COLONIZATION RESISTANCE AND INTESTINAL MICROBIOTA AS FACTORS OF COUNTERACTION TO THE DEVELOPMENT OF INTESTINAL INFECTIONS (REVIEW)
Abstract
With the continuing trend of an increase in the incidence of acute intestinal infections in children in early childhood in recent years, the importance of bacterial pathogens of a conditionally pathogenic nature has remained. The issues of etiological and epidemiological signifi cance of conditionally pathogenic enterobacteria in children without signs of immunodefi ciency remain unresolved. There are many levels of protection of the human body from pathogens, which are realized through direct mechanisms of interaction between microbes, and indirect mechanisms mediated by stimulation of the immune system of the mucous membrane by indigenous representatives of the microbiota. Bacteriocins of commensal bacteria can inhibit pathogenic and opportunistic microorganisms, participating in the formation of the structure of the microbiota of the gastrointestinal tract. Colonization resistance of intestinal mucous membranes and colonization activity of microbes are directly opposite, but interrelated processes. Conditionally pathogenic enterobacteria acquire pathogenicity properties and become dangerous pathogens of infectious diarrhea under certain conditions that are created when the properties of the environment change. The intestinal microbiota, depending on its condition, is actively involved in the prevention, but sometimes also in provoking diarrheal diseases. Currently, Klebsiella pneumoniae plays a leading role among the opportunistic pathogens of intestinal infections of community-acquired origin in children of the fi rst three years of life.
References
О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2022 году: Государственный доклад. М.: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. 2023.
Сергевнин В.И. Современные тенденции в многолетней динамике заболеваемости острыми кишечными инфекциями бактериальной и вирусной этиологии. Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2020; 19(4): 14–9.
Карпович Г.С., Васюнин А.В., Краснова Е.И., Дегтярев А.И. Эпидемиологические и лабораторные особенности кишечных инфекций вирусной этиологии у детей первого года жизни в Новосибирске. Сибирский медицинский вестник. 2020; 2: 35–40.
Ковалев О.Б., Молочкова О.В., Коняев К.С. и др. Этиология и клинические проявления острых кишечных инфекций у детей, по данным стационара за 2016–2018 гг. Детские инфекции. 2019; 18(2): 54–7.
Мурзабаева Р.Т., Мавзютов А.Р., Валишин Д.А. Клинико-иммунологические параллели при острых кишечных инфекциях, вызванных условно-патогенными энтеробактериями. Инфекционные болезни. 2018; 16(4): 79–85.
Гончар Н.В., Ермоленко К.Д., Климова О.И. и др. Бактериальные кишечные инфекции с синдромом гемоколита у детей: этиология, лабораторная диагностика. Медицина экстремальных ситуаций. 2019; 1: 90–104.
Бондаренко В.М., Рыбальченко О.В. Оценка микробиоты и пробиотических штаммов с позиций новых научных технологий. Фарматека. 2016; 11(324): 21–33.
Murphy C., Clegg S. Klebsiella pneumoniae and type 3 fimbriae: nosocomial infection, regulation and biofilm formation. Future Microbiol. 2012; 7 (8): 991–1002. DOI: 10.2217/fmb.12.74.
Минушкин О.Н., Елизаветина Г.А., Ардатская М.Д. Нарушения баланса микрофлоры и ее коллекция. Эффективная фармакотерапия. 2013; 41: 16–20.
Lawley T.D., Walker A.W. Intestinal colonization resistance. Immunology. 2013; 38(1): 1–11. DOI: 10.1111/j.1365-2567.2012.03616.x.
Lammers K.M., Brigidi P., Gionchetti B.V.P. et al. Immunomodulatory effects of probiotic bacteria DNA: IL-1 and IL-10 response in human peripheral blood mononuclear cells. FEMS Immunology & Medical Microbiology. 2003; 38(2): 165–72. DOI: 10.1016/S0928-8244(03)00144-5.
Eckburg P.B., Bik E.M,. Bernstein C.N. et al. Diversity of the Human Intestinal Microbial Flora. Science. 2005; 308(5728): 1635–8. DOI: 10.1126/science.1110591.
Николаева И.В., Царегородцев А.Д., Шайхиева Г.С. Формирование кишечной микробиоты ребенка и факторы, влияющие на этот процесс. Рос. вестн. перинатол. и педиатр 2018; 63(3): 13–8. DOI: 10.21508/1027-4065-2018-63-3-13-18.
Mariat D., Firmesse O., Levenez F. et al. The Firmicutes/Bacteroidetes ratio of the human microbiota changes with age. BMC Microbiology. 2009; 9: 123. DOI: 10.1186/1471-2180-9-123.
Dieterich W., Schink M., Zopf Y. Microbiota in the Gastrointestinal Tract. Med Sci (Basel). 2018; 6(4): 116. DOI: 10.3390/medsci6040116.
Pereira F.C., Berry D. Microbial nutrient niches in the gut. Environ Microbiol. 2017; 19(4): 1366–78. DOI: 10.1111/1462-2920.13659.
Liou C.W., Yao T.H., Wu W.L. Intracerebroventricular Delivery of Gut-Derived Microbial Metabolites in Freely Moving Mice. J. Vis. Exp. 2022; 184: e63972. DOI: 10.3791/63972.
Koh A., de Vadder F., Kovatcheva-Datchary P., Backhed F. From Dietary Fiber to Host Physiology: Short-Chain Fatty Acids as Key Bacterial Metabolites. Cell. 2016; 165: 1332–45. DOI: 10.1016/j.cell.2016.05.041.
Hopkins M.J., Macfarlane G.T. Nondigestible oligosaccharides enhance bacterial colonization resistance against Clostridium difficile in vitro. 2003; 69(4): 1920–7. DOI: 10.1128/AEM.69.4.1920-1927.2003.
McKenney P.T., Pamer E.G. From hype to hope: the gut microbiota in enteric infectious disease. Cell. 2015; 163(6): 1326–32. DOI: 10.1016/j.cell.2015.11.032.
Bin P., Tang Z., Liu S. Intestinal microbiota mediates Enterotoxigenic Escherichia coli-induced diarrhea in piglets. BMC Vet Res. 2018; 14(385). DOI: 10.1186/s12917-018-1704-9.
Zhang Y., Tan P., Zhao Y., Ma X. Enterotoxigenic Escherichia coli: intestinal pathogenesis mechanisms and colonization resistance by gut microbiota. Gut Microbes. 2022; 14(1): 2055943. DOI: 10.1080/19490976.2022.2055943.
Pace F., Rudolph S.E., Chen Y. et al. The Short-Chain Fatty Acids Propionate and Butyrate Augment Adherent-Invasive Escherichia coli Virulence but Repress Inflammation in a Human Intestinal Enteroid Model of Infection. 2021; 9(2): e0136921. DOI: 10.1128/Spectrum.01369-21.
Бондаренко В.М., Лиходед В.Г., Фиалкина С.В. Комменсальная микрофлора и эндогенные индукторы патофизиологических реакций врожденного иммунитета. Журнал микробиологии, эпидемиологии, иммунобиологии. 2015; 1: 81–5.
Soltani S., Hammami R., Cotter P.D. et al. Bacteriocins as a new generation of antimicrobials: toxicity aspects and regulations. FEMS Microbiol. Rev. 2021; 45: 1–24. DOI: 10.1093/femsre/fuaa039.
Donia S.M., Cimermancic P., Schulze C.J. et al. A systematic analysis of biosynthetic gene clusters in the human microbiome reveals a common family of antibiotics. Cell. 2014; 158(6): 1402–14. DOI: 10.1016/j.cell.2014.08.032.
Hanchi H., Hammami R., Gingras H. et al. Inhibition of MRSA and of Clostridium difficile by durancin 61A: synergy with bacteriocins and antibiotics. Future Microbiol. 2017; 12: 205–12. DOI: 10.2217/fmb-2016-0113.
Kumarasamy K., Toleman M.A., Walsh T.R. et al. Emergence of a new antibiotic resistance mechanism in India, Pakistan, and the UK: A molecular, biological, and epidemiological study. The Lancet Infectious Diseases. 2010; 10(9): 597–602. DOI: 10.1016/S1473-3099(10)70143-2.
Yu H., Li N., Zeng X. et al. A comprehensive antimicrobial activity evaluation of the recombinant microcin J25 against the foodborne pathogens Salmonella and E. coli O157:H7 by using a matrix of conditions. Front Microbiol. 2019; 10: 1954. DOI: 10.3389/fmicb.2019.01954.
Gomaa A.I., Martinent C., Hammami R. et al. Dual coating of liposomes as encapsulating matrix of antimicrobial peptides: development and characterization. Front Chem. 2017; 5: 103. DOI: 10.3389/fchem.2017.00103.
Dreyer L., Smith C., Deane S.M. et al. Migration of bacteriocins across gastrointestinal epithelial and vascular endothelial cells, as determined using in vitro simulations. Sci Rep 2019; 9: 1–11. DOI: 10.1038/s41598-019-47843-9.
McCaughey L.C., Ritchie N.D., Douce G.R. et al. Efficacy of species-specific protein antibiotics in a murine model of acute Pseudomonas aeruginosa lung infection. Sci Rep. 2016; 6: 30201. DOI: 10.1038/srep30201.
Osakowicz C., Fletcher L., Caswell J.L., Li J. Protective and Anti-Inflammatory Effects of Protegrin-1 on Citrobacter rodentium Intestinal Infection in Mice. Int J Mol Sci. 2021; 22(17): 9494. DOI: 10.3390/ijms22179494.
McGuckin M.A., Linden S.K., Sutton P., Florin T.H. Mucin dynamics and enteric pathogens. Nat Rev Microbiol. 2011; 9: 265e78. DOI: 10.1038/nrmicro2538.
Акиньшина А.И., Смирнова Д.В., Загайнова А.В. и др. Перспективы использования методов коррекции микробиоты при терапии воспалительных заболеваний кишечника. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2019; 29(2): 12–22. DOI: 10.22416/1382-4376-2019-29-2-12-22.
De Sá Almeida J.S., de Oliveira Marre A.T., Teixeira F.L. et al. Lactoferrin and lactoferricin B reduce adhesion and biofilm formation in the intestinal symbionts Bacteroides fragilis and Bacteroides thetaiotaomicron. Anaerobe. 2020; 64: 102232. DOI: 10.1016/j.anaerobe.2020.102232.
Caruso G., Giammanco A., Cardamone C. et al. Extra-Intestinal Fluoroquinolone-Resistant Escherichia coli Strains Isolated from Meat. Biomed Res Int. 2018: 8714975. DOI: 10.1155/2018/8714975.
Johnson J.R., Russo T.A. Extraintestinal pathogenic Escherichia coli: «The other bad E coli». The Journal of Laboratory and Clinical Medicine. 2002; 139(3): 155–62.
McKenney P.T., Pamer E.G. From hype to hope: The gut microbiota in enteric infectious disease. Cell. 2015; 163(6): 1326–36. DOI: 10.1016/j.cell.2015.11.032.
Мустаева Г.Б. Особенности течения клебсиеллезной инфекции по данным Самаркандской областной клинической больницы. Вестник науки и образования. 2020; 18-2 (96): 81–5.
Li B., Zhang J., Chen Y. et al. Alterations in microbiota and their metabolites are associated with beneficial effects of bile acid sequestrant on icteric primary biliary Cholangitis. Gut Microbes. 2021; 13(1): e1946366.
Tang R., Wei Y., Li Y. et al. Gut microbial profile is altered in primary biliary cholangitis and partially restored after UDCA therapy. Gut. 2018; 67: 534–71.
Хаертынов Х.С., Анохин В.А., Ризванов А.А. и др. Вирулентность и антибиотикорезистентность изолятов Klebsiella pneumoniae у новорожденных с локализованными и генерализованными формами клебсиеллезной инфекции. Российский вестник перинатальной патологии и педиатрии. 2018; 63(5): 139–46.
Bor M., Ilhan O. Carbapenem-Resistant Klebsiella pneumoniae Outbreak in a Neonatal Intensive Care Unit: Risk Factors for Mortality. Journal of Tropical Pediatrics. 2021; 67(3): fmaa057. DOI: 10.1093/tropej/fmaa057.
Королева И.В., Гончар Н.В., Березина Л.В., Суворов А.Н. Микробиологический и молекулярно-генетический анализ факторов патогенности K. pneumoniae, вызывающих острые кишечные инфекции у детей грудного возраста. Вестник Российской Военно-медицинской академии. 2008; 1(21): 107–13.
De Sales R., Leaden L., Migliorini L.B., Severino P. A Comprehensive Genomic Analysis of the Emergent Klebsiella pneumoniae ST16 Lineage: Virulence, Antimicrobial Resistance and a Comparison with the Clinically Relevant ST11 Strain. Pathogens. 2022; 11(12): 394. DOI: 10.3390/pathogens11121394.
Bengoechea J.A., Sa Pessoa J. Klebsiella pneumoniae Infection Biology: Living to Counteract Host Defences. FEMS Microbiology Review. 2019; 43(2): 123–44. DOI: 10.1093/femsre/fuy043.
Broberg C.A., Palacios M., Miller V.L. Klebsiella: a long way to go towards understanding this enigmatic jet-setter. F1000Prime Rep. 2014; 6: 64. DOI: 10.12703/P6-64. eCollection 2014.
Савилов Е.Д., Анганова Е.В., Духанина А.В., Чемезова Н.Н. Фенотипические маркеры патогенности у представителей семейства Enterobacteriaceae, выделенных от детей при острых кишечных инфекциях. Сибирский медицинский журнал (Иркутск). 2012; 113(6): 93–5.
Гончар Н.В., Коперсак А.К., Скрипченко Н.В. и др. Резистентность к антибактериальным препаратам и бактериофагам изолятов Klebsiella pneumoniae, выделенных от детей разного возраста с кишечными инфекциями. Детские инфекции. 2023; 22(1): 27–31. DOI: 10.22627/2072-8107-2023-22-1-27-31.
Qiu Y., Lin D., Xu Y. et al. Invasive Klebsiella pneumoniae Infections in Community–Settings and Healthcare Settings. Infect Drug Resist. 2021; 14: 2647–56.
Rakotondrasoa A., Passet V., Herindrainy P. et al. Characterization of Klebsiella pneumoniae isolates from a mother-child cohort in Madagascar. J Antimicrob Chemother. 2020; 75(7): 1736–46. DOI: 10.1093/jac/dkaa107.
Семенова Д.Р., Николаева И.В., Фиалкина С.В. и др. Частота колонизации «гипервирулентными» штаммами Klebsiella pneumoniae новорожденных и грудных детей с внебольничной и нозокомиальной клебсиеллёзной инфекцией. Российский вестник перинатологии и педиатрии. 2020; 65(5): 158–63. DOI: 10.21508/1027-4065-2020-65-5-158-163.
Харченко Г.А., Кимирилова О.Г. Клинико-эпидемиологические особенности острых кишечных инфекций, вызванных условно-патогенными энтеробактериями у детей раннего возраста. Лечащий Врач. 2021; 4(24): 37–41. DOI: 10.51793/OS.2021.62.72.007.
Тхакушинова Н.Х., Горелов А.В. Повторные острые кишечные инфекции ротавирусной этиологии у детей: особенности течения, факторы риска, условия развития и исходы. Инфекционные болезни. 2017; 15(1): 29–34. DOI: 10.20953/1729-9225-2017-1-29-34.
Rodríguez-Díaz J., García-Mantrana I., Vila-Vicent S. et al. Relevance of secretor status genotype and microbiota composition in susceptibility to rotavirus and norovirus infections in humans. Sci Rep. 2017; 7: 45559. DOI: 10.1038/srep45559.
Azagra-Boronat I., Massot-Cladera M., Knipping K. et al. Oligosaccharides Modulate Rotavirus-Associated Dysbiosis and TLR Gene Expression in Neonatal Rats. Cells. 2019; 8: 876. DOI: 10.3390/cells8080876.
Mizutani T., Aboagye S.Y., Ishizaka A. et al. Gut microbiota signature of pathogen-dependent dysbiosis in viral gastroenteritis. Sci Rep. 2021; 11(1): 13945. DOI: 10.1038/s41598-021-93345-y.
Wu P., Sun P., Nie K. et al. A Gut Commensal Bacterium Promotes Mosquito Permissiveness to Arboviruses. Cell Host & Microbe. 2019; 25(1): 101–12. DOI: 10.1016/j.chom.2018.11.004.
Чичерин И.Ю., Погорельский И.П., Колодкин А.М. и др. Роль колонизационной резистентности слизистой оболочки желудка и кишечника в развитии инфекций бактериальной природы желудочно-кишечного тракта. Инфекционные болезни. 2019; 17(3): 55–68. DOI: 10.20953/1729-9225-2019-3-55-68.
