Preview

Инфекция и иммунитет

Расширенный поиск

Сальмонелла-индуцированные изменения кишечного микробиома крыс

https://doi.org/10.15789/2220-7619-SIC-1507

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
Украина

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



Н. Н. Полищук
Запорожский государственный медицинский университет
Украина

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

г. Запорожье



Г. В. Бачурин
Запорожский государственный медицинский университет
Украина

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

г. Запорожье



О. С. Черковская
Запорожский государственный медицинский университет
Украина

к.м.н., доцент кафедры факультетской хирургии 

г. Запорожье



Е. Л. Зинич
Запорожский государственный медицинский университет
Украина

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

г. Запорожье



А. Л. Лазарик
Запорожский государственный медицинский университет
Украина

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

г. Запорожье



М. Б. Безуглый
Запорожский государственный медицинский университет
Украина

к.м.н., доцент кафедры офтальмологии 

г. Запорожье



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

Для цитирования:


Букина Ю.В., Полищук Н.Н., Бачурин Г.В., Черковская О.С., Зинич Е.Л., Лазарик А.Л., Безуглый М.Б. Сальмонелла-индуцированные изменения кишечного микробиома крыс. Инфекция и иммунитет. 2021;11(5):865-874. https://doi.org/10.15789/2220-7619-SIC-1507

For citation:


Bukina Yu.V., Polishchuk N.N., Bachurin H.V., Cherkovska O.S., Zinych O.L., Lazaryk O.L., Bezugly M.B. Salmonella-induced changes of the rat intestinal microbiota. Russian Journal of Infection and Immunity. 2021;11(5):865-874. https://doi.org/10.15789/2220-7619-SIC-1507

Просмотров: 134


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2220-7619 (Print)
ISSN 2313-7398 (Online)