The influence of interspecific interactions of members of the normal skin microbiota on sensitivity to antibiotics

Abstract

В данной работе было рассмотрено одно из возможных решений проблемы антибиотикорезистентности. Была предпринята попытка глубже проанализировать вопрос значимости влияния межвидовых взаимоотношений представителей нормальной микробиоты на чувствительность к антимикробным препаратам. Устойчивость к антибиотикам является сегодня одной из наиболее серьезных угроз для здоровья человечества, продовольственной безопасности и развития, о чем подчеркивается в докладе Всемирной организации здравоохранения «Устойчивость к противомикробным препаратам: глобальный доклад по эпиднадзору». Нерациональное использование антибиотиков и их неправильное применение в ветеринарии ускоряет этот процесс. Все больше инфекционных заболеваний – например, пневмонию, туберкулез, гонорею и сальмонеллез – становится труднее лечить из-за снижения эффективности данных препаратов. Следствием устойчивости к антимикробным препаратам являются более продолжительные госпитализации, рост медицинских расходов и смертности. Сложившаяся ситуация стимулирует поиск альтернативной антимикробной терапии. Учитывая сложность изобретения новой химической молекулы в борьбе с инфекцией без побочного влияния на организм человека, то одним из возможных решений данной проблемы может быть изучение вопроса межвидовых взаимодействий бактерий. Выявление новых антибактериальных эффектов супернатанов бактериальных культур поможет понять молекулярные механизмы регуляции микробных сообществ на клеточном и популяционном уровнях. Целью данной работы являлось определить наличия влияния межвидовых взаимодействий представителей нормобиоты на их чувствительность к антимикробным препаратам. Для решения этого вопроса были поставлены следующие задачи: 1. Оценить изменения роста планктонных форм клеток и изменения процессов биопленокообразования при добавлении супернатантов чужеродных штаммов кокков в ростовую среду. 2. Провести анализ биосовместимости и установить характер взаимоотношений выделенных штаммов кокков. 3. Исследовать влияния супернатантов грамположительных кокков на их чувствительность к антибиотикам. В качестве объекта исследования с кожи здоровых лиц были выделены три культуры грамположительных кокков Micrococcus luteus 1, Staphylococcus aureus 4 и Staphylococcus aureus 6. Чувствительность культур к антимикробным препаратам определяли методом дисков: гентамицин 10 мкг, бензилпенициллин 10 мкг, ципрофлоксацин 5 мкг, амоксицикллин 10 мкг, оксациллин 1 мкг, ванкомицин 30 мкг. Культуры микроорганизмов выращивали в бульоне с сердечно-мозговой вытяжкой и на агаризованной среде MacConkey Media. В состав опытных проб вводили супернатант бактерий разных видов. После инкубации чашек в термостате при температуре 37°С в течение 18-24 ч. учитывали результат путем измерения диаметра зоны подавления роста (HiAntibiotic ZoneScaleTM-C). Для определения биосовместимости кокков, их выращивали в бульоне с сердечно-мозговой вытяжкой. В опыте в каждую культуру добавляли супернатанты от двух других видов бактерий по отдельности. Рост бактерий оценивали на спектрофотометре при длине волны 540 нм. Биопленкообразование рассчитывали методом O’Toole при длине волны 570 нм. Биосовместимость штаммов определяли по формуле В= ((РСо/РСк - 1)+(БПо/БПк - 1))/2*100%. В результате работы был установлен характер взаимоотношений клеток трех штаммов кокков, проявляющийся в ярко выраженном антагонизме и неспособности образовывать биосовместимые пары. Также было отмечено, что добавление супернатантов чужеродных штаммов кокков в ростовую среду приводило к подавлению роста планктонных форм клеток и одновременному усилению процесса биопленкообразования. Интенсивное биопленкообразование при воздействии бактериоциноподобных субстанций подтверждает способность планктонных клеток активно адгезироваться к поверхностям, образовывать защитные структуры и формировать биоплёночную форму микробных сообществ с повышенной устойчивостью к антагонистическому воздействию других микроорганизмов Вторая часть исследования показала, что присутствие супернатанта Micrococcus luteus 1 увеличивает чувствительность стафилококков к антибиотикам. Так супернатант Micrococcus luteus 1 в сочетании с ципрофлоксацином увеличили чувствительность Staphylococcus aureus 4 на 18 мм и Staphylococcus aureus 6 на 19 мм по сравнению с контролем. А также супернатант Micrococcus luteus 1 в сочетании с амоксициллином увеличил зону подавления роста Staphylococcus aureus 4, на 26 мм по сравнению с контролем. Полученные данные не только свидетельствуют о высокой антибактериальной активности супернатанта данного кокка, но и расширяют наши представления о возможностях использования микроорганизмов в борьбе с патогенными формами бактерий, и говорит об увеличении с их помощью эффективности использования уже известных антибактериальных средств.

Antibiotic resistance is now one of the most serious threats to human health, food security, and development, as highlighted in the World Health Organization's report "Antimicrobial Resistance: a Global Surveillance Report". More and more infectious diseases – for example, pneumonia, tuberculosis, gonorrhea, and salmonellosis – are becoming more difficult to treat due to the reduced effectiveness of these drugs. Antimicrobial resistance results in longer hospitalizations, higher medical costs, and increased mortality. The current situation encourages the search for alternative antimicrobial therapy. It is probably necessary to identify new antibacterial effects of bacterial culture supernatants. This will help to understand the molecular mechanisms of the regulation of microbial communities at different levels. This work aimed to determine the influence of interspecific interactions of representatives of normal microbiota on their sensitivity to antimicrobial drugs. Three cultures of Gram-positive cocci Micrococcus luteus 1, Staphylococcus aureus 4, and Staphylococcus aureus 6 were isolated from the skin of healthy individuals. The sensitivity of the cultures to antimicrobial drugs was determined by the disk method: gentamicin 10 mcg, benzylpenicillin 10 mcg, ciprofloxacin 5 mcg, amoxicillin 10 mcg, oxacillin 1 mcg, vancomycin 30 mcg. A special formula was used to determine the biocompatibility of cocci. As a result of the work, the nature of the relationship between the cells of the three cocci strains was established. Bright antagonism and inability to form biocompatible pairs were recorded. It was also noted that the addition of supernatants of foreign cocci strains to the growth medium led to the suppression of the growth of planktonic cell forms and the simultaneous enhancement of the biofilm formation process. The data obtained not only indicate the high antibacterial activity of the supernatant of this coccus. But they also expand our understanding of the possibilities of using microorganisms in the fight against pathogenic forms of bacteria. And we see the possibility of using them to increase the effectiveness of the use of already known antibacterial drugs.