mchsrosМедико-биологические и социально-психологические проблемы безопасности в чрезвычайных ситуацияхMedicо-Biological and Socio-Psychological Problems of Safety in Emergency Situations1995-44412541-7487«The Nikiforov Russian Center of Emergency and Radiation Medicine»10.25016/2541-7487-2013-0-2-43-53mchsros-28Research ArticleБиологические проблемыBiological IssuesМИКРОЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА В НОРМЕ И ПАТОЛОГИИ ПО ДАННЫМ МАСС СПЕКТРОМЕТРИИ МИКРОБНЫХ МАРКЕРОВMICROENVIRONMENT IN HUMAN HEALTH AND DISEASE BY MASS SPECTROMETRY OF MICROBIAL MARKERSОсиповГ. А.OsipovG. A.

Осипов Георгий Андреевич – ведущий научный сотрудник, доктор биологических наук, профессор

medicine@arcerm.spb.ruРодионовГ. Г.RodionovG. G.

Родионов Геннадий Георгиевич – заведующий лабораторией токсикологии и лекарствен. мониторинга отд. лаб. диагностики,  доктор медицинских наук, доцент

medicine@arcerm.spb.ruНаучный центр сердечно сосудистой хирургии имени А. Н. Бакулева РАМН, МоскваРоссияA.N. Bakoulev Scientific Center for Cardiovascular Surgery, MoscowRussian FederationВсероссийский центр экстренной и радиационной медицины имени А. М. Никифорова МЧС России, Санкт ПетербургРоссияThe Nikiforov Russian Center of Emergency and Radiation Medicine, EMERCOM of Russia, St. PetersburgRussian Federation201316042016024353Copyright © Осипов Г.А., Родионов Г.Г., 20162016Осипов Г.А., Родионов Г.Г.Osipov G.A., Rodionov G.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mchsros.elpub.ru/jour/article/view/28

Представлен обзор данных  по применению масс спектрометрии микробных маркеров (МСММ) для изучения микроэкологии человека. Метод дает качественно новый  вариант молекулярного микробиологического исследования благодаря возможности одновременного количественного определения более сотни  микробных маркеров непосредственно в биологических пробах без предварительного культивирования микроорганизмов и использования биохимических тестовых материалов и генетических праймеров. Получение в реальном времени расширенной информации об анаэробах и трудно культивируемых аэробах, а также  актинобактериях, вирусах, дрожжах и микроскопических грибах из  одной пробы обеспечивает  полное понимание микробной этиологии заболевания.  Получено новое подтверждение полимикробности инфекционных процессов,  а также  условности деления микробов на  патогенные и непатогенные.  Данные МСММ  подтверждают,  что  анаэробы  родов  Clostridium, Eubacterium, Propionibacterium, а также  актинобактерии Streptomyces, Nocardia, Rhodococcus являются доминанта ми полимикробных инфекций. Получено подтверждение транслокации этих микроорганизмов вместе с Lactobacillus и Bifidobacterium из кишечника в очаги воспаления. В воспаленном органе концентрация их маркеров оказывается больше, чем в крови  того же пациента, что свидетельствует об их размножении в самом органе. Количественные измерения методом МСММ позволяют изучать динамику изменения микробиоты при лечебных мероприятиях, в том числе – влияние антибиотиков и пробиотиков на пристеночную микробиоту кишечника.

The review of data on the use of mass spectrometry of microbial markers (MSMM)  to  study the  micro ecology of man  is provided. The method gives  a new version of the  molecular microbiological testing by allowing the  simultaneous quantification of more than a  hundred microbial markers directly in biological samples without  prior  cultivation of microorganisms and  the use of biochemical testing materials / genetic primers. Getting real  time advanced information about anaerobes and  aerobes which are hard to cultivate, as well as actinobacteria, viruses, yeasts and  fungi from one  sample provides a comprehensive understanding of the microbial etiology of the disease. We obtained a new confirmation of polymicrobial nature of infectious processes, as well as conventional division  into pathogenic and  nonpathogenic microbes. MSMM data suggest that  anaerobic genera Clostridium, Eubacterium, Propionibacterium, and  actinobacteria Streptomyces, Nocardia, Rhodococcus dominate in polymicrobial infections.  Translocation  of  these organisms with Lactobacillus and Bifidobacterium from the intestine into sites of inflammation has been proved. In inflamed organ, the  concentration of their  markers is greater than  in the blood of the same patient, which indicates their reproduction in the organ itself. Quanti tative  measurements by MSMM allow us  to study the dynamics of changes in the microbiota during therapeutic activities, including the  influence of antibiotics and probiotics on intestinal parietal microbiota.

масс спектрометриямикробные маркерымикроэкологиямикробиотамикроорганизмымикроэкологический статусинфекцияmass spectrometrymicrobial markersmicroenvironmentmicrobiotamicroorganismsmicroecological statusinfectionReferencesБелобородова Н. В., Осипов Г. А. Гомеостаз малых молекул микробного происхождения и его роль во взаимоотношениях микроорганизмов с хозяином // Вестн. РАМН. – 1999. – T. 16, № 7. – C. 25–31.Beloborodova N.V., Osipov G.A. Gomeostaz malykh molekul mikrobnogo proiskhozhdeniya i ego rol' vo vzaimootnosheniyakh mikroorganizmov s khozyainom [Homeostasis of small molecules of microbial origin and its role in the relationship between microorganisms and the host]. Vestnik Rossiiskoi Akademii Meditsinskikh Nauk [Annals of the Russian Academy of Medical Sciences]. 1999. Vol. 16, N 7. Pp. 25–31. (In Russ.)Заварзин Г.А. Лекции по природоведческой микробиологии. – М. : Наука, 2003. – 348 с.Zavarzin G.A. Lektsii po prirodovedcheskoi mikrobiologii [Lectures on the natural history of microbiology]. Moskva. 2003. 348 p. (In Russ.)Клиническое значение исследования микро организмов слизистой оболочки кишечника куль турально биохимическим и хромато масс спектрометрическим методами / Г.А. Осипов, А.И. Парфе нов, Н.В. Верховцева [и др.] // Эксперимени клинич. гастроэнтерология. – 2003. – Т. 4. – С. 59–67.Osipov G.A., Parfenov A.I., Verkhovtseva N.V. [et al.]. Klinicheskoe znachenie issledovaniya mikroorganizmov slizistoi obolochki kishechnika kul'tural'no-biokhimicheskim i khromato-massspektrometricheskim metodami [The clinical significance of the study of microorganisms of the intestinal mucosa using culture-biochemical and chromatography-mass spectrometry methods.]. Eksperimental'naya klinicheskaya gastroenterologiya [Experimental and clinical gastroenterology]. 2003. Vol. 4. Pp. 59–67. (In Russ.)Крымцева Т.А. Физиологическая роль изменения жирнокислотного состава урогенитальных жидкостей организма человека при дисбиозах : автореф. дис. … канд. биол. наук. – М., 2003. – 35 с.Krymtseva T.A. Fiziologicheskaya rol' izmeneniya zhirnokislotnogo sostava urogenital'nykh zhidkostei organizma cheloveka pri disbiozakh [The physiological role of changes in fatty acid composition of urogenital fluids in humans with dysbiosis]. Moskva. 2003. 35 p. (In Russ.)Микроэкологический статус кандидатов на пересадку печени / О.И. Андрейцева, В.В. Киселев, Н.Б. Бойко [и др.] // Трансплантология. – 2010. – № 1. – С. 37 46.Andreitseva O.I., Kiselev V.V., Boiko N.B. [et al.]. Mikroekologicheskii status kandidatov na peresadku pecheni [Microecological status of candidates for liver transplantation]. Transplantologiya [Transplantology]. 2010. N 1. Pp. 37–46. (In Russ.)Минорные жирные кислоты биологических жидкостей урогенитальных органов и их значи мость в диагностике воспалительных процессов / Т.А. Крымцева, Г.А. Осипов, Н.Б. Бойко [и др.] // Журн. микробиологии, эпидемиологии и иммуно логии. – 2003. – № 2. – С. 92–101.Krymtseva T.A., Osipov G.A., Boiko N.B. [et al.]. Minornye zhirnye kisloty biologicheskikh zhidkostei urogenital'nykh organov i ikh znachimost' v diagnostike vospalitel'nykh protsessov [Minor fatty acids in biological fluids of urogenital organs and their significance in the diagnosis of inflammatory processes.]. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii [J. of Epidemiology, Microbiology and Immunology]. 2003. N 2. Pp. 92–101. (In Russ.)Николаев Ю.Н., Плакунов В.К. Биопленка – «город микробов» или аналог многоклеточного организма? // Микробиология. – 2007. – Т. 76, № 2. – С. 149–163.Nikolaev Yu.N., Plakunov V.K. Bioplenka – «gorod mikrobov» ili analog mnogokletochnogo organizma? [Biofilms – the "city of microbes" or an analogue of a multicellular organism?]. Mikrobiologiya [Microbiology]. 2007. Vol. 76, N 2. Pp. 149–163. (In Russ.)Осипов Г.А., Федосова Н.Ф., Лядов К.В. Ко личественный in situ микробиологический анализ по липидным маркерам в биологических жидкостях с использованием метода газовой хроматогра фии – масс спектрометрии // Здравоохранение и мед. технологии. – 2007. – № 5. – С. 20–23.Osipov G.A, Fedosova N.F., Lyadov K.V. Kolichestvennyi in situ mikrobiologicheskii analiz po lipidnym markeram v biologicheskikh zhidkostyakh s ispol'zovaniem metoda gazovoi khromatografii – mass spektrometrii [Quantitative microbiological analysis in situ by lipid markers in biological liquids using gas chromatography – mass spectrometry]. Zdravookhranenie i meditsinskie tekhnologii [Health and medical technologies]. 2007. N 5. Pp. 20–23. (In Russ.)Осипов Г.А. Хромато масс спектрометриче ский анализ микроорганизмов и их сообществ в кли нических пробах при инфекциях и дисбиозах / Химени анализ в мед. диагностике. – М.: Наука, 2010. – С. 293–368.Osipov G.A. Khromato-mass-spektrometricheskii analiz mikroorganizmov i ikh soobshchestv v klinicheskikh probakh pri infektsiyakh i disbiozakh [Chromatography-mass spectrometric analysis of microorganisms and their communities in clinical samples in infections and dysbiosis]. Khimicheskii analiz v meditsinskoi diagnostike [Chemical analysis in medical diagnosis]. Moskva. 2010. Pp. 293–368. (In Russ.)Спектрометрическое исследование состава микроорганизмов кишечника у больных себорейным дерматитом / И.В. Полеско, Ю.С. Бутов, Г.А. Осипов, В.В. Малиновская // Рос. журн. кож. и вен. болезней. – 2006. – № 3. – С. 23–27.Polesko I.V., Butov Yu.S., Osipov G.A., Malinovskaya V.V. Spektrometricheskoe issledovanie sostava mikroorganizmov kishechnika u bol'nykh seboreinym dermatitom [Spectrometric investigation of intestinal microorganisms in patients with seborrheic dermatitis]. Rossiiskii zhurnal kozhnykh i venericheskikh boleznei [Russian journal of skin and sexually transmitted diseases]. 2006. N 3. Pp. 23–27. (In Russ.)Состав кожного сала, микроэкология кожи и кишечника у больных себорейным дерматитом и акне (исследование методом газовой хроматографии масс спектрометрии) / И.В. Полеско, Ю.С. Бутов, Г.А. Осипов [и др.] // Рос. журн. кож. и вен. болезней. – 2007. – № 2. – С. 43–50.Polesko I.V., Butov Yu.S., Osipov G.A. [i dr.]. Sostav kozhnogo sala, mikroekologiya kozhi i kishechnika u bol'nykh seboreinym dermatitom i akne (issledovanie metodom gazovoi khromatografii mass-spektrometrii) [Composition of sebum, microecology of skin and intestines in patients with seborrheic dermatitis and acne (gas chromatography and mass spectrometry).]. Rossiiskii zhurnal kozhnykh i venericheskikh boleznei [Russian journal of skin and sexually transmitted diseases]. 2007. N 2. Pp. 43–50. (In Russ.)Федосова Н.Ф., Лядов К.В., Осипов Г.А. Новые подходы к анализу инфекционных послеоперационных и посттравматических осложнений // Инфекции в хирургии. – 2010. – Т. 8, № 2. – С. 56–62.Fedosova N.F., Lyadov K.V., Osipov G.A. Novye podkhody k analizu infektsionnykh posleoperatsionnykh i posttravmaticheskikh oslozhnenii [New approaches to the analysis of infectious postoperative and posttraumatic complicationsI]. Infektsii v khirurgii [Infections in Surgery]. 2010. Vol. 8, N 2. Pp. 56–62. (In Russ.)Шендеров Б.А. Медицинская микробная экология и функциональное питание : 3 т. – М. : Грант, 1998. – Т. 1 : Микрофлора человека и животных и ее функции. – С. 14–17.Shenderov B.A. Meditsinskaya mikrobnaya ekologiya i funktsional'noe pitanie [Medical microbial ecology and functional food]: in 3 Vol. Moskva. 1998. Vol. 1: Mikroflora cheloveka i zhivotnykh i ee funktsii [Human and animal microflora and its functions]. Pp. 14–17. (In Russ.)Abnormal fecal microflora and malabsorption phenomena in atopic eczema patients / G. Ionescu, R. Kiehl, L. Ona, R. Schuler // J. Adv. Med. – 1990. – Vol. 3. – P. 71–89.Ionescu G., Kiehl R., Ona L., Schuler R. Abnormal fecal microflora and malabsorption phenomena in atopic eczema patients. J. Adv. Med. 1990. Vol. 3. Pp. 71–89.Beloborodova N.V., Osipov G.A. Small mole cules originating from microbes (SMOM) and their role in microbes host relationship // Microbial. Ecology in Health. and Disease. – 2000. – Vol. 12. – P. 12–21.Beloborodova N.V., Osipov G.A. Small molecules originating from microbes (SMOM) and their role in microbes-host relationship. Microbial. Ecology in Health. and Disease. 2000. Vol. 12. Pp. 12–21.Davey M.E. and O'Tоol G.A. Microbial Biofilms: from Ecology to Molecular Genetics // Microbiol. and Molecular. Biol. Rev. – 2000. – Vol. 64, N 4. – P. 847–867.Davey M.E., O’Tоol G.A. Microbial Biofilms: from Ecology to Molecular Genetics. Microbiol. and Molecular. Biol. Rev. 2000. Vol. 64, N 4. Pp. 847–867.Donlan R.M., William J. Costerton. Biofilms: Survival Mechanisms of Clinically Relevant Microorganisms // Clin. Microbiol. Rev. – 2002. – Vol. 15, N 2. – P. 167–193.Donlan R.M., William J. Costerton. Biofilms: Survival Mechanisms of Clinically Relevant Microorganisms. Clin. Microbiol. Rev. 2002. Vol. 15, N 2. Pp. 167–193.Evaluation of a commercial microbial identification system based on fatty acid profiles for rapid, accurate identification of plant pathogenic bacteria / D.E. Stead, J.E. Sellwood, J. Wilson, J.J. Vi ney // Appl. Bacteriol. – 1992. – Vol. 72. – P. 315–321.Stead D.E., Sellwood J.E., Wilson J., Viney J.J. Evaluation of a commercial microbial identification system based on fatty acid profiles for rapid, accurate identification of plant pathogenic bacteria. Appl. Bacteriol. 1992. Vol. 72. Pp. 315–321.Guideline for prevention of surgical site infection / A.J. Mangram, T.C. Horan, M.L. Pearson [et al.] // Jarvis. Am. J. Infect. Control. – 1999. – Vol. 27. – P. 97–134.Mangram A.J., Horan T.C., Pearson M.L. [et al.]. Guideline for prevention of surgical site infection. Jarvis. Am. J. Infect. Control. 1999. Vol. 27. Pp. 97–134.Macfarlane S., Hopkins M.J., Macfarlane G.T. Bacterial grows and metabolism on surfaces in the large intestine // Microbial. Ecology in Health. and Disease. – 2006. – Vol. 2. – P. 64–72.Macfarlane S., Hopkins M.J., Macfarlane G.T. Bacterial grows and metabolism on surfaces in the large intestine. Microbial. Ecology in Health and Disease. 2006. Vol. 2. Pp. 64–72.Nicholson J.K. Global systems biology, personalized medicine and molecular epidemiology // Mol. Syst. Biol. – 2006. – Vol. 2. – P. 52.Nicholson J.K. Global systems biology, personalized medicine and molecular epidemiology. Mol. Syst. Biol. 2006. Vol. 2. Аrt. 52. Doi: 10.1038/msb4100095.Nicholson J.K., Holmes E., Wilson I.D. Gut microorganisms, mammalian metabolism and personalized health care // Nat. Rev. Microbiol. –2005. – Vol. 3. – P. 431–438.Nicholson J.K., Holmes E., Wilson I.D. Gut microorganisms, mammalian metabolism and personalized health care. Nat. Rev. Microbiol. 2005. Vol. 3. Pp. 431–438.Nicholson J.K., Wilson I.D. Understanding global systems biology: Metabonomics and the continuum of metabolism // Nat. Rev. Drug. Discov. – 2003. – Vol. 2. – P. 668–676.Nicholson J.K., Wilson I.D. Understanding global systems biology: Metabonomics and the continuum of metabolism. Nat. Rev. Drug. Discov. 2003. Vol. 2. Pp. 668–676.Osipov G.A., Turova E.S. Studying species composition of microbial communities with the use of gas chromatography mass spectrometry. Microbial community of kaolin // FEMS Microbiol. Rev. – 1997. – Vol. 20. – P. 437–446.Osipov G.A., Turova E.S. Studying species composition of microbial communities with the use of gas chromatography-mass spectrometry. Microbial community of kaolin. FEMS Microbiol. Rev. 1997. Vol. 20. Pp. 437–446.Prokariotic DNA sequences in patients with chronic idiopathic prostatitis / J.N. Krieger, D.E. Riley, M.C. Roberts, R.E. Berger // J. Clin. Microbiol. – 1996. – Vol. 34, N 12. – P. 3120–3128.Krieger J.N., Riley D.E., Roberts M.C., Berger R.E. Prokariotic DNA sequences in patients with chronic idiopathic prostatitis. J. Clin. Microbiol. 1996. Vol. 34, N 12. Pp. 3120–3128.Polymerase chain reaction based detection of bacteria in semen / K. Jarvi, J. M. Lacroux, A. Jain, I. Dumitru [et al.] // Fertil. Steril. – 1996. – Vol. 66, N 3. – P. 463–467.Jarvi K., Lacroux J.-M., Jain A. [et al.]. Polymerase chain reaction-based detection of bacteria in semen. Fertil. Steril. 1996. Vol. 66, N 3. Pp. 463–467.The gut microbiota as a target for improved surgical outcome and improved patient care / J. Kin ross, A.C. von Roon, N. Penney [et al.] // Curr. Pharm. Des. – 2009. – Vol. 15, N 13. – P. 1537–1545.Kinross J., Von Roon A.C., Penney N. [et al.]. The gut microbiota as a target for improved surgical outcome and improved patient care. Curr. Pharm. Des. 2009. Vol. 15, N 13. Pp. 1537–1545.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.