aterosklerozАтеросклерозAteroscleroz2078-256X2949-3633НИИТПМ-филиал ИЦиГ СО РАН10.52727/2078-256X-2022-18-1-56-67ateroskleroz-630Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESМикробиом крови пациентов с атеросклерозомBlood microbiome of patients with atherosclerosishttps://orcid.org/0000-0001-5493-9644ШарифуллинаД. М.SharifullinaD. M.

Диляра Магсумовна Шарифуллина, зав. бактериологической лабораторией, врач-бактериолог

420101, Республика Татарстан, г. Казань, ул. Карбышева, 12А

Diliara M. Sharifullina, head of bacteriological laboratory, bacteriologist

420101, Republic of Tatarstan, Kazan, Karbyshev str., 12A

dilmag57@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6855-3387ПоздеевО. К.PozdeevO. K.

Оскар Кимович Поздеев, д-р мед. наук, проф., зав. кафедрой микробиологии

420012, Республика Татарстан, г. Казань, ул. Муштари, 11

Oskar K. Pozdeev, doctor of medical science, professor, head of microbiology department

420012, Republic of Tatarstan, Kazan, Mushtari str., 11

pozdeevoskar@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2160-7720ХайруллинР. Н.KhayrullinR. N.

Рустем Наилевич Хайруллин, д-р мед. наук, заслуженный врач РТ, чл.-корр. АН РТ, генеральный директор

420101, Республика Татарстан, г. Казань, ул. Карбышева, 12А

Rustem N. Khayrullin, doctor of medical sciences, honored physician of the Republic of Tatarstan, corresponding member of the Academy of Sciences of the Republic of Tatarstan, Director General

420101,Republic of Tatarstan, Kazan, Karbyshev str., 12A

icdc@icdc.ruГосударственное автономное учреждение здравоохранения «Межрегиональный клинико-диагностический центр»Interregional Clinic and Diagnostic CenterКазанская государственная медицинская академия – филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения дополнительного профессионального образования «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииKazan State Medical Academy – Branch Campus of the Federal State Budgetary Educational Institution of Further Professional Education «Russian Medical Academy of Continuous Professional Education»2022010420221815667Copyright © Шарифуллина Д.М., Поздеев О.К., Хайруллин Р.Н., 20222022Шарифуллина Д.М., Поздеев О.К., Хайруллин Р.Н.Sharifullina D.M., Pozdeev O.K., Khayrullin R.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ateroskleroz.elpub.ru/jour/article/view/630

Цель исследования – оценить состав микробиома крови пациентов с атеросклерозом, сравнить его с микрофлорой и микробиомом атеросклеротических бляшек, а также выявить общие таксоны для микробиомов крови и атеросклеротических бляшек и провести корреляционный анализ различных параметров крови и мочи у обследованных пациентов со структурой «ядра» бактериального сообщества крови. Материал и методы. Обследовано 19 мужчин и 5 женщин в возрасте 33–81 года (средний возраст 64,1 ± 9,8 года) с атеросклерозом общих сонных артерий, подтвержденным данными ультразвуковой допплерографии сосудов. С помощью секвенирования генов 16S рибосомной РНК (16S рРНК) исследовано микробное разнообразие 24 образцов крови, бактериологическим методом – 16 образцов атеросклеротических бляшек сонных артерий. Результаты. Большинство полученных последовательностей было классифицировано как Proteobacteria (73,9 %), Actinobacteria (11,4 %), Bacteroidetes (2,8 %), Cyanobacteria (1,3 %), Firmicutes (1,1 %), Fusobacteria (0,7 %). Во всех исследованных образцах крови пациентов с атеросклерозом обнаружены гены 16S рРНК Propionibacterium acnes, недифференцированные виды семейств Micrococcaceae, Caulobacteraceae, Bradyrhizobiaceae, родов Bradyrhizobium и Sphingomonas, составивших от 67,7 до 87,5 % таксонов микробного сообщества. 75 % образцов биоптатов атеросклеротических бляшек показали рост бактерий: Propionibacterium acnes (43,8 %), Staphylococcus epidermidis (18,8 %), Staphylococcus capitis (6,3 %), Staphylococcus saccharolyticus (6,3 %). Общими таксонами для микробиомов крови и атеросклеротических бляшек являются Propionibacterium acnes и Bradyrhizobiaceae. Обсуждение. Настоящее исследование впервые сообщает о микробиоме крови пациентов с атеросклерозом, а также обнаружило жизнеспособные культуры Propionibacterium acnes и Staphylococcus в образцах биоптатов атеросклеротических бляшек, обеспечив механистическую связь микроорганизмов с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Общими таксонами для микробиомов крови и атеросклеротических бляшек являются Propionibacterium acnes и Bradyrhizobiaceae. Можно предположить, что вид Propionibacterium acnes является специфичным таксоном и атеросклеротических бляшек сонных артерий, и крови пациентов с атеросклерозом сонных артерий; требуется проведение дополнительных исследований этиологической значимости микробного фактора в формировании атеросклеротических бляшек

Aim of the study was to assess the composition of blood microbiome in patients with atherosclerosis, to compare it with microflora and microbiome of atherosclerotic plaques, to identify common taxons for microbiomes of blood and atherosclerotic plaques, as well as to perform a correlation analysis of various blood and urine parameters in the examined patients with the structure of «core» of the blood bacterial community. Material and methods. 19 men and 5 women aged 33–81 years (mean age 64.1 ± 9.8 years) with common carotid artery atherosclerosis confirmed by Doppler ultrasonography of vessels were examined. The microbial diversity of 24 blood samples from patients with vascular atherosclerosis was examined using 16S ribosomal RNA (16S rRNA) gene sequencing. 16 samples of atherosclerotic carotid artery plaques were examined by а bacteriological method. Correlation analysis of the results was performed by methods of nonparametric statistics. Results. Most of the sequences obtained were classified as Proteobacteria (73.9 %), Actinobacteria (11.4 %), Bacteroidetes (2.8 %), Cyanobacteria (1.3 %), Firmicutes (1.1 %), Fusobacteria (0.7 %). Genes of 16S rRNA of Propionibacterium acnes, undifferentiated species of the families Micrococcaceae, Caulobacteraceae, Bradyrhizobiaceae, genera Bradyrhizobium and Sphingomonas were found in all the examined blood samples of patients with atherosclerosis and comprised from 67.7 to 87.5 % of the microbial community taxons. 75 % of biopsy samples from atherosclerotic plaques showed growth of the bacteria: Propionibacterium acnes (43.8 %), Staphylococcus epidermidis (18.8 %), Staphylococcus capitis (6.3 %), Staphylococcus saccharolyticus (6.3 %). The common taxons for blood microbiomes and atherosclerotic plaques are Propionibacterium acnes and Bradyrhizobiaceae. Discussion. The present study is the first to report the blood microbiome of patients with atherosclerosis and to detect viable cultures of Propionibacterium acnes and Staphylococcus in biopsy samples of atherosclerotic plaques, providing a mechanistic link between microorganisms and cardiovascular disease. Propionibacterium acnes and Bradyrhizobiaceae are common taxons for blood microbiomes and atherosclerotic plaques. It can be assumed that Propionibacterium acnes species is a specific taxon both of atherosclerotic carotid artery plaques and blood of patients with carotid atherosclerosis; additional studies on the etiological significance of the microbial factor in the formation of atherosclerotic plaques are required.

атеросклерозбактериямикробиомPropionibacterium acnesStaphylococcusatherosclerosisbacteriamicrobiomePropionibacterium acnesStaphylococcusReferencesBenjamin E.J., Muntner P., Alonso A., Bittencourt M.S., Callaway C.W., Carson A.P., Chamberlain A.M., Chang A.R., Cheng S., Das S.R., Delling F.N., Djousse L., Elkind M.S.V., Ferguson J.F., Fornage M., Jordan L.C., Khan S.S., Kissela B.M., Knutson K.L., Kwan T.W., Lackland D.T., Lewis T.T., Lichtman J.H., Longenecker C.T., Loop M.S., Lutsey P.L., Martin S.S., Matsushita K., Moran A.E., Mussolino M.E., O’Flaherty M., Pandey A., Perak A.M., Rosamond W.D., Roth G.A., Sampson U.K.A., Satou G.M., Schroeder E.B., Shah S.H., Spartano N.L., Stokes A., Tirschwell D.L., Tsao C.W., Turakhia M.P., VanWagner L.B., Wilkins J.T., Wong S.S., Virani S.S.; American Heart Association Council on Epidemiology and Prevention Statistics Committee and Stroke Statistics Subcommittee. Heart disease and stroke statistics-2019 update: a report from the American Heart Association. Circulation, 2019; 139 (10): e56–e528. doi: 10.1161/CIR.0000000000000659Benjamin E.J., Muntner P., Alonso A., Bittencourt M.S., Callaway C.W., Carson A.P., Chamberlain A.M., Chang A.R., Cheng S., Das S.R., Delling F.N., Djousse L., Elkind M.S.V., Ferguson J.F., Fornage M., Jordan L.C., Khan S.S., Kissela B.M., Knutson K.L., Kwan T.W., Lackland D.T., Lewis T.T., Lichtman J.H., Longenecker C.T., Loop M.S., Lutsey P.L., Martin S.S., Matsushita K., Moran A.E., Mussolino M.E., O’Flaherty M., Pandey A., Perak A.M., Rosamond W.D., Roth G.A., Sampson U.K.A., Satou G.M., Schroeder E.B., Shah S.H., Spartano N.L., Stokes A., Tirschwell D.L., Tsao C.W., Turakhia M.P., VanWagner L.B., Wilkins J.T., Wong S.S., Virani S.S.; American Heart Association Council on Epidemiology and Prevention Statistics Committee and Stroke Statistics Subcommittee. Heart disease and stroke statistics-2019 update: a report from the American Heart Association. Circulation, 2019; 139 (10): e56–e528. doi: 10.1161/CIR.0000000000000659Morbidity of the population by main classes of diseases in 2000-2013. Federal State Statistics Service. Electronic resource: http:/www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_main/rosstat/ru/statistics/population/healthcare. (In Russ.) Заболеваемость населения по основным классам болезней в 2000–2013 гг. Федеральная служба государственной статистики. Электронный ресурс: http:/www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_main/rosstat/ru/statistics/population/healthcareMorbidity of the population by main classes of diseases in 2000-2013. Federal State Statistics Service. Electronic resource: http:/www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_main/rosstat/ru/statistics/population/healthcare. (In Russ.) Заболеваемость населения по основным классам болезней в 2000–2013 гг. Федеральная служба государственной статистики. Электронный ресурс: http:/www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_main/rosstat/ru/statistics/population/healthcareHealthcare in Russia. Statistical book. Moscow: Rosstat, 2019. P. 170. ISBN 978-5-89476-470-2. (In Russ.) Здравоохранение в России. Статистический сборник. М.: Росстат, 2019. 170 с.Healthcare in Russia. Statistical book. Moscow: Rosstat, 2019. P. 170. ISBN 978-5-89476-470-2. (In Russ.) Здравоохранение в России. Статистический сборник. М.: Росстат, 2019. 170 с.Campbell L.A., Rosenfeld M.E. Infection and atherosclerosis development. Arch. Med. Res., 2015; 46: 339–350. doi: 10.1016/j.arcmed.2015.05.006Campbell L.A., Rosenfeld M.E. Infection and atherosclerosis development. Arch. Med. Res., 2015; 46: 339–350. doi: 10.1016/j.arcmed.2015.05.006Budzyński J., Wiśniewska J., Ciecierski M., Kędzia A. Association between bacterial infection and peripheral vascular disease: a review. Int. J. Angiol., 2016; 25 (1): 3–13. doi: 10.1055/s-0035-1547385Budzyński J., Wiśniewska J., Ciecierski M., Kędzia A. Association between bacterial infection and peripheral vascular disease: a review. Int. J. Angiol., 2016; 25 (1): 3–13. doi: 10.1055/s-0035-1547385Joshi C., Bapat R., Anderson W., Dawson D., Hijazi K., Cherukara G. Detection of periodontal microorganisms in coronary atheromatous plaque specimens of myocardial infarction patients: A systematic review and meta-analysis. Trends Cardiovasc. Med., 2019; 31 (1): 69–82. doi: 10.1016/j.tcm.2019.12.005Joshi C., Bapat R., Anderson W., Dawson D., Hijazi K., Cherukara G. Detection of periodontal microorganisms in coronary atheromatous plaque specimens of myocardial infarction patients: A systematic review and meta-analysis. Trends Cardiovasc. Med., 2019; 31 (1): 69–82. doi: 10.1016/j.tcm.2019.12.005Kozarov E. Bacterial invasion of vascular cell types: vascular infectology and atherogenesis. Future Cardiol., 2012; 8 (1): 123–138. doi: 10.2217/fca.11.75Kozarov E. Bacterial invasion of vascular cell types: vascular infectology and atherogenesis. Future Cardiol., 2012; 8 (1): 123–138. doi: 10.2217/fca.11.75Ziganshina E.E., Sharifullina D.M., Lozhkin A.P., Khayrullin R.N., Ignatyev I.M., Ziganshin A.M. Bacterial communities associated with atherosclerotic plaques from Russian individuals with atherosclerosis. PLoS One, 2016; 11 (10): e0164836. doi: 10.1371/journal.pone.0164836Ziganshina E.E., Sharifullina D.M., Lozhkin A.P., Khayrullin R.N., Ignatyev I.M., Ziganshin A.M. Bacterial communities associated with atherosclerotic plaques from Russian individuals with atherosclerosis. PLoS One, 2016; 11 (10): e0164836. doi: 10.1371/journal.pone.0164836Ziganshina E.E., Sagitov I.I., Akhmetova R.F., Saleeva G.T., Kiassov A.P., Gogoleva N.E., Shagimardanova E.I., Ziganshin A.M. Comparison of the microbiota and inorganic anion content in the saliva of patients with gastroesophageal reflux disease and gastroesophageal reflux disease-free individuals. Biomed. Res. Int., 2020; 2020: 2681791. doi: 10.1155/2020/2681791Ziganshina E.E., Sagitov I.I., Akhmetova R.F., Saleeva G.T., Kiassov A.P., Gogoleva N.E., Shagimardanova E.I., Ziganshin A.M. Comparison of the microbiota and inorganic anion content in the saliva of patients with gastroesophageal reflux disease and gastroesophageal reflux disease-free individuals. Biomed. Res. Int., 2020; 2020: 2681791. doi: 10.1155/2020/2681791Caporaso J.G., Kuczynski J., Stombaugh J., Bittinger K., Bushman F.D., Costello E.K., Fierer N., Peña A.G., Goodrich J.K., Gordon J.I., Huttley G.A., Kelley S.T., Knights D., Koenig J.E., Ley R.E., Lozupone C.A., McDonald D., Muegge B.D., Pirrung M., Reeder J., Sevinsky J.R., Turnbaugh P.J., Walters W.A., Widmann J., Yatsunenko T., Zaneveld J., Knight R. QIIME allows analysis of highthroughput community sequencing data. Nat. Methods, 2010; 7 (5): 335–336. doi: 10/1038/nmeth.f.303Caporaso J.G., Kuczynski J., Stombaugh J., Bittinger K., Bushman F.D., Costello E.K., Fierer N., Peña A.G., Goodrich J.K., Gordon J.I., Huttley G.A., Kelley S.T., Knights D., Koenig J.E., Ley R.E., Lozupone C.A., McDonald D., Muegge B.D., Pirrung M., Reeder J., Sevinsky J.R., Turnbaugh P.J., Walters W.A., Widmann J., Yatsunenko T., Zaneveld J., Knight R. QIIME allows analysis of highthroughput community sequencing data. Nat. Methods, 2010; 7 (5): 335–336. doi: 10/1038/nmeth.f.303Koren O., Spor A., Felin J., Fåk F., Stombaugh J., Tremaroli V., Behre C.J., Knight R., Fagerberg B., Ley R.E., Bäckhed F. Human oral, gut, and plaque microbiota in patients with atherosclerosis. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 2011; 108 (1): 4592–4598. doi: 10.1073/pnas.1011383107Koren O., Spor A., Felin J., Fåk F., Stombaugh J., Tremaroli V., Behre C.J., Knight R., Fagerberg B., Ley R.E., Bäckhed F. Human oral, gut, and plaque microbiota in patients with atherosclerosis. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 2011; 108 (1): 4592–4598. doi: 10.1073/pnas.1011383107Armingohar Z., Jørgensen J.J., Kristoffersen A.K., Abesha-Belay E., Olsen I. Bacteria and bacterial DNA in atherosclerotic plaque and aneurysmal wall biopsies from patients with and without periodontitis. J. Oral Microbiol., 2014; 6. doi: 10.3402/jom.v6.23408Armingohar Z., Jørgensen J.J., Kristoffersen A.K., Abesha-Belay E., Olsen I. Bacteria and bacterial DNA in atherosclerotic plaque and aneurysmal wall biopsies from patients with and without periodontitis. J. Oral Microbiol., 2014; 6. doi: 10.3402/jom.v6.23408Serra W., Filho S., Casarin R.C.V., Nicolela E.L.Jr., Passos H.M., Sallum A.W., Gonçalves R.B. Microbial diversity similarities in periodontal pockets and atheromatous plaques of cardiovascular disease patients. PLoS One, 2014; 9 (10): e109761. doi: 10.1371/journal.pone.0109761Serra W., Filho S., Casarin R.C.V., Nicolela E.L.Jr., Passos H.M., Sallum A.W., Gonçalves R.B. Microbial diversity similarities in periodontal pockets and atheromatous plaques of cardiovascular disease patients. PLoS One, 2014; 9 (10): e109761. doi: 10.1371/journal.pone.0109761Rafferty B., Jönsson D., Kalachikov S., Demmer R.T., Nowygrod R., Elkind M.S.V., Bush H.Jr., Kozarov E. Impact of monocytic cells on recovery of uncultivable bacteria from atherosclerotic lesion. J. Int. Med., 2011; 270 (3): 273–280. doi: 10.1111/j.1365-2796.2011.02373.xRafferty B., Jönsson D., Kalachikov S., Demmer R.T., Nowygrod R., Elkind M.S.V., Bush H.Jr., Kozarov E. Impact of monocytic cells on recovery of uncultivable bacteria from atherosclerotic lesion. J. Int. Med., 2011; 270 (3): 273–280. doi: 10.1111/j.1365-2796.2011.02373.xLanter B.B., Davies D.G. Propionibacterium acnes recovered from atherosclerotic human carotid arteries undergoes biofilm dispersion and releaseslipolytic and proteolytic enzymes in response to norepinephrine challenge in vitro. Infect Immun., 2015; 83 (10): 3960–3971. doi: 10.1128/IAI.00510-15Lanter B.B., Davies D.G. Propionibacterium acnes recovered from atherosclerotic human carotid arteries undergoes biofilm dispersion and releaseslipolytic and proteolytic enzymes in response to norepinephrine challenge in vitro. Infect Immun., 2015; 83 (10): 3960–3971. doi: 10.1128/IAI.00510-15Païssé S., Valle C., Servant F., Courtney M., Burcelin R., Amar J., Lelouvier B. Comprehensive description of blood microbiome from healthy donors assessed by 16S targeted metagenomic sequencing. Transfusion, 2016; 56 (5): 1138–1147. doi: 10.1111/trf.13477Païssé S., Valle C., Servant F., Courtney M., Burcelin R., Amar J., Lelouvier B. Comprehensive description of blood microbiome from healthy donors assessed by 16S targeted metagenomic sequencing. Transfusion, 2016; 56 (5): 1138–1147. doi: 10.1111/trf.13477Guío L., Sarriá C., de las Cuevas C., Gamallo C., Duarte J. Chronic prosthetic valve endocarditis due to Propionibacterium acnes: an unexpected cause of prosthetic valve dysfunction. Rev. Esp. Cardiol., 2009; 62 (2): 167–177. doi: 10.1016/s1885-5857(09)71535-xGuío L., Sarriá C., de las Cuevas C., Gamallo C., Duarte J. Chronic prosthetic valve endocarditis due to Propionibacterium acnes: an unexpected cause of prosthetic valve dysfunction. Rev. Esp. Cardiol., 2009; 62 (2): 167–177. doi: 10.1016/s1885-5857(09)71535-xEl Rafei A., Desimone D.C., Sohail M.R., Desimone C.V., Steckelberg J.M., Wilson W.R., Baddour L.M. Cardiovascular implantable electronic device infections due to Propionibacterium species. Pacing Clin. Electrophysiol., 2016; 39 (6): 522–530. doi: 10.1111/pace.12845El Rafei A., Desimone D.C., Sohail M.R., Desimone C.V., Steckelberg J.M., Wilson W.R., Baddour L.M. Cardiovascular implantable electronic device infections due to Propionibacterium species. Pacing Clin. Electrophysiol., 2016; 39 (6): 522–530. doi: 10.1111/pace.12845Jappe U. Pathological mechanisms of acne with special emphasis on Propionibacterium acnes and related therapy. Acta Derm Venereol., 2003; 83 (4): 241–248. doi: 10.1080/00015550310016463Jappe U. Pathological mechanisms of acne with special emphasis on Propionibacterium acnes and related therapy. Acta Derm Venereol., 2003; 83 (4): 241–248. doi: 10.1080/00015550310016463Coenye T., Peeters E., Nelis H.J. Biofilm formation by Propionibacterium acnes is associated with increased resistance to antimicrobial agents and increased production of putative virulence factors. Res. Microbiol., 2007; 158 (4): 386–392. doi: 10.1016/j.resmic.2007.02.001Coenye T., Peeters E., Nelis H.J. Biofilm formation by Propionibacterium acnes is associated with increased resistance to antimicrobial agents and increased production of putative virulence factors. Res. Microbiol., 2007; 158 (4): 386–392. doi: 10.1016/j.resmic.2007.02.001Christensen G.J.M., Bruggemann H. Bacterial skin commensals and their role as host guardians. Benef. Microbes, 2014; 5 (2): 201–215. doi: 10.3920/BM2012.0062Christensen G.J.M., Bruggemann H. Bacterial skin commensals and their role as host guardians. Benef. Microbes, 2014; 5 (2): 201–215. doi: 10.3920/BM2012.0062Орехов А.Н., Карагодин В.П., Мельниченко А.А., Кириченко Т.В., Смутова В.А., Чернова Е.В., Сафонова В.М., Калабушев С.Н., Пшежецкий А.В. Сиаломика и атеросклероз. Фундаментальные науки и практика, 2010; 1 (4): 59–65. (In Russ.) Orekhov A.N., Karagodin V.P., Mel’nichenko A.A., Kirichenko T.V., Smutova V.A., Chernova E.V., Safonova V.M., Kalabushev S.N., Pshezhetskiy A.V. Sialomica and atherosclerosis. Fundamental Sciences and Practice, 2010; 1 (4): 59–65.Орехов А.Н., Карагодин В.П., Мельниченко А.А., Кириченко Т.В., Смутова В.А., Чернова Е.В., Сафонова В.М., Калабушев С.Н., Пшежецкий А.В. Сиаломика и атеросклероз. Фундаментальные науки и практика, 2010; 1 (4): 59–65. (In Russ.) Orekhov A.N., Karagodin V.P., Mel’nichenko A.A., Kirichenko T.V., Smutova V.A., Chernova E.V., Safonova V.M., Kalabushev S.N., Pshezhetskiy A.V. Sialomica and atherosclerosis. Fundamental Sciences and Practice, 2010; 1 (4): 59–65.

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