Сальмонелла-индуцированные изменения кишечного микробиома крыс

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Микробиом кишечника существенно влияет на функционирование организма: он участвует в защите организма от патогенных микроорганизмов, в процессах обмена веществ, торможении воспалительных реакций, в формировании врожденного и адаптивного иммунного ответа в слизистой оболочке кишечника. Одной из причин изменения микробиоты является использование антибиотиков. Поэтому процессы взаимодействия антибиотиков, Salmonella enteritidis и Salmonella typhimurium, с представителями нормальной микрофлоры кишечника представляют особый интерес. Материалы и методы. Проведен количественный и качественный анализ состава микробиоты стенки у крыс бактериологическим методом, а также статистический анализ данных с использованием программы StatSoft Statistica v.12. Результаты и обсуждение. При введении ванкомицина и S. enteritidis, S. typhimurium в группы II, III, IV наблюдалось снижение количественного содержания кишечной палочки в 10, 7 и 110 раз соответственно (р ≤ 0,05). Количество P. aeruginosa значительно уменьшилось только в третьей группе (р ≤ 0,05). Количество представителей Bacteroides spp. значительно уменьшилось в несколько тысяч раз (группа II) и в 70 и 87 раз (группы III и IV) (р ≤ 0,05). Содержание E. faecalis и E. faecium уменьшилось в 861, 6 и в несколько тысяч раз (группы II, III, IV) (р ≤ 0,05). Количество Proteus spp. значительно уменьшился во II группе в 27 раз и быстро увеличился в IV группе (р ≤ 0,05). Группа III показала резкое снижение содержания представителей Enterobacter spp. и Klebsiella spp. в 847 и 150 раз, а во II группе наблюдается увеличение их числа в 7 и 46 раз соответственно (р ≤ 0,05). Количество Staphylococcus spp. снизилось в 10 раз только во II группе. Количественное содержание Clostridium spp. снизилось в несколько тысяч раз (группа II) и в 5,5 раз (группа IV) (р ≤ 0,05). Количество Lactobacillus spp. уменьшилось в несколько тысяч раз (группа II). Количество представителей Bifidobacterium spp. значительно снизилось в 10,9 раз и в несколько тысяч раз (группы III, IV). Количественное содержание Peptostreptococcus anaerobius значительно уменьшилось во всех трех группах исследования (p ≤ 0,05). Содержание Salmonella spp. увеличилось во II группе в 49 раз, а значительное увеличение наблюдалось в III и IV группах (р ≤ 0,05). Введение сальмонеллы на фоне предварительной обработки ванкомицином вызывает резкое изменение состава микробиоты в группах V и VI, а именно увеличение количества кишечной палочки в 65 и 105 раз, значительное увеличение содержание P. aeruginosa в V группе, а в VI — в 3 раза. Также в этих группах наблюдается уменьшение количества Bacteroides spp. 9 и 10 раз (р ≤ 0,05). Содержание E. faecalis и E. faecium значительно снизилось только в пятой группе (р ≤ 0,05). Количество Proteus spp. уменьшается в 17 раз в группе V, а также значительно снижается в группе VI (р ≤ 0,05). Резкое увеличение количества представителей Enterobacter spp. и Klebsiella spp. наблюдалось в группах V и VI (р ≤ 0,05). Однако представителей Peptostreptococcus anaerobius в V и VI группах стало меньше в 20 и 9 раз соответственно (р ≤ 0,05). Количество Salmonella spp. снизилось только в V группе в 7 раз (р ≤ 0,05). При введении подопытным животным B. fragilis, получавшим S. enteri tidis и S. typhimurium на фоне предварительной обработки ванкомицином, отмечалось значительное снижение уровня кишечной палочки в группе VII, а в VIII — в 538 раз (р ≤ 0,05). Количество P. aeruginosa в группах VII и VIII значительно уменьшилось, а число представителей Bacteroides spp. естественно увеличивается (р ≤ 0,05). Содержание Lactobacillus spp. снизилось в 10,3 раза только в VI группе. Содержание E. faecalis и E. faecium увеличилось в 10 и 19 раз в VII и VIII группах соответственно, а количество Proteus spp. уменьшилось только в VII группе в 322 раза (р ≤ 0,05). Также в VII и VIII группах наблюдалось резкое снижение количества представителей Enterobacter spp. и Klebsiella spp. (р ≤ 0,05). Число представителей Peptostreptococcus anaerobius и Lactobacillus spp. значительно увеличилось в 7, 12 раз и в несколько тысяч и 40 раз (группы VII и VIII соответственно) (р ≤ 0,05). Количество S. enteritidis и S. typhimurium в VII и VIII группах интенсивно снижалось (р ≤ 0,05). Выводы. Введение B. fragilis может быть использовано при лечении воспалительных заболеваний кишечника или заболеваний с нарушением барьерной функции кишечника.

Об авторах

Ю. В. Букина

Запорожский государственный медицинский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: lingvus25@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9529-3798

Букина Юлия Вячеславовна,  ассистент кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии 

69035, г. Запорожье, пр. Маяковского, 26

Тел.: +3 (8096) 400-46-26, +3 (8095) 512-09-29

Украина

Н. Н. Полищук

Запорожский государственный медицинский университет

Email: natalyapolishchuck23@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9529-3798

к.м.н., доцент кафедры микробиологии, иммунологии и вирусологии 

г. Запорожье

Украина

Г. В. Бачурин

Запорожский государственный медицинский университет

Email: bachuringv@ukr.net
ORCID iD: 0000-0001-9529-3798

д.м.н., доцент, зав. кафедрой урологии 

г. Запорожье

Украина

О. С. Черковская

Запорожский государственный медицинский университет

Email: cherkovska2007@ukr.net
ORCID iD: 0000-0002-9875-6409

к.м.н., доцент кафедры факультетской хирургии 

г. Запорожье

Украина

Е. Л. Зинич

Запорожский государственный медицинский университет

Email: zinka130579@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9529-3798

к.м.н., доцент кафедры анатомии человека, оперативной хирургии и топографической анатомии 

г. Запорожье

Украина

А. Л. Лазарик

Запорожский государственный медицинский университет

Email: alexandralazaryk@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1937-1226

к.м.н., доцент кафедры анатомии человека, оперативной хирургии и топографической анатомии 

г. Запорожье

Украина

М. Б. Безуглый

Запорожский государственный медицинский университет

Email: mbezugly@ukr.net
ORCID iD: 0000-0001-6515-9440

к.м.н., доцент кафедры офтальмологии 

г. Запорожье

Украина

Список литературы

  1. Букина Ю.В., Камышный А.М., Полищук Н.Н., Топол И.А. Сальмонелла-индуцированные изменения кишечной микробиоты и транскриптома генов иммунного ответа на фоне введения ванкомицина и Bacteroides fragilis // Патологiя. 2017. Т. 14, № 1 (39). С. 12–19. [Bukina Y.V., Kamyshnyi A.M., Polishchuk N.N., Topol I.A. Salmonella-induced changes in the gut microbiota and immune response genes transcriptome during administration of vancomycin and Bacteroides fragilis. Patologiya = Pathology, 2017, vol. 14, no. 1 (39), pp. 12–19. (In Russ.)] doi: 10.14739/2310-1237.2017.1.97504
  2. Awoniyi M., Miller S.I., Wilson C.B., Hajjar A.M., Smith K.D. Homeostatic regulation of Salmonella-induced mucosal inflammation and injury by IL-23. PLoS One, 2012, vol. 7, no. 5: e37311. doi: 10. 1371/journal.pone.0037311
  3. Barthel M., Hapfelmeier S., Quintanilla-Martinez L. Pretreatment of mice with streptomycin provides a Salmonella enterica serovar Typhimurium colitis model that allows analysis of both pathogen and host. Infect. Immun., 2003, vol. 71, pp. 2839–2858. doi: 10. 1128/iai.71.5.2839-2858.2003
  4. Cani P.D., Possemiers S., Van de Wiele T., Guiot Y., Everard A., Rottier O. Changes in gut microbiota control inflammation in obese mice through a mechanism involving GLP-2-driven improvement of gut permeability. Gut, 2009, vol. 58, pp. 1091–1093. doi: 10.1136/gut.2008.165886
  5. Cho I., Yamanishi S., Cox L., Methé B.A., Zavadil J., Li K. Antibiotics in early life alter the murine colonic microbiome and adiposity. Nature, 2012, vol. 488, pp. 621–626. doi: 10.1038/nature11400
  6. Corrêa-Oliveira R., Fachi J.L., Vieira A., Sato F.T., Vinolo M.A. Regulation of immune cell function by short-chain fatty acids. Clin. Transl. Immunol., 2016, vol. 22, no. 5 (4): e73. doi: 10.1038/cti.2016.17
  7. Deplancke B., Gaskins Deplancke H.R. Microbial modulation of innate defense: goblet cells and the intestinal mucus layer. Am. J. Clin. Nutr., 2001, vol. 73, pp. 1131–1141. doi: 10.1093/ajcn/73.6.1131S
  8. El Aidy S., van Baarlen P., Derrien M., Lindenbergh-Kortleve D.J., Hooiveld G., Levenez F. Temporal and spatial interplay of microbiota and intestinal mucosa drive establishment of immune homeostasis in conventionalized mice. Mucosal Immunol., 2012, pp. 5567–5579. doi: 10.1038/mi.2012.32
  9. Ferreira R.B., Gill N., Willing B.P., Antunes L.C., Russell S.L., Croxen M.A., Finlay B.B. The intestinal microbiota plays a role in Salmonella-induced colitis independent of pathogen colonization. PLoS One, 2011, no. 6 (5): e20338. doi: 10.1371/journal.pone.0020338
  10. Grassl G., Finlay B. Pathogenesis of enteric Salmonella infections. Curr. Opin. Gastroenterol., 2008, vol. 24, pp. 22–26. doi: 10.1097/MOG.0b013e3282f21388
  11. Identification of Procaryotes. In: Bergey’s manual of systematic bacteriology. Volume 3: The Firmicutes. Ed. by Vos P., Garrity G., Jones D., Krieg N.R., Ludwig W., Rainey F.A., Schleifer K.-H., Whitman W. New York: Springer-Verlag New York, 2009. P. 1422.
  12. Jernberg C., Löfmark S., Edlund C., Jansson J.K. Long-term impacts of antibiotic exposure on the human intestinal microbiota. ISME J., 2007, vol. 1, pp. 56–66. doi: 10.1038/ismej.2007.3.
  13. Kau A.L., Ahern P.P., Griffin N.W., Goodman A.L., Gordon J.I. Human nutrition, the gut microbiome and the immune system. Nature, 2011, vol. 474, no. 7351, pp. 327–336. doi: 10.1038/nature10213
  14. Kerckhoffs A.P., Samson M., van der Rest M.E. Lower Bifidobacteria counts in both duodenal mucosa-associated and fecal microbiota in irritable bowel syndrome patients. World J. Gastroenterol., 2009, vol. 15, no. 23, pp. 2887–2892. doi: 10.3748/wjg.15.2887
  15. Lleal M., Sarrabayrouse G., Willamil J., Santiago A., Pozuelo M., Manichanh C. A single faecal microbiota transplantation modulates the microbiome and improves clinical manifestations in a rat model of colitis. EBioMedicine, 2019, vol. 48, pp. 630–641. doi: 10.1016/j.ebiom.2019.10.002
  16. Macpherson N.L., Harris Macpherson A.J. Interactions between commensal intestinal bacteria and the immune system. Nat. Rev. Immunol., 2004, vol. 4, no. 6, pp. 478–485. doi: 10.1038/nri1373
  17. Maslowski K.M., Vieira A.T., Ng A., Kranich J., Sierro F., Yu D., Schilter H.C., Rolph M.S., Mackay F., Artis D., Xavier R.J., Teixeira M.M., Mackay C.R. Regulation of inflammatory responses by gut microbiota and chemoattractant receptor GPR43. Nature, 2009, vol. 29, no. 7268, pp. 1282–1286. doi: 10.1038/nature08530
  18. Miki T., Goto R., Fujimoto M., Okada N., Hardt W.D. The bactericidal lectin RegIIIβ prolongs gut colonization and enteropathy in the streptomycin mouse model for salmonella diarrhea. Cell Host. Microbe, 2017, vol. 21, no. 2, pp. 195–207. doi: 10.1016/j.chom.2016.12.008
  19. Monack D.M., Bouley D.M., Falkow S.J. Salmonella typhimurium persists with in macrophages in the mesenteric lymph nodes of chronically infected Nramp1+/+ mice and can be reactivated by IFNgamma neutralization. J. Exp. Med., 2004, vol. 199, no. 2, pp. 231–241. doi: 10.1084/jem.20031319
  20. Mu H., Bai H., Sun F., Liu Y., Lu Ch., Qiu Y., Chen P., Yang Y., Kong L., Duan J. Pathogen-targeting glycovesicles as a therapy for salmonellosis. Nat. Commun., 2019, vol. 10: 4039. doi: 10.1038/s41467-019-12066-z
  21. Nagpal R., Wang S., Solberg Woods L.C. Comparative microbiome signatures and short-chain fatty acids in mouse, rat, nonhuman primate, and human feces. Front Microbiol., 2018, vol. 9: 2897. doi: 10.3389/fmicb.2018.02897
  22. Panda S., Elkhader I., Casellas F., López Vivancos J., García Cors M., Santiago A., Cuenca S., Guarner F., Manichanh C. Shortterm effect of antibiotics on human gut microbiota. PLoS One, 2014, vol. 9, no. 4: e95476. doi: 10.1371/journal.pone.0095476
  23. Parkes G.C., Rayment N.B., Hudspith B.N. Distinct microbial population exist in the mucosal-associated microbiota of subgroups of irritable bowel syndrome. Neurogastroenterol Motil., 2012, vol. 24, no. 1, pp. 31–39. doi: 10. 10.1111/j.1365-2982.2011.01803.x
  24. Pérez-Cobas A.E., Artacho A., Knecht H., Ferrús M.L., Friedrichs A., Ott S.J. Differential effects of antibiotic therapy on the structure and function of human gut microbiota. PLoS One, 2013, vol. 8, no. 11: e80201. doi: 10.1371/journal.pone.0080201
  25. Rakoff-Nahoum S., Paglino J., Eslami-Varzaneh F. Recognition of commensally microflora by toll-like receptors is required for intestinal homeostasis. Cell, 2004, vol. 118, no. 2, pp. 229–241. doi: 10.1016/j.cell.2004.07.002
  26. Santos R.L., Raffatellu M., Bevins C.L., Adams L.G., Tukel C., Tsolis R.M., Baumler A.J. Life in the inflamed intestine, Salmonella style. PubMed, 2009, vol. 17, no. 11, pp. 498–506. doi: 10.1016/j.tim.2009.08.008
  27. Sekirov I., Tam N.M., Jogova M., Robertson M.L., Li Y. Antibiotic-induced perturbations of the intestinal microbiota alter host susceptibility to enteric infection. PubMed, 2008, vol. 76, no. 10, pp. 4726–4736. doi: 10.1128/IAI.00319-08
  28. Song H.J., Shim K.N., Jung S.A., Choi H.J., Lee M.A., Ryu K.H., Kim S.E., Yoo K. Antibiotic-associated diarrhea. Korean J. Intern. Med., 2008, vol. 23, pp. 9–15. doi: 10.3904/kjim.2008.23.1.9
  29. Stecher B., Chaffron S., Käppeli R., Hapfelmeier S., Freedrich S., Weber T.C., Kirundi J., Suar M., McCoy K.D., von Mering C., Macpherson A.J., Hardt W.D. Like will to like: abundances of closely related species can predict susceptibility to intestinal colonization by pathogenic and commensal bacteria. PLoS Pathog, 2010, vol. 6, no. 1: e1000711. doi: 10.1371/journal.ppat.1000711
  30. Stecher B., Hardt W.D. Mechanisms controlling pathogen colonization of the gut. Curr. Opin. Microbiol., 2011, vol. 14, no. 1, pp. 82–91. doi: 10.1016/j.mib.2010.10.003
  31. Stecher B., Hardt W.D. The role of microbiota in infectious disease. Trends Microbiol., 2008, vol. 16, no. 3, pp. 107–114. doi: 10.1016/j.tim.2007.12.008
  32. Surana N.K., Kasper D.L. The yin yang of bacterial polysaccharides: lessons learned from B. fragilis PSA. Immunol. Rev., 2012, vol. 245, no. 1, pp. 13–26. doi: 10.1111/j.1600-065X.2011.01075.x
  33. Taylor D.N., McKenzie R., Durbin A., Carpenter C., Atzinger C.B., Haake R., Bourgeois A.L. Rifaximin, a nonabsorbed oral antibiotic, prevents shigellosis after experimental challenge. Clin. Infect. Dis., 2006, vol. 42, no. 9, pp. 1283–1288. doi: 10.1086/503039
  34. Turnbaugh P.J., Ley R.E., Mahowald M.A., Magrini V., Mardis E.R. An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest. Nature, 2006, vol. 444, no. 7122, pp. 1027–1031. doi: 10.1038/nature05414
  35. Ubeda C., Pamer E.G. Antibiotics, microbiota and immune defense. Trends Immunol., 2012, vol. 33, no. 9, pp. 459–466. doi: 10.1016/j.it.2012.05.003
  36. Ubeda C., Taur Y., Jenq R.R., Equinda M.J., Son T., Samstein M., Viale A., Socci N.D., van den Brink M.R., Kamboj M., Pamer E.G. Vancomycin-resistant Enterococcus domination of intestinal microbiota is enabled by antibiotic treatment in mice and precedes bloodstream invasion in humans. J. Clin. Invest., 2010, vol. 120, no. 12, pp. 4332–4341. doi: 10.1172/JCI43918
  37. Vollaard E.J., Clasener H.A. Colonization resistance. Antimicrob. Agents Chemother., 1994, vol. 38, no. 3, pp. 409–414. doi: 10. 10.1128/aac.38.3.409
  38. Wlodarska M., Willing B., Keeney K.M., Menendez A., Bergstrom K.S., Gill N. Antibiotic treatment alters the colonic mucus layer and predisposes the host to exacerbated Citrobacter rodentium-induced colitis. Infect. Immun., 2011, vol. 79, no. 4, pp. 1536– 1545. doi: 10.1128/IAI.01104-10
  39. Zeng H., Chi H. Metabolic control of regulatory T cell development and function. Trends Immunol., 2015, vol. 36, no. 1, pp. 3–12. doi: 10.1016/j.it.2014.08.003
  40. Zhang Y., Limaye P.B., Renaud H.J., Klaassen C.D. Effect of various antibiotics on modulation of intestinal microbiota and bile acid profile in mice. Toxicol. Appl. Pharmacol., 2014, vol. 277, no. 2, pp. 138–145. doi: 10.1016/j.taap.2014.03.009
  41. Сarroll I.M., Chang Y.H., Park J. Luminal and mucosal-associated intestinal microbiota in patients with diarrhea-predominant irritable bowel syndrome. Gut Pathogenes., 2010, vol. 2: 19. doi: 10.1186/1757-4749-2-19

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Букина Ю.В., Полищук Н.Н., Бачурин Г.В., Черковская О.С., Зинич Е.Л., Лазарик А.Л., Безуглый М.Б., 2021

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 64788 от 02.02.2016.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах