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
-
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.
-
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.
-
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.