Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

PHENOTYPIC CHARACTERISTICS OF S.AUREUS POPULATIONS ISOLATED FROM DIFFERENT CATEGORIES OF CARRIERS

Kramar L.V. 1 Zhadchenko Y.V. 1 Khlynina Y.O. 1 Rodionova N.V. 1
1 Volgograd State Medical University, Volgograd
Проведено изучение 78 штаммов S. aureus, выделенных со слизистых оболочек носовых ходов здоровых людей. У всех культур были изучены лизоцимная и антилизоцимная активности, способность инактивировать бактериальную составляющую препарата интерферон и антикомплементарную активность. Установлено, что среди изолятов, колонизирующих носовые ходы лиц, не занятых в медицине, преобладали штаммы, очень вариабельные по набору изучаемых признаков, тогда как у S.aureus, колонизирующих носовые ходы медицинского персонала многопрофильного соматического стационара, в 65,9% регистрировали культуры полным набором изучаемых признаков. Это свидетельствовало о том, что наибольшая степень фенотипического полиморфизма характерна для стафилококков, колонизирующих носовые ходы обычных бактерионосителей. Комплексное влияние госпитальной среды проявляется в модификации S.aureus. Популяция стафилококков, выделенных от медицинского персонала, характеризуется низким биологическим разнообразием и высоким вирулентным потенциалом, что обеспечивает им высокие возможности для сукцессии в другие экологические ниши организма человека.
The study tested 78 strains of S. aureus isolated from the mucous membranes of nares of healthy people. Lysozymic and antiliysozymic activity, the ability to inactivate the bacterial component of the drug interferon and anticomplementary activity were studied in all samples. It was found that isolates colonizing the nares of persons not employed in medicine, were very variable on a set of all the studied signs. Among species, colonizing the nasal mucosa of hospital staff, dominated culture with a full range of studied traits – 65,9%. This fact confirmed that the highest degree of phenotypic polymorphism was characteristic for S.aureus population colonizing the nares of conventional carriers. Complex influence of hospital environment is expressed in the modification of the phenotypic characteristics of S.aureus. The population of S.aureus isolated from medical staff characterized by low biodiversity and high virulence potential. Those properties give them the advantages and high potential for biological succession to other ecological regions of the human body.
Staphylococcus
S.aureus
healthy carrier state
factors of bacterial persistence
1. Bondarenko V.M., Mavzyutov A.R., Golkocheva E. Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology, 2002, no. 2, pp. 84–90.
2. Bukharin O.V., Gritsenko V.A., Deryabin D.G. Journal of Microbiology, 1997, no. 3, pp. 34–39.
3. Bukharin O.V. Journal of Microbiology, 2000, no. 4, pp. 4–7.
4. Bukharin O.V., Usvyatsov B.Ya., Kartashov O.L., Kirgizov S.B., Parshuta L.I. Diagnostica i sanatsiya stafilokokkovykh nositeley: metodicheskie recomendatsii [Guidelines: Diagnostic and Rehabilitation of staphylococcal carriers], Moscow, 2001.
5. Kramar L.V. Bulletin of the Russian Academy of Medical Sciences, 2002, no. 8, pp. 37–40.
6. Kramar O.G., Savchenko T.N. Bulletin of Volgograd State Medical University, 2010, no.2, pp. 3–7.
7. Deurberg R.H., Stobberingh E.E. Infect. Genet. Evol., 2008, Vol.8, pp.747-763.
8. Kluytmans J., van Belkum A., Verbrugh H. Clin. Microb. Rev., 1997, Vol. 10, no. 3, pp. 505–520.

Регуляция микробного биоценоза в экологической нише обеспечивается множеством фактов, в том числе явлениями микробного антагонизма, продукцией антибиотиков, бактериоцинов, лизоцима и др. [1]. Но основным их них является феномен биологического разнообразия, особенно важный для убиквитарных бактерий, к которым относятся стафилококки, чей жизненный цикл сопряжен с миграционными процессами и периодической сменой хозяина и экологических ниш [7, 8].

Для сохранения вида стафилококки должны постоянно приспосабливаться к существованию в конкретных условиях, определяющихся целой совокупностью факторов среды обитания [6] . Освоение микроорганизмами колонизируемых биотопов должно сопровождаться изменением не одного признака, а целого набора фенотипических характеристик, т.е. их биопрофиля [2, 5].

Целью работы явилось изучение биологических свойств S. aureus в зависимости от источника выделения.

Материалы и методы исследования

Для определения особенностей внутривидового фенотипического разнообразия были изучены секретируемые факторы 78 штаммов S. aureus, полученных со слизистых оболочек носовых ходов 2 категорий здоровых бактерионосителей. Выделение и идентификацию культур осуществляли общепринятыми методами [4]. Первую группу (I) составили 37 культур, колонизирующих носовые ходы людей, не занятых в медицине (обычные бактерионосители), вторую (II) - 41 изолят от персонала соматических стационаров, имеющих стаж практической работы 3 и более лет. В процессе исследования у всех культур были изучены лизоцимная (ЛА), антилизоцимная (АЛА) и антикомплементарная активность (АКА), а также способность инактивировать бактериальную составляющую препарата интерферон (анти-БИ) [4].

Результаты исследования и их обсуждение

Проведенные исследования выявили широкое распространение исследуемых признаков у стафилококков. Нами были установлены достоверные различия, как по частоте встречаемости, так и по уровню выраженности изучаемых признаков. Полученные данные представлены в табл. 1.

Из данных таблицы следует, что у культур, выделенных от бактерионосителей 1 группы, наиболее часто регистрировали наличие продукции лизоцима (62,2%) с высокими средними значениями признака (5,08 ± 4,00 у.е.). Напротив штаммы, полученные от медицинского персонала, утрачивали данную способность. Так, ЛА обладали только 53,6% культур, а уровень секреции лизоцима был достоверно ниже, чем в группе сравнения, составляя 1,75 ± 1,73 у.е. (p < 0,05).

Таблица 1

Распространенность и выраженность факторов персистенции стафилококков, выделенных со слизистой оболочки носовых ходов здоровых людей

Исследуемый фактор персистенции

Категория носителей

обычный контингент I группа

медицинский персонал II группа

частота обнаружения, %

выраженность признака, М ± m

частота обнаружения, %

выраженность признака, М ± m

Лизоцимная активность (у.е.)

62,2

5,08 ± 4,00

53,6

1,75 ± 1,73*

Антилизоцимная активность (мкг/мл)

45,9

1,05 ± 1,13

97,6

5,02 ± 1,59*

Способность инактивировать бактериальную составляющую препарата интерферон (у.е.)

48,6

0,81 ± 0,65

82,9

2,24 ± 1,26*

Антикомплементарная активность (мкг/мл)

40,5

2,56 ± 3,05

82,9

6,34 ± 1,61*

Примечание: * достоверность установленных различий.

Напротив, другие тестируемые субстанции показывали увеличение признака и характеризовались высокими персистентными характеристиками, направленными на деградацию факторов неспецифической резистентности. Так, абсолютное большинство обладало способностью деградировать лизоцим (97,6%) (45,9% в группе сравнения), при этом способность стафилококков продуцировать данный фактор увеличивалась в 5 раз (5,02 ± 1,59 против 1,05 ± 1,13 мкг/мл) (p < 0,05).

Общеизвестно, что деградация лизоцима - антилизоцимная активность, является важным условием, способствующим закреплению микроорганизмов в экологической нише. Она сообщает бактериям устойчивость к фагоцитозу, действию внеклеточного лизоцима и создает селективные преимущества в биоценозе перед микробами-антагонистами, продуцирующими мурамидазу [3]. Наличие данного признака у S.aureus закономерно и биологически целесообразно. Стафилококки, находящиеся на слизистых оболочках, прежде всего, преодолевают местный иммунитет, напряженность которого во многом зависит от уровня тканевого лизоцима.

Несколько реже регистрировали способность инактивировать бактериальную составляющую интерферона и антикомплементарную активность.

При анализе данных табл. 1 видно, что способность инактивировать бактериальную составляющую препарата интерферон была зарегистрирована у 82,9% изолятов II группы (48,6% в группе сравнения), при этом среднее значение признака было 2,24 ± 1,26 у.е. С такой же частотой выявляли S.aureus, обладающих антикомплементарной активностью, при этом среднее зна- чение составило 6,34 ± 1,61 мкг/мл. В группе сравнения эти показатели были достоверно ниже (0,81 ± 0,65 и 2,56 ± 3,05 мкг/мл соответственно) (p < 0,05).

Таким образом, в популяции S. aureus, колонизирующих слизистые оболочки бактерионосителей II группы, преобладали штаммы с высокими показателями АЛА, анти-БИ и АКА, тогда как в первой активность секреции факторов персистенции была низкой.

Не подлежит сомнению факт, что для сохранения вида микроорганизмы должны постоянно приспосабливаться к существованию в конкретных экологических нишах, обладающих уникальными специфическими свойствами. Это проявляется в модификации или появлении у них целого комплекса особых фенотипических характеристик, т.е. определенного биопрофиля [2].

В связи с этим представлялось интересным изучение экологической детерминированности фенотипической вариабельности и направленности полиморфизма S. aureus по факторам персистенции.

Сравнительный анализ характеристик выделенных культур позволил говорить о существовании ряда закономерностей, характеризующих политипичность золотистых стафилококков в зависимости от категории бактерионосителей. Полученные данные представлены в табл. 2.

Таблица 2

Встречаемость фенотипических признаков S.aureus в зависимости от категории бактерионосителей

Сочетания изучаемых признаков

Здоровые бактерионосители

I группа

Медицинский персонал

II группа

абс.

%

абс.

%

АЛА

анти-БИ

АК

 

 

 

 

-

-

-

5

13,5

0

0

+

-

-

9

24,3

1

2,4

-

+

-

5

13,5

0

0

-

-

+

3

8,1

0

0

+

+

-

3

8,1

6

14,6

+

-

+

3

8,1

6

14,6

-

+

+

6

16,2

1

2,4

+

+

+

3

8,1

27

65,9

Из данных табл. 2 следует, что у стафилококков, выделенных со слизистых оболочек здоровых людей, распределение выделенных культур по наличию факторов персистенции было равномерным. Среди них регистрировали как штаммы с отсутствием таковых (13,5%), так и полным набором последних (8,1%). У 45,9% обнаруживалось по 1 признаку, а по 2 фактора в различных сочетаниях - у 32,4% изолятов. Таким образом, популяция стафилококков, колонизирующих обычных бактерионосителей, была очень вариабельна по возможности продукции персистентных факторов.

У стафилококков, выделенных от медицинского персонала, преобладали штаммы с полным набором изучаемых признаков - 65,9%, а 29,2% - имели 2 из них. Только 1 изолят S.aureus обладал антилизоцимной активностью как монопризнаком, а культур с отсутствием секретируемых факторов обнаружено не было.

Таким образом, наибольшая степень фенотипического полиморфизма была установлена для стафилококков, выделенных со слизистых оболочек обычных бактерионосителей, тогда как у медицинского персонала популяция характеризовалась низким биологическим разнообразием с преобладанием штаммов с высоким вирулентным потенциалом.

Данное положение нашло подтверждение в сравнении индексов богатства фенотипа (БФ) и коэффициенте реализации фенотипа (КР) изучаемых групп [2]. Полученные данные представлены на рисунке.

 

Значения коэффициентов богатства фенотипов (БФ) и реализации фенотипов (КР) популяции S. aureus в зависимости от экологии выделения

Количество потенциальных вариантов фенотипов на основе изучаемых признаков составляло 8. Все эти варианты были полностью реализованы в популяции S.aureus, выделенных от обычных бактерионосителей (индекс БФ - 8,0). Тогда как в группе сравнения его значения были меньше, составляя 5,0. Коэффициент реализации фенотипов, рассчитанный как отношение числа выявленных вариантов к их теоретически возможному количеству, также был выше в I группе (1,0), тогда как во II - 0,62. Все это свидетельствовало об обеднении фенотипического разнообразия стафилококков у медицинского персонала.

Данные рисунка наглядно демонстрируют различия в степени фенотипического разнообразия S.aureus в зависимости от экологии выделения. Для группы стафилококков, заселяющих слизистые оболочки лиц I группы, были характерны более высокие показатели индексов, отражающих как число возможных фенотипов, так и богатство доминирующих биопрофилей. В организме людей, постоянно пребывающих в условиях медицинского стационара, происходит обеднение их биологического разнообразия по сравнению с «оптимальной» эконишей. Подобные изменения, с одной стороны, свидетельствуют об усилении патогенных свойств микроорганизмов, с другой, являются следствием направленной селекции клонов, более адаптированных к конкретным условиям обитания.

Таким образом, слизистые оболочки носовых ходов здоровых бактерионосителей являются оптимальной эконишей для S. aureus, в которой поддерживается высокая степень их гетерогенности. Это обеспечивает высокие возможности для их транслокации в другие экологические ниши.

Стафилококки, колонизирующие медицинский персонал, подвергаются действию селективных факторов, вследствие чего они модифицируют свою фенотипическую структуру, обеспечивающую им динамическое равновесие со средой обитания.

Выводы

  1. Комплексное влияние факторов госпитальной среды приводит к модификации популяции S.aureus, колонизирующих носовые ходы здоровых бактерионосителей, что проявляется в появлении у них целого комплекса особых фенотипических характеристик, т.е. определенного био- профиля.
  2. Популяция стафилококков, выделяемых со слизистых оболочек медицинского персонала, характеризуется низким биологическим разнообразием с преобладанием штаммов с высоким вирулентным потенциалом, что может являться фактором, обеспечивающим им высокие возможности для транслокации в другие экологические ниши.
  3. Изучение факторов персистенции S.aureus позволяет проводить дифференциацию источника изолятов и оценивать его эпидемиологическую значимость.

Рецензенты:

  • Иоанниди Е.А., д.м.н., заведующая кафедрой инфекционных болезней с эпидемиологией, тропической медициной ГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет Минздравсоцразвития РФ», г. Волгоград;
  • Волчанский Е.И., д.м.н., профессор, профессор кафедры детских болезней педиатрического факультета ГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет Минздравсоцразвития РФ», г. Волгоград.

Работа поступила в редакцию 22.02.2012.