Сomparative immune resistance of Enterococci and Staphylococci isolated in chronic bacterial prostatitis

Olga A. Pashinina; Пашинина Ольга Александровна; T. M. Pashkova; Пашкова Татьяна Михайловна; Olga L. Kartashova; Карташова Ольга Львовна; L. P. Popova; Попова Лидия Петровна; M. D. Kuzmin; Кузьмин Михаил Дмитриевич; V. A. Gritsenko; Гриценко Виктор Александрович

doi:10.46235/1028-7221-17260-CIR

Сomparative immune resistance of Enterococci and Staphylococci isolated in chronic bacterial prostatitis

Authors: Pashinina O.A.¹, Pashkova T.M.¹, Kartashova O.L.¹, Popova L.P.¹, Kuzmin M.D.¹, Gritsenko V.A.¹
Affiliations:
1. Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis – a Separate Structural Unit of the Orenburg Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences
Issue: Vol 28, No 4 (2025)
Pages: 1047-1054
Section: SHORT COMMUNICATIONS
Submitted: 30.04.2025
Accepted: 22.06.2025
Published: 28.09.2025
URL: https://rusimmun.ru/jour/article/view/17260
DOI: https://doi.org/10.46235/1028-7221-17260-CIR
ID: 17260

Cite item

Full Text

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The aim of the study was to conduct a comparative analysis of immunoresistance factors in enterococci and staphylococci strains isolated in chronic bacterial prostatitis (CBP). In vitro studies were conducted on 24 clinical strains of Gram-positive cocci of different species: Enterococcus faecalis (n = 6), Staphylococcus aureus (n = 6), coagulase-negative staphylococci (CoNS): S. haemolyticus (n = 6), S. epidermidis (n = 6), isolated from prostatic secretion in men with CBP. Antilysozyme activity (ALA) of bacteria and their ability to form biofilms (BFA) were determined photometrically; sIgA protease activity of bacteria and their anticytokine activity (ACA) in relation to pro- and anti-inflammatory cytokines (IL-6, IL-8, IL-17A, TNFα and IL-4) were determined by the enzyme immunoassay. The obtained data were processed by the methods of variation statistics and the Spearman correlation criterion. Upon the comparative analysis of immunoresistance factors in enterococci and staphylococci isolated in CBP, no significant differences in the expression levels of ALA, BPO, and ACA in relation to IL-8 and TNFα were revealed between the isolates of bacteria of the studied species, but their interspecies variability in sIgA protease expression and ACA against IL-4, IL-6, and IL-17A were noted. The results of correlation analysis have shown a close positive relationship between the expression of ACA IL-8 and ACA IL-6 in CoNS and S. aureus isolates, as well as between sIgA protease activity and ACA IL-6 in CoNS and E. faecalis strains. Inverse correlations were found between ACA to IL-8 and ACA to IL-17A, ACA IL-8 and BFA. Moreover, BFA and ACA to TNFα were detected in E. faecalis. These results allowed us to characterize a number of immunoresistance factors associated with inactivation/suppression of antimicrobial defense mechanisms in clinical strains of E. faecalis, S. aureus and CoNS of different species isolated from patients with CBP, which may contribute to the survival and long-term persistence of pathogens in the prostate gland. Further studies in this area can provide new practically useful data, including information related to the prediction of persistence for distinct bacterial strains.

Keywords

chronic bacterial prostatitis, Enterococci, Staphylococci, antilysozyme activity, biofilm formation ability, sIgA protease activity, anticytokine activity

Full Text

Работа выполнена по теме государственного задания ИКВС УрО РАН № FUUG-2022-0007 «Исследование симбиотических систем про- и эукариот в биологии и медицине».

Введение

Хронические инфекционно-воспалительные заболевания, в том числе хронический бактериальный простатит (ХБП), связаны с персистированием возбудителей в тканях пораженных органов на фоне ярко выраженного (при рецидиве) или вяло текущего (в период ремиссии) воспалительного процесса. Длительное вегетирование патогенов в пораженных локусах сопряжено с постоянным воздействием на микроорганизмы гуморальных и клеточных факторов врожденного и адаптивного иммунитеты. Выживание инфекционных агентов в таких условиях возможно лишь при наличии у них факторов и механизмов супрессии/нейтрализации компонентов антимикробной защиты макроорганизма. Совокупность подобных свойств, называемых факторами персистенции или импединами (от лат. impede – мешать, препятствовать, задерживать), так как их функция ограничивается «обороной без повреждения», обеспечивает возбудителям иммунорезистентность (по аналогии с антибиотикоустойчивостью), которая препятствует процессу саногенеза и элиминации патогенов из инфицированных органов [1, 3, 6].

Несмотря на то, что при хроническом течении ряда инфекционно-воспалительных заболеваний у возбудителей охарактеризован широкий спектр факторов персистенции, включая антилизоцимную, антикомплементарную, антилактоферриновую, sIgA-протеазную, антицитокиновую активности и способность формировать биопленки [8, 12, 16], при ХБП иммунорезистентность приоритетных патогенов, к которым, в частности, относятся энтерококки и стафилококки [17], охарактеризована фрагментарно [10, 11]. При этом особый интерес представляет анализ взаимосвязей персистентных характеристик между собой у грамположительных кокков изученных видов, результаты которого позволят точнее представить видоспецифические особенности паттернов иммунорезистентности данных возбудителей ХБП.

Цель исследования – провести сравнительный анализ факторов иммунорезистентности штаммов энтерококков и стафилококков, выделенных при хроническом бактериальном простатите.

Материалы и методы

В работе использованы культуры стафилококков и энтерококков, выделенные из секрета предстательной железы у больных ХБП классическим бактериологическим методом. Для выделения стафилококков использовали желточно-солевой агар; для энтерококков – Enterococcosel-Agar (CONDA, Испания) и желчно-эскулиновый агар с азидом натрия (HiMedia, Индия). Посевы бактерий инкубировали при 37 °С в течение 18-24 часов.

Видовую принадлежность микроорганизмов оценивали с помощью масс-спектрометра MALDI-TOF серии Microflex (Bruker Daltonics, Германия), идентификацию микроорганизмов с расчетом коэффициента достоверности проводили с использованием программного обеспечения Maldi BioTyper 3.0.

Материалом для экспериментов in vitro послужили 24 клинических штамма грамположительных кокков разных видов: Enterococcus faecalis (n = 6), Staphylococcus aureus (n = 6), коагулазонегативные стафилококки (сoagulase-negative staphylococci – CоNS), в том числе: S. haemolyticus (n = 6) и S. epidermidis (n = 6).

Фотометрическим методом определяли антилизоцимную активность (АЛА) [2] бактерий и их способность к биопленкообразованию (БПО) [18]; иммуноферментным методом (ИФА) определяли sIgA-протеазную активность бактерий [4] и их антицитокиновую активность (АЦА), т. е. способность микроорганизмов инактивировать в среде про- (IL-6, IL-8, IL-17A, TNFα) и противовоспалительные цитокины (IL-4) [5].

Полученные данные обработаны методами вариационной статистики и методом ранговой корреляции по Спирмену с помощью программы Statistica 6.0 (StatSoft, Inc., США). Результаты представлены в виде средних значений и ошибок средних (M±m), для сравнения групп использовали критерий Стьюдента, значимыми считали различия при p < 0,05.

Результаты и обсуждение

Сравнительный анализ изученных факторов иммунорезистентности у энтерококков и стафилококков, выделенных при ХБП, показал их сходство по таким персистентным характеристикам, как АЛА, БПО и АЦА в отношении IL-8 и TNFα, а также выявил межвидовую вариабельность данных микроорганизмов по уровням экспрессии ряда изученных свойств, в частности по выраженности у них sIgA-протеазной активности и АЦА в отношении IL-4, IL-6 и IL-17А (табл. 1).

Таблица 1. Экспрессия факторов иммунорезистентности энтерококков и стафилококков, выделенных от больных с хроническим бактериальным простатитом

Table 1. Expression of immunoresistance factors of enterococci and staphylococci isolated from patients with chronic bacterial prostatitis

Факторы иммунорезистентности Iimmunoresistance factors		Группы бактерий Groups of bacteria
Факторы иммунорезистентности Iimmunoresistance factors		*E. faecalis* (n = 6)	*S. aureus* (n = 6)	*CoNS* (n = 12)
АЛА, мкг/мл ALA, μg/mL		1,7±0,1	1,9±0,1	1,8±0,3
БПО, у. е. BFF, c. u.		1,3±0,1	1,41±0,10	1,3±0,1
sIgA-протеазная активность, % sIgA-protease activity, %		24,9±0,3*	2,1±0,1	11,9±0,3*
АЦА в отношении цитокинов (пг/мл) ACA in relation to cytokines (pg/mL)	IL-4	16,7±1,5	0	23,2±1,8*
	IL-6	5,5±0,2	7,8±0,8*	5,6±0,3
	IL-17А	19,9±1,8*	34,2±2,1	23,2±1,9*
	TNFα	52,7±4,1	47,0±3,2	52,8±3,3
	IL-8	46,8±3,5	41,0±3,1	44,9±2,6

Примечание. АЛА – антилизоцимная активность (мкг/мл); БПО – биопленкообразование (у. е.); sIgA-протеазная активность – способность секретировать протеолитические ферменты, разрушающие sIgA (%); АЦА – антицитокиновая активность (пг/мл). * – достоверные межвидовые различия экспрессии признаков (р < 0,05).

Note. ALA, antilysozyme activity (μg/mL); BFF, biofilm formation (с. u); sIgA-protease activity, the ability to secrete proteolytic enzymes that destroy sIgA (%); ACA, anticytokine activity (pg/mL). *, significant interspecific differences in trait expression (р < 0.05).

Как видно из представленной таблицы 1, между клиническими штаммами бактерий изученных видов отсутствовали существенные различия в уровнях экспрессии таких персистентных характеристик, как АЛА, БПО и АЦА в отношении IL-8 и TNFα, что косвенно указывало, с одной стороны, на весомый вклад данных свойств в формирование иммунорезистентности возбудителей ХБП, с другой стороны, на их важное значение в обеспечении персистенции патогенов в тканях предстательной железы при этой патологии.

В то же время были обнаружены межвидовые отличия бактерий по выраженности у них других факторов иммунорезистентности (табл. 1).

Так, при определении у клинических штаммов экспрессии sIgA-протеазной активности установлено, что максимальный уровень этого признака регистрировался у изолятов E. faecalis (24,9±0,3%), что в 2,1 раза превышало аналогичный показатель у культур CoNS (11,9±0,3%, р < 0,01) и в 11,9 раз – у S. aureus (2,1±0,1%, р < 0,001).

Что касается АЦА в отношении IL-6, то ее максимальный уровень демонстрировали штаммы S. aureus (7,8±0,8 пг/мл), который был выше этих показателей у изолятов CоNS (5,6±0,3 пг/ мл, р < 0,05) и E. faecalis (5,5±0,2 пг/мл, р < 0,05). Кроме того, изоляты S. aureus отличались от бактерий других видов по уровню АЦА в отношении IL-17А, он у них был выше (34,2±2,1 пг/мл), чем у штаммов CоNS (23,2±1,9 пг/мл, р < 0,05) и E. faecalis (19,9±1,8 пг/мл, р < 0,01). Межвидовые различия наблюдались и по АЦА в отношении IL-4: у культур S. aureus данный признак отсутствовал, тогда как самый высокий его уровень наблюдался у изолятов CоNS (23,2±1,8 пг/мл), который достоверно превышал таковой у штаммов E. faecalis (16,7±1,5 пг/мл, р < 0,05).

Эти данные, очевидно, свидетельствуют о существенном вкладе АЦА в отношении различных цитокинов в формирование видоспецифичности паттернов иммунорезистентности возбудителей ХБП разной таксономической принадлежности.

Для выявления возможных взаимосвязей между свойствами исследуемых штаммов микроорганизмов нами был проведен корреляционный анализ и выявлены взаимосвязи между персистентными свойствами изучаемых видов микроорганизмов (рис. 1).

Рисунок 1. Корреляционные плеяды между уровнями экспрессии факторов иммунорезистентности у штаммов: А – E. faecalis, Б – S. aureus, В – CoNS

Figure 1. Correlation pleiades between the expression levels of immunoresistance factors in strains: A, E. faecalis; B, S. aureus; C, CoNS

Так, у штаммов S. aureus экспрессия АЦА в отношении IL-8 положительно коррелировала с sIgA-протеазной активностью, АЦА IL-6, АЦА TNFα (r = 0,94, r = 0,7 и r = 0,76 соответственно; p < 0,05). Установлена высокая степень корреляционной зависимости между АЦА IL-6 и АЦА TNFα (r = 0,8; p < 0,05), а также АЦА IL-6 и БПО (r = 0,8; p < 0,05).

У изолятов CoNS отмечена высокая корреляционная зависимость экспрессии АЦА IL-8 и sIgA-протеазной активности; АЦА IL-8 и АЦА IL-6 (r = 0,92; p < 0,05), sIgA-протеазной активности и АЦА IL-6 (r = 0,86; p < 0,05).

У штаммов E. faecalis, также как и у S. aureus, отмечен высокий уровень корреляции между экспрессией АЦА IL-8 и АЦА TNFα (r = 0,75; p < 0,05), и также как у изолятов CoNS – sIgA-протеазной активностью и АЦА IL-6 (r = 0,7; p < 0,05). Отмечены корреляции между экспрессией АЦА IL-4 и БПО (r = 0,87, p < 0,05), АЛА и АЦА IL-17А (r = 0,94, p < 0,05).

У культур энтерококков выявлена обратная корреляционная зависимость выраженности АЦА IL-8 и АЦА IL-17А, АЦА IL-8 и БПО (r = -0,7; p < 0,05); а также БПО и АЦА TNFα (r = -0,76; p < 0,05).

Таким образом, проведенный корреляционный анализ выявил высокую силу корреляционной зависимости у изолятов CoNS и S. aureus между экспрессией АЦА IL-8 и АЦА IL-6, и у штаммов CoNS и E. faecalis между sIgA-протеазной активностью и АЦА IL-6. Обратные корреляционная зависимости между свойствами выявлены у E. faecalis.

Проведенные исследования позволили определить факторы, инактивирующие/супрессирующие антимикробные механизмы защиты у стафилококков разных видов и энтерококков, выделенных при хроническом течении бактериального простатита.

Основной стратегией патогенных микроорганизмов при хронической инфекции является адаптация, направленная на длительное выживание, которое возможно только при реализации эффективных механизмов защиты и нападения.

Развитие и исход заболеваний микробной этиологии зависят от персистентных свойств микроорганизмов, направленных на инактивацию факторов естественной резистентности организма человека.

Факторы, способствующие персистенции, рассматриваются в качестве маркера, обусловливающего длительное переживание патогена в организме хозяина. К таким факторам относят, в частности, способность бактерий деградировать лизоцим, что может приводить в конечном итоге к развитию местного иммунодефицита, с последующим формированием хронического воспалительного процесса, и, несомненно, повлечет за собой дегенеративные изменения в различных отделах репродуктивного тракта.

В нашем исследовании установлен высокий уровень экспрессии sIgA-протеазной активности у штаммов энтерококков, что, очевидно, необходимо для их выживания в условиях действия секреторного иммуноглобулина А, а также свидетельствует о способности sIgA-протеаз E. faecalis поддерживать воспалительный процесс и участвовать в его хронизации [13].

Иммунорезистентность бактерий связана также с их способностью формировать биопленки, которые, прикрепившись к эпителию системы протоков, образуют слизь экзополисахарида или защитные оболочки гликокаликса, что приводит к стойкой иммунологической стимуляции и последующему хроническому воспалению [7].

В настоящее время продолжает активно изучаться способность микроорганизмов к инактивации/нейтрализации различных видов цитокинов [14, 15]. Нами установлено, что энтерококки и стафилококки, выделенные из клинического материала при ХБП, обладают высоким потенциалом к инактивации TNFα, IL-8, IL-6, IL-17А, что, вероятно, позволяет им вмешиваться в формирование иммунного ответа на бактериальную агрессию и тем самым существенно влиять на течение и исход инфекционного процесса. Вместе с тем самая высокая антицитокиновая активность в отношении IL-4 отмечена у CоNS. Эти данные согласуются с результатами другого исследования, в частности [9], где было показано, что наиболее высокий уровень АЦА в отношении IL-4 демонстрировали бактерии вида S. xylosis, относящегося к группе коагулазонегативных стафилококков. Авторы предполагают, что дальнейшие исследования антицитокиновой активности у штаммов стафилококков, выделенных из секрета предстательной железы мужчин с симптомами урогенитальной инфекции, позволят выявить информативные параметры, пригодные для оценки степени тяжести заболевания.

Заключение

Иммунологические особенности местного иммунитета играют ключевую роль в торможении персистенции микроорганизмов. В свою очередь, дисфункция иммунной системы способствует изменению цитокинового профиля и формированию аутоиммунных процессов, хронизации инфекционно-воспалительного процесса. Постоянное воздействие патогенных микроорганизмов приводит к срыву защитных реакций, а следовательно – к декомпенсации и нарушению функции предстательной железы.