Особенности возрастных изменений кишечной микробиоты крыс линии Wistar при действии антибиотиков и пребиотика 2′-фукозиллактозы

Результаты многочисленных исследований, проведенных в последние десятилетия, показали, что кишечная микробиота может существенно влиять на организм хозяина. Активное развитие кишечной микробиоты в первые годы жизни происходит параллельно с развитием нервной, эндокринной и иммунной систем. Учитывая это, кишечный дисбиоз в раннем возрасте может привести к нарушению формирования регуляторных систем макроорганизма. В этих условиях пребиотики молока могут оказывать позитивный корректирующий эффект.

Цель настоящего исследования – изучить особенности развития антибиотик-ассоциированного дисбиоза в раннем постнатальном периоде у крыс и оценить влияние 2′-фукозиллактозы в норме и на фоне развития дисбиоза.

Исследование проводили на крысах линии Wistar в возрасте 12‒26 сут. Для развития дисбиоза в раннем возрасте были использованы: смесь ампициллина тригидрата 75 мг/кг и метронидазола 50 мг/кг и смесь амоксициллина  30 мг/кг и цефалексина 20 мг/кг в течение 3 сут, начиная с 12-х суток жизни. В качестве пребиотика использовали 2′-фукозиллактозу в дозе 1 г/кг, начиная с 12-х суток до последнего дня эксперимента.

У контрольных крысят обнаружены возрастные изменения содержания бифидобактерий и энтерококков: к возрасту 26 сут отмечалось снижение их титра в кишечнике. Смесь ампициллина тригидрата 75 мг/кг и метронидазола 50 мг/кг оказывает сильный дисбиотический эффект, выражающийся в уменьшении титра бифидобактерий, лактобацилл и энтерококков кишечника. Однако через 5 сут после прекращения введения антибиотиков в период продолжающегося вскармливания молоком отмечается восстановление всех перечисленных показателей. Применение 2′-фукозиллактозы способствует сохранению титра Bifidobacterium spp. и Enterococcus spp., при этом данный пребиотический эффект сохраняется на фоне ранее перенесенного дисбиоза.

Полученные результаты указывают на то, что применение антибиотиков в раннем возрасте вызывает временные, но мощные дисбиотические изменения в толстом кишечнике. Вместе с тем применение 2′-фукозиллактозы приводит к сохранению важных пробиотических групп бактерий кишечника как в норме, так и после перенесенного дисбиоза.

1. The microbiota-gut-brain axis / J. F. Cryan [et al.] // Physiol. Rev. – 2019. – Vol. 99, N 4. – P. 1877–2013. https://doi.org/10.1152/physrev.00018.2018

2. Sonnenburg, J. L. Vulnerability of the industrialized microbiota / J. L. Sonnenburg, E. D. Sonnenburg // Science. – 2019. – Vol. 366, N 6464. – P. eaaw9255. https://doi.org/10.1126/science.aaw9255

3. The potential role of gut microbiota in Alzheimer’s disease: From diagnosis to treatment / A. Varesi [et al.] // Nutrients. – 2022. – Vol. 14, N 3. – Art. 688. https://doi.org/10.3390/nu14030668

4. Probiotics, prebiotics and postbiotics on mitigation of depression symptoms: Modulation of the brain-gut-microbiome axis / A. Chudzik [et al.] // Biomolecules. – 2021. – Vol. 11, N 7. – Art. 1000. https://doi.org/10.3390/biom11071000

5. What is the healthy gut microbiota composition? A changing ecosystem across age, environment, diet, and diseases / E. Rinninella [et al.] // Microorganisms. – 2019. – Vol. 7, N 1. – Art. 14. https://doi.org/10.3390/microorganisms7010014

6. Anti-inflammatory and immunomodulatory effects of probiotics in gut inflammation: A door to the body / F. Cristofori [et al.] // Front Immunol. – 2021. – Vol. 12. – Art. 578386. https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.578386

7. Why are bifidobacteria important for infants? / G. Stuivenberg [et al.] // Microorganisms. – 2022. – Vol. 10, N 2. – Art. 278. https://doi.org/10.3390/microorganisms10020278

8. Yadav, M. A review of metabolic potential of human gut microbiome in human nutrition / M. Yadav, M. K. Verma, N. S. Chauhan // Arch. Microbiol. – 2018. – Vol. 200, N 2. – P. 203–217. https://doi.org/10.1007/s00203-017-1459-x

9. The human microbiome project / P. J. Turnbaugh [et al.] // Nature. – 2007. – Vol. 449, N 7164. – P. 804–810. https:// doi.org/10.1038/nature06244

10. Zeissig, S. Life at the beginning: perturbation of the microbiota by antibiotics in early life and its role in health and disease / S. Zeissig, R. S. Blumberg // Nat. Immunol. – 2014. – Vol. 15, N 4. – P. 307–310. https://doi.org/10.1038/ni.2847

11. Alterations of the human gut microbiome in multiple sclerosis / S. Jangi [et al.] // Nat. Commun. – 2016. – Vol. 7. – Art. 12015. https://doi.org/10.1038/ncomms12015

12. Minireview on the relations between gut microflora and Parkinson’s disease: Further biochemical (oxidative stress), inflammatory, and neurological particularities / O.-D. Ilie [et al.] // Oxid. Med. Cell Longev. – 2020. – Vol. 2020. – Art. 4518023. https://doi.org/10.1155/2020/4518023

13. The gut microbiota and Alzheimer’s disease / C. Jiang [et al.] // J. Alzheimer’s Dis. – 2017. – Vol. 58, N 1. – P. 1–15. https://doi.org/10.3233/JAD-161141

14. Mulle, J. G. The gut microbiome: a new frontier in autism research / J. G. Mulle, W. G. Sharp, J. F. Cubells // Curr. Psych. Rep. – 2013. – Vol. 15, N 2. – Art. 337. https://doi.org/10.1007/s11920-012-0337-0

15. Gut bacterial dysbiosis in children with intractable epilepsy / K. Lee [et al.] // J. Clin. Med. – 2021. – Vol. 10, N 1. – Art. 5. https://doi.org/10.3390/jcm10010005

16. The effects of inulin on gut microbial composition: a systematic review of evidence from human studies / Q. L. Bastard [et al.] // Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. – 2020. – Vol. 39, N 3. – P. 403–413. https://doi.org/10.1007/s10096019-03721-w

17. Patel, S. The current trends and future perspectives of prebiotics research: a review / S. Patel, A. Goyal // 3 Biotech. – 2012. – Vol. 2, N 2. – P. 115–125. https://doi.org/10.1007/s13205-012-0044-x

18. Viral infections, the microbiome, and probiotics / A. Harper [et al.] // Front Cell Infect. Microbiol. – 2021. – Vol. 10. – Art. 596166. https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.596166

19. Recent advances on 2′-fucosyllactose: physiological properties, applications, and production approaches / Y. Zhu [et al.] // Crit. Rev. Food Sci. Nutr. – 2022. – Vol. 62, N 8. – P. 2083–2092. https://doi.org/10.1080/10408398.2020.1850413

20. Li, R. Comparative analysis of oligosaccharides in the milk of human and animals by using LC-QE-HF-MS / R. Li, Y. Zhou, Y. Xu // Food Chem.: X. – 2023. – Vol. 18. – Art. 100705. https://doi.org/10.1016/j.fochx.2023.100705

21. Effect of probiotic bifidobacterium breve in improving cognitive function and preventing brain atrophy in older patients with suspected mild cognitive impairment: Results of a 24-week randomized, double-blind, placebo-controlled trial / D. Asaoka [et al.] // J. Alzheimer’s Dis. – 2022. – Vol. 88, N 1. – P. 75–95. https://doi.org/10.3233/JAD-220148

22. Bifidobacterium animalis subsp. lactis boosts neonatal immunity: unravelling systemic defences against Salmonella / C. Lin [et al.] // Food Funct. – 2024. – Vol. 15, N 1. – P. 234–254. https://doi.org/10.1039/D3FO03686C

23. Beneficial effects of probiotic bifidobacterium longum in a lithium-pilocarpine model of temporal lobe epilepsy in rats / O. E. Zubareva [et al.] // Int. J. Mol. Sci. – 2023. – Vol. 24, N 9. – Art. 8451. https://doi.org/10.3390/ijms24098451

24. The many faces of Enterococcus spp. ‒ commensal, probiotic and opportunistic pathogen / B. Krawczyk [et al.] // Microorganisms. – 2021. – Vol. 9, N 9. – Art. 1900. https://doi.org/10.3390/microorganisms9091900

25. A potentially probiotic strain of Enterococcus faecalis from human milk that is avirulent, antibiotic sensitive, and nonbreaching of the gut barrier / J. Anjum [et al.] // Arch. Microbiol. – 2022. – Vol. 204, N 2. – Art. 158. https://doi.org/10.1007/s00203-022-02754-8

26. The global dissemination of hospital clones of Enterococcus faecium / S. J. van Hal [et al.] // Gen. Med. – 2021. – Vol. 13, N 1. – Art. 52. https://doi.org/10.1186/s13073-021-00868-0

27. Insight into gut dysbiosis of patients with inflammatory bowel disease and ischemic colitis / R. H. Dahal [et al.] // Front Microbiol. – 2023. – Vol. 14. – Art. 1174832. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1174832

28. Chronic liver disease enables gut Enterococcus faecalis colonization to promote liver carcinogenesis / N. Iida [et al.] // Nat. Cancer. – 2021. – Vol. 2, N 10. – P. 1039–1054. https://doi.org/10.1038/s43018-021-00251-3

29. Chang, M. Amphotericin B-metronidazole combination against Candida spp. / M. R. Chang, A. E. Cury // Rev. Iberoam. Micol. – 1998. – Vol. 15, N 2. – P. 78–80.