Патогенетические эффекты бактерий рода Desulfovibrio. Экспериментальное исследование. Часть первая. Обмен железа

Цель работы – изучение специфического системного влияния сульфатредуцирующих бактерий рода Desulfovibrio на системы организма путем создания экспериментальной модели внутрижелудочной бактериальной инвазии на фоне дисбиотических состояний желудочно-кишечного тракта грызунов.
Материалы и методы. Экспериментальное исследование проведено на крысах линии Wistar. Дисбиоз кишечника моделировался с помощью антибиотиков амоксициллина и метронидазола. В качестве инфекционного агента использован типовой штамм Desulfovibrio desulfuricans subsp. desulfuricans VKM B-1799^T .
Результаты и обсуждение. В результате проведенного эксперимента в период острой инфекции (на 15-й день эксперимента) наблюдалась прямая корреляция между концентрацией вводимой суспензии бактерий D. desulfuricans VKM B-1799^T с уровнем сывороточного железа: чем выше заражающая доза инфекционного агента, тем ниже наблюдалась концентрация сывороточного железа. В период отдаленных последствий (38-й день эксперимента) при оценке концентрации уровня D. desulfuricans VKM B-1799^T в кишечнике грызунов выявлена обратная корреляционная зависимость между концентрациями инфекционного агента и уровнем сывороточного железа: при увеличении концентрации D. desulfuricans VKM B-1799^T от 10³  КОЕ/г и выше уровень железа снижается с 43,5 до 38,5 мкмоль/л. В период острой инфекции и период отдаленных последствий у всех групп крыс при сравнении уровня трансферрина и ненасыщенной железосвязывающей способности наблюдалось повышение этих показателей, а процент насыщения трансферрина железом снижался, что свидетельствует о возникшем дефиците железа на фоне воздействия инфекционного агента. Дисбиоз кишечника способствует колонизации условно-патогенной флорой, в том числе Desulfovibrio spp. Изменения со стороны маркеров обмена железа в организме подопытных животных на фоне инвазии D. desulfuricans VKM B-1799^T выше 10³  КОЕ/г и способность данного микроорганизма к связыванию железа в недоступную форму позволяют думать, что бактерии рода Desulfovibrio являются одним из ключевых этиологических факторов развития железодефицитной анемии.

1. Postgate J.R., Campbell L.L. Classification of Desulfovibrio species, the nonsporulating sulfate-reducing bacteria. Bacteriol. Rev. 1966; 30(4):732–8. DOI: 10.1128/br.30.4.732-738.1966.

2. Marquis T.J., Williams V.J., Banach D.B. Septic arthritis caused by Desulfovibrio desulfuricans: A case report and review of the literature. Anaerobe. 2021; 70:102407. DOI: 10.1016/j. anaerobe.2021.102407.

3. Machaca M., Bodean M.L., Montaña S., García S.D., Stecher D., Vay C.A., Almuzara M.N. [Description of a case of abdominal sepsis due to Desulfovibrio desulfuricans]. Rev. Argent. Microbiol. 2022; 54(4):314–7 (In Spanish). DOI: 10.1016/j.ram.2022.05.002.

4. Neal A.L., Techkarnjanaruk S., Dohnalkova A., McCready D., Peyton B.M., Geesey G.G. Iron sulfides and sulfur species produced at hematite surfaces in the presence of sulfate-reducing bacteria. Geochim. Cosmochim. Acta. 2001; 65(2):223–35. DOI: 10.1016/S0016-7037(00)00537-8.

5. Rickard D. The microbiological formation of iron sulphides. Stockh. Contrib. Geol. 1969; 20(3):49–66.

6. Ikkert O.P., Ivanov M.V., Ukhova A., Zuysman V.S., Glukhova L.B., Avakyan M.R., Karnachuk O.V. Desulfovibrio isolate from the microbiote of children with autistic spectrum disorders immobilizes iron in poorly soluble crystalline sulfides. Microbiology. 2021; 90:268–71. DOI: 10.1134/S0026261721020041.

7. Chen Y.R., Zhou L.Z., Fang S.T., Long H.Y., Chen J.Y., Zhang G.X. Isolation of Desulfovibrio spp. from human gut microbiota using a next-generation sequencing directed culture method. Lett. Appl. Microbiol. 2019; 68(6):553–61. DOI: 10.1111/lam.13149.

8. Christophersen C.T., Morrison M., Conlon M.A. Overestimation of the abundance of sulfate-reducing bacteria in human feces by quantitative PCR targeting the Desulfovibrio 16S rRNA gene. Appl. Environ. Microbiol. 2011; 77(10):3544–6. DOI: 10.1128/AEM.02851-10.

9. Murros K.E., Huynh V.A., Takala T.M., Saris P.E.J. Desulfovibrio bacteria are associated with Parkinson’s disease. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2021; 11:652617. DOI: 10.3389/fcimb.2021.652617.

10. Murros K.E. Hydrogen sulfide produced by gut bacteria may induce Parkinson’s disease. Cells. 2022; 11(6):978. DOI: 10.3390/cells11060978.

11. Cryan J.F., O’Riordan K.J., Cowan C.S.M., Sandhu K.V., Bastiaanssen T.F.S., Boehme M., Codagnone M.G., Cussotto S., Fulling C., Golubeva A.V., Guzzetta K.E., Jaggar M., Long-Smith C.M., Lyte J.M., Martin J.A., Molinero-Perez A., Moloney G., Morelli E., Morillas E., O’Connor R., Cruz-Pereira J.S., Peterson V.L., Rea K., Ritz N.L., Sherwin E., Spichak S., Teichman E.M., van de Wouw M., Ventura-Silva A.P., Wallace-Fitzsimons S.E., Hyland N., Clarke G., Dinan T.G. The Microbiota-Gut-Brain Axis. Physiol. Rev. 2019; 99(4):1877–2013. DOI: 10.1152/physrev.00018.2018.

12. Kaźmierczak-Siedlecka K., Vitale E., Makarewicz W. COVID-19 – gastrointestinal and gut microbiota-related aspects. Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci. 2020; 24(20):10853–9. DOI: 10.26355/eurrev_202010_23448.

13. Wolin E.A., Wolin M.J., Wolfe R.S. Formation of methane by bacterial extracts. J. Biol. Chem. 1963; 238:2882–6.

14. Seo H., Yoon S.Y., Ul-Haq A., Jo S., Kim S., Rahim M.A., Park H.A., Ghorbanian F., Kim M.J., Lee M.Y., Kim K.H., Lee N., Won J.H., Song H.Y. The effects of iron deficiency on the gut microbiota in women of childbearing age. Nutrients. 2023; 15(3):691. DOI: 10.3390/nu15030691.

15. Kumar R., Sharma V., Das S., Patial V., Srivatsan V. Arthrospira platensis (Spirulina) fortified functional foods ameliorate iron and protein malnutrition by improving growth and modulating oxidative stress and gut microbiota in rats. Food Funct. 2023; 14(2):1160–78. DOI: 10.1039/d2fo02226e.

16. Deschemin J.C., Noordine M.L., Remot A., Willemetz A., Afif C., Canonne-Hergaux F., Langella P., Karim Z., Vaulont S., Thomas M., Nicolas G. The microbiota shifts the iron sensing of intestinal cells. FASEB J. 2016; 30(1):252–61. DOI: 10.1096/fj.15276840.

17. Malesza I.J., Bartkowiak-Wieczorek J., Winkler-Galicki J., Nowicka A., Dzięciołowska D., Błaszczyk M., Gajniak P., Słowińska K., Niepolski L., Walkowiak J., Mądry E. The dark side of iron: The relationship between iron, inflammation and gut microbiota in selected diseases associated with iron deficiency anaemia – A narrative review. Nutrients. 2022; 14(17):3478. DOI: 10.3390/nu14173478.

18. Zakrzewski M., Wilkins S.J., Helman S.L., Brilli E., Tarantino G., Anderson G.J., Frazer D.M. Supplementation with Sucrosomial® iron leads to favourable changes in the intestinal microbiome when compared to ferrous sulfate in mice. Biometals. 2022; 35(1):27–38. DOI: 10.1007/s10534-021-00348-3.

19. Soriano-Lerma A., García-Burgos M., Alférez M.J.M., Pérez-Carrasco V., Sanchez-Martin V., Linde-Rodríguez Á., Ortiz-González M., Soriano M., García-Salcedo J.A., López-Aliaga I. Gut microbiome-short-chain fatty acids interplay in the context of iron deficiency anaemia. Eur. J. Nutr. 2022; 61(1):399–412. DOI: 10.1007/s00394-021-02645-6.

20. Means R.T. Iron deficiency and iron deficiency anemia: implications and impact in pregnancy, fetal development, and early childhood parameters. Nutrients. 2020; 12(2):447. DOI: 10.3390/nu12020447.

21. Kumar S.B., Arnipalli S.R., Mehta P., Carrau S., Ziouzenkova O. Iron deficiency anemia: efficacy and limitations of nutritional and comprehensive mitigation strategies. Nutrients. 2022; 14(14):2976. DOI: 10.3390/nu14142976.

22. Karnachuk O.V., Ikkert O.P., Avakyan M.R., Knyazev Y.V., Volochaev M.N., Zyusman V.S., Panov V.L., Kadnikov V.V., Mardanov A.V., Ravin N.V. Desulfovibrio desulfuricans AY5 isolated from a patient with autism spectrum disorder binds iron in lowsoluble greigite and pyrite. Microorganisms. 2021; 9(12):2558. DOI: 10.3390/microorganisms9122558.

23. Sidrak S., Yoong T., Woolfenden S. Iron deficiency in children with global developmental delay and autism spectrum disorder. J. Paediatr. Child Health. 2014; 50(5):356–61. DOI: 10.1111/jpc.12483.

24. Bezawada N., Phang T.H., Hold G.L., Hansen R. Autism spectrum disorder and the gut microbiota in children: A systematic review. Ann. Nutr. Metab. 2020; 76(1):16–29. DOI: 10.1159/000505363.

25. Nasreddine R., Argudin M.A., Herpol M., Miendje Deyi V.Y., Dauby N. First case of Desulfovibrio desulfuricans bacteraemia successfully identified using MALDI-TOF MS. New Microbes New Infect. 2019; 32:100614. DOI: 10.1016/j.nmni.2019.100614.

26. Deplancke B., Hristova K.R., Oakley H.A., McCracken V.J., Aminov R., Mackie R.I., Gaskins H.R. Molecular ecological analysis of the succession and diversity of sulfate-reducing bacteria in the mouse gastrointestinal tract. Appl. Environ. Microbiol. 2000; 66:2166–74. DOI: 10.1128/AEM.66.5.2166-2174.2000.