Text (PDF):
Read
Download
Введение Кишечный тракт представляет собой одну из наиболее сложных экологических сред организма человека, в которой на суммарной площади слизистой оболочки, составляющей около 400 м2, имеется исключительно высокая и разнообразная (свыше 500 видов) плотность микробной обсеменённости, в которой очень тонко сбалансировано взаимодействие между защитными системами организма и микробными ассоциациями. Бактерии составляют от 35 до 50 % объема содержимого ободочной кишки человека, а их совокупная биомасса в желудочнокишечномтрактеприближаетсяк1,5 кг [1, 2]. Толстый кишечник - наиболее густо заселённая область кишечного тракта, включающая в себя микрофлору в концентрации 1011 КОЕ/г кишечного содержимого [3]. Данная область обеспечивает лучший бактериальный рост с низким временем транзита, наличие готовых питательных веществ и благоприятный рН. Кишечная микробиота играет важную роль в нормальном функционировании кишечника и поддержании здоровья организма. Достаточно изучено, как члены индигенной микробиоты функционируют с организмом для достижения положительных симбиотических связей. Бактерии рода Lactobacillus обнаруживаются на протяжении всего желудочно-кишечного тракта, но состав микробиоты меняется в зависимости от возраста и периодов жизни. Лактобациллы принадлежат к молочнокислым бактериям, так как конечным продуктом их углеводного обмена является молочная кислота. Род Lactobacillus включает в себя большую гетерогенную группу грамположительных неспорообразующих анаэробных бактерий [4]. Таксономически род Lactobacillus принадлежит к типу Firmicutes, классу Bacilli, порядку Lactobacillales, семейству Lactobacillaсеае. Близкородственные микроорганизмы рода Paralactobacillus и Pediococcus также относятся к семейству Lactobacillaceae. Род Lactobacillus является наиболее многочисленным родом порядка Lactobacillales и включает в себя 106 описанных видов [5]. Очень тяжело отличить аутохтонные лактобациллы от аллохтонных, транзиторных лактобацилл, выделенных, например, из продуктов питания или ротовой полости, являющейся местом обитания большинства лактобацилл. Лактобациллы составляют небольшую долю от всей кишечной микробиоты - от 0,01 до 0,6% [6]. L. gasseri, L. reuteri, L. crispatus, L. salivarius, L. ruminis являются предоминантными аутохтонными штаммами лактобацилл. L. acidophilus, L. fermentum, L. casei, L .rhamnosus, L. johnsonii, L. plantarum, L. brevis, L. delbrueckii, L. curvatus, L. sakei также присутствуют в желудочнокишечном тракте, но их состав постоянно меняется. Несмотря на то что лактобациллы выделяют из биоптатов желудка, тонкого и толстого кишечника, их количество достаточно вариабельно и ниже реальных цифр [7]. Объекты и методы исследований Выделение штаммов. Готовили базальную среду для культивирования следующего состава (г/л): пептон (2 г), дрожжевой экстракт (2 г), Tween 80 (2 мл), гемин (50 мг), витамин К1 (9,67 мкл), L-цистеин HCl (0,5 г), соли желчных кислот (0,5 г), NaCl (0,1 г), NaHCO3 (2 г), К2НРО4 (40 мг), KH2PO4 (40 мг), MgSO4•7H2O (10 мг) и CaCl2•6H2O (10 мг). Буферы и среды переносили сразу же после автоклавирования в анаэробный шкаф (N2 80 %, 10 % СО2, Н2 10 %). Хлорогеновую кислоту растворяли в стерильной горячей воде и стерилизовали с использованием фильтров (размер пор 0,2 мкм). Образцы фекалий (100 г/л) немедленно гомогенизировали в анаэробно-приготовленном натрий-фосфатном буфере, 50 мМ рН 7,0. Инкубацию проводили при 37 °С в анаэробных условиях. Образцы отбирали в различное время инкубации и либо обрабатывали немедленно (разбавления), либо хранили при 18 °С (для анализа ВЭЖХ и определения эстеразной активности) [8, 9]. Делали серию десятикратных разведений растворов фекалий в физиологическом растворе (содержащем пептон 5 г/л, NaCl 2,5 г/ли L-цистеин HCl 0,5 г/л, рН доводили 1 моль/л NaOH до 7,0) в анаэробных условиях. Растворы высевали на общую и селективную среду СМИ (Oxoid). Для Bacteroides spp., Brucella питательный агар (45 г/л) дополняли следующими компонентами: витамин К1 (9,67 г/л) и гемин (5 мг /л), лошадиная кровь (50 мл/л, добавляют после автоклавирования), канамицин (75 мг/л) и ванкомицин (75 мг/л, добавлен после автоклавирования) [9]. Для Clostridium spp. использовали агар Wilkens-Chalgren (43 г/л) с новобиоцином и колистином, добавленными после автоклавирования (8 мг/л). Beeren-х агар (для Bifidobacterium spp.) готовили из Колумбийского агара (44 г/л), глюкозы (5 г/л), L-цистеина HCl (0,5 г/л), агара (5 г/л) и пропионовой кислоты (5 мл/л, добавляют после автоклавирования), с последующим доведением рН до значения 5,0 раствором NaOH 1 моль/л. Чашки инкубировали при 37 °С в течение ночи в аэробных условиях (на питательном агаре и на агаре МакКонки) или 4 дня в анаэробной камере (другие агары). Колонии с различной морфологией пересевали, используя тужесредуи условия инкубации [9]. Скрининг штаммов (Echerihia coli, Bifidobacterium, Lactobacillus). Этиловый ферулат (EtFA; 1 % объем к объему исходного раствора в метаноле) асептически добавляли к агару после автоклавирования до концентрации 1 г/л. Использовали два типа культуральной среды: базальный агар (базальная среда с 15 г/л агара) и сердечно-мозговой агар (BHI бульон с 15 г/л агара). Для штаммов, выделенных в анаэробных условиях, BHI агар был использован с добавлением гемина, витамина K1 и L-цистеина HCl в тех же концентрациях, как в базальной среде (BHI +). Инокулят каждой чистой культуры переносили на оба типа EtFAдополненных агаров (базальный, BHI / BHI +). Затем чашки инкубировали в течение 3 дней при 37 °С в тех же самых условиях (аэробных или анаэробных), используемых для культивирования исходной культуры. Наличие четкой зоны вокруг посева указывает на распад EtFA у изолята. Чтобы подтвердить выделение феруловой кислоты (FA), очищенные образцы агара три раза экстрагировали этилацетатом после 1 ч выдержки в разбавленном растворе HCl (рН 1,5). Объединенные органические фазы упаривали при пониженном давлении и снова растворяли в смеси метанол / вода (1:1) перед ВЭЖХ анализом. В качестве контролей использовали образцы чистого агара, обработанные в аналогичных условиях культивирования [9]. Выделение, идентификация и рост бактериальных штаммов. Каждый образец, выделенный из фекалий, выращивали в течение 24 ч при 37 °Св обогащеннойсреде Selenit Broth (Oxoid CM395) для образцов кала. Выделение микроорганизмов проводили на агаре SS (Oxoid CM99) и CPSID (BioMerieux 43211) с последующей изоляцией. При необходимости образцы восстанавливали в сердечно-мозговом бульоне. Идентификацию штаммов проводили с использованием стандартных биохимических методов классификации (Мюррей и др., 1999) с использованием API20E, API 20 Ne, API Staphy и API Шаг (BioMerieux) в соответствии с рекомендациями, вынесенными Йоргенсен и другими (1999), за которым следует генетическая идентификация через 16S рРНК последовательности. После идентификации штаммы хранили в аликвотах сердечно-мозгового бульона (среда BHI, Oxoid). С помощью этой процедуры могут быть идентифицированы следующие бактериальные штаммы: Enterococcus faecalis, Staphylococcus aureus, Staphylococcus saprophyticus, Acinetobacter baumanii, Citrobacter freundii, Enterobacter asburiae, Ent. cloacae, Enterobacter hormaechei, E. coli (2 штамма), Hafnia alvei, Klebsiella oxytoca, Klebsiella pneumoniae, Morganella morganii, Proteus mirabilis, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhi, Stenotrophomonas maltophilla. Изучение культуральных и морфологических свойств микроорганизмов проводили на плотной питательной среде - МПА. В ходе изучения определяли диаметр колоний, цвет, форму, консистенцию, структуру, поверхность, характер контура края. Изучали также характер роста бактерий на жидких питательных средах (придонный, пристеночный или поверхностный, рост с равномерным помутнением среды). Для выявления отношения микроорганизмов к кислороду культуру засевали уколом бактериологической иглы в пробирки с высоким столбиком агара. Основной метод изучения морфологии бактерий - микроскопия фиксированных окрашенных препаратов. Микроскопирование проводили с использованием микроскопа биологического Axio Scope A1 («Carl Zeiss», Германия). Определение размеров клеток изучаемых культур микроорганизмов проводили с использованием окулярной линейки и объект-микрометра [9]. Дифференцировку бактерий по биохимическим свойствам их клеточной стенки проводили по Граму с использованием набора для окраски по Граму («Лаб-Биомед», Москва). Суть метода заключается в том, что клеточная стенка грамположительных бактерий прочно фиксирует генцианвиолет, не обесцвечивается этанолом и потому не воспринимает дополнительный краситель (фуксин). У грамотрицательных микробов генцианвиолет легко вымывается из клетки этанолом и они окрашиваются дополнительным красителем [9]. Определение антимикробной активности микроорганизмов, выделенных из кишечного тракта человека, осуществляли следующим образом. Все штаммы выращивали в жидких питательных средах в пробирках по 5 мл стационарно в течение 3 суток, затем центрифугировали, а супернатант фильтровали через мембранные фильтры 22 µm. Полученный стерильный раствор метаболитов использовали для экспериментов. Для работы брали взвесь ночных бульонных культур тест-штаммов (E. coli В-6954, Staphylococcus aureus ATCC 25923, Salmonella enterica ATCC 14028, Listeria innocua LMG, Clostridium tyrobutyricum LMG, Klebsiella pneumoniae В-7001), выращенных на стандартных питательных средах. Количество микроорганизмов (титр) во взвеси определяли по оптической плотности (ОП) придлине волны 595 нм. Исследование антимикробных свойств микроорганизмов проводили диффузионным методом. Для этого тест-штамм высевали на агаризованную питательную среду (РПА) газоном и одновременно на газон накладывали бумажные диски, пропитанные метаболитами микроорганизмов, выделенных из кишечного тракта человека (10 мкл/диск). В качестве контроля использовали диск со средой MRS, в качестве препарата сравнения - диск с антибиотиком ципрофлоксацином (из стандартного набора). Чашки инкубировали при 37 °С в течение 24 ч. Результаты учитывали по наличию и размеру (в мм) прозрачной зоны отсутствия роста микроорганизмоввокруг диска [9]. Результаты и их обсуждение Выделяли микроорганизмы от здоровых людей разных возрастных групп и больных онкологическими заболеваниями кишечного тракта (образцы получены от пациентов из Российской Федерации). Для выделенных микроорганизмов изучали морфологические ипробиотическиесвойства. В табл. 1 приведены результаты анализа морфологических свойств микроорганизмов, выделенных из кишечного тракта здоровых людей и больных онкологическими заболеваниями. Таблица 1 Морфологические свойства микроорганизмов, выделенных из кишечного тракта Микроорганизмы Морфологические свойства Бактерии рода Escherichia Прямые грамотрицательные палочки со слегка закруглёнными концами (1,1-1,5x2,0- 6,0 мкм), расположенные одиночно Бактерии рода Klebsiella Прямые грамотрицательные палочки (0,3-1,0x0,6-6,0 мкм), располагающиеся одиночно, парами, короткими цепочками Бактерии рода Enterobacter Прямые грамотрицательные палочки (0,3-0,6x0,8-2,0 мкм), располагающиеся одиночно и парами Бактерии рода Proteus Прямые грамотрицательные палочки с закругленными концами (0,4-0,8x1-3 мкм), расположенные одиночно Бактерии рода Salmonella Прямые с закругленными концами грамотрицательные палочки (0,7-1,5х2-5 мкм), расположенные одиночно Бактерии рода Shigella Прямые грамотрицательные палочки с закругленными концами (0,7-1,0x1-3 мкм), расположенные одиночно Бактерии рода Citrobacter Прямые грамотрицательные палочки (1,0x2,0-6,0 мкм), располагающиеся одиночно и парами Бактерии рода Serratia Прямые грамотрицательные палочки (0,5-0,8x0,9-2,0 мкм), располагающиеся одиночно Бактерии рода Pseudomonas Прямые или изогнутые грамотрицательные палочки (0,5-1,0х1,5-5,0 мкм), располагающиеся одиночно Бактерии рода Staphylococcus Грамположительные круглые кокки диаметром 1 мкм, располагающиеся в виде скоплений, напоминающих виноградные гроздья Бактерии рода Peptococcus Круглые грамположительные кокки размером 0,3-1,2 мкм, располагающиеся парами, тетрадами, в виде неправильных скоплений или короткими цепочками Бактерии рода Sarcina Шаровидные грамположительные бактерии (0,5-1 мкм), располагающиеся в виде пакетов из 8 и более кокков Бактерии рода Enterococcus Овоидной формы грамположительные бактерии, располагающиеся парами или короткими цепочками (0,6-2,0x0,6-2,5 мкм) Бактерии рода Streptococcus Грамположительные кокки неправильной круглой формы, располагающиеся в виде цепочек или попарно (0,5-2,0 мкм) Бактерии рода Peptostreptococcus Круглые грамположительные сферические кокки размером 0,5-1,2 мкм, располагающиеся парами, небольшими неправильными скоплениями или цепочками Дрожжеподобные грибы рода Candida Скопления мелких округлых грамположительных дрожжеподобных клеток (1,5 до 10 мкм) вокруг псевдомицелия, характерно образование «ростковых трубок» Окончание табл. 1 Грибы рода Cryptococcus Грамположительные округлые или овальные дрожжевые клетки (4-8 мкм) Бактерии рода Actinomyces Тонкие прямые, слегка изогнутые грамположительные палочки (0,2-1,0x2,0-5,0 мкм), с утолщениями на концах, располагающиеся одиночно, парами, а также в виде скоплений Бактерии рода Neisseria Мелкие до 1 мкм грамотрицательные диплококки, располагающиеся в виде пары кофейных зёрен, обращенных вогнутыми поверхностями друг к другу Бактерии рода Acinetobacter Грамотрицательные палочки (0,9-1,6x1,5-2,5 мкм), располагающиеся парами или цепочками различной длины Бактерии рода Могахella Грамотрицательные толстые короткие кокковидные бактерии (1,0-1,5x1,5-2,5 мкм) Бактерии рода Bacillus Грамположительные палочки (0,5-2,5x1,2-10 мкм), располагающиеся одиночно, или небольшими скоплениями Бактерии рода Bacteroides Палочковидные грамотрицательные плеоморфные бактерии, значительно варьирующие по размерам Бактерии рода Fusobacterium Полиморфные грамотрицательные палочки с закруглёнными или заостренными концами различной длины Бактерии рода Bifidobacterium Грамположительные полиморфные палочки (0,5-1,3x1,5-8 мкм), слегка изогнутые или ветвящиеся (в виде латинских букв Y, X) Бактерии рода Eubacterium Полиморфные грамположительные бактерии, значительно варьирующие в размерах (0,2-2,0x0,3-10,0 мкм) и форме: от кокковидых до длинных палочковидных Бактерии рода Clostridium Грамположительные палочковидные плеоморфные спорообразующие бактерии (0,3-2,0x1,5-20,0 мкм), располагающиеся парами или короткими цепочками Бактерии рода Campylobacter Грамотрицательные извитые бактерии (0,2-0,5х0,5-5 мкм), имеющие S-образную форму с одним витком и более Бактерии рода Helicobacter Грамотрицательные неспорообразующие, микроаэрофильные палочки изогнутой, S-образной формы Бактерии рода Leptotrichia Прямые или слегка изогнутые грамотрицательные палочки (0,8-1,5x5-15 мкм) Бактерии рода Prevotella Полиморфные грамотрицательные палочки, располагающиеся скоплениями Из табл. 1 следует, что в кишечном тракте здоровых людей и больных онкологическими заболеваниями присутствуют бактерии следующих родов: Escherichia, Klebsiella, Enterobacter, Proteus, Salmonella, Shigella, Citrobacter, Serratia, Pseudomonas, Staphylococcus, Micrococcus, Peptococcus, Sarcina, Enterococcus, Streptococcus, Peptostreptococcus, Actinomyces, Neisseria, Acinetobacter, Моgахella, Bacillus, Bacteroides, Fusobacterium, Bifidobacterium, Eubacterium, Clostridium, Campylobacter, Helicobacter, Leptotrichia, Prevotella. Также из кишечного тракта человека выделены грибы родов Candida и Cryptococcus. Одним из основных свойств представителей нормальной микрофлоры кишечного тракта является антимикробная антагонистическая активность. Данное свойство проявляется за счет способности продуцировать в качестве главного продукта сбраживания углеводов молочную кислоту и антибиотические вещества (бактериоцины), подавляющие рост гнилостных, патогенных и условнопатогенных микроорганизмов. Для проведения дальнейших исследований важно знать, какие микроорганизмы обладают наибольшей антимикробной активностью. Определили антагонистическую активность методом перпендикулярных штрихов представителей нормальной микрофлоры, выделенной из кишечного тракта здоровых людей и больных онкологическими заболеваниями, по отношению к патогенным микроорганизмам: Escherichia coli B-6954, Bacillus fastidiosus B-5651, Pseudomonas fluorescens B-3502, Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027, Leuconostoc mesenteroides B-8404, Candida albicans ATCC 885-653, Staphylococcus aureus ATCC 25923. Полученные результаты представлены в табл. 2. Чистые микроорганизмы брали из образцов фекалий (100 г/л). Таблица 2 Результатыопределения антимикробной активностипредставителейнормальной микрофлоры, выделеннойизкишечного тракта здоровыхлюдейибольных онкологическимизаболеваниями Штамм Диаметр зон ингибирования роста тест-культур, мм Escherichia coli B-6954 - Bacillus fastidiosus B5651 + Pseudomonas fluorescens B-3502 Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027 Leuconostoc mesenteroides B-8404 + Candida albicans ATCC 885653 Staphylococcus aureus ATCC 25923 + Actinomyces meyeri 5,6±0,3 8,7±0,4 11,6±0,8 12,3±0,6 7,2±0,4 8,5±0,4 9,0±0,5 Actinomyces odontolyticus 15,5±0,8 12,4±0,6 8,8±0,4 10,2±0,5 6,3±0,4 13,4±0,7 12,0±0,6 Bacteroides ovatus 5,3±0,3 8,5±0,4 6,2±0,3 10,1±0,5 11,8±0,6 6,3±0,3 7,8±0,4 Окончание табл. 2 Bifidobacterium bifidum 36,5±1,8 28,9±1,4 32,0±1,6 29,3±1,6 30,9±1,5 33,1±1,7 37,0±1,9 Bifidobacterium breve 28,4±1,4 30,6±1,5 33,2±1,7 35,6±1,8 26,8±1,3 29,0±1,5 31,1±1,6 Bifidobacterium dentium 5,5±0,3 8,9±0,4 14,5±0,7 12,0±0,6 11,4±0,6 10,5±0,5 9,3±0,5 Clostridium butyricum 7,7±0,4 11,5±0,6 8,0±0,4 14,7±0,7 15,0±0,8 12,2±0,6 6,8±0,3 Данные исследований свидетельствуют о том, Результаты исследований являются практически что максимальной антимикробной активностью значимыми, так как важным свойством пробиотипо отношению к рассматриваемым тест-штаммам ческих штаммов, выделенных из кишечного тракта характеризуются следующие виды микроорга-человека, в связи с их использованием в технолонизмов: Bifidobacterium bifidum (диаметр зон ин-гии создания функциональных продуктов питания гибирования роста тест-культур составляет от для реабилитации онкологических больных являет28,9 до 37,0 мм), Bifidobacterium breve (диаметр ся антагонистическая активность. Наибольшей анзон ингибирования - от 26,8 до 35,6 мм), тогонистической активностью характеризуются Lactobacillus spp. (диаметр зон ингибирования - бесклеточные экстракты штаммов Lactobacillus от 24,9 до 38,2 мм), Micrococcus spp. (диаметр fermentum (тролокс-эквивалент на 109 клеток равен зон ингибирования - от 25,2 до 36,7 мм), 2182), Micrococcus spp. (тролокс-эквивалент на 109 Streptococcus agalactiae (диаметр зон ингибиро-клеток равен 1968) и Lactobacillus plantarum (трования - от 27,6 до 38,4 мм). локс-эквивалент на 109 клетокравен 1914).