Sensitivity of pathogenic and opportunistic microorganisms to probiotic strains in the light of personalized probiotic therapy

Abstract

BACKGROUND: Resistance of microorganisms to antimicrobial drugs (AMP) is one of the global problems of modern medicine, which poses a serious threat to human health. The formation of the resistance of pathogens to AMP forces us to look for new ways to combat them. Probiotic therapy is one of the promising and safe methods of treating many infectious diseases.

AIM: This study assesses the sensitivity of clinical strains of pathogenic and opportunistic bacteria and fungi to microorganisms that are part of probiotic preparations.

MATERIALS AND METHODS: The sensitivity of 93 cultures of pathogenic and opportunistic microorganisms (UPM) isolated from the feces of patients with intestinal dysbiosis to strains of probiotic bacteria isolated from commercial probiotic preparations was studied: Lactobacillus plantarum 8RA-3, Escherichia coli M-17, Bacillus subtilis strain VKPM B-10641, Enterococcus faecium SF-68, Saccharomyces boulardii CNCM I-745 by the delayed antagonism method.

RESULTS: Pathogenic microorganisms showed low and moderate sensitivity to the probiotic strain of L. plantarum. Sensitivity to the probiotic strain of B. subtilis was detected in Staphylococcus aureus strains, low or completely absent in Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella spp., Serratia marcescens. The most sensitive to the probiotic strain were clinical strains of E. coli.

CONCLUSION: UPM and pathogenic microorganisms isolated from the gastrointestinal tract of patients with dysbiosis have different sensitivity to probiotic strains: from high to several probiotics to its complete absence. The empirical approach to prescribing a probiotic does not guarantee a therapeutic effect, which makes it prudent to individualize the selection of a probiotic based on an assessment of its antimicrobial activity against isolated pathogens.

Keywords

probiotics / resistance / dysbiosis / personalized therapy

References

[1] Danilov AI, Zharkova LP. Antibiotic resistance: arguments and facts. Clinical Pharmacology and Therapy. 2017;26(5):6–9. (In Russ).

[2] Данилов А.И., Жаркова Л.П. Антибиотикорезистентность: аргументы и факты // Клиническая фармакология и терапия. 2017. Т. 26, № 5. С. 6–9.

[3] Vorobiev AA, Bykov AS, Boichenko MN, et al. Medical microbiology, virology and immunology. 3rd ed. Moscow: Meditsinskoye informatsionnoye agentstvo; 2022. 704 p. (In Russ).

[4] Воробьёв А.А., Быков А.С., Бойченко М.Н., и др. Медицинская микробиология, вирусология и иммунология. 3-е изд. Москва: Медицинское информационное агентство, 2022. 704 с.

[5] Satybaeva RT. Indications for use and evidence-based basis for the choice of probiotics in the practice of a pediatrician. Medicine (Almaty). 2018;(1):28–34. (In Russ).

[6] Сатыбаева Р.Т. Показания к применению и доказательные основы выбора пробиотиков в практике врача-педиатра // Медицина (Алматы). 2018. № 1 (187). С. 28–34.

[7] Bombaywala S, Mandpe A, Paliya S, Kumar S. Antibiotic resistance in the environment: a critical insight on its occurrence, fate, and eco-toxicity. Environ Sci Pollut Res Int. 2021;28(20): 24889–24916. doi: 10.1007/s11356-021-13143-x

[8] Bombaywala S., Mandpe A., Paliya S., Kumar S. Antibiotic resistance in the environment: a critical insight on its occurrence, fate, and eco-toxicity // Environ Sci Pollut Res Int. 2021. Vol. 28, N 20. P. 24889–24916. doi: 10.1007/s11356-021-13143-x

[9] Belushkina NN, Chemezov AS, Paltsev MA. Personalized medicine: from idea to implementation in practical healthcare. Molecular Medicine. 2018;(3):9–15. doi: 10.29296/24999490-2018-03-02

[10] Белушкина Н.Н., Чемезов А.С., Пальцев М.А. Персонализированная медицина: от идеи до внедрения в практическое здравоохранение // Молекулярная медицина. 2018. № 3. С. 9–15. doi: 10.29296/24999490-2018-03-02

[11] Zatevalov AM, Oganesyan AS, Gudova NV, et al. Practical application of microbiome-associated metabolomics for the integral assessment of the state of the microbiocenosis of the respiratory tract. In: Prospects for the implementation of innovative technologies in medicine and pharmacy: collection of materials of the 6th All-Russian scientific and practical conference with international participation; Orekhovo-Zuyevo, November 29, 2019. Orekhovo-Zuyevo: State University for the Humanities and Technology; 2019. P:77–84. (In Russ).

[12] Затевалов А.М., Оганесян А.С., Гудова Н.В., и др. Практическое применение микробиом-ассоциированной метаболомики для интегральной оценки состояния микробиоценоза респираторного тракта // Перспективы внедрения инновационных технологий в медицине и фармации: сборник материалов VI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием; Орехово-Зуево, 29 ноября 2019 г. Орехово-Зуево: Государственный гуманитарно-технологический университет, 2019. С. 77–84.

[13] General pharmacopoeial article 1.7.1.0008.15 Probiotics. In: State Pharmacopoeia of the Russian Federation. 14th ed. Moscow; 2018. Vol. 2. P:2596–2609. (In Russ).

[14] Общая фармакопейная статья 1.7.1.0008.15 Пробиотики // Государственная фармакопея Российской Федерации. ХIV изд. Москва, 2018. Т. 2. С. 2596–2609.

[15] Zabokritsky NA. Biologically active substances synthesized by probiotic microorganisms of the genera Bacillus and Lactobacillus. Health and Education Millenium. 2015;17(3):80–90. (In Russ).

[16] Забокрицкий Н.А. Биологически активные вещества, синтезируемые пробиотическими микроорганизмами родов Bacillus и Lactobacillus // Здоровье и образование в XXI веке. 2015. Т. 17, № 3. С. 80–90.

[17] Suez J, Zmora N, Segal E, Elinav E. The pros, cons, and many unknowns of probiotics. Nat Med. 2019;25(5):716–729. doi: 10.1038/s41591-019-0439-x

[18] Suez J., Zmora N., Segal E., Elinav E. The pros, cons, and many unknowns of probiotics // Nat Med. 2019. Vol. 25, N 5. P. 716–729. doi: 10.1038/s41591-019-0439-x

[19] Sanders ME, Akkermans LM, Haller D, et al. Safety assessment of probiotics for human use. Gut Microbes. 2010;1(3):164–185. doi: 10.4161/gmic.1.3.12127

[20] Sanders M.E., Akkermans L.M., Haller D., et al. Safety assessment of probiotics for human use // Gut Microbes. 2010. Vol. 1, N 3. P. 164–185. doi: 10.4161/gmic.1.3.12127

[21] Martinelli M, Banderali G, Bobbio M, et al. Probiotics’ efficacy in paediatric diseases: which is the evidence? A critical review on behalf of the Italian Society of Pediatrics. Ital J Pediatr. 2020;46(1):104. doi: 10.1186/s13052-020-00862-z. Erratum in: Ital J Pediatr. 2020;46(1):116.

[22] Martinelli M., Banderali G., Bobbio M., et al. Probiotics’ efficacy in paediatric diseases: which is the evidence? A critical review on behalf of the Italian Society of Pediatrics // Ital J Pediatr. 2020. Vol. 46, N 1. P. 104. doi: 10.1186/s13052-020-00862-z. Erratum in: Ital J Pediatr. 2020. Vol. 46, N 1. P. 116.

[23] Patent RUS №2702229/ 07.10.2019. Zaynullina ON, Khismatullina ZR, Pechkurov DV, Lyamin AV. Sposob lecheniya atopicheskogo dermatita u detey probioticheskimi preparatami s uchotom rezul’tatov mikrobiologicheskogo issledovaniya kala. Available from: https://yandex.ru/patents/doc/RU2702229C1_20191007 (In Russ).

[24] Патент РФ на изобретение № 2702229/ 07.10.2019. Зайнуллина О.Н., Хисматуллина З.Р., Печкуров Д.В., Лямин А.В. Способ лечения атопического дерматита у детей пробиотическими препаратами с учётом результатов микробиологического исследования кала. Режим доступа: https://yandex.ru/patents/doc/RU2702229C1_20191007 Дата обращения: 17.01.2023

[25] Ermolenko KD, Boldyreva NP, Martens EA, et al. The need for individual selection of probiotics containing lactobacilli and enterococci to increase the effectiveness of therapy for campylobacteriosis. Experimental and Clinical Gastroenterology. 2021;(2):88–93. (In Russ). doi: 10.31146/1682-8658-ecg-186-2-88-93

[26] Ермоленко К.Д., Болдырева Н.П., Мартенс Э.А., и др. Необходимость индивидуального подбора пробиотиков, содержащих лактобацилы и энтерококки для повышения эффективности терапии кампилобактериоза // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2021. № 2. С. 88–93. doi: 10.31146/1682-8658-ecg-186-2-88-93

[27] Brunser O. Inocuidad, prevención y riesgos de los probióticos. Rev Chil Pediatr. 2017;88(4):534–540. doi: 10.4067/S0370-41062017000400015

[28] Brunser O. Inocuidad, prevención y riesgos de los probióticos // Rev Chil Pediatr. 2017. Vol. 88, N 4. P. 534–540. doi: 10.4067/S0370-41062017000400015

[29] Chicherin IYu, Pogorelsky IP, Lundovskikh IA, et al. Evolution of probiotics: historical assessment and perspective. Diary of the Kazan Medical School. 2015;(1):42–51. (In Russ).

[30] Чичерин И.Ю., Погорельский И.П., Лундовских И.А., и др. Эволюция пробиотиков: историческая оценка и перспектива // Дневник Казанской медицинской школы. 2015. № 1 (7). С. 42–51.

[31] Zawistowska-Rojek A, Tyski S. Are Probiotic Really Safe for Humans? Pol J Microbiol. 2018;67(3):251–258. doi: 10.21307/pjm-2018-044

[32] Zawistowska-Rojek A., Tyski S. Are Probiotic Really Safe for Humans? // Pol J Microbiol. 2018. Vol. 67, N 3. P. 251–258. doi: 10.21307/pjm-2018-044

[33] Sniffen JC, McFarland LV, Evans CT, Goldstein EJC. Choosing an appropriate probiotic product for your patient: An evidence-based practical guide. PLoS One. 2018;13(12):e0209205. doi: 10.1371/journal.pone.0209205

[34] Sniffen J.C., McFarland L.V., Evans C.T., Goldstein E.J.C. Choosing an appropriate probiotic product for your patient: An evidence-based practical guide // PLoS One. 2018. Vol. 13, N 12. P. e0209205. doi: 10.1371/journal.pone.0209205

[35] Kryakvina EV, Neborskaya YuA, Martirosyan EA, et al. Antagonistic activity of probiotic strains of lactobacilli against fungi of the species Candida albicans under conditions of co-cultivation. International Student Scientific Bulletin. 2018;(6):68. (In Russ).

[36] Кряквина Е.В., Неборская Ю.А., Мартиросян Е.А., и др. Антагонистическая активность пробиотических штаммов лактобацилл в отношении грибов вида Candida albicans в условиях совместного культивирования // Международный студенческий научный вестник. 2018. № 6. С. 68.

[37] Postnikova EA, Efimov BA, Volodin NN, Kafarskaya LI. Search for promising strains of bifidobacteria and lactobacilli for the development of new biological products. Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunology. 2004;(2):64–69. (In Russ).

[38] Постникова Е.А., Ефимов Б.А., Володин Н.Н., Кафарская Л.И. Поиск перспективных штаммов бифидобактерий и лактобацилл для разработки новых биопрепаратов // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунологии. 2004. № 2. С. 64–69.

[39] Pilipenko VI. Saccharomyces boulardii is a source of signaling molecules. Questions of Dietology. 2014;4(2):30–37. (In Russ).

[40] Пилипенко В.И. Saccharomyces boulardii — источник сигнальных молекул // Вопросы диетологии. 2014. Т. 4, № 2. С. 30–37.

[41] Kaibysheva VO, Nikonov EL. Probiotics from the standpoint of evidence-based medicine. Russian Journal of Evidence-Based Gastroenterology. 2019;8(3):45–54. (In Russ). doi: 10.17116/dokgastro2019803145

[42] Кайбышева В.О., Никонов Е.Л. Пробиотики с позиции доказательной медицины // Доказательная гастроэнтерология. 2019. Т. 8, № 3. С. 45–54. doi: 10.17116/dokgastro2019803145

[43] Savustyanenko AV. Mechanisms of action of probiotics based on Bacillus subtilis. Actual Infectology. 2016;(2):35–44. (In Russ).

[44] Савустьяненко А.В. Механизмы действия пробиотиков на основе Bacillus subtilis // Актуальная инфектология. 2016. № 2 (11). С. 35–44.

[45] Kuznetsova MV, Maslennikova IL, Žgur-Bertok D, Starčič EM. Conjugative gene transfer of bacteriocins is a new mechanism of antimicrobial action of probiotic preparations. Bulletin of the Perm Scientific Center. 2017;(4):45–52. (In Russ). doi: 10.7242/1998-2097/2017.4.7

[46] Кузнецова М.В., Масленникова И.Л., Žgur-Bertok D., Starčič E.M. Коньюгативный перенос генов бактериоцинов — новый механизм антимикробного действия пробиотических препаратов // Вестник Пермского научного центра. 2017. № 4. С. 45–52. doi: 10.7242/1998-2097/2017.4.7

[47] Gritsenko VA, Mrugova TM, Kurlaev PP, et al. Antagonistic relationships of Pseudomonas aeruginosa with Gram-negative bacteria. Bulletin of the Orenburg Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences. 2016;(4):5. (In Russ).

[48] Гриценко В.А., Мругова Т.М., Курлаев П.П., и др. Антагонистические взаимоотношения Pseudomonas aeruginosa с грамотрицательными бактериями // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН. 2016. № 4. С. 5.

Funding

РоспотребнадзорRospotrebnadzor

RIGHTS & PERMISSIONS

Eco-vector