nogrЭкспериментальная и клиническая гастроэнтерологияExperimental and Clinical Gastroenterology1682-8658«Global Media Technologies»10.31146/1682-8658-ecg-176-4-59-64nogr-1305Research ArticleКЛИНИЧЕСКАЯ ГАСТРОЭНТЕРОЛОГИЯCLINICAL GASTROENTEROLOGYМикробиоценоз толстого кишечника и способность к биопленкообразованию штаммов Klebsiella spp. у детей с функциональными гастроинтестинальными расстройствамиMicrobiocenosis of colon and ability to biofi lm formation of strains Klebsiella spp. in children with functional gastrointestinal disordersНемченкоУ. М.NemchenkoU. M.

PhD of biological Sciences, researcher of the laboratory of the microbiome and microecology

ORCID iD: 0000–0002–7656–342 Irkutsk

umnemch@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4535-9397КунгурцеваЕ. А.KungurtsevаE. A.https://orcid.org/0000-0001-6793-6493СавелькаеваМ. В.SavelkaevaM. V.https://orcid.org/0000-0001-6588-2591ГригороваЕ. В.GrigorovaE. V.https://orcid.org/0000-0003-4216-8859ИвановаЕ. И.IvanovaE. I.https://orcid.org/0000-0002-2355-0289ТуникТ. В.TunikT. V.https://orcid.org/0000-0003-2910-0737РычковаЛ. В.RychkovaL. V.ФГБНУ Научный центр проблем здоровья семьи и репродукции человекаРоссияScientifi c Сentre for Family Health and Human Reproduction ProblemsRussian Federation20202306202017445964Copyright © Немченко У.М., Кунгурцева Е.А., Савелькаева М.В., Григорова Е.В., Иванова Е.И., Туник Т.В., Рычкова Л.В., 20202020Немченко У.М., Кунгурцева Е.А., Савелькаева М.В., Григорова Е.В., Иванова Е.И., Туник Т.В., Рычкова Л.В.Nemchenko U.M., Kungurtsevа E.A., Savelkaeva M.V., Grigorova E.V., Ivanova E.I., Tunik T.V., Rychkova L.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nogr.org/jour/article/view/1305Цель исследования

Цель исследования: установить особенности микробиоценоза толстого кишечника у детей с функциональными гастроинтестинальными расстройствами (ФГИР) и проанализировать способность к биопленкообразованию у штаммов Klebsiella spp., выделенных при исследовании.

Материалы и методы

Материалы и методы: Материалом для исследования послужили копрологические пробы от 83 детей, разделенных на две группы: первая (n=34) дети до года, вторая (n=49) — дети старше одного года. Изучена способность к биопленкообразованию у 53 штаммов Klebsiella spp., выделенных в данном исследовании.Результаты исследования: Установлено, что значимыми факторами в патогенезе развития ФГИР у детей являются дефицитные показатели содержания бифидобактерий, появление штаммов Escherichia coli c измененными свойствами и увеличение микробной плотности доминирующих видов условно-патогенных бактерий — Klebsiella spp. и Staphylococcus аureus. Показано, что клебсиеллы обладали способностью к формированию биопленочных сообществ (48,1% у детей до года и 50,0% у детей старше года). Выявлено, что наличие клебсиелл в кишечнике является значимым фактором риска развития дисбиозов 2–3 степени, а при отсутствии Klebsiella spp. в составе кишечного микробиоценоза у детей не зависимо от возраста регистрировались дисбиотические нарушения 1 степени (p<0,05).

Заключение

Заключение: Персистенция Klebsiella spp. с биопленкообразующей способностью имеет значение для сохранения и длительного существования ассоциативного патомикробиоценоза, усугубляющего дисфункции кишечника.

Objective of the study

Objective of the study: to establish the features of large intestine microbiocenosis in children with functional gastrointestinal disorders (FGIDs) and to analyze the biofi lm ability of Klebsiella spp. strains isolated in the study.

Materials and methods

Materials and methods: the coprological tests from 83 children, divided into two groups: The fi rst group (n=34) is children under one year, the second group (n=49) is children over one year. The ability of biofi lm formation has been studied in 53 strains of Klebsiella spp. identifi ed in this study.

Results

Results: It has been identifi ed that signifi cant factors in pathogenesis of FGIR in children are defi ciency indices of bifi dobacterial content, appearance of modifi ed Escherichia coli strains and increase of microbial density of dominant species of opportunistic bacteria — Klebsiella spp. and Staphylococcus aureus. Klebsiella was shown to have the ability to form biofi lm communities (48.1% in children under one year old and 50.0% in children over one year old). It is revealed that the presence of Klebsiella in the intestine is a signifi cant risk factor for the development of dysbiosis 2–3 degrees, and in the absence of Klebsiella spp. as part of the intestinal microbiocenosis in children, regardless of age, dysbiotic disorders of 1 degree (p<0,05) were recorded.

Conclusion

Conclusion: Persistence Klebsiella spp. with biofi lm formation ability has implications for the conservation and continued existence of associative pathological microbiocenosis that exacerbate bowel dysfunction.

дисбиоз кишечникабактериальные биопленкистепень биопленкообразованияусловно-патогенные энтеробактериидетиintestinal dysbiosisbacterial biofi lmsdegree of biofi lm formationopportunistic EnterobacteriaceaechildrenReferencesМельников В.Г., Абрамов В. М., Хлебников В.С., Чикилева И. О. Василенко Р. Н., Косарев И. В., Сакулин В. К., Овинова Г. Р., Захарова И. Н., Киселевский М. В., Запорожец Т. С., Кузнецова Т. А. Восстановление микробного баланса матери как оптимальный путь профилактики врожденного дисбиоза у детей. Тихоокеанский медицинский журнал. – 2012. – № 1. – С. 20–22Melnikov V. G., Abramov V. M., Khlebnikov V. S., Chikileva I.O, Vasilenko R. N., Kosarev I. V., Sakulin V. K., Ovinova G. R., Zakharova I. N., Kiselevsky M. V., Zaporozhets T.S, Kuznetsova T. A. Vosstanovleniyye mikrobnogo balansa materi kak optimal’nyy put’ profi laktiki vrozhdennogo disbioza u detey [Restoration of mother’s microbial balance as optimal way of preventing innate dysbiosis] Tikhookeanskiy meditsinskiy zhurnal – Paciic Medical Journal, 2012, no. 1, pp. 20–22.Бондаренко В.М., Рыбальченко О. В., Орлова О. Г. Бактериальные биопленки условно патогенных бактерий и их подавление пробиотическими лактобациллами. Лечение и профилактика. – 2014. – № 2 (10). – С. 28–35Bondarenko V. M., Rybalchenko O. V., Orlova O. G. Bakterial’nyye bioplenki uslovno patogennykh bakteriy i ikh podavleniye probioticheskimi laktobatsillami [The bacterial biofi lms of opportunistic bacteria and their suppression of probiotic lactobacilli]. Lecheniye i profi laktika – Treatment and prevention, 2014, no.2 (10), pp. 28–35Buret A.G., Motta J.P, Allain T., Ferraz J., Wallace J. L. Pathobiont release from dysbiotic gut microbiota biofi lms in intestinal inflammatory diseases: a role for iron? Journal of biomedical science, 2019, no. 26(1):1. doi: 10.1186/s12929–018–0495–4Buret A.G., Motta J.P, Allain T., Ferraz J., Wallace J. L. Pathobiont release from dysbiotic gut microbiota biofi lms in intestinal inflammatory diseases: a role for iron? Journal of biomedical science, 2019, no. 26(1):1. doi: 10.1186/s12929–018–0495–4Григорова Е.В., Немченко У. М., Иванова Е. И., Шабанова Н. М., Савелькаева М. В., Сердюк Л. В., Белькова Н. Л., Рычкова Л. В., Шолохов Л. Ф. Особенности микробиоценоза толстого кишечника у детей первого года жизни с функциональными нарушениями желудочно-кишечного тракта на фоне высокой популяционной плотности бактерий рода Klebsiella. Бюллетень физиологии и патологии дыхания. – 2017. – № 66. – С. 83–88. doi: 10.1186/s12929–018–0495–4Grigorovа E.V, Nemchenko U. M., Ivanova E. I., et al. Features of large intestine microbiocenosis in infants with functional disorders of gastrointestinal tract against highpopulation density of bacteria of the genus Klebsiella. Bulletin Physiology and Pathology of Respiration, 2017, no.66, pp.83–88. doi: 10.12737/article_5a24cd3713fea5.15038282 5.Backhed F., Fraser C. M., Ringel Y., Sanders M. E., Sartor R. B., Sherman P. M., Versalovic J., Young V., Finlay B. B. Defining a healthy human gut microbiome: current concepts, future directions, and clinical applications. Cell Host & Microbe, 2012, no. 12, pp. 611–622. doi: 10.1016/j.chom.2012.10.012Backhed F., Fraser C. M., Ringel Y., Sanders M. E., Sartor R. B., Sherman P. M., Versalovic J., Young V., Finlay B. B. Defining a healthy human gut microbiome: current concepts, future directions, and clinical applications. Cell Host & Microbe, 2012, no. 12, pp. 611–622. doi: 10.1016/j.chom.2012.10.012Sartor R.B., Wu G. D. Roles for intestinal bacteria, viruses, and fungi in pathogenesis of inflammatory bowel diseases and therapeutic approaches. Gastroenterology, 2017, no.152, pp. 327–329. doi: 10.1053/j.gastro.2016.10.012Sartor R.B., Wu G. D. Roles for intestinal bacteria, viruses, and fungi in pathogenesis of inflammatory bowel diseases and therapeutic approaches. Gastroenterology, 2017, no.152, pp. 327–329. doi: 10.1053/j.gastro.2016.10.012Sherwin E, Dinan T. G., Cryan J. F. Recent developments in understanding the role of the gut microbiota in brain health and disease. Annals of the New York Academy of Sciences, 2018, no.1420, pp. 5–25. doi: 10.1111/nyas.13416Sherwin E, Dinan T. G., Cryan J. F. Recent developments in understanding the role of the gut microbiota in brain health and disease. Annals of the New York Academy of Sciences, 2018, no.1420, pp. 5–25. doi: 10.1111/nyas.13416Sekirov I, Russell S. L., Antunes C. M., Finlay B. B. Gut microbiota in health and disease. Physiological Reviews, 2010, no. 90, pp. 859–904. doi: 10.1152/physrev.00045.2009Sekirov I, Russell S. L., Antunes C. M., Finlay B. B. Gut microbiota in health and disease. Physiological Reviews, 2010, no. 90, pp. 859–904. doi: 10.1152/physrev.00045.2009Бельмер С.В., Хавкин А. И., Печкуров Д. В. Функциональные нарушения органов пищеварения у детей. Принципы диагностики и лечения (в свете Римских критериев IV). – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2018. – 160 с.Bel’mer S.V., Havkin A. I., Pechkurov D. V. Funkcional’nye narusheniya organov pishchevareniya u detej. Principy diagnostiki i lecheniya (v svete Rimskih kriteriev IV) [Functional disorders of the digestive system in children. Principles of diagnosis and treatment (in the light of Roman criteria IV)]. Moscow. GEOTAR-Media Publ., 2018. 160 p.Анганова Е.В., Савилов Е. Д., Ушкарева О. А., Аблов А. М., Духанина А. В. Способность патогенных и условно-патогенных энтеробактерий к формированию биопленок. Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. – 2014. – № 5(99). – С. 34–37Anganova E. V., Savilov Y. D., Ushkareva O. A., Ablov A. M., Dukhanina A. V. Sposobnost’ patogennykh i uslovno-patogennykh enterobakteriy k formirovaniyu bioplenok [Ability of pathogenic and opportunistic pathogenic Enterobacteriaceae to the formation of biofi lms]. Byull. VSNTS SO RAMN – Acta Biomedica Scientifica, 2014, no. 5(99), pp. 34–37Малафеева 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. – Т. 59. № 11. – С. 53–55Malafeeva, E. V. Gulneva, M. Yu. Noskov, V. A. Romanov. The formation of biofilms by opportunistic microorganisms isolated from patients with rheumatic. Klinichescheskaya Laboratornaya Diagnostika. 2014, vol.59, no. 11, pp. 53–55.Савилов Е.Д., Астафьев В. А., Жданова С. Н., Заруднев Е. А. Эпидемиологический анализ: методы статистической обработки материала. –Savilov E . D., Astaf ’yev V.A., Zhdanova S. N., Zarudnev E. A. Epidemiologicheskiy analiz: metody statisticheskoy obrabotki materiala [Epidemiological analysis: methods of statistical processing of the material]. Novosibirsk, Nauka-Tsentr, 2011.156 p.Новосибирск: Наука-Центр, 2011. – 156 с.Bandeira M, Carvalho PA, Duarte A, Jordao L. Exploring dangerous connections between Klebsiella pneumoniae biofilms and healthcare-associated infections. Pathogens. 2014, vol.3, no. 3, pp. 720–731. doi:10.3390/pathogens3030720Bandeira M, Carvalho PA, Duarte A, Jordao L. Exploring dangerous connections between Klebsiella pneumoniae biofilms and healthcare-associated infections. Pathogens. 2014, vol.3, no. 3, pp. 720–731. doi:10.3390/pathogens3030720Ivashkin V. T., Ivashkin K. V. Human microbiome, applied to clinical practice. Ross z gastroenterol gepatol koloproktol, 2017; no. 27(6), pp. 4–13 doi: 10.22416/1382–4376–2017–27–6–4–13Ивашкин В.Т., Ивашкин К. В. Микробиом человека в приложении к клинической практике. Рос журн гастроэнтерол гепатол колопроктол. 2017; 27(6):4–13 doi: 10.22416/1382–4376–2017–27–6–4–13Backhed F., Roswall J., Dahlgren J., Jun Wang. Dynamics and Stabilization of the Human Gut Microbiome during the First Year of Life. Cell Host & Microbe, 2015, vol. 17, pp. 690–703. doi: 10.1016/j.chom.2015.04.004.Backhed F., Roswall J., Dahlgren J., Jun Wang. Dynamics and Stabilization of the Human Gut Microbiome during the First Year of Life. Cell Host & Microbe, 2015, vol. 17, pp. 690–703. doi: 10.1016/j.chom.2015.04.004.Moles L., Gomez M., Heilig H., Bustos G, Fuentes S, de Vos W, Fernández L, Rodríguez JM, Jiménez E. Bacterial diversity in meconium of preterm neonates and evolution of their fecal microbiota during the fi rst month of life. PLoS One, 2013, vol. 8 (6), no. 28, pp e66986 doi: 10.1371/journal.pone.0066986Moles L., Gomez M., Heilig H., Bustos G, Fuentes S, de Vos W, Fernández L, Rodríguez JM, Jiménez E. Bacterial diversity in meconium of preterm neonates and evolution of their fecal microbiota during the fi rst month of life. PLoS One, 2013, vol. 8 (6), no. 28, pp e66986 doi: 10.1371/journal.pone.0066986Maltsev S. V., Mansurovа G. S. Cнto takoye bioplenka? [What is biofi lm?]. Prakticheskaya meditsina – Practical medicin, 2011, no. 53, pp. 7–10.Мальцев С.В., Мансурова Г. Ш. Что такое биопленка? Практическая медицина. – 2011. – № (53). – С. 7–10.Ardatskaya M. D., Bel’mer S.V., Dobritsa V. P., et al. Сolon dysbacteriosis (dysbiosis): modern state of the problem, comprehensive diagnosis and treatment correction. Eksperimental’naya i Klinicheskaya Gastroenterologiya. 2015, vol. 117 (5), pp. 13–50.Ардатская М.Д., Бельмер С. В., Добрица В. П., Захаренко С. М., Лазебник Л. Б., Минушкин О. Н., Орешко Л. С., Ситкин С. И., Ткаченко Е. И., Суворов А. Н., Хавкин А. И., Шендеров Б. А. Дисбиоз (дисбактериоз) кишечника: современное состояние проблемы, комплексная диагностика и лечебная коррекция. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. – 2015. – N5. – С. 13–50.Bukharin O. V. Simbioticheskiye vzaimootnosheniya mikroorganizmov pri infektsii [Symbiotic interactions of microorganisms during infection]. Zнurn. mikrobiol. – Zhurnal Mikrobiologii Epidemiologii i Immunologii, 2013, no.1, pp. 93–97.Бухарин О. В. Симбиотические взаимоотношения микроорганизмов при инфекции. Журн. микробиол. – 2013. – № 1. – С. 93–97.Rybal’chenko O.V., Bondarenko V. M. Obrazovaniye bioplenok simbiontnymi predstavitelyami mikrobioty kishechnika kak forma sushchestvovaniya bakteriy [Biofilm formation by symbiotic representatives of gut microbiota as a form of bacteria existence]. Vestnik Sankt-Peterburgskogo universiteta. Meditsina. – Bulletin of St. Petersburg university. Medicine, 2013, no.1, pp. 179–186.Рыбальченко О.В., Бондаренко В. М. Образование биопленок симбионтными представителями микробиоты кишечника как форма существования бактерий. Вестник Санкт-Петербургского университета. Медицина. – 2013. – № 1. – С. 179–186Rybal’chenko O.V., Orlova O. G., Larionov I. V., Potokin I. L., Cherkasova G. V. Impact of chitosane on biofilms of pathogenic bacteria Staphylococcus aureus and Pseudomonas indica. Proceedings of the RAS Ufa Scientific Centre, 2018, no.3–2, pp. 27–30. doi:10.31040/2222–8349–2018–2–3–27–30Рыбальченко О.В., Орлова О. Г., Ларионов И. В., Потокин И. Л., Черкасова Г. В. Воздействие хитозана на биопленки условно патогенных бактерий Staphylococcus aureus и Pseudomonas indica. Известия Уфимского научного центра Российской академии наук. – 2018. – № 3–2. – С. 27–30. doi:10.31040/2222–8349–2018–2–3–27–30Рыбальченко О.В., Орлова О. Г., Ларионов И. В., Потокин И. Л., Черкасова Г. В. Воздействие хитозана на биопленки условно патогенных бактерий Staphylococcus aureus и Pseudomonas indica. Известия Уфимского научного центра Российской академии наук. – 2018. – № 3–2. – С. 27–30. doi:10.31040/2222–8349–2018–2–3–27–30

The authors declare that there are no conflicts of interest present.