Microbiological evaluation of probiotic therapy in patients with pulmonary tuberculosis

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Patients with pulmonary tuberculosis and multiple pathogen resistance (MDR) develop persistent disorders of the intestinal microbiome during prolonged multicomponent chemotherapy requiring correction. However, there is limited data on the use of bacterial drugs in patients with tuberculosis followed by assessing their effectiveness. The aim of the study was to evaluate changes in the intestinal microbiome after a course of probiotics along with anti-tuberculosis chemotherapy in patients with MDR tuberculosis.

Materials and methods. The design — a prospective small-cohort study (n = 30). Patients with pulmonary tuberculosis received anti-tuberculosis drugs according to the IV or V regimen, the median of the doses taken was 34.5 (30; 57.5); gastrointestinal syndrome was recorded in all study subjects. Probiotic therapy was applied by using a preparation containing Bifidobacterium bifidum and B. animalis and Lactobacillus casei, L. plantarum, L. delbrueckii subsp.bulgaricus, L. acidophilus. The course of therapy comprised 21 days,1 capsule twice a day. Before and 7 days after probiotics therapy, studies on composition of the intestinal microbiota were carried out, the frequency of virulence factors Enterococcus spp., Staphylococcus spp., Candida spp. was examined; fatty acid composition and activity of enterococcal organic acid production were studied.

Results. After a course of probiotics, a significant increase in lactobacillus titers was recorded from 5.2 (4.0; 6.0) to 6.1 (6.0; 8.0) lg CFU/g (p = 0.05). The frequency of mucosal colonization by Candida fungi and lactose-negative Escherichia decreased by 2-fold (p = 0.001) and 3-fold (p = 0.05), respectively. The frequency of detected virulent strains significantly decreased: hemolysin-producing staphylococci — by 9 times (p = 0.009), enterococci with gelatinase activity — by 6 times. E. faecalis membrane oleic acid level significantly increased (C9-C18:1) (p = 0.03). In E. faecium, cis-7-palmitoleic acid (C7-C16:1) and oleic (C9-C18:1) fatty acid level increased by 2-fold (p = 0.05), and for linoleic acid (C18:2) — by 4 time (p = 0.04) accompanied by elevated acid formation by 1.5 times.

Conclusion. A single course of probiotic therapy in patients with pulmonary tuberculosis leads to qualitative microbiome changes, which are characterized by decreased levels of conditionally pathogenic microorganisms with virulent properties and altered composition of the enterococcal cell membrane accompanied by their increased biochemical activity.

About the authors

Larisa Yu. Otdushkina

State Medical Academy of Ministry of Health of Kemerovo

Email: lara276@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4126-4312

Assistant of the Department of Microbiology and Virology

Russian Federation, 22а, Voroshilova Street, Kemerovo, 650056

Yuliyа V. Zakharova

State Medical Academy of Ministry of Health of Kemerovo

Author for correspondence.
Email: yvz@bk.ru

MD, PhD, Professor, Department of Microbiology and Virology

Russian Federation, 22а, Voroshilova Street, Kemerovo, 650056

Artem A. Kholodov

State Medical Academy of Ministry of Health of Kemerovo

Email: artyomkass96@gmail.com

clinical resident, Phthisiatria Department

Russian Federation, 22а, Voroshilova Street, Kemerovo, 650056

Tatyana V. Pyanzova

State Medical Academy of Ministry of Health of Kemerovo

Email: pyanzova.tv@kemsma.ru

MD, PhD, Professor, Head Phthisiology Department

Russian Federation, 22а, Voroshilova Street, Kemerovo, 650056

References

  1. Андрюков Б.Г., Ляпун И.Н., Матосова Е.В. Значение мембранных фосфолипидов в реализации защитных стратегий бактерий // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2020. Т. 97, № 6. С. 594–603. [Andriukov B.G., Lyapun I.N., Matosova E.V. The significance of membrane phospholipids in the implementation of protective strategies of bacteria. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology,2020, vol. 97, no. 6. pp. 594–603. (In Russ.)] doi: 10.36233/0372-9311-2020-97-6-10
  2. Белкина Т.В., Аверина О.В., Савенкова Е.В., Даниленко В.Н. Микробиом кишечника человека и иммунная система: роль пробиотиков в формировании иммунобиологического потенциала, препятствующего развитию инфекции COVID-19 // Успехи современной биологии. 2020. Т. 140, № 6. С. 523–539. [Belkina T.V., Averina O.V., Savenkova E.V., Danilenko V.N. Human gut microbiome and immune system: the role of probiotics in the formation of immunobiological potential that prevents the development of COVID-19 infection. Uspekhi sovremennoi biologii = Successes of Modern Biology,2020, vol. 140, no. 6, pp. 523–539. (In Russ.)] doi: 10.31857/S0042132420060034
  3. Бондаренко В.М., Рыбальченко О.В. Оценка микробиоты и пробиотических штаммов с позиций новых научных технологий // Фарматека. 2016. № 11. С. 21–33. [Bondarenko V.M., Rybalchenko O.V. Evaluation of microbiota and probiotic strains from the standpoint of new scientific technologies. Farmateka = Pharmateca,2016, no. 11, pp. 21–33. (In Russ.)]
  4. Ермоленко Е.И., Абдурасулова И.Н., Котылева М.П., Свиридо Д.А., Мацулевич А.В., Карасева А.Б., Тарасова Е.А., Сизов В.В., Суворов А.Н. Влияние индигенных энтерококков на микробиоту кишечника и поведение крыс при коррекции экспериментального дисбиоза // Российский физиологический журнал имени И.М. Сеченова. 2017. Т. 103, № 1. С. 22–37. [Ermolenko E.I., Abdurasulova I.N., Kotyleva M.P., Svirido D.A., Matsulevich A.V., Karaseva A.B., Tarasova E.A., Sizov V.V., Suvorov A.N. Influence of indigenous enterococci on intestinal microbiota and behavior of rats during correction of experimental dysbiosis. Rossiiskii fiziologicheskii zhurnal im. I.M. Sechenova = I.M. Sechenov Russian Journal of Physiology,2017, vol. 103, no. 1, pp. 22–37. (In Russ.)]
  5. Загайнова А.В., Федец З.Е., Панькова М.Н., Новожилов К.А., Грицюк О.В., Курбатова И.В. Лактобациллы как составная часть микробиоты кишечника и их значение в физиологическом состоянии человека // Russian Journal of Environmental and Rehabilitation Medicine. 2022. № 4. С. 12–25. [Zagainova A.V., Fedets Z.E., Pankova M.N., Novozhilov K.A., Gritsyuk O.V., Kurbatova I.V. Lactobacilles as a component of the intestinal microbiota and their significance in the physiological state of humans. Russian Journal of Environmental and Rehabilitation Medicine,2022, no. 4, pp. 12–25. (In Russ.)]
  6. Захарова Ю.В., Отдушкина Л.Ю., Марковская А.А., Несвижский Ю.В., Афанасьев С.С., Леванова Л.А. Исследование in vitro механизмов взаимодействия грибов Candida albicans с Klebsiella pneumoniae и Enterococcus faecalis, выделенных из кишечного микробиома ВИЧ-инфицированных пациентов // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2022. Т. 99, № 4. С. 420–427. [Zakharova Yu.V., Otdushkina L.Yu., Markovskaya A.A., Nesvizh Yu.V., Afanasyev S.S., Levanova L.A. In vitro study of mechanisms of interaction of Candida albicans fungi with Klebsiella pneumoniae and Enterococcus faecalis isolated from the intestinal microbiome of HIV-infected patients. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology,2022, vol. 99, no. 4, pp. 420–427. (In Russ.)] doi: 10.36233/0372-9311-271
  7. Ивашкин В.Т., Маев И.В., Абдулганиева Д.И., Алексеенко С.А., Горелов А.В., Захарова И.Н., Зольникова О.Ю., Ивашкина Н.Ю., Корочанская Н.В., Маммаев С.Н., Полуэктова Е.А., Трухманов А.С., Усенко Д.В., Успенский Ю.П. Практические рекомендации Научного сообщества по содействию клиническому изучению микробиома человека (НСОИМ) и Российской гастроэнтерологической ассоциации (РГА) по применению пробиотиков, пребиотиков, синбиотиков и обогащенных ими функциональных пищевых продуктов для лечения и профилактики заболеваний гастроэнтерологического профиля у детей и взрослых // Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2021. Т. 31, № 2. С. 65–91. [Ivashkin V.T., Mayev I.V., Abdulganieva D.I., Alekseenko S.A., Gorelov A.V., Zakharova I.N., Zolnikova O.Yu., Ivashkina N.Yu., Korochanskaya N.V., Mammaev S.N., Poluektova E.A., Trukhmanov A.S., Usenko D.V., Uspensky Yu.P. Practical recommendations of the Scientific Community to promote the clinical study of the human microbiome (NSOIM) and the Russian Gastroenterological Associations (RGA) on the use of probiotics, prebiotics, synbiotics and functional foods enriched with them for the treatment and prevention of gastroenterological diseases in children and adults. Rossiiskii zhurnal gastroenterologii, gepatologii, koloproktologii = Russian Journal of Gastroenterology, Hepatology, Coloproctology,2021, vol. 31, no. 2, pp. 65–91. (In Russ.)] doi: 10.22416/1382-4376-2021-31-2-65-91
  8. Казюлин А.Н., Гончаренко А.Ю., Калягин Е.И. Эволюция терапии пробиотиками в клинике внутренних болезней // Русский медицинский журнал. 2019. № 12. С. 89–96. [Kazyulin A.N., Goncharenko A.Yu., Kalyagin E.I. Evolution of probiotic therapy in the clinic of internal diseases. Russkii meditsinskii zhurnal = Russian Medical Journal,2019, no. 12, pp. 89–96. (In Russ.)]
  9. Кайбышева О.В., Никонов Е.Л. Пробиотики с позиции доказательной медицины // Доказательная гастроэнтерология. 2019. Т. 8, № 3. С. 45–54. [Kaibysheva O.V., Nikonov E.L. Probiotics from the standpoint of evidence-based medicine. Dokazatel’naya gastroenterologiya = Evidence-based Gastroenterology,2019, vol. 8, no. 3, pp. 45–54. (In Russ.)] doi: 10.17116/dokgastro2019803145
  10. Коменкова Т.С., Зайцева Е.А. Фенотипическое и генотипическое разнообразие Enterococcus faecalis при инфекционно-воспалительных заболеваниях мочевой системы у детей в Приморском крае // Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2020. Т. 81, № 2. С. 4–12. [Komenkova T.S., Zaitseva E.A. Phenotypic and genotypic diversity of Enterococcus faecalis in infectious and inflammatory diseases of the urinary system in children in Primorsky Krai. Zdorov’e. Meditsinskaya ekologiya. Nauka = Health. Medical Ecology. The Science,2020, vol. 81, no. 2, pp. 4–12. (In Russ.)] doi: 10.5281/zenodo.4000324
  11. Машарова А.А., Данилевская Н.Н. Современные критерии выбора эффективной пробиотикотерапии // Медицинский совет. 2018. № 12. С. 52–59. Masharova A.A., Danilevskaya N.N. Modern criteria for choosing effective probiotic therapy. Meditsinskiy sovet = Medical Council,2018, no. 12, pp. 52–59. (In Russ.)] doi: 10.21518/2079-701X-2018-12-52-59
  12. Михайлова Н.А., Воеводин Д.А., Лазарев С.А. Современные представления о про-/эукариотических взаимодействиях организма человека — основа создания нового поколения пробиотических препаратов // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2020. Т. 97, № 4. С. 346–355. [Mikhailova N.A., Voevodin D.A., Lazarev S.A. Modern ideas about pro-/eukaryotic interactions of the human body – the basis for creating a new generation of probiotic drugs. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology,2020, vol. 97, no. 4, pp. 346–355. (In Russ.)] doi: 10.36233/0372-9311-2020-97-4-7
  13. Пашкова Т.М. Характеристика антицитокиновой активности Enterococcus spp., изолированных от животных // Вестник Оренбургского государственного университета. 2017. Т. 209, № 9. С. 82–84. [Pashkova T.M. Characteristics of the anti-cytokine activity of Enterococcus spp. isolated from animals. Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta = Bulletin of the Orenburg State University,2017, vol. 209, no. 9, pp. 82–84. (In Russ.)]
  14. Родина О.В., Борисов С.Е., Иванова Д.А. Нежелательные реакции при различных режимах химиотерапии больных туберкулезом органов дыхания // Туберкулез и социально значимые заболевания. 2020. № 2. С. 44–54. [Rodina O.V., Borisov S.E., Ivanova D.A. Adverse events of the new and traditional chemotherapy regimens in the patients with multi drug resistant pulmonary tuberculosis. Tuberkulez i sotsial’no znachimye zabolevaniya = Tuberculosis and Socially Significant Diseases,2020, vol. 2, pp. 44–54. (In Russ.)]
  15. Рыбальченко О.В., Орлова О.Г., Королькова Е.Д., Фонтуренко А.Ю., Капустина В.В., Вишневская О.Н., Кошевая Е.Г. Гистологические исследования слизистой оболочки тонкой кишки крысы при воздействии эндотоксина и пробиотических бактерий // Гастроэнтерология Санкт-Петербурга. 2018. № 2. С. 32–36. [Rybalchenko O.V., Orlova O.G., Korolkova E.D., Fonturenko A.Yu., Kapustina V.V., Vishnevskaya O.N., Koshevaya E.G. Histological studies of the rat small intestine mucosa under the influence of endotoxin and probiotic bacteria. Gastroenterologiya Sankt-Peterburga = Gastroenterology of St. Petersburg,2018, no. 2, pp. 32–36. (In Russ.)]
  16. Соловьева И.В., Белова И.В., Точилина А.Г., Барболина С.Ф., Иванова Т.П., Жирнов В.А. Микробиота толстой кишки больных с туберкулезом с множественной лекарственной устойчивостью // Медицинский академический журнал. 2017. Т. 17, № 4. С. 71–73. [Solovyova I.V., Belova I.V., Tochilina A.G., Barbolina S.F., Ivanova T.P., Zhirnov V.A. Microbiota of the colon of patients with multidrug-resistant tuberculosis. Meditsinskii akademicheskii zhurnal = Medical Academic Journal,2017, vol. 17, no. 4, pp. 71–73. (In Russ.)]
  17. Суворов А.Н. Микробная персонифицированная терапия как новый инструмент лечащего врача // Российский журнал персонализованной медицины. 2022. Т. 2, № 1. С. 51–62. Suvorov A.N. Microbial personalized therapy as a new instrument of the attending physician. Rossiiskii zhurnal personalizovannoi meditsiny = Russian Journal of Personalized Medicine,2022, vol. 2, no. 1, pp. 51–62. (In Russ.)] doi: 10.18705/2782-3806-2022-2-1-51-62
  18. Сычева М.В. Биологические свойства энтерококков, выделенных из организма животных и человека: фенотипическая характеристика и генетический контроль // Шаг в науку. 2021. № 2. С. 4–9. [Sycheva M.V. Biological properties of enterococci isolated from animals and humans: phenotypic characteristics and genetic control. Shag v nauku = Step into Science,2021, no. 2, pp. 4–9. (In Russ.)]
  19. Туберкулез у взрослых. Клинические рекомендации. М.: 2022. 151 с. [Tuberculosis in adults. Clinical recommendations. Moscow: 2022. 151 p. (In Russ.)]
  20. Шипко Е.С., Дуванова О.В. Влияние температурного стресса на спектр жирных кислот штаммов Vibrio cholerae // Вестник Пермского университета. Серия «Биология». 2022. № 2. С. 143–154. [Shipko E.S., Duvanova O.V. Influence of temperature stress on the spectrum of fatty acids of Vibrio cholerae strains. Vestnik Permskogo universiteta. Seriya “Biologiya” = Bulletin of Perm University. Biology Series,2022, no. 2, pp. 143–154. (In Russ.)] doi: 10.17072/1994-9952-2022-2-143-154
  21. Abdelghani Z., Hourani N., Zaidan Z., Dbaibo G., Mrad M., Hage-Sleiman R. Therapeutic applications and biological activities of bacterial bioactive extracts. Arch. Microbiol.,2021, vol. 203, pp. 4755–4776. doi: 10.1007/s00203-021-02505-1
  22. Derrien M., Turroni F., Ventura M., Sinderen D.V. Insights into endogenous Bifidobacterium species in the human gut microbiota during adulthood. Trends Microbiol.,2022, vol. 30, no. 10, pp. 940–947. doi: 10.1016/j.tim.2022.04.004
  23. Du R., Ping W., Ge J. Purification, characterization and mechanism of action of enterocin HDX-2, a novel class II a bacteriocin produced by Enterococcus faecium HDX-2. LWT — Food Science and Technology,2022, vol. 153: 112451 doi: 10.1016/ j.lwt.2021.112451
  24. Jung A., Metzner M., Ryll M. Comparison of pathogenic and non-pathogenic Enterococcus cecorum strains from different animal species. BMC Microbiol.,2017, vol. 17, pp. 33–46. doi: 10.1186/s12866-017-0949-y
  25. Levanova L.A., Aleshkin V.A., Vorob’ev A.A., Afanas’ev S.S., Zinin-Bernes N.N., Rubal’skiǐ O.V., Aleshkin A.V. Age-dependent characteristics of intestinal microbiocenosis in Kemerovo residents. Journal of Microbiology, Epidemiology Immunobiology,2001. vol. 3, pp. 72–77.
  26. Sukhikh A., Zakharova Yu., Yuzhalin A., Bykov A., Kotova T., Poznyakovskiy V. Criteria for standardization of probiotic components in functional food products. Foods and Raw Materials,2018, vol. 6, no. 2, pp. 457–466. doi: 10.21603/2308-4057-2018-2-457-466
  27. Ueckermann V., Lebre P., Geldenhuys J., Hoosien E., Cowan D., Rensburg L.J., Ehlers M. The lung microbiome in HIV-positive patients with active pulmonary tuberculosis. Scientifc Reports,2022, no. 12: 8975. doi: 10.1038/s41598-022-12970-3.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Otdushkina L.Y., Zakharova Y.V., Kholodov A.A., Pyanzova T.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».