Биопленки кишечных микросимбионтов у детей с реактивным артритом

Биопленки кишечных микросимбионтов у детей с реактивным артритом

Авторами представлены результаты исследования одного из базовых физиологических свойств микроорганизмов кишечной микробиоты — способности к биопленкообразованию (БПО) у детей с реактивным артритом (РеА). Показано, что БПО является биологическим маркером,




Biofilms of intestinal microsymbionts in children with reactive arthritis

The authors present the results of the study of one of the basic physiological properties of microorganisms of intestinal microbiota — the ability to biofilm formation (BF) in children with reactive arthritis. It was shown that BF is a biological marker which determines the arthritogenicity of microorganisms of the intestinal microbiota and can serve as a biological target for the choice of effective therapy in arthritis.

Реактивный артрит (РеА) — заболевание из группы спондилоартритов, которое характеризуется воспалительным поражением суставов, ассоциированным с триггерной инфекцией у генетически предрасположенных лиц [1]. В России среди ревматических заболеваний РеА у детей до 14 лет составляет 56%, у подростков — 37%. Как правило, РеА ассоциируется с острой или персистирующей кишечной инфекцией, вызываемой энтеробактериями, а также c носоглоточной и урогенитальной инфекцией [2]. Высокий риск развития рецидивов (от 15% до 75% пациентов) и недостаточная эффективность противовоспалительной терапии диктуют необходимость поиска биологических маркеров, позволяющих выявить микроорганизмы с артритогенным потенциалом, которые могут служить биомишенью для выбора средств эффективной терапии.

Наряду с генетической предрасположенностью, антигенной мимикрией, способствующими развитию воспалительных поражений суставов, в качестве одного из патогенетических механизмов формирования аутоиммунной патологии с поражением суставов рассматриваются нарушения состояния кишечного микробиома [3], гомеостаз которого обеспечивается различными факторами, включая межмикробные взаимодействия с формированием биопленок [4].

Доказано, что способность к биопленкообразованию (БПО) является базовым биологическим свойством, обеспечивающим стратегию выживания, сохранения и участия микросимбионтов в кишечном гомеостазе [4, 5]. Известно, что существование большинства видов микроорганизмов в природе происходит не в виде свободноживущих (планктонных) клеток, а путем организации ими специфических образований — биопленок: сообществ микробных клеток, прикрепленных к поверхности или друг к другу и заключенных в матрикс синтезированных ими внеклеточных полимерных веществ [6]. Способность к биопленкообразованию является одним из механизмов персистенции патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. С наличием биопленок связывают течение длительно рецидивирующих хронических инфекционных заболеваний, трудно поддающихся стандартной терапии [7]. Формирование биопленочных сообществ является одной из основных стратегий бактерий в экологической нише, которую они занимают. Бактерии в биопленках обладают повышенной защитой от действия антител, фагоцитов, противомикробных препаратов [7]. Биопленкообразование способствует защите микроорганизмов-ассоциантов от атакующих их иммунных клеточных и гуморальных факторов защиты, предоставляя возможность беспрепятственного проникновения в сосудистый кровоток с последующей транслокацией в синовиальную оболочку суставов, где формируются стойкие очаги эндогенной инфекции, которые трудно поддаются лечению антимикробными средствами и пробиотиками из-за неспособности дезорганизовать бактериальную биопленку ассоциантов — возбудителей воспалительного процесса. В этом случае наблюдается хронизация и рецидивирующее течение инфекционного процесса, требующие индивидуальной этиотропной терапии и коррекции нарушений нормальной микрофлоры больного [8].

Оценивая роль биопленкообразования в развитии воспалительных заболеваний различного генеза, установлено, что бактерии, колонизирующие организм больных с ревматическими заболеваниями, обладают способностью к образованию микробных биопленок с той же частотой, как и возбудители других воспалительных процессов [9]. Однако следует отметить, что указанные исследования проводились только в группе больных с деструктивным (ревматоидным) артритом, отличающимся по этиологии, патогенезу и клиническим проявлениям от реактивного артрита.

Принимая во внимание, что состояние микросимбиоценоза характеризуется межмикробными взаимодействиями, рассматривающимися в настоящее время с позиций биокоммуникативной активности микроорганизмов и триггерной роли микроорганизмов, и их антигенов в формировании РеА, целью работы явилась оценка уровня способности к биопленкообразованию микросимбионтов толстого кишечника у детей с РеА.

Материалы и методы исследования

Исследуемую группу составили 34 ребенка с РеА, в группу сравнения вошли 25 условно здоровых детей. Для постановки диагноза РеА использовали критерии IV Международного совещания по РеА (Берлин, 1999). Исследование микробиоценоза кишечника осуществлялось в соответствии с «Методическими рекомендациями по применению бактерийных биологических препаратов в практике лечения больных кишечными инфекциями. Диагностика и лечение дисбактериоза кишечника» (М., 1986). Выделение и идентификация анаэробных микроорганизмов проводились в соответствии с руководством «Wadsworth-KTL anaerobic bacteriology manual» (2002). Идентификация микроорганизмов осуществлялась с помощью MALDI-TOF — масс-спектрометра «Microflex» («Bruker Daltonics», Германия). Параметры масс-спектрометра оптимизировали для диапазона от 1000 до 18 000 m/z (масса на заряд). При анализе белковых спектров микроорганизмов учитывали численный рейтинг точности (Score Value — SV) идентификации, представленный в виде логарифмической шкалы от 0 до 3. Полученные результаты сравнивали с базой данных Национального центра биотехнологической информации (Nacional Center for Biotechnology Information, NCBI).

Оценка состояния кишечного микробиоценоза по степеням проводилась в соответствии с Приказом МЗ РФ от 9 июня 2003 г. № 231.

Способность к БПО определяли по методике G. O’Toole с соавт. (2000). Выраженность биопленкообразования микроорганизмами оценивали по уровню экстракции (абсорбции) красителя этанолом, который измеряли на микропланшетном ридере ELx 808 (Bio Tek, США) при длине волны 630 нм. Биопленкообразование выражали в условных единицах, рассчитывая коэффициент биопленкообразования (КБПО): КБПО = ОДк/ОДб, где ОДк — оптическая плотность опытных проб и проб группы сравнения, а ОДб — оптическая плотность питательного бульона. Полученные данные статистически обработаны параметрическими и непараметрическими методами с использованием программы Statistica 10; достоверность различий между показателями соответствовала р < 0,05.

Результаты исследования

При бактериологическом исследовании микросимбиоценоза кишечника детей с РеА выявлено состояние эубиоза у 23,5 ± 7,2% детей, дисбиоз I степени — у 11,7 ± 5,6%, дисбиоз II степени — у 47,1 ± 8,6%, дисбиоз III степени — у 17,7 ± 6,6% больных. Тогда как в группе сравнения отмечалось преобладание детей с эубиозом — 41,2 ± 9,8%. Дисбиоз кишечника I степени, равно как и дисбиоз II степени, выявлен у 29,4 ± 6,2%. У большинства детей с РеА нарушения кишечного микросимбиоценоза характеризуются наличием дисбиотических нарушений и сопровождаются гиперколонизацией микросимбионтов-комменсалов, являющихся представителями ассоциативной микрофлоры: грампозитивных и грамнегативных энтеробактерий, клостридий, бактероидов, грибов рода Candida при одновременном значительном снижении ПМО доминантной микрофлоры (бифидобактерий).

Показатели способности к биопленкообразованию микроорганизмов, выделенных из кишечника детей с РеА, в сравнении с группой условно здоровых детей представлены в табл.

БПО микроорганизмов кишечной микробиоты у детей с РеА и условно здоровых детей

При анализе представленных данных отмечаются следующие особенности. Выявлено достоверное снижение уровня БПО у штаммов бифидобактерий, являющихся представителями доминантной микрофлоры кишечного микросимбиоценоза, у детей с РеА. Показатель БПО бифидобактерий, выделенных от детей с РеА, оказался на 63% ниже по сравнению с аналогичным показателем у здоровых детей. В то же время у большей части микроорганизмов — представителей ассоциативной микрофлоры кишечника отмечается увеличение способности к БПО. Так, у штаммов клебсиелл, выделенных от детей с РеА, способность к БПО в 8 раз выше, чем у клебсиелл, выделенных от здоровых детей. Аналогично, способность к БПО у штаммов лактозонегативной кишечной палочки и грибов рода Candida от детей с РеА оказалась в 5 раз выше, чем у здоровых. Показатель БПО лактозопозитивной кишечной палочки и клостридий, выделенных у больных артритом, в 3 раза превышает данный показатель по сравнению со здоровыми детьми. У штаммов бактероидов, цитробактера и стафилококка отмечается повышение способности к БПО на 30–50% относительно группы сравнения.

В то же время снижение показателя БПО имело место у штаммов актиномицетов (в 8 раз) и пропионибактерий (в 2 раза), выделенных у больных детей.

Кроме того, у пациентов с РеА были выделены штаммы Cronobacter spp. и Bacillis spp., которые не высевались у здоровых детей. При этом данные микроорганизмы обладали высокой способностью к БПО (12,1 ± 0,1 у.е и 5,2 ± 0,9 у.е. соответственно).

Заключение

Таким образом, проведенные исследования позволили выявить особенности микросимбиотического взаимодействия микроорганизмов кишечного биотопа детей с РеА, которые свидетельствуют о патогенетической роли способности микроорганизмов к БПО в формировании артритогенного потенциала и характеризуются следующими основными моментами.

У больных РеА выявлено нарушение микросимбиотических связей между микроорганизмами — представителями условно-патогеной микрофлоры (УПМ) и нормальной микрофлоры, что проявляется количественными и качественными нарушениями кишечного микросимбиоценоза.

Одним из важных показателей межмикробного взаимодействия является биопленкообразование, которое рассматривается как форма персистенции (выживания) патогенов и нормофлоры. Необходимо отметить, что микросимбиоценоз детей с РеА сопровождается увеличением уровня персистентных свойств ассоциативных микроорганизмов-комменсалов (способности к БПО) за счет усиления совокупного патогенного арсенала УПМ, выделенной из кишечника детей с артритом, с одной стороны, на фоне снижения способности к БПО у представителей нормальной микрофлоры — бифидобактерий, с другой стороны. Кроме того, микросимбиоценоз кишечника детей с РеА отличается появлением микроорганизмов?комменсалов, обладающих высокой способностью к БПО, но отсутствующих в кишечнике здоровых детей.

Выявленные особенности кишечной микробиоты детей с РеА раскрывают, в значительной степени, одну из важных причин недостаточной эффективности антибактериальной терапии артрита и предрасположенности РеА к рецидивированию и хронизации. Наличие у УПМ кишечника высокой способности к биопленкообразованию ведет к их укрытию от клеточных и гуморальных факторов защиты, а также препятствует проникновению антибактериальных препаратов внутрь биопленки, что ведет к формированию антибиотикорезистентных штаммов микроорганизмов. В то же время антибактериальная терапия, являющаяся в настоящее время неотъ­емлемым компонентом терапии реактивного артрита, может способствовать развитию нарушения кишечного микробиоценоза, формируя порочный круг артритогенных факторов. Выходом из данной ситуации может служить персонализированный подход к лечению РеА, предупреждению его хронизации, а именно: коррекция нарушений кишечного микросимбиоценоза, использование лекарственных средств, ингибирующих процесс БПО или разрушающих уже сформированные биопленки. Таким образом, изучение биопленкообразования представляет интерес для практикующих врачей с точки зрения вклада этого биологического свойства в артритогенный потенциал кишечных микросимбионтов и возможности его использования в качестве биомишени для выбора эффективных лекарственных средств (антибактериальных, противовоспалительных препаратов, про- и пребиотиков).

Литература

  1. Детская ревматология. Атлас. Под ред. А. А. Баранова, Е. И. Алексеевой. М.: Союз педиатров России. 2009. 248 с.
  2. Алексеева Е. И., Жолобова Е. С. Реактивные артриты у детей // Вопросы современной педиатрии. 2003. Т. 1. № 1. С. 51–56.
  3. Asquith M., Elewaut D., Lin P., Rosenbaum J. T. The role of the gut and microbes in the pathogenesis of spondyloarthritis // Best Pract. Res. Clin. Rheumatol. 2014. Vol. 28. № 5. P. 687–702.
  4. Ohland C. L., Jobin С. Microbial activities and intestinal homeostasis: a delicate balance between health and disease // Cell. Mol. Gastroenterol. Hepatol. 2015. Vol. 1. № 1. P. 28–40.
  5. Бухарин О. В., Перунова Н. Б. Микросимбиоценоз. Екатеринбург: УрО РАН, 2014. 260 с.
  6. Mulcahy L. R. Pseudomonas aeruginosa biofilms in disease // Microb Ecol. 2014. Vol. 68. № 1. P. 1–12.
  7. Романова Ю. М., Гинцбург А. Л. Бактериальные биопленки как естественная форма существования бактерий в окружающей среде и организме хозяина // Журн. микробиол. 2011. № 3. С. 99–109.
  8. Руководство по медицинской микробиологии. Частная медицинская микробиология и этиологическая диагностика инфекций. Книга II / Под ред. Лабинской А. С., Костюковой Н. Н., Ивановой С. М. М.: Издательство БИНОМ, 2012. 1152 с.
  9. Малафеева Э. В., Гульнева М. Ю., Носков С. М., Романов В. А. Формирование биопленок условно-патогенными микроорганизмами, выделенными у больных с ревматическими заболеваниями // Клиническая лабораторная диагностика. 2014. № 11. С. 53–55.

О. Е. Челпаченко*, 1, доктор медицинских наук, профессор
Е. И. Данилова**, кандидат медицинских наук
И. Н. Чайникова*, доктор медицинских наук, профессор
Н. Б. Перунова*, доктор медицинских наук, профессор РАН
Е. В. Иванова*, кандидат медицинских наук

* ФГБУН ИКВС УрО РАН, Оренбург
** ФГБОУ ВО ОрГМУ, Оренбург

1 Контактная информация: oech57@gmail.com

 

Биопленки кишечных микросимбионтов у детей с реактивным артритом/ О. Е. Челпаченко, Е. И. Данилова, И. Н. Чайникова, Н. Б. Перунова, Е. В. Иванова

Для цитирования:  Лечащий врач № 4/2018; Номера страниц в выпуске: 56-58

Теги: кишечная микробиота, поражение суставов, воспаление

Купить номер с этой статьей в pdf




Все новости и обзоры - в нашем канале на «Яндекс.Дзене». Подписывайтесь

Актуальные проблемы

Специализации




Календарь событий: