Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2022; 99: 420-427
Исследование in vitro механизмов взаимодействия грибов Candida albicans с Klebsiella pneumoniae и Enterococcus faecalis, выделенных из кишечного микробиома ВИЧ-инфицированных пациентов
https://doi.org/10.36233/0372-9311-271Аннотация
Цель: определение in vitro мишеней для факторов антагонизма клебсиелл и энтерококков у грибов Candida albicans, выделенных из кишечного микробиома ВИЧ-инфицированных пациентов.
Материалы и методы. В экспериментах использованы 38 штаммов грибов Candida albicans, 28 штаммов Klebsiella pneumoniae и 30 штаммов Enterococcus faecalis, изолированных из кишечного микробиома 89 ВИЧ-инфицированных детей. Средний возраст пациентов составил 24 ± 2 мес, мальчиков было 49 (55%), девочек — 40 (45%). Микроорганизмы выделяли из кишечного биотопа с использованием селективных питательных сред HiChrome Candida Agar, HiChrome Klebsiella Selective Agar Base, Энтерококкагар; проводили видовую идентификацию. В модельных экспериментах изучена антикаталазная активность экзометаболитов E. faecalis и влияние K. pneumoniae на морфологическую трансформацию грибов C. albicans.
Результаты. Клебсиеллы на 58,7% снижают интенсивность образования ростовых трубок у C. albicans (p < 0,01). При совместном культивировании 12,3% дрожжевых клеток дают ростовые трубки, тогда как в монокультуре грибов обнаружили 29,8% трансформированных клеток. Установлено, что экзометаболиты 65,7% штаммов E. faecalis снижают продукцию каталазы у C. albicans. Исходный уровень каталазы у интактных культур C. albicans в среднем составляет 1,02 мкмоль/мин оптической плотности, после обработки экзометаболитами E. faecalis снижается до 0,55 мкмоль/мин, т.е. на 46,1% (p < 0,05).
Выводы. K. pneumoniae и E. faecalis проявляют антагонизм к C. albicans c разной степенью выраженности. Мишенями для факторов антагонизма факультативной микробиоты у C. albicans являются морфологическая трансформация и продукция каталазы.
Список литературы
1. Хайтович А.Б., Воеводкина А.Ю. Микробиом и его влияние на здоровье человека. Крымский журнал экспериментальной и клинической медицины. 2019; 9(1): 61–70. https://doi.org/10.1007/s00203-020-01931-x
2. Dekaboruah E., Suryavanshi M.V., Chettri D., Verma A.K. Human microbiome: an academic update on human body site specific surveillance and its possible role. Arch. Microbiol. 2020; 202(8): 2147–67. https://doi.org/10.1007/s00203-020-01931-x
3. Adadea E.E., Lakhena K.A., Lemusa A.A., Valm A.M. Recent progress in analyzing the spatial structure of the human microbiome: Distinguishing biogeography and architecture in the oral and gut communities. Curr. Opinion Endocr. Metab. Res. 2021; 18: 275–83. https://doi.org/10.1016/j.coemr.2021.04.005
4. Meisner A., Wepner B., Kostic T., Overbeek L.S., Bunthof C.J., Souza S.R.C., et al. Calling for a systems approach in microbiome research and innovation. Curr. Opin. Biotechnol. 2022; 73: 171–8. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2021.08.003
5. Олескин А.В., Эль-Регистан Г.И., Шендеров Б.А. Межмикробные химические взаимодействия и диалог микробиота–хозяин: роль нейромедиаторов. Микробиология. 2016; 85(1): 3–25. https://doi.org/10.7868/S0026365616010080
6. Бухарин О.В., Андрющенко С.В., Перунова Н.Б., Иванова Е.В. Механизмы персистенции индигенных бифидобактерий под действием ацетата в кишечном биотопе человека. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2021; 98(3): 276–82. https://doi.org/10.36233/0372-9311-86
7. Бухарин О.В. Инфекционная симбиология — новое понимание старых проблем. Вестник Российской академии наук. 2016; 86(10): 915–20. https://doi.org/10.7868/S0869587316070033
8. Green J., Crack J.C., Thomson A.J., LeBrum N.E. Bacterial sensors of oxygen. Curr. Opin. Microbiol. 2009; 12(2): 145–51. https://doi.org/10.1016/j.mib.2009.01.008
9. Bukharin O.V., Sgibnev A.V., Cherkasov S.V., Ivanov I.B. The effect of the intra and extracellular metabolites of microorganisms isolated from varios ecotopes on the catalase activity of Staphylococcus aureus 6538P. Mikrobiologiya. 2002; 71(2): 183–6.
10. Миронов А.Ю., Леонов В.В. Железо, вирулентность и межмикробные взаимодействия условно-патогенных микроорганизмов. Успехи современной биологии. 2016; 136(3): 301–10.
11. Boris S., Barbés C. Role played by Lactobacilli in controlling the population of vaginal pathogens. Microbes Infect. 2000; 2(5): 543–6. https://doi.org/10.1016/s1286-4579(00)00313-0
12. Mayer F.L., Wilson D., Hube B. Candida albicans pathogenicity mechanisms. Virulence. 2013; 4(2): 119–28. https://doi.org/10.4161/viru.22913
13. Wanga F., Yea Y., Xina C., Liua F., Zhaoa C., Xianga L., et al. Candida albicans triggers qualitative and temporal responses in gut bacteria. J. Mycol. Med. 2021; 31(3): 101164. https://doi.org/10.1016/j.mycmed.2021.101164
14. Елинов Н.П., Васильева Н.В., Степанова А.А., Чилина Г.А. Candida. Кандидозы. Лабораторная диагностика. СПб.: Коста; 2010.
15. Бухарин О.В., Перунова Н.Б., Иванова Е.В., Андрющенко С.В. Межмикробное распознавание «свой–чужой» в паре «доминант–ассоциант» пробиотических штаммов Escherichia coli М17 и Escherichia coli ЛЭГМ 18. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2016; 93(3): 3–9.
16. Тимохина Т.Х., Николенко М.В. Суточная динамика темпа роста микроорганизмов в бактериально-грибковых ассоциациях. Медицинская наука и образование Урала. 2010; 11(4): 84–6.
17. Gandhi B., Summerbell R., Mazzulli T. Evaluation of the Copan ESwab transport system for viability of pathogenic fungi by use of a modification of clinical and laboratory standards institute document M40-A2. J. Clin. Microbiol. 2018; 56(2): e01481-17. https://doi.org/10.1128/JCM.01481-17
18. Новиков Д.А., Новочадов В.В. Статистические методы в медико-биологическом эксперименте (типовые случаи). Волгоград; 2005.
19. Акинфиев И.Б., Кубрак Д.Н., Балмасова И.П., Шестакова И.В., Ющук Н.Д. Оппортунистические инфекции небактериальной природы как причина летальных исходов у ВИЧ-инфицированных пациентов. Часть II. Микозы. ВИЧ-инфекция и иммуносупрессии. 2015; 7(4): 17–27.
20. Kalia N., Singh J., Kaur M. Microbiota in vaginal health and pathogenesis of recurrent vulvovaginal infections: a critical review. Ann. Clin. Microbiol. Antimicrob. 2020; 19(1): 5. https://doi.org/10.1186/s12941-020-0347-4
21. Леонов В.В., Миронов А.Ю., Пачганов С.А., Леонова Л.В., Булатов И.А. Рост и экспрессия факторов вирулентности Candida albicans при экспериментальной инфекции у мышей в зависимости от нагрузки организма железом. Успехи медицинской микологии. 2017; 17: 174–5.
22. Galdiero E., Ricciardelli A., D'Angelo C., Alteriis E., MaioneA., Albarano L., et al. Pentadecanoic acid against Candida albicans — Klebsiella pneumoniae biofilm: towards the development of an anti-biofilm coating to prevent polymicrobial infections. Res. Microbiol. 2021; 172(7-8): 103880. https://doi.org/10.1016/j.resmic.2021.103880
23. Бухарин О.В., Перунова Н.Б., Челпаченко О.Е., Иванова Е.В., Черных Л.П. Роль межмикробных взаимодействий Candida spp. при патологии опорно-двигательного аппарата у детей. Проблемы медицинской микологии. 2013; 15(3): 14–7.
24. Cheng R., Xu Q., Hu F., Li H., Yang B., Duan Z., et al. Antifungal activity of MAF-1A peptide against Candida albicans. Int. Microbiology. 2021; 24(2): 233–42. https://doi.org/10.1007/s10123-021-00159-z
25. Charlet R., Bortolus C., Barbet M., Sendid B., Jawhara S. A decrease in anaerobic bacteria promotes Candida glabrata overgrowth while β-glucan treatment restores the gut microbiota and attenuates colitis. Gut Pathog. 2018; 10: 50. https://doi.org/10.1186/s13099-018-0277-2
26. Лисовская С.А., Халдеева Л.В., Глушко Н.И. Взаимодействие Candida albicans и бактерий-ассоциантов при кандидозах различной локализации. Проблемы медицинской микологии. 2013; 15(2): 40–3.
27. Pinto E., Queiroz M.J., Vale-Silva L.A., Oliveira J.F., Begouin A., Begouin J.M., et al. Antifungal activity of synthetic di(hetero)arylamines based on the benzo[b]thiophene moiety. Bioorg. Med. Chem. 2008; 16(17): 8172–7. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2008.07.042
28. Saville S.P., Lazzell A.L., Monteagudo C., Lopez-Ribot J.L. Engineered control of cell morphology in vivo reveals distinct roles for yeast and filamentous forms of Candida albicans during infection. Eukaryot. Cell. 2003; 2(5): 1053–60. https://doi.org/10.1128/EC.2.5.1053–1060.2003
29. Курбанов А.И. Экспериментальное изучение роли антиоксидантных ферментов Candida albicans в патогенезе кандидоза. Проблемы медицинской микологии. 2008; 10(2): 14–6.
30. Diezmann S. Oxidative stress response and adaptation to H2 O2 in the model eukaryote Saccharomyces cerevisiae and its human pathogenic relatives Candida albicans and Candida glabrata. Fungal Biol. Rev. 2014; 28(4): 126–36. https://doi.org/10.1016/j.fbr.2014.12.001
31. Шипко Е.С., Дуванова О.В. Изменение спектра жирных кислот как один из механизмов адаптации/персистенции микроорганизмов. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2019; 96(5): 109–118. https://doi.org/10.36233/0372-9311-2019-5-109-118
Journal of microbiology, epidemiology and immunobiology. 2022; 99: 420-427
An in vitro study of interactions of Candida albicans with Klebsiella pneumoniae and Enterococcus faecalis isolated from intestinal microbiome of HIV infected patients
https://doi.org/10.36233/0372-9311-271Abstract
The aim: In vitro identification of targets for antagonism factors in klebsiellas and enterococci for Candida albicans isolated from the intestinal microbiome of HIV infected patients.
Materials and methods. The tests were performed using 38 Candida albicans strains, 28 Klebsiella pneumoniae strains, and 30 Enterococcus faecalis strains isolated from the intestinal microbiome of 89 HIV infected children. The mean age of the patients was 24 ± 2 months; the group consisted of 49 (55%) boys and 40 (45%) girls. Microorganisms were isolated from the intestinal biotope using such selective media as HiChrome Candida Agar, HiChrome Klebsiella Selective Agar Base, and Enterococcus Agar; the study included identification of species. Model experiments were performed to study anti-catalase activity of E. faecalis exometabolites and the impact of K. pneumoniae on morphological transformation of C. albicans fungi.
Results. Klebsiellas decrease the intensity of germ tube formation in C. albicans by 58.7% (p < 0.01). When cocultured, 12.3% of the yeast cells produce germ tubes, while 29.8% of transformed cells was detected in the fungal monoculture. It has been found that exometabolites of 65.7% of E. faecalis strains decrease production of catalase in C. albicans. The initial catalase level in untreated cultures of C. albicans averages 1.02 µmol/min of optical density; after they are treated with E. faecalis exometabolites, the level decreases to 0.55 µmol/min, i.e. by 46.1% (p < 0.05).
Conclusions. K. pneumoniae and E. faecalis demonstrate antagonism of different intensity toward C. albicans. Morphological transformation and catalase production are targets for antagonism factors of facultative microbiota in C. albicans.
References
1. Khaitovich A.B., Voevodkina A.Yu. Mikrobiom i ego vliyanie na zdorov'e cheloveka. Krymskii zhurnal eksperimental'noi i klinicheskoi meditsiny. 2019; 9(1): 61–70. https://doi.org/10.1007/s00203-020-01931-x
2. Dekaboruah E., Suryavanshi M.V., Chettri D., Verma A.K. Human microbiome: an academic update on human body site specific surveillance and its possible role. Arch. Microbiol. 2020; 202(8): 2147–67. https://doi.org/10.1007/s00203-020-01931-x
3. Adadea E.E., Lakhena K.A., Lemusa A.A., Valm A.M. Recent progress in analyzing the spatial structure of the human microbiome: Distinguishing biogeography and architecture in the oral and gut communities. Curr. Opinion Endocr. Metab. Res. 2021; 18: 275–83. https://doi.org/10.1016/j.coemr.2021.04.005
4. Meisner A., Wepner B., Kostic T., Overbeek L.S., Bunthof C.J., Souza S.R.C., et al. Calling for a systems approach in microbiome research and innovation. Curr. Opin. Biotechnol. 2022; 73: 171–8. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2021.08.003
5. Oleskin A.V., El'-Registan G.I., Shenderov B.A. Mezhmikrobnye khimicheskie vzaimodeistviya i dialog mikrobiota–khozyain: rol' neiromediatorov. Mikrobiologiya. 2016; 85(1): 3–25. https://doi.org/10.7868/S0026365616010080
6. Bukharin O.V., Andryushchenko S.V., Perunova N.B., Ivanova E.V. Mekhanizmy persistentsii indigennykh bifidobakterii pod deistviem atsetata v kishechnom biotope cheloveka. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii. 2021; 98(3): 276–82. https://doi.org/10.36233/0372-9311-86
7. Bukharin O.V. Infektsionnaya simbiologiya — novoe ponimanie starykh problem. Vestnik Rossiiskoi akademii nauk. 2016; 86(10): 915–20. https://doi.org/10.7868/S0869587316070033
8. Green J., Crack J.C., Thomson A.J., LeBrum N.E. Bacterial sensors of oxygen. Curr. Opin. Microbiol. 2009; 12(2): 145–51. https://doi.org/10.1016/j.mib.2009.01.008
9. Bukharin O.V., Sgibnev A.V., Cherkasov S.V., Ivanov I.B. The effect of the intra and extracellular metabolites of microorganisms isolated from varios ecotopes on the catalase activity of Staphylococcus aureus 6538P. Mikrobiologiya. 2002; 71(2): 183–6.
10. Mironov A.Yu., Leonov V.V. Zhelezo, virulentnost' i mezhmikrobnye vzaimodeistviya uslovno-patogennykh mikroorganizmov. Uspekhi sovremennoi biologii. 2016; 136(3): 301–10.
11. Boris S., Barbés C. Role played by Lactobacilli in controlling the population of vaginal pathogens. Microbes Infect. 2000; 2(5): 543–6. https://doi.org/10.1016/s1286-4579(00)00313-0
12. Mayer F.L., Wilson D., Hube B. Candida albicans pathogenicity mechanisms. Virulence. 2013; 4(2): 119–28. https://doi.org/10.4161/viru.22913
13. Wanga F., Yea Y., Xina C., Liua F., Zhaoa C., Xianga L., et al. Candida albicans triggers qualitative and temporal responses in gut bacteria. J. Mycol. Med. 2021; 31(3): 101164. https://doi.org/10.1016/j.mycmed.2021.101164
14. Elinov N.P., Vasil'eva N.V., Stepanova A.A., Chilina G.A. Candida. Kandidozy. Laboratornaya diagnostika. SPb.: Kosta; 2010.
15. Bukharin O.V., Perunova N.B., Ivanova E.V., Andryushchenko S.V. Mezhmikrobnoe raspoznavanie «svoi–chuzhoi» v pare «dominant–assotsiant» probioticheskikh shtammov Escherichia coli M17 i Escherichia coli LEGM 18. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii. 2016; 93(3): 3–9.
16. Timokhina T.Kh., Nikolenko M.V. Sutochnaya dinamika tempa rosta mikroorganizmov v bakterial'no-gribkovykh assotsiatsiyakh. Meditsinskaya nauka i obrazovanie Urala. 2010; 11(4): 84–6.
17. Gandhi B., Summerbell R., Mazzulli T. Evaluation of the Copan ESwab transport system for viability of pathogenic fungi by use of a modification of clinical and laboratory standards institute document M40-A2. J. Clin. Microbiol. 2018; 56(2): e01481-17. https://doi.org/10.1128/JCM.01481-17
18. Novikov D.A., Novochadov V.V. Statisticheskie metody v mediko-biologicheskom eksperimente (tipovye sluchai). Volgograd; 2005.
19. Akinfiev I.B., Kubrak D.N., Balmasova I.P., Shestakova I.V., Yushchuk N.D. Opportunisticheskie infektsii nebakterial'noi prirody kak prichina letal'nykh iskhodov u VICh-infitsirovannykh patsientov. Chast' II. Mikozy. VICh-infektsiya i immunosupressii. 2015; 7(4): 17–27.
20. Kalia N., Singh J., Kaur M. Microbiota in vaginal health and pathogenesis of recurrent vulvovaginal infections: a critical review. Ann. Clin. Microbiol. Antimicrob. 2020; 19(1): 5. https://doi.org/10.1186/s12941-020-0347-4
21. Leonov V.V., Mironov A.Yu., Pachganov S.A., Leonova L.V., Bulatov I.A. Rost i ekspressiya faktorov virulentnosti Candida albicans pri eksperimental'noi infektsii u myshei v zavisimosti ot nagruzki organizma zhelezom. Uspekhi meditsinskoi mikologii. 2017; 17: 174–5.
22. Galdiero E., Ricciardelli A., D'Angelo C., Alteriis E., MaioneA., Albarano L., et al. Pentadecanoic acid against Candida albicans — Klebsiella pneumoniae biofilm: towards the development of an anti-biofilm coating to prevent polymicrobial infections. Res. Microbiol. 2021; 172(7-8): 103880. https://doi.org/10.1016/j.resmic.2021.103880
23. Bukharin O.V., Perunova N.B., Chelpachenko O.E., Ivanova E.V., Chernykh L.P. Rol' mezhmikrobnykh vzaimodeistvii Candida spp. pri patologii oporno-dvigatel'nogo apparata u detei. Problemy meditsinskoi mikologii. 2013; 15(3): 14–7.
24. Cheng R., Xu Q., Hu F., Li H., Yang B., Duan Z., et al. Antifungal activity of MAF-1A peptide against Candida albicans. Int. Microbiology. 2021; 24(2): 233–42. https://doi.org/10.1007/s10123-021-00159-z
25. Charlet R., Bortolus C., Barbet M., Sendid B., Jawhara S. A decrease in anaerobic bacteria promotes Candida glabrata overgrowth while β-glucan treatment restores the gut microbiota and attenuates colitis. Gut Pathog. 2018; 10: 50. https://doi.org/10.1186/s13099-018-0277-2
26. Lisovskaya S.A., Khaldeeva L.V., Glushko N.I. Vzaimodeistvie Candida albicans i bakterii-assotsiantov pri kandidozakh razlichnoi lokalizatsii. Problemy meditsinskoi mikologii. 2013; 15(2): 40–3.
27. Pinto E., Queiroz M.J., Vale-Silva L.A., Oliveira J.F., Begouin A., Begouin J.M., et al. Antifungal activity of synthetic di(hetero)arylamines based on the benzo[b]thiophene moiety. Bioorg. Med. Chem. 2008; 16(17): 8172–7. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2008.07.042
28. Saville S.P., Lazzell A.L., Monteagudo C., Lopez-Ribot J.L. Engineered control of cell morphology in vivo reveals distinct roles for yeast and filamentous forms of Candida albicans during infection. Eukaryot. Cell. 2003; 2(5): 1053–60. https://doi.org/10.1128/EC.2.5.1053–1060.2003
29. Kurbanov A.I. Eksperimental'noe izuchenie roli antioksidantnykh fermentov Candida albicans v patogeneze kandidoza. Problemy meditsinskoi mikologii. 2008; 10(2): 14–6.
30. Diezmann S. Oxidative stress response and adaptation to H2 O2 in the model eukaryote Saccharomyces cerevisiae and its human pathogenic relatives Candida albicans and Candida glabrata. Fungal Biol. Rev. 2014; 28(4): 126–36. https://doi.org/10.1016/j.fbr.2014.12.001
31. Shipko E.S., Duvanova O.V. Izmenenie spektra zhirnykh kislot kak odin iz mekhanizmov adaptatsii/persistentsii mikroorganizmov. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii. 2019; 96(5): 109–118. https://doi.org/10.36233/0372-9311-2019-5-109-118
