Peculiarities of Microbiota in Patients with Inflammatory Intestinal Diseases

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. The intestinal microbiota, on the one hand, protects a person from pathogens, on the other hand, it itself may be one of the triggers and/or mediators of progression in inflammatory bowel diseases. Inflammatory bowel disease (IBD) predominantly affects young people of working age. It noted a steady increase in the incidence of IBD in recent decades throughout the world and in Russia. Inflammatory bowel diseases significantly affect quality of life and lead to complications of having to perform surgery, which significantly reduces the quality of life. Aims — of the study was to investigate the composition of the microbiota of the colon, the search features of the microbial spectrum of patients with inflammatory bowel disease patients compared with control patients. Materials and methods. A prospective study was carried out between patients with inflammatory bowel disease and patients without inflammatory bowel disease for the period 2018–2019. The study included 157 IBD patients and 150 patients without IBD. All patients studied stool, which have been subjected to microbiological and metagenomic study. Results. Most often, facultative anaerobic microorganisms were present in the stool of patients with IBD (in 60%, 103–109 CFU/g) and in patients without IBD (69%, 103–109 CFU/g), the share of gram-negative bacteria accounted for 52%, in mostly represented by bacilli belonging to the order Enterobacteriales, only 7% of isolated gram-negative facultative aerobic microorganisms were gram-negative non-fermenting bacteria represented by 5 genera: Acinetobacter, Burkholderia, Pseudomonas, Stenotrophomonas, Ralstonia. Gram-positive facultative anaerobic microorganisms in 89% were represented by cocci of the genus Enterococcus, Streptococcus, Staphylococcus, Micrococcus, Gemella, Globicatella, Granulicatella. Conclusions. According to the results of our study, special attention should be paid to the presence of rare microaerophilic and obligate anaerobic microorganisms in the fecal microbiota of patients with IBD (Arcobacter butzleri, Gardnerella vaginalis, Aromatoleum aromaticum, Terrisporobacter glycolicus (Clostridium glycolicum), Solobacterium moorei, Alloscardovia omnicolens, Fusobacterium nucleatum, Fusobacterium ulcerans, Dialister micraerophilus), that have not been isolated from patients without IBD. A timely adequate assessment of the composition and functional characteristics of the microbiota in terms of key biomarkers will make it possible to carry out targeted diagnostics and prevention of the immediate and long-term consequences of inflammatory bowel diseases.

About the authors

Marina A. Sukhina

National Medical Research Centre for Coloproctology named after A.N. Ryzhikh; Centre for Strategic Planning and Management of Biomedical Health Risks

Author for correspondence.
Email: marinamari272015@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4795-0751
SPIN-code: 9577-5290
Scopus Author ID: 57192270856
ResearcherId: AAH-3311-2020

PhD in Biology

Russian Federation, Moscow; Moscow

Sergei M. Yudin

Centre for Strategic Planning and Management of Biomedical Health Risks

Email: yudin@cspmz.ru
ORCID iD: 0000-0003-2199-8474
SPIN-code: 9706-5936

MD, PhD, Professor

Russian Federation, Moscow

Angelika V. Zagainova

Centre for Strategic Planning and Management of Biomedical Health Risks

Email: angelikaangel@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4772-9686
SPIN-code: 6642-7819
Scopus Author ID: 12772760200

PhD in Biology

Russian Federation, Moscow

Valentin V. Makarov

Centre for Strategic Planning and Management of Biomedical Health Risks

Email: makarov@cspmz.ru
ORCID iD: 0000-0002-1907-0098

PhD in Biology

Russian Federation, Moscow

Alexei V. Veselov

National Medical Research Centre for Coloproctology named after A.N. Ryzhikh

Email: a_veselov82@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3115-1787
SPIN-code: 9333-8673

MD, PhD

Russian Federation, Moscow

Ivan S. Anosov

National Medical Research Centre for Coloproctology named after A.N. Ryzhikh

Email: ivaansv@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9015-2600
SPIN-code: 4062-6344

MD, PhD

Russian Federation, Moscow

Irina A. Lyagina

National Medical Research Centre for Coloproctology named after A.N. Ryzhikh

Email: lyagina59@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5434-9062
Russian Federation, Moscow

Daria A. Chistyakova

National Medical Research Centre for Coloproctology named after A.N. Ryzhikh

Email: mushka1994@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-2486-081X
SPIN-code: 7628-3590
Russian Federation, Moscow

Anton L. Safin

National Medical Research Centre for Coloproctology named after A.N. Ryzhikh

Email: antonyz@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-8013-3863
SPIN-code: 9418-0508

MD, PhD

Russian Federation, Moscow

Yuri A. Shelygin

National Medical Research Centre for Coloproctology named after A.N. Ryzhikh

Email: info@gnck.ru
ORCID iD: 0000-0002-8480-9362
SPIN-code: 7989-8228

MD, PhD, Professor, Academician of the RAS

Russian Federation, Moscow

References

  1. Khalif IL, Shapina MV. Inflammatory bowel disease treatment in Eastern Europe: current status, challenges and needs. Curr Opin Gastroenterol. 2017;33(4):230–233. doi: https://doi.org/10.1097/MOG.0000000000000370
  2. Belousova E, Khalif I. Tu1290 Social, Demographic and Clinical Features of Inflammatory Bowel Disease in Russia. Gastroenterology. 2012;142(5):S–794. doi: https://doi.org/10.1016/s0016-5085(12)63083-2
  3. Lynch SV, Pedersen O. The Human Intestinal Microbiome in Health and Disease. N Engl J Med. 2016;375(24):2369–2379. doi: https://doi.org/10.1056/NEJMra1600266
  4. Littman DR, Pamer EG. Role of the commensal microbiota in normal and pathogenic host immune responses. Cell Host Microbe. 2011;10(4):311–323. doi: https://doi.org/10.1016/j.chom.2011.10.004
  5. Nishida A, Inoue R, Inatomi O, et al. Gut microbiota in the pathogenesis of inflammatory bowel disease. Clin J Gastroenterol. 2018;11(1):1–10. doi: https://doi.org/10.1007/s12328-017-0813-5
  6. Yu LC-H. Microbiota dysbiosis and barrier dysfunction in inflammatory bowel disease and colorectal cancers: exploring a common ground hypothesis. J Biomed Sci. 2018;25(1):79. doi: https://doi.org/10.1186/s12929-018-0483-8
  7. Frank DN, St Amand AL, Feldman RA, et al. Molecular-phylogenetic characterization of microbial community imbalances in human inflammatory bowel diseases. Proc Natl Acad Sci USA. 2007;104(34):13780–13785. doi: https://doi.org/10.1073/pnas.0706625104
  8. Gophna U, Sommerfeld K, Gophna S, et al. Differences between Tissue-Associated Intestinal Microfloras of Patients with Crohn’s Disease and Ulcerative Colitis. J Clin Microbiol. 2006;44(11):4136–4141. doi: https://doi.org/10.1128/jcm.01004-06
  9. El Mouzan M. Fecal microbiota profile in newly-diagnosed crohn disease in children: data from a middle eastern population. Morressier; 2016. doi: https://doi.org/10.26226/morressier.57d034d1d462b80292383670
  10. Kostic AD, Xavier RJ, Gevers D. The Microbiome in Inflammatory Bowel Disease: Current Status and the Future Ahead. Gastroenterology. 2014;146(6):1489–1499. doi: https://doi.org/10.1053/j.gastro.2014.02.009
  11. Kang S, Im J. Dysbiosis of the faecal microbiota in patients with Crohn’s disease and their unaffected relatives. Gut. 2011;60(5):631–637. doi: https://doi.org/10.1136/gut.2010.223263
  12. Sokol H, Pigneur B, Watterlot L, et al. Faecalibacterium prausnitzii is an anti-inflammatory commensal bacterium identified by gut microbiota analysis of Crohn disease patients. Proc Natl Acad Sci USA. 2008;105(43):16731–16736. doi: https://doi.org/10.1073/pnas.0804812105
  13. Round J, Mazmanian S. The gut microbiota shapes intestinal immune responses during health and disease. Nat Rev Immunol. 2009;9(5):313–323. doi: https://doi.org/10.1038/nri2515
  14. Biedermann L, Rogler G. The intestinal microbiota: its role in health and disease. Eur J Pediatr. 2015;174(2):151–167. doi: https://doi.org/10.1007/s00431-014-2476-2
  15. Azad MAK, Sarker M, Li T, et al. Probiotic Species in the Modulation of Gut Microbiota: An Overview. Biomed Res Int. 2018;2018:9478630. doi: https://doi.org/10.1155/2018/9478630
  16. Mazmanian S, Round J, Kasper D. A microbial symbiosis factor prevents intestinal inflammatory disease. Nature. 2008;453(7195):620–625. doi: https://doi.org/10.1038/nature07008
  17. Sheehan D, Moran C, Shanahan F. The microbiota in inflammatory bowel disease. J Gastroenterol. 2015;50(5):495–507. doi: https://doi.org/10.1007/s00535-015-1064-1
  18. Бухарин О.В., Перунова Н.Б. Микросимбиоценоз. — Екатеринбург: УрО РАН, 2014. [Buharin OV, Perunova NB. Mikrosimbiocenoz. Ekaterinburg: UrO RAN; 2014. (In Russ.)]
  19. Бухарин О.В., Перунова Н.Б. Симбиотические взаимоотношения человека и микроорганизмов // Физиология человека. — 2012. — Т. 38. — № 1. — С. 128–138. [Buharin OV, Perunova NB. Simbioticheskie vzaimootnosheniya cheloveka i mikroorganizmov // Fiziologiya cheloveka. 2012;38(1):128–138. (In Russ.)]
  20. Nagao-Kitamoto H, Kamada N. Host-microbial Cross-talk in Inflammatory Bowel Disease. Immune Netw. 2017;17(1):1–12. doi: https://doi.org/10.4110/in.2017.17.1.1
  21. Schirmer M, Garner A, Vlamakis H, et al. Microbial genes and pathways in inflammatory bowel disease. Nat Rev Microbiol. 2019;17(8):497–511. doi: https://doi.org/10.1038/s41579-019-0213-6
  22. Colquhoun C, Duncan M, Grant G. Inflammatory Bowel Diseases: Host-Microbial-Environmental Interactions in Dysbiosis. Diseases. 2020;8(2):13. doi: https://doi.org/10.3390/diseases8020013
  23. Alam M, Amos G, Murphy A, et al. Microbial imbalance in inflammatory bowel disease patients at different taxonomic levels. Gut Pathog. 2020;12:1. doi: https://doi.org/10.1186/s13099-019-0341-6
  24. Vijay A, Valdes AM. Role of the gut microbiome in chronic diseases: a narrative review. Eur J Clin Nutr. 2022;76(4):489–501. doi: https://doi.org/10.1038/s41430-021-00991-6
  25. Шендеров Б.А. Медицинская и микробная экология и функциональное питание: в 3 т. Т. 3: Пробиотики и функциональное питание. — М.: ГРАНТЪ, 2001. — 286 с. [Shenderov BA. Medicinskaya i mikrobnaya ekologiya i funkcional’noe pitanie: v 3 t. T. 3: Probiotiki i funkcional’noe pitanie M.: GRANT; 2001. 286 s. (In Russ.)]

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. Spectrum of taxonomic groups of microorganisms that make up the intestinal microbiome of patients with IBD (IBM) and without IBD (CTR) according to 16s RNA sequencing

Download (327KB)

Copyright (c) 2022 Sukhina M.A., Yudin S.M., Zagainova A.V., Makarov V.V., Veselov A.V., Anosov I.S., Lyagina I.A., Chistyakova D.A., Safin A.L., Shelygin Y.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 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».