rfhealthЗдравоохранение Российской ФедерацииHealth care of the Russian Federation0044-197X2412-0723Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0044-197X-2023-67-4-306-312revmrerfhealth-1317Research ArticleПРОФИЛАКТИКА ИНФЕКЦИОННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙPREVENTION OF INFECTIOUS DISEASESПрофилактика нозокомиальной диареи с применением аутоштаммов лактобактерий, выделенных из сточной воды и из кишечного биотопа пациентовPrevention of nosocomial diarrhea using autostrains of lactobacilli isolated from wastewater and from the intestinal biotope of patientshttps://orcid.org/0000-0003-4795-0751СухинаМарина АлексеевнаSukhinaMarina F.

Канд. биол. наук, вед. науч. сотр. лаб. микробиологии и паразитологии ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, Москва.

e-mail: marinasukhina@rambler.ru

MD, PhD, leading researcher at the microbiology and parasitology laboratory in the Centre for Strategic Planning, Moscow, 119121, Russian Federation.

e-mail: marinasukhina@rambler.ru

marinasukhina@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2199-8474ЮдинСергей М.YudinSergei M.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4772-9686ЗагайноваАнжелика В.ZagaynovaAngelika V.noemail@neicon.ruФГБУ «Центр стратегического планирования и управление медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства; ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр колопроктологии имени А.Н. Рыжих» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияCentre for Strategic Planning; Ryzhikh National Medical Research Centre for ColoproctologyRussian FederationФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр колопроктологии имени А.Н. Рыжих» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияCentre for Strategic PlanningRussian Federation202302092023674306312Copyright © Сухина М.А., Юдин С.М., Загайнова А.В., 20232023Сухина М.А., Юдин С.М., Загайнова А.В.Sukhina M.F., Yudin S.M., Zagaynova A.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rfhealth.ru/jour/article/view/1317Введение

Введение. Инфекции, ассоциированные с Clostridioides difficile (CDI), являются одной из серьёзных проблем здравоохранения, поэтому необходима разработка новых методов лечения CDI для быстрой иррадикации патогена. 

Целью работы было изучение воздействия аутоштаммов лактобактерий (ЛБ) на штаммы С. difficile, изолированные из сточной воды и от пациентов, поступающих на стационарное лечение, а также пациентов с антибиотик-ассоциированной диареей и оценка эффективности применения ЛБ для лечения CDI на животной модели.

Материал и методы

Материал и методы. Исследовали антагонистическую активность клинических культур ЛБ, выделенных из сточных вод и кишечного биотопа пациентов, в отношении токсигенных штаммов C. difficile, изолированных от пациентов с нозокомиальной диареей. Доклинические испытания эффективности отобранного антагонистически активного штамма Lactobacillus paracasei CTR079 — исследования in vivo проводили на животной модели CDI — мышах линии С57BL. 

Результаты

Результаты. Выделены ЛБ с высокой, средней антагонистической активностью и её отсутствием. Антагонистически неактивные штаммы были не способны подавлять рост C. difficile, в отличие от высокоактивных штаммов. Был отобран штамм L. paracasei CTR079 для изучения возможности его применения в качестве пробиотического штамма для профилактики CDI в эксперименте in vivo.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Проведены исследования на 96 здоровых молодых половозрелых особях мышей линии С57BL одного возраста (8 нед) и массы (14,0–16,0 г), что представляет собой достаточную референтную выборку. Все выделенные штаммы тестированных микроорганизмов идентифицированы и сохранены для изучения биологических, генетических свойств и продукции бактериоцинов.

Заключение

Заключение. Установлено, что использование высокоактивных штаммов ЛБ является перспективным направлением для профилактики и лечения нозокомиальных диарей, позволит снизить распространение C. difficile среди пациентов и в окружающей среде лечебных учреждений.

Соблюдение этических стандартов. Проведение исследования на животных одобрено локальным этическим комитетом по биоэтике ФГБНУ «Федеральный научный центр — Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной ветеринарии имени К.И. Скрябина и Я.Р. Коваленко Российской академии наук», исследование проведено в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (ETS N 123), директивой Европейского парламента и Совета Европейского Союза 2010/63/EC от 22.09.2010 г. о защите животных, использующихся для научных целей (Протокол № 2 от 16.07.2020).

Участие авторов

Участие авторов:Сухина М.А. — концепция и дизайн исследования, сбор материала и обработка данных, статистическая обработка, написание текста, редактирование;Юдин С.М. — редактирование;Загайнова А.В. — сбор материала, редактирование, статистический анализ.Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование проведено в рамках НИР государственного задания «Изучение распространённости, факторов патогенности и механизмов антибактериальной резистентности Clostridioides difficile» № гос.учёта АААА-А21-121012100073-8, «Эффективность применения бактериоцинов лактобактерий для борьбы с полирезистентными микроорганизмами, ассоциированными с воспалительными заболеваниями толстой кишки» № гос.учёта АААА-А18-118122900073-2; государственного задания № 388-00099-23-02 в рамках выполнения прикладной научно-исследовательской работы по теме: «Создание метода терапии антибиотико-ассоциированной диареи с помощью аутотрансплантации микроаэрофильных и облигатно-анаэробных бактерий толстого кишечника» (шифр: «Аутотрансплантация») и государственного контракта «Разработка унифицированных методов, включающих отбор проб, для осуществления определения микробиологического и паразитологического загрязнения сточных вод» (шифр «Сточные воды») № 145.001.21.6 от 12.11.2021.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Поступила 28

Поступила 28.08.2022 Принята в печать 19.01.2023Опубликована 30.08.2023

Introduction

Introduction. The work is devoted to evaluating the results of own studies on the possibility of using autostrains of lactobacilli isolated from wastewater and the intestinal biotope of patients, based on their antagonistic properties to prevent of nosocomial diarrhea associated with toxigenic Clostridioides difficile. There are presented results of studies on an animal model of antibiotic-associated diarrhea to determine the effectiveness of lactobacilli when eliminating toxigenic C. difficile.

Materials and methods

Materials and methods. Studies were conducted on the antagonistic activity of clinical cultures of lactobacilli isolated from wastewater and intestinal biotope of patients against toxigenic strains of C. difficile isolated from patients with nosocomial diarrhea. Preclinical tests of the efficacy of the selected highly antagonistically active strain of Lactobacillus paracasei CTR079 in vivo were carried out in an animal model of C. difficile-associated infection in mice of the C57BL line.

Results

Results. As a result of the studies, lactobacilli with high, medium, and without antagonistic activity were isolated. Antagonistically inactive strains were unable to inhibit the growth of C. difficile, unlike highly active strains. A strain of Lactobacillus paracasei CTR079 was selected to study the possibility of its use as a probiotic strain for the prevention and treatment of C. difficile associated infection in an in vivo experiment. Various changes in the intestinal epithelium as a result of the development of C. difficile-associated infection.

Limitations of the study

Limitations of the study. As part of the study, all isolated strains of lactobacilli were identified and stored for the study of biological, genetic properties, and production of bacteriocins.

Conclusion

Conclusion. As a result of the studies, the use of highly active strains of lactobacilli was established to be a promising direction for the prevention and treatment of nosocomial diarrhea, which will reduce the spread of C. difficile among patients and in the environment of medical institutions.

Compliance with ethical standards: conducting research on animals is approved by the local Ethical Committee on Bioethics of the Federal Scientific Center “All-Russian Research Institute of Experimental Veterinary named after K.I. Scriabin and Y.R. Kovalenko” of the Russian Academy of Sciences, the study was conducted in accordance with the European Convention for the Protection of Vertebrates Used for Experiments or Other Scientific Purposes (ETS N 123), Directive of the European Parliament and the Council of the European Union 2010/63/EC dated 22.09.2010 on the protection of animals used for scientific purposes (Protocol No. 2 of 16.07.2020).

Contribution of the authors:Sukhina M.A. — research concept and design, data collection and processing, statistical processing, text writing, editing; Yudin S.M. — editing;Zagaynova A.V. — research concept and design, statistical processing.All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of its final version.

Acknowledgment

Acknowledgment. The study was carried out as part of the research work of the state task «Study of the prevalence, pathogenicity factors and mechanisms of antibacterial resistance of Clostridioides difficile» State Registration N АААА-А21-121012100073-8, «The effectiveness of the use of lactobacteria bacteriocins to combat multiresistant microorganisms associated with inflammatory diseases of the colon» State registration number АААА-А18-118122900073-2; state task No. 388-00099-23-02 within the framework of the implementation of applied research work on the topic: “Creation of a method for the treatment of antibiotic-associated diarrhea using autotransplantation of microaerophilic and obligate anaerobic bacteria of the large intestine” (code: “Autotransplantation”) and state contract «Development of unified methods, including sampling, for the determination of microbiological and parasitological pollution of wastewater» (code «Wastewater») N. 145.001.21.6 dated 12.11.2021.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Received

Received: August 28, 2022Accepted: January 19, 2023Published: August 30, 2023   

антагонистическая активностьлактобактерииантибиотик-ассоциированная диареянозокомиальная диареяClostridioides difficile-ассоциированная инфекцияLactobacillus paracaseiClostridioides difficileantagonistic activitylactobacilliantibiotic-associated diarrheanosocomial diarrheaC. difficile-associated infectionLactobacillus paracaseiClostridioides difficileReferencesEuropean Centre for Disease Prevention and Control (ECDC). Point prevalence survey database (HAI-Net). Available at: https://www.ecdc.europa.eu/en/healthcare-associated-infections-acute-care-hospitals/surveillance-disease-data/databaseEuropean Centre for Disease Prevention and Control (ECDC). Point prevalence survey database (HAI-Net). Available at: https://www.ecdc.europa.eu/en/healthcare-associated-infections-acute-care-hospitals/surveillance-disease-data/databasePaparella A.S., Aboulache B.L., Harijan R.K., Potts K.S., Tyler P.C., Schramm V.L. Inhibition of Clostridium difficile TcdA and TcdB toxins with transition state analogues. Nat. Commun. 2021; 12(1): 6285. https://doi.org/10.1038/s41467-021-26580-6Paparella A.S., Aboulache B.L., Harijan R.K., Potts K.S., Tyler P.C., Schramm V.L. Inhibition of Clostridium difficile TcdA and TcdB toxins with transition state analogues. Nat. Commun. 2021; 12(1): 6285. https://doi.org/10.1038/s41467-021-26580-6Aguado J.M., Anttila V.J., Galperine T., Goldenberg S.D., Gwynn S., Jenkins D., et al. Highlighting clinical needs in Clostridium difficile infection: the views of European healthcare professionals at the front line. J. Hosp. Infect. 2015; 90(2): 117–25. https://doi.org/10.1016/j.jhin.2015.03.001Aguado J.M., Anttila V.J., Galperine T., Goldenberg S.D., Gwynn S., Jenkins D., et al. Highlighting clinical needs in Clostridium difficile infection: the views of European healthcare professionals at the front line. J. Hosp. Infect. 2015; 90(2): 117–25. https://doi.org/10.1016/j.jhin.2015.03.001Дмитриева Н.В., Клясова Г.А., Бакулина Н.В., Сухина М.А., Журавель С.В., Белоусова Е.А. и др. Распространённость Clostridium difficile-ассоциированной диареи у госпитализированных больных (Результаты Российского проспективного многоцентрового исследования). Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2017; 19(4): 268–74. https://elibrary.ru/yqcyiuDmitrieva N.V., Klyasova G.A., Bakulina N.V., Sukhina M.A., Zhuravel’ S.V., Belousova E.A., et al. A prevalence of Сlostridium difficile-associated diarrhea in hospitalized patients (results of a Russian prospective multicenter study). Klinicheskaya mikrobiologiya i antimikrobnaya khimioterapiya. 2017; 19(4): 268–74. https://elibrary.ru/yqcyiu (in Russian)Surawicz C.M., Brandt L.J., Binion D.G., Ananthakrishnan A.N., Curry S.R., Gilligan P.H., et al. Guidelines for diagnosis, treatment, and prevention of Clostridium difficile infections. Am. J. Gastroenterol. 2013; 108(4): 478–98; quiz 499. https://doi.org/10.1038/ajg.2013.4Surawicz C.M., Brandt L.J., Binion D.G., Ananthakrishnan A.N., Curry S.R., Gilligan P.H., et al. Guidelines for diagnosis, treatment, and prevention of Clostridium difficile infections. Am. J. Gastroenterol. 2013; 108(4): 478–98; quiz 499. https://doi.org/10.1038/ajg.2013.4Ачкасов С.И., Сухина М.А., Сушков О.И., Фролов С.А., Кашников В.Н., Сафин А.Л. и др. Этиологическая структура антибиотико-ассоциированной диареи у пациентов с заболеваниями толстой кишки. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2018; (12): 33–9. https://doi.org/10.31146/1682-8658-ecg-160-12-33-39 https://elibrary.ru/jofmbfAchkasov S.I., Sukhina M.A., Sushkov O.I., Frolov S.A., Kashnikov V.N., Safin A.L., et al. Etiological structure of antibiotic-associated diarrhea in patients with large intestine diseases. Eksperimental’naya i klinicheskaya gastroenterologiya. 2018; (12): 33–9. https://doi.org/10.31146/1682-8658-ecg-160-12-33-39 https://elibrary.ru/jofmbf (in Russian)Kaus G.M., Snyder L.F., Müh U., Flores M.J., Popham D.L., Ellermeier C.D. Lysozyme resistance in Clostridioides difficile is dependent on two peptidoglycan deacetylases. J. Bacteriol. 2020; 202(22): e00421–20. https://doi.org/10.1128/JB.00421-20Kaus G.M., Snyder L.F., Müh U., Flores M.J., Popham D.L., Ellermeier C.D. Lysozyme resistance in Clostridioides difficile is dependent on two peptidoglycan deacetylases. J. Bacteriol. 2020; 202(22): e00421–20. https://doi.org/10.1128/JB.00421-20Al Saif N., Brazier J.S. The distribution of Clostridium difficile in the environment of South Wales. J. Med. Microbiol. 1996; 45(2): 133–7. https://doi.org/10.1099/00222615-45-2-133Al Saif N., Brazier J.S. The distribution of Clostridium difficile in the environment of South Wales. J. Med. Microbiol. 1996; 45(2): 133–7. https://doi.org/10.1099/00222615-45-2-133Сухина М.А., Жуховицкий В.Г., Шелыгин Ю.А. Способ оценки антагонистической активности лактобактерий толстокишечного биотопа пациента относительно разнообразных бактерий двухэтапным культивированием микроорганизма-антагониста и тестируемой культуры в условиях комбинированной системы. Патент РФ № 2670585 C1; 2018.Sukhina M.A., Zhukhovitskiy V.G., Shelygin Yu.A. A method for assessing the antagonistic activity of lactobacilli in the colonic biotope of a patient relative to various bacteria by two-stage cultivation of an antagonist microorganism and a test culture under conditions of a combined system. Patent RF № 2670585 C1; 2018. (in Russian)Хабриев Р.У., ред. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ. М.: Медицина; 2005.Khabriev R.U., ed. Guidelines for the Experimental (Preclinical) Study of New Pharmacological Substances [Rukovodstvo po eksperimental’nomu (doklinicheskomu) izucheniyu novykh farmakologicheskikh veshchestv]. Moscow: Meditsina; 2005. (in Russian)Каркищенко Н.Н. Руководство по лабораторным животным и альтернативным моделям в биомедицинских технологиях. М.; 2010.Karkishchenko N.N. Guide to Laboratory Animals and Alternative Models in Biomedical Technologies [Rukovodstvo po laboratornym zhivotnym i al’ternativnym modelyam v biomeditsinskikh tekhnologiyakh]. Moscow; 2010. (in Russian)ГОСТ 33216–2014. Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила содержания и ухода за лабораторными грызунами и кроликами. М.: Стандартинформ; 2016.GOST 33216–2014. Guidelines for the maintenance and care of laboratory animals. Rules for the maintenance and care of laboratory rodents and rabbits. Moscow: Standartinform; 2016. (in Russian)ГОСТ 33215-2014. Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила оборудования помещений и организации процедур. М.: Стандартинформ; 2016.GOST 33215–2014. Guidelines for the maintenance and care of laboratory animals. Rules of equipment of premises and organization of procedures. Moscow: Standartinform; 2016. (in Russian)СП 2.2.1.3218–14. Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, оборудованию и содержанию экспериментально-биологических клиник (вивариев). М.; 2014.SP 2.2.1.3218–14. Sanitary and epidemiological requirements for the device, equipment and maintenance of experimental biological clinics (vivariums). Moscow; 2014. (in Russian)ГОСТ 33215–2014. Межгосударственный стандарт. Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными правила оборудования помещений и организации процедур. М.; 2014.GOST 33215–2014. Interstate standard. Guidelines for the maintenance and care of laboratory animals rules for the equipment of premises and organization of procedures. Moscow; 2014. (in Russian)Рыбакова А.В., Макарова М.Н. Методы эвтаназии лабораторных животных в соответствии с Европейской Директивой 2010/63/EU. Международный вестник ветеринарии. 2015; (2): 96–107. https://elibrary.ru/ulgmcxRybakova A.V., Makarova M.N. Methods of euthanasia of laboratory animals, in accordance with European Directive 2010/63. Mezhdunarodnyy vestnik veterinarii. 2015; (2): 96–107. https://elibrary.ru/ulgmcx (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.