REGULATING EFFECT OF ASSOCIATIVE MICROBIOTA ON THE RHYTHMS OF BIOLOGICAL PROPERTIES OF FUNGI AND BACTERIA

Full Text

ВВЕДЕНИЕ В этиологической структуре гнойно-воспалительных заболеваний ведущее положение многие годы удерживают S. aureus, E. ^li, P. aeruginosa за счет широкого спектра биологических свойств, определяющих, в конечном итоге, высокие адаптационные возможности патогенов. Как известно, в природе микроорганизмы существуют не обособленно, а постоянно взаимодействуют с другими организмами. Возбудители гнойно-воспалительных инфекций не являются исключением, заражая человека, они неизбежно включаются в жизнь микробных ассоциаций. В этих микробных сообществах между разными видами складываются сложные и неоднозначные взаимные влияния участников друг на друга и на макроорганизм. В некоторых случаях эти взаимоотношения осложняются еще и тем, что в составе ассоциантов-возбудителей инфекций обнаруживаются грибы Candida spp. Перспективное направление изучения биологической организации микросимбиоце-нозов - исследование динамики протекающих в них процессов. Среди многочисленных движений, происходящих в живых системах, центральное место принадлежит биологическим ритмам [3], которые первыми реагируют на влияние любого фактора внешней среды [1, 5]. Цель настоящей работы - влияние экзометаболитов ассоциативной микробиоты на суточную динамику функциональных показателей, отражающих патогенные и персистентные свойства S. aureus, P. аeruginosa, E. coli, C. albicans. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Для исследования были взяты клинические изоляты, полученные из раневого отделяемого, и музейные штаммы АТСС S. aureus 25923, E. coli 35218 и P. aeruginosa 27853. В работе использованы изоляты C. albicans, выделенные из кишечника здоровых и больных кандидозом людей. Изучение биологических свойств микроорганизмов: пролиферативной, адгезивной, каталазной, протеазной, фосфолипазной, гемолитической, антилизоцимной, биопленкообразующей активности проводили in vitro по общепринятым методикам под воздействием продуктов метаболизма S. aureus, E. coli, P. aeruginosa, C. albicans. Статистическую обработку материалов и графическое изображение результатов проводили по [2]. В других случаях достоверность различия сравниваемых выборок определяли непараметрическим методом статистической обработки: критерий Уилкоксона (W) применяли для связанных выборок (до и после воздействия). Анализируемые различия считали достоверными при р<0,05. Для установления связи между параметрами использовали метод ранговой корреляции по Спирмену, относящийся к категории непараметрических, что позволило отказаться от предварительной оценки нормальности распределения сравниваемых признаков [2]. Данные были обработаны по методу косинор-анализа, адаптированного к микробиологическим исследованиям при заданной значимости достоверности p<0,05. С помощью прикладной графической программы «Групповой косинор-анализ» построены доверительные эллипсы [4, 6]. Поиск достоверных ритмов проведен линейно по периоду с шагом поиска 1 час в спектральном диапазоне 8 - 24 ч, где было выявлено три основных спектральных компонента с периодами Т=8 часов, Т=12 часов и Т=24 часа. РЕЗУЛ ЬТАТЫ Под воздействием экзометаболитов микробов-ассоциантов S. aureus и E. coli существенных изменений амплитудно-фазовых показателей C. albicans, выделенных от здоровых людей, не выявлено. Не изменялся вклад околосуточного ритма грибов. Пролиферативная активность микромицетов в опыте, как и в контроле, характеризовалась ночным типом ритмичности. Максимальные значения факторов патогенности регистрировались в ранние утренние часы. На амплитудно-фазовую стабильность C. albicans, выделенных от больных людей, оказывали существенное влияние продукты метаболизма E. coli. Они изменили вклад ритма пролиферативной активности с ультрадианного на циркадианный (р<0,05). Максимальные значения биологических свойств регистрировались в ранние утренние часы и дневное время. Под влиянием метаболитов E. coli достоверно возрастала амплитуда адгезивной, пролиферативной и фосфолипазной активности. Величина вкладов и амплитуд является показателем стабильности и мощности ритма. Метаболиты S. aureus не изменяли вклад ультрадианного ритма, среднесуточные значения, амплитуда и сохранялось время максимального проявления биологических свойств. Акрофаза только фосфолипазной активности сместилась с ночного и дневного времени на утренние и вечерние часы. Корреляционный анализ выявил согласованность всех изучаемых свойств в контроле и под действием бактериальных метаболитов. Рис.1. Амплитудно-фазовая характеристика стабильности суточных ритмов протеазной активности госпитального (А) и музейного (Б) штамма S. aureus под воздействием экзометаболитов микробов-ассоциантов (Т=24 часа). 1 - контроль; 2 - под действием экзометаболитов E. coli; 3 - P. aeruginosa; 4 - C. аШ^ш. Рис. 2. Амплитудно-фазовая характеристика стабильности суточных ритмов гемолитической активности госпитального (А) и музейного (Б) штамма P. aeruginosa под воздействием экзометаболитов микробов-ассоциантов (Т=24 часа). 1 - контроль; 2 - под действием экзометаболитов S. aureus; 3 - E. coli; 4 - C. albicans. Анализ полученных результатов по изучению влияния экзометаболитов микробов-ассоциантов на суточную динамику биологических свойств изучаемых микроорганизмов показал, что у госпитальных изолятов S. aureus, E. coli и P. aeruginosa сохранялись ультра-дианные ритмы пролиферативной активности, но дополнительно появлялись циркадианные ритмы изучаемого показателя. Госпитальные изоляты изучаемых микроорганизмов проявляли относительную стабильность пролиферативной активности и факторов патогенности (протеазная, каталазная, гемолитическая активность) под влиянием экзометаболитов микробов-ассоциантов, кроме экзометаболитов C. albicans, которые десинхронизировали биологические ритмы патогенов (рис. 1, 2). У госпитальных изолятов наблюдалось увеличение ритмометрических показателей (мезора, амплитуды) протеазы, гемолитической активности S. aureus под влиянием метаболитов E. coli и P. aeruginosa; протеазы, каталазы, гемолитической активности P. aeruginosa под влиянием метаболитов E. coli и C. albicans. На музейные штаммы экзометаболиты всех микробов-ассоциантов оказывали модулирующее воздействие, что отражает их лабильность в течение суток. Наибольшее влияние на биоритмы изучаемых физиологических функций оказывали метаболиты C. albicans: снижение среднесуточной активности и амплитуды ритмов протеазы, каталазы S. aureus, гемолитической активности E. coli, P. aeruginosa; увеличение мезора протеазы, каталазы P. aeruginosa. Кроме того, наблюдалось смещение акрофаз всех изучаемых показателей у S. aureus и P. aeruginosa под влиянием всех метаболитов-ассоциантов. Влияние экзометаболитов способствовало появлению у всех музейных штаммов возбудителей 24-часового ритма АЛА, что было свойственно только госпитальным изолятам. Из всех изучаемых микроорганизмов только для E. coli были характерны изменения ритмометрических параметров АЛА. Анализ ритмометрических показателей БПО активности S. aureus под влиянием экзометаболитов микробов-ассоциантов выявил стабильность циркадианного ритма данного персистентного фактора возбудителя. Однако на БПО активность P. aeruginosa оказывали мощное воздействие экзометаболиты C. albicans. ОБСУЖДЕНИЕ Выявление стабильности ритмометрических показателей физиологической активности C. albicans, выделенных от здоровых носителей, под влиянием экзометаболитов свидетельствует о стабильности их ритмов. Вероятно, в случае симбиоза грибов с макроорганизмом метаболиты изучаемых бактерий не оказывали достоверного влияния на их физиологическую активность, т.е. Candida индифферентна по отношению к ассоциантам. В то время, как клинические изоляты дрожжей, полученные от больных острой кандидозной инфекцией, были чувствительны к действию бактериальных продуктов, причем метаболиты грамнегативной микробиоты усиливали патогенный потенциал грибов. По-видимому, при снижении колонизационной резистентности макроорганизма происходило ослабление регулирующего действия его на биоритмы грибов, и биорегуляторами физиологических функций выступали микросимбионты. В этом проявляется одна из важнейших закономерностей адаптационного процесса. Обнаруженные изменения биологических ритмов пролиферативной активности, патогенных и персистентных свойств (протеазной, каталазной, гемолитической, антилизо-цимной активности) S. aureus, E. coli, P. aeruginosa под воздействием экзометаболитов ассоциативной микробиоты отражают адаптационные возможности патогенов, биологические ритмы которых подстраиваются к новой среде обитания в целях максимальной возможности микроорганизма адаптироваться к окружающей среде путем синхронизации его собственных ритмов с внешними циклами (Романов Ю.А., 2005). Таким образом, выявленные изменения хроноинфраструктуры биологических ритмов микроорганизмов бактериально-грибковыми метаболитами ассоциантов отражают напряженность биологической системы, которая, по всей видимости, неизбежна в процессе формирования межмикробных взаимоотношений, т.е. биологические свойства возбудителей полностью определяют жизнеспособность, степень патогенности, а также адаптационные возможности микроорганизма.

About the authors

T. Kh Timokhina

Tyumen State Medical Academy

O. V Bukharin

Research Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis

M. V Nikolenko

Tyumen State Medical Academy

Ya. I Paromova

Tyumen State Medical Academy

N. B Perunova

Research Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis

References

Supplementary files