Synergism and antagonism in intestinal microbial communities in closed organized collectives

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The gut microbiota represents the largest part of the entire human microbiome. The formation of a stable microbiota begins at childbirth, continuing to change during life influenced by various exogenous and hereditary factors. One of such external cues is presented by closed organized collectives, where different individuals, due to the common way of life and nutrition, undergo a restructuring of the intestinal microbial communities. In addition to microbiota quantitative and qualitative changes, inter-microbial communities may also be altered (synergism, antagonism, mutualism). The aim of the study was to analyze the synergistic and antagonistic relationships between intestinal microbial communities in individuals from closed organized collectives.

Materials and methods. The study group included 120 male subjects aged 18 to 22 years, who lived within the same closed organized collectives for 9 months. Fecal samples were selected for plating prior to living in closed organized collectives (stage 1), and 9 months afterwards (stage 2). The identified microorganisms were assigned to the permanent, supplementary, or random microbiota group. To assess the relationship between pairs of genera, the Jaccard index was calculated.

Results. The results of the study showed that the synergistic relationships between members of the permanent microbiota remain stable or increase over time, which generally corresponds to the data on the properties of the obligate microbiota. Positive synergistic relationships with additional microbiota have also been identified, e.g., between Bifidobacterium spp. and the order of Lactobacillales. The synergy of these genera can effectively support normal gastrointestinal tract functioning. However, antagonistic relationships were also noted, especially between some representatives of the additional and permanent microbiota, such as Klebsiella spp. Such data may indicate a negative effect of certain microorganisms on the intestinal microbiota in a limited collective setting.

Conclusion. Further research in this field may help explain changes in microbial communities in organized collectives and develop strategies for healthy microbiota maintenance therein.

About the authors

A. V. Ermolaev

Samara State Medical University

Email: k.a.kayumov@samsmu.ru

Assistant Professor, Department of General Hygiene

Russian Federation, Samara

K. A. Kaiumov

Samara State Medical University

Author for correspondence.
Email: k.a.kayumov@samsmu.ru

Specialist of the Research and Educational Professional Center for Genetic and Laboratory Technologies

Russian Federation, Samara

A. V. Lyamin

Samara State Medical University

Email: k.a.kayumov@samsmu.ru

DSc (Medicine), Associate Professor, Director of the Research and Educational Professional Center for Genetic and Laboratory Technologies

Russian Federation, Samara

D. O. Gorbachev

Samara State Medical University

Email: k.a.kayumov@samsmu.ru

DSc (Medicine), Associate Professor, Head of the Department of General Hygiene

Russian Federation, Samara

References

  1. Андреева И.В., Стецюк О.У. Эффективность и безопасность комбинации Lactobacillus acidophilus La-5 и Bifidobacterium lactis Вb-12 в гастроэнтерологии, педиатрии и аллергологии // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2016. Т. 18, № 2. С. 113–124. [Andreeva I.V., Stetsiouk O.U. Efficacy and Safety of Lactobacillus acidophilus LA5 and Bifidobacterium lactis BB12 Combination in Gastroenterology, Pediatrics and Allergology. Klinicheskaya mikrobiologiya i antimikrobnaya khimioterapiya = Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy, 2016, vol. 18, no. 2, pp. 113–124. (In Russ.)]
  2. Бекпергенова А.В., Хлопко Ю.А., Иванова Е.В., Перунова Н.Б. Формирование ассоциаций облигатно-анаэробных бактерий толстого кишечника человека // Вестник Оренбургского государственного университета. 2017. Т. 9, № 209. С. 51–56. [Bekpergenova A.V., Khlopko Yu.A., Ivanova E.V., Perunova N.B. Formation of associations of obligate anaerobic bacteria of the human large intestine. Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta = Bulletin of the Orenburg State University, 2017, vol. 9, no. 209, pp. 51–56. (In Russ.)]
  3. Немченко У.М., Савелькаева М.В., Ракова Е.Б., Иванова Е.И., Сердюк Л.В. Микроэкологическая характеристика кишечного биоценоза у детей с функциональными нарушениями желудочно-кишечного тракта // Клиническая лабораторная диагностика. 2016. Т. 61, № 6. С. 368–371. [Nemtchenko U.M., Savelkaieva M.V., Rakova E.B., Ivanova E.I., Serdyuk L.V. The microecological characteristic of intestinal biocenosis of children with functional disorders of gastrointestinal tract. Klinicheskaya laboratornaya diagnostika = Russian Clinical Laboratory Diagnostics, 2016, vol. 61, no 6, pp. 368–371. (In Russ.)] doi: 10.18821/0869-2084-2016-61-6-368-371
  4. Bibbò S., Ianiro G., Giorgio V., Scaldaferri F., Masucci L., Gasbarrini A., Cammarota G. The role of diet on gut microbiota composition. Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci., 2016, vol. 20, no. 22, pp. 4742–4749.
  5. Fan L., Xia Y., Wang Y., Han D., Liu Y., Li J., Fu J., Wang L., Gan Z., Liu B., Fu J., Zhu C., Wu Z., Zhao J., Han H., Wu H., He Y., Tang Y., Zhang Q., Wang Y., Zhang F., Zong X., Yin J., Zhou X., Yang X., Wang J., Yin Y., Ren W. Gut microbiota bridges dietary nutrients and host immunity. Sci. China Life Sci., 2023, vol. 66, no. 11, pp. 2466–2514. doi: 10.1007/s11427-023-2346-1
  6. Jung Y., Tagele S.B., Son H., Ibal J.C., Kerfahi D., Yun H., Lee B., Park C.Y., Kim E.S., Kim S.J., Shin J.H. Modulation of Gut Microbiota in Korean Navy Trainees following a Healthy Lifestyle Change. Microorganisms, 2020, vol. 8, no. 9: 1265. doi: 10.3390/microorganisms8091265
  7. Nava G.M., Stappenbeck T.S. Diversity of the autochthonous colonic microbiota. Gut Microbes, 2011, vol. 2, no. 2, pp. 99–104. doi: 10.4161/gmic.2.2.15416
  8. Valdes A.M., Walter J., Segal E., Spector T.D. Role of the gut microbiota in nutrition and health. BMJ, 2018, vol. 361: k2179. doi: 10.1136/bmj.k2179
  9. Valles-Colomer M., Blanco-Míguez A., Manghi P., Asnicar F., Dubois L., Golzato D., Armanini F., Cumbo F., Huang K.D., Manara S., Masetti G., Pinto F., Piperni E., Punčochář M., Ricci L., Zolfo M., Farrant O., Goncalves A., Selma-Royo M., Binetti A.G., Becerra J.E., Han B., Lusingu J., Amuasi J., Amoroso L., Visconti A., Steves C.M., Falchi M., Filosi M., Tett A., Last A., Xu Q., Qin N., Qin H., May J., Eibach D., Corrias M.V., Ponzoni M., Pasolli E., Spector T.D., Domenici E., Collado M.C., Segata N. The person-to-person transmission landscape of the gut and oral microbiomes. Nature, 2023, vol. 614, no. 7946, pp. 125–135. doi: 10.1038/s41586-022-05620-1
  10. Van Hul M., Cani P.D., Petitfils C., De Vos W.M., Tilg H., El-Omar E.M. What defines a healthy gut microbiome? Gut, 2024, vol. 73, no. 11, pp. 1893–1908. doi: 10.1136/gutjnl-2024-333378
  11. Vos M. Accessory microbiomes. Microbiology (Reading), 2023, vol. 169, no. 5: 001332. doi: 10.1099/mic.0.001332
  12. Zechner E.L., Kienesberger S. Microbiota-derived small molecule genotoxins: host interactions and ecological impact in the gut ecosystem. Gut Microbes, 2024, vol. 16, no. 1: 2430423. doi: 10.1080/19490976.2024.2430423
  13. Zhang Y., Tan P., Zhao Y., Ma X. Enterotoxigenic Escherichia coli: intestinal pathogenesis mechanisms and colonization resistance by gut microbiota. Gut Microbes, 2022, vol. 14, no. 1: 2055943. doi: 10.1080/19490976.2022.2055943

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Ermolaev A.В., Kaiumov K.A., Lyamin A.V., Gorbachev D.O.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».