отсутствовали. Первичный посев проб клинического материала проводили в соответствии с приказом Минздрава РФ от 21.03.2003 № 109 «О совершенствовании противотуберкулезных мероприятий в Российской Федерации». Из всех посевов, включенных в исследование, с первичных сред (Левенштейна–Йенсена, Финна II и Миддлбрука 7Н9 с селективной добавкой PANTA) были проведены пересевы выросших культур на плотные питательные среды: 5% кровяной агар (Bio-Rad, США), универсальную хромогенную среду (Bio-Rad, США), агар Сабуро (HiMedia, Индия). Посевы инкубировались при температуре 37°С в течение 7 суток с последующим культивированием в течение 14 суток при температуре 28°С. Во время инкубации проводился ежедневный просмотр посевов. Все выросшие культуры идентифицировались с помощью MALDI-ToF масс-спектрометра Microflex LT (Bruker, США) методом прямого нанесения, методом расширенного прямого нанесения и методом экстракции муравьиной кислотой в соответствии с рекомендациями производителя оборудования. Из проб с признаками роста контаминирующей микрофлоры было выделено и идентифицировано 1093 штамма микроорганизмов, из проб с признаками роста НТМ — 352 штамма. Клинический материал, посевы которого были включены в исследование, был представлен мокротой, мочой, бронхоальвеолярной лаважной жидкостью, аутопсийным материалом, промывными водами желудка, плевральной жидкостью, спинномозговой жидкостью и раневым отделяемым.

Результаты и обсуждение

Всего в исследовании было выделено и идентифицировано 39 штаммов представителей рода Streptomyces. Разнообразие выделенных стрептомицет было представлено следующими видами: S. phaeochromogenes (13 штаммов), S. albus (1 штамм), S. avidinii (1 штамм), S. badius (2 штамма), S. chartreusis (2 штамма), S. griseus (1 штамм), S. hirsutus (2 штамма), S. lavendulae (3 штамма), S. violaceoruber (10 штаммов). Для 4 штаммов не удалось осуществить видовую идентификацию.

С учетом специфических культуральных свойств, характерных для стрептомицет, большинство штаммов было выделено из посевов клинического материала с признаками контаминации (36 штаммов). Из посевов клинического материала с признаками роста НТМ было выделено всего 3 штамма. Важно отметить, что стрептомицеты наряду с НТМ были доминирующей группой среди кислотоустойчивых актиномицет, выделенных из клинического материала с признаками контаминирующего роста (рис.).

 

Рисунок. Видовое разнообразие представителей рода Streptomyces, выделенных из проб клинического материала, в посевах которого были выявлены признаки контаминации (%)

Figure. Species diversity of representatives of the genus Streptomyces isolated from samples of clinical material, which cell culture had signs of contamination (%)

 

При анализе распространенность стрептомицет в контаминирующей микрофлоре была выявлена еще одна закономерность. Для стрептомицет, больше чем для других видов кислотоустойчивых актиномицет оказались характерны ассоциации с другими контаминантами. Было выявлено 6 случаев двухкомпонентных ассоциаций: в трех случаях была выявлена ассоциация стрептомицет с нетуберкулезными микобактериями (две ассоциации S. lavendulae + M. chelonae, одна — S. hirsutus + M. celatum), в двух случаях была выявлена ассоциация, состоящая из двух видов стрептомицет (S. badius + S. griseus, S. violaceoruber + S. phaeochromogenes), один штамм S. chartreusis был выделен в ассоциации с B. atrophaeus. Схожие результаты были получены при анализе структуры стрептомицет, выделенных из посевов клинического материала с признаками роста НТМ. В одном случае была выделена трехкомпонентная ассоциация с двумя видами микобактерий (M. pseudoshottsii + M. szulgai + S. lavendulae), в одном случае была выделена двухкомпонентная ассоциация, также с НТМ (M. fortuitum + S. phaeochromogenes), один штамм S. hirsutus был выделен в монокультуре.

При анализе сред, на которых был выявлен рост стрептомицет, можно сделать вывод, что плотные питательные среды на яичной основе (Левенштейна–Йенсена и Финна II) не являются оптимальными для выделения данной группы микроорганизмов из первичного клинического материала. На среде Левенштейна–Йенсена не было выделено ни одного штамма представителей рода Streptomyces, на среде Финна II был получен рост 2 штаммов стрептомицет. Все остальные штаммы были выделены с жидкой питательной среды Миддлбрука 7Н9 с селективной добавкой PANTA. При последующих пересевах рост всех выделенных штаммов стрептомицет был отмечен на кровяном агаре. Универсальная хромогенная среда оказалась менее пригодной для культивирования стрептомицет. Возможно, данный факт обусловлен тем, что среды с избытком нативного белка и аминокислот содержат вещества, которые оказывают лимитирующее воздействие на рост стрептомицет.

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод об умеренном распространении представителей рода Streptomyces в структуре контаминирующей микрофлоры при обследовании на туберкулез. В структуре выделенных микроорганизмов стрептомицеты составили 3,3%. Среди микрофлоры, выделенной из посевов с признаками роста НТМ, стрептомицеты были представлены единичными штаммами. Однако следует отметить, что стрептомицеты оказались доминирующей группой среди кислотоустойчивых актиномицет в структуре контаминирующей микрофлоры и составили 38,3%. С учетом того, что значительная часть из них была выделена в составе микробных ассоциаций, можно сделать заключение о том, что стрептомицеты оказались в данном случае классическими контаминантами. Тем не менее выделение стрептомицет в ассоциациях с клинически значимыми НТМ можно рассматривать, на наш взгляд, как неблагоприятный фактор, так как среди стрептомицет широко распространены гены антибиотикорезистентности, которые могут быть переданы другим видам микроорганизмов из группы кислотоустойчивых актиномицет, в том числе и микобактериям.

Среди выделенных видов стрептомицет преобладающими оказались представители S. phaeochromogenes и S. violaceoruber, которые в совокупности составили 59,0% всех выделенных штаммов. Остальные виды были представлены единичными (от 1 до 3) штаммами. S. phaeochromogenes описан в литературе как вид, представители которого продуцируют значительное количество разнообразных веществ с антимикробной активностью [6]. При этом в научной литературе отсутствуют данные о его клиническом значении и об особенностях биологических свойств штаммов, выделенных из клинического материала. S. violaceoruber по данным литературы обладает меньшим набором веществ с антимикробной активностью [5].

Таким образом, клинический материал для диагностики туберкулеза представляет собой интересный объект исследования, поскольку из него могут быть выделены различные представители кислотоустойчивых актиномицет, в том числе и стрептомицеты. Бактерии рода Streptomyces могут представлять определенный интерес для специалистов в различных областях микробиологии, как с целью поиска новых антибактериальных и других биологически активных веществ, так и с точки зрения оценки потенциального клинического значения выделенных штаммов, особенно у иммунокомпрометированных пациентов. Дополнительной сферой интереса может быть анализ влияния стрептомицет на рост трудно культивируемых микроорганизмов, например хеликобактеров, кампилобактеров (при заболеваниях желудочно-кишечного тракта), возбудителей бронхолегочной патологии и ряда других, для выделения которых используются селективные среды, что обусловлено возможностью подавления анализируемой микрофлоры антибактериальными веществами, активно выделяемыми стрептомицетами.

×

About the authors

Artem V. Lyamin

Samara State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: avlyamin@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-5905-1895

PhD, MD (Medicine), Professor, Department of General and Clinical Microbiology, Immunology and Allergology

Russian Federation, 443079, Samara, Gagarin str., 18

V. S. Tereshchenko

Samara State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: basterser@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2486-2927

Head Technician, Department of General and Clinical Microbiology, Immunology and Allergology

Russian Federation, 443079, Samara, Gagarin str., 18

A. V. Zhestkov

Samara State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: avzhestkov2015@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3960-830X

PhD, MD (Medicine), Professor, Honored Worker of Science of the Russian Federation, Head of the Department of General and Clinical Microbiology, Immunology and Allergology

Russian Federation, 443079, Samara, Gagarin str., 18

D. D. Ismatullin

Samara State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: danirhalitov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4283-907X

Assistant, Department of General and Clinical Microbiology, Immunology and Allergology

Russian Federation, 443079, Samara, Gagarin str., 18

References

  1. Андриянова И.В., Казакова О.Э., Шервашидзе С.В., Вахрушев С.Г., Каширцева И.А., Шульмин А.В. Изучение микрофлоры носоглотки здоровых детей в различных возрастных группах по микробным маркерам // Российская ринология. 2018. Т. 26, № 3. С. 47–53. [Andriyanova I.V., Kazakova O.E., Shervashidze S.V., Vahrushev S.G., Kashirceva I.A., Shulmin A.V. The study of the microflora of the nasopharynx of healthy children in different age groups by microbial markers. Rossiyskaya rinologiya = Russian Rhinology, 2018, vol. 26, no. 3, pp. 47–53. (In Russ.)]
  2. Виноградов К.А., Булгаков В.Г., Полин А.Н. Стрептомицеты в свете концепции «многоклеточности» бактерий // Антибиотики и химиотерапия. 2016. Т. 61, № 7–8. С. 33–47. [Vinogradov K.A., Bulgakov V.G., Polin A.N. Streptomycetes in the light of the concept of “multicellularity” of bacteria. Antibiotiki i khimioterapiya = Antibiotics and Chemotherapy, 2016, vol. 61, no. 7–8, pp. 33–47. (In Russ.)]
  3. Илич С.Б., Константинович С.С., Тодорович З.Б., Лазич М.Л., Велькович В.Б., Йокович Н., Радованович Б.Ц. Биоактивные метаболиты из изолятов стрептомицетов — описание и антимикробная активность // Микробиология. 2007. № 4. С. 480–487. [Ilich S.B., Konstantinovich S.S., Todorovich Z.B., Lazich M.L., Vel’kovich V.B., Yokovich N., Radovanovich B.Ts. Bioactive metabolites from streptomycete isolates – description and antimicrobial activity. Mikrobiologiya = Mikrobiologiya (Microbiology), 2007, no. 4, pp. 480–487. (In Russ.)]
  4. Омургазиева Ч.М., Каулбекова А.А. Фенотипические свойства штаммов Streptomyces, выделенных из почв естественных и техногенных зон Кыргызстана // Вестник Кыргызского национального университета имени Жусупа Баласагына. 2017. Т. 4, № 92. С. 32–41. [Omurgazieva Ch.M., Kaulbekova A.A. Phenotypic properties of Streptomyces strains isolated from soils of natural and technogenic zones of Kyrgyzstan. Vestnik Kyrgyzskogo natsionalnogo universiteta imeni Zhusupa Balasagyna = Bulletin of the Kyrgyz National University named after Zhusup Balasagyn, 2017, vol. 4, no. 92. pp. 32–41. (In Russ.)]
  5. Duangmal K., Ward A.C., Goodfellow M. Selective isolation of members of the Streptomyces violaceoruber clade from soil. FEMS Microbiol. Lett., 2005, vol. 245, no. 2, pp. 321–327. doi: 10.1016/j.femsle.2005.03.028
  6. Ritacco F.V., Eveleigh D.E. Molecular and phenotypic comparison of phaeochromycin-producing strains of Streptomyces phaeochromogenes and Streptomyces ederensis. J. Ind. Microbiol. Biotechnol., 2008, vol. 35, no. 9, pp. 931–945. doi: 10.1007/s10295-008-0367-0

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. Figure. Species diversity of representatives of the genus Streptomyces isolated from samples of clinical material, which cell culture had signs of contamination (%)

Download (78KB)

Copyright (c) 2022 Lyamin A.V., Tereshchenko V.S., Zhestkov A.V., Ismatullin D.D.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies