Исследование пробиотической активности метаболитов бактерий Bacillus subtilis при экспериментальном дисбиозе у мышей

Актуальность. Перспективные средства для коррекции дисбиоза — метабиотики, препараты на основе метаболитов пробиотических микроорганизмов. В опытах in vitro бактерии Bacillus subtilis (штаммы 3H и 1719) в процессе культивирования синтезируют метаболиты, обладающие пробиотическими свойствами. Представляет интерес исследование влияния данных метаболитов in vivo на мукозную микробиоту толстого кишечника в условиях экспериментального дисбиоза (у мышей) и оценка возможности их применения в качестве метабиотиков в медицине.

Цель. Изучить пробиотическую активность метаболитов бактерий B. subtilis 3H и B. subtilis 1719 в сравнении с показателями коммерческого метабиотика при антибиотик-ассоциированном дисбиозе у мышей.

Материалы и методы. Работа проводилась на мышах линии BALB/c, массой 18–20 г. Экспериментальный дисбиоз моделировали при помощи внутрибрюшинного введения гентамицина. Для коррекции развившихся нарушений животным опытных групп в течение 21  сут  интрагастрально вводили  метаболиты  штаммов B. subtilis, иммобилизованные на сорбенте, а в группе сравнения — коммерческий метабиотик, содержащий метаболиты штамма B. subtilis ВКПМ № В-2335(3)3. Мукозную микробиоту толстого кишечника мышей качественно и количественно оценивали посредством бактериологического метода. Выросшие колонии микроорганизмов идентифицировали при помощи масс-спектрометрии MALDI-TOF.

Результаты. Экспериментальный антибиотик-ассоциированный дисбиоз толстого  кишечника мышей проявился в снижении количества доминантной микробиоты и росте условно-патогенных микроорганизмов. Введение исследуемых метаболитов в течение 7 сут привело во всех опытных группах к нормализации содержания бактерий Lactobacillus; наилучшие показатели выявлены у животных, которым вводили штамм B. subtilis 3H, видовой состав лактобацилл соответствовал интактным мышам. Восстановление содержания лактозопозитивной кишечной палочки (E. coli lac+) достигло 100%. После 21 сут  применения метаболитов B. subtilis 3H зафиксирована элиминация бактерий Rodentibacter spp., Aerococcus spp., грибов Trichosporon spp., Kazachstania spp. Метаболиты штамма B. subtilis 1719 способствовали элиминации  грибов  Trichosporon spp.,  однако  не  влияли   на   количество Kazachstania spp. При введении коммерческого метабиотика выявлена элиминация Enterococcus spp., Kazachstania spp. и  Trichosporon spp.,  при  этом не  отмечено воздействия на Rodentibacter spp. и Aerococcus spp.

Выводы. Метаболиты штаммов B. subtilis 3H и 1719 способствовали восстановлению качественного и количественного состава микробиоценоза толстого кишечника в условиях антибиотик-ассоциированного дисбиоза у мышей. Выявленные различия в процессах нормализации микробиоценоза в разных группах животных указывают на вариативность специфической активности бактерий B. subtilis.

1. Бухарин ОВ, Перунова НБ. Роль микробиоты в регуляции гомеостаза организма человека при инфекции. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2020;97(5):458–67. https://doi.org/10.36233/0372-9311-2020-97-5-8

2. Shenderov BA, Sinitsa AV, Zakharchenko MM, Lang C. Metabiotics: Present state, challenges and perspectives. Springer International Publishing; 2020. https://doi.org/10.1007/978-3-030-34167-1

3. Михайлова НА, Воеводин ДА, Лазарев СА. Современные представления о про-/эукариотических взаимодействиях организма человека — основа создания нового поколения пробиотических препаратов. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2020;97(4):346–55. https://doi.org/10.36233/0372-9311-2020-97-4-7

4. Hou K, Wu ZX, Chen XY, Wang JQ, Zhang D, Xiao C, et al. Microbiota in health and diseases. Signal Transduct Target Ther. 2022;7(1):135. https://doi.org/10.1038/s41392-022-00974-4

5. Kato I, Sun J. Microbiome and diet in colon cancer development and treatment. Cancer J. 2023;29(2): 89–97. https://doi.org/10.1097/PPO.0000000000000649

6. Несвижский ЮВ. Изучение изменчивости кишечного микробиоценоза человека в норме и патологии. Вестник Российской академии медицинских наук. 2003;(1):49–54. EDN: OHAQDJ

7. Успенский ЮП, Барышникова НВ. Дисбиоз кишечника и антибиотик-ассоциированная диарея в условиях стационара: профилактика и коррекция. Врач. 2019;(12):81–85. https://doi.org/10.29296/25877305-2019-12-21

8. Weiss GA, Hennet T. Mechanisms and consequences of intestinal dysbiosis. Cell Mol Life Sci. 2017;74(16):2959–77. https://doi.org/10.1007/s00018-017-2509-x

9. Żołkiewicz J, Marzec A, Ruszczyński M, Feleszko W. Postbiotics — a step beyond pre- and probiotics. Nutrients. 2020;12(8):2189. https://doi.org/10.3390/nu12082189

10. Шендеров БА, Ткаченко ЕИ, Лазебник ЛБ, Ардатская МД, Синица АВ, Захарченко ММ. Метабиотики — новая технология профилактики и лечения заболеваний, связанных с микроэкологическими нарушениями в организме человека. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2018;151(3):83–92.

11. Олескин АВ, Шендеров БА. Пробиотики, психобиотики и метабиотики: проблемы и перспективы. Физическая и реабилитационная медицина, медицинская реабилитация. 2020;2(3):233–43. https://doi.org/10.36425/rehab25811

12. Забокрицкий НА. Биологически активные вещества, синтезируемые пробиотическими микроорганизмами родов Bacillus и Lactobacillus. Журнал научных статей «Здоровье и образование в XXI веке». 2015;17(3):80–90.

13. Ilinskaya ON, Ulyanova VV, Yarullina DR, Gataullin IG. Secretome of intestinal bacilli: a natural guard against pathologies. Front Microbiol. 2017;(8):1666. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.01666

14. Stein T. Bacillus subtilis antibiotics: structures, syntheses and specific functions. Mol Microbiol. 2005;56(4):845–57. https://doi.org/10.1111/j.1365-2958.2005.04587.x

15. Волков МЮ, Васильев ПГ, Воробейчиков ЕВ, Синица АВ, Рогожин АЗ, Котельников РВ. Препарат для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта «Бактистатин». Патент Российской Федерации № 2287335;2006. EDN: OUOWIH

16. Михайлова НА, Кузнецова ТН, Кунягина ОВ. Штамм бактерий Bacillus subtilis, несущий свойство антибиотикорезистентности, используемый для получения препарата «Бактиспорин». Патент Российской Федерации № 2067616;1996. EDN: ZALBXX

17. Михайлова НА, Гатауллин АГ. Штамм бактерий Bacillus subtilis 1719 — продуцент антагонистически активной биомассы в отношении болезнетворных микроорганизмов, а также протеолитических, амилолитических и липолитических ферментов. Патент Российской Федерации № 2298032;2007. EDN: TPVIMS

18. Лазарев СА, Арзуманян ВГ, Михайлова НА. Влияние состава питательной среды на прирост биомассы и синтез противомикробных метаболитов пробиотических штаммов Bacillus subtilis. Бактериология. 2021;6(2):38–42. EDN: KGFVMJ

19. Авдеева ЮА, Калуцкий ПВ, Королев ВА, Медведева ОА, Веревкина НА, Калуцкий АП. Коррекция последствий окислительного стресса в условиях экспериментального дисбиоза с применением мексидола. Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2017;(4):43–7. EDN: ZVEWCF

20. Ефимов БА, Кафарская ЛИ, Коршунов ВМ. Современные методы оценки качественных и количественных показателей микрофлоры кишечника и влагалища. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2002;(4):72–8. EDN: MPKMLJ

21. Несвижский ЮВ, Богданова ЕА, Зверев ВВ, Воробьев АА. Микробиоценоз пристеночноro муцина желудочно-кишечного тракта крыс с индуцированным дисбиозом. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2007;(3):57–60. EDN: HFNMCE

22. Qiao H, Duffy LC, Griffiths E, Dryja D, Leavens A, Rossman J, et al. Immune responses in rhesus rotavirus-challenged BALB/c mice treated with bifidobacteria and prebiotic supplements. Pediatr Res. 2002;51(6):750–5. https://doi.org/10.1203/00006450-200206000-00015