Assessed correlation between biological diversity of oropharyngeal microbiota and atopic dermatitis severity and exacerbations

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Atopic dermatitis (AtD) is a multifactorial inflammatory skin disease characterized by itching, chronic recurrent course and age-related features of lesions. AtD pathogenesis has not been fully elucidated yet. An important factor for AtD emergence and progression is the imbalance in symbiotic microbiota. The research publications provide a few studies about a role for oropharyngeal microorganisms in AtD immunopathogenesis. The aim of the study is to analyze biological diversity of oropharyngeal microbial communities in varying AtD severity. 97 male patients, aged from 16 to 19 years, with different AtD severity were included in the study. Culture study of oropharyngeal discharge was also performed. Biological material was seeded on the expanded list of growth media and incubated for 5 days at the 37°С. To assess the biological diversity of the oropharyngeal microbiota, the coefficient of constancy (C) was used, in order to classify individual microorganisms as permanent, additional or transient. Statistical data processing was performed using the Stat Tech software (version 4.0.0, Stattech LLC, Russia). While examining biological diversity of the oropharyngeal microbiota in AtD patients, 58 microbial species were isolated and identified. After statistical analysis the significant differences in frequency of isolation, depending on different AtD severity were observed for microbes such as Streptococcus vestibularis and Rothia dentocariosa. When R. dentocariosa is isolated from the oropharynx, the chances of AtD exacerbation emergence decreased by 6 times, whereas in case of S. vestibularis, on the contrary, it increased by 5 times. Therefore, identification of transitions of individual microbes from transient to additional and permanent microbiota and vice versa, depending on the AtD stage and severity, allows to analyze an influence of specific microorganisms in AtD pathological processes and to establish definite new microbiological predictors of AtD exacerbation and remission.

About the authors

O. O. Pobezhimova

Samara State Medical University of Ministry of Healthсare of Russian Federation

Email: a.v.lyamin@samsmu.ru

Senior Laboratory Technician, Department of General and Clinical Microbiology, Immunology and Allergology

Russian Federation, Samara

A. V. Zhestkov

Samara State Medical University of Ministry of Healthсare of Russian Federation

Email: a.v.lyamin@samsmu.ru

Honored Worker of Science of the Russian Federation, DSc (Medicine), Professor, Head of the Department of General and Clinical Microbiology, Immunology and Allergology

Russian Federation, Samara

Artem V. Lyamin

Samara State Medical University of Ministry of Healthсare of Russian Federation

Author for correspondence.
Email: a.v.lyamin@samsmu.ru

DSc (Medicine), Associate Professor, Professor of the Department of General and Clinical Microbiology, Immunology and Allergology

Russian Federation, Samara

V. P. Reshetnikova

Samara State Medical University of Ministry of Healthсare of Russian Federation

Email: a.v.lyamin@samsmu.ru

PhD (Medicine), Associate Professor, Department of General and Clinical Microbiology, Immunology and Allergology

Russian Federation, Samara

A. A. Ereshchenko

Samara State Medical University of Ministry of Healthсare of Russian Federation

Email: a.v.lyamin@samsmu.ru

PhD (Medicine), Assistant Professor, Department of Fundamental and Clinical Biochemistry with Laboratory Diagnostics

Russian Federation, Samara

D. V. Alekseev

Samara State Medical University of Ministry of Healthсare of Russian Federation

Email: a.v.lyamin@samsmu.ru

Student

Russian Federation, Samara

References

  1. Гончаров А.Г., Продеус А.П., Шевченко М.А., Мархайчук А.З., Разина А.С., Гончарова Е.А., Маляров А.М., Русина Е.В. Роль микробиоты в патофизиологических механизмах формирования аллергического ринита: обзор // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. Серия: Естественные и медицинские науки. 2020. № 3. С. 100–121. [Goncharov A.G., Prodeus A.P., Shevchenko M.A., Markhaichuk A.Z., Razina A.S., Goncharova E.A., Malyarov A.M., Rusina E.V. Role of Microbiota in Pathophysiological Mechanisms of Emergence of Allergic Rhinitis. Vestnik Baltijskogo Federal’nogo Universiteta im. I. Kanta. Serija: estestvennye i medicinskie nauki = Bulletin of the I. Kant Baltic Federal University. Series: Natural and Medical Sciences, 2013, no. 3, pp. 100–121. (In Russ.)]
  2. Жестков А.В., Лямин А.В., Побежимова О.О. Оценка культурома отделяемого верхних дыхательных путей и содержимого толстой кишки у пациентов с атопическим дерматитом // Вестник современной клинической медицины. 2022. Т. 15, № 1. С. 17–25. [Zhestkov A.V., Lyamin A.V., Pobezhimova O.O. Evaluation of the culturoma of the discharge of the upper respiratory tract and the contents of the colon in patients with atopic dermatitis. Vestnik sovremennoi klinicheskoi meditsiny = The Bulletin of Contemporary Clinical Medicine, 2022, vol. 15, no. 1, pp. 17–25. (In Russ.)] doi: 10.20969/VSKM.2022.15(1).17-25
  3. Побежимова О.О., Жестков А.В., Сидорова О.С., Кулагина В.В. Особенности иммунопатогенеза атопического дерматита // Российский аллергологический журнал. 2020. Т. 17, № 2. C. 74–80. [Pobezhimova O.O., Zhestkov A.V., Sidorova O.S., Kulagina V.V. Features of immunopathogenesis of atopic dermatitis. Rossiyskiy allergologicheskiy zhurnal = Russian Journal of Allergy, 2020, vol. 17, no. 2, pp. 74–80. (In Russ.)] doi: 10.36691/RJA1357
  4. Репецкая М.Н., Маслов Ю.Н., Шайдуллина Е.В., Бурдина О.М. Микробиоценоз кожи и слизистых при атопическом дерматите у детей // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2014. Т. 91, № 6. C. 112–116. [Repetskaya M.N., Maslov Y.N., Shaidullina E.V., Burdina O.M. Skin and mucous membrane microbiocenosis during atopic dermatitis in children. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology, 2014, vol. 91, no. 6, pp. 112–116. (In Russ.)]
  5. Aggor F.E.Y., Bertolini M., Zhou C., Taylor T.C., Abbott D.A., Musgrove J. A gut-oral microbiome-driven axis controls oropharyngeal candidiasis through retinoic acid. JCI Insight, 2022, vol. 7, no. 18: e160348. doi: 10.1172/jci.insight.160348.
  6. Al Kindi A., Williams H., Matsuda K., Alkahtani A.M., Saville C., Bennett H., Alshammari Y., Tan S.Y., O’Neill C., Tanaka A., Matsuda H., Arkwright P.D., Pennock J.L. Staphylococcus aureus second immunoglobulin-binding protein drives atopic dermatitis via IL-33. J. Allergy Clin. Immunol., 2021, vol. 147, no. 4, pp. 1354–1368. doi: 10.1016/j.jaci.2020.09.023
  7. Alsterholm M., Strömbeck L., Ljung A., Karami N., Widjestam J., Gillstedt M., Åhren C., Faergemann J. Variation in Staphylococcus aureus colonization in relation to disease severity in adults with atopic dermatitis during a five-month follow-up. Acta Derm. Venereol., 2017, vol. 97, no. 7, pp. 802–807. doi: 10.2340/00015555-2667
  8. Beheshti R., Halstead S., McKeone D., Hicks S.D. Understanding immunological origins of atopic dermatitis through multi-omic analysis. Pediatr. Allergy Immunol., 2022, vol. 33, no. 6: e13817. doi: 10.1111/pai.13817
  9. Bellussi L.M., Passali F.M., Ralli M., De Vincentiis M., Greco A., Passali D. An overview on upper respiratory tract infections and bacteriotherapy as innovative therapeutic strategy. Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci., 2019, vol. 23, no. 1, pp. 27–38. doi: 10.26355/eurrev_201903_17345
  10. Bertolini M., Costa R.C., Barão V.A.R., Cunha Villar C., Retamal-Valdes B., Feres M., Silva Souza J.G. Oral microorganisms and biofilms: new insights to defeat the main etiologic factor of oral diseases. Microorganisms, 2022, vol. 10, no. 12: 2413. doi: 10.3390/microorganisms10122413
  11. Bonzano L., Borgia F., Casella R., Miniello A., Nettis E., Gangemi S. Microbiota and IL-33/31 axis linkage: implications and therapeutic perspectives in atopic dermatitis and psoriasis. Biomolecules, 2023, vol. 13, no. 7: 1100. doi: 10.3390/biom13071100
  12. Edslev S.M., Agner T., Andersen P.S. Skin microbiome in atopic dermatitis. Acta Derm. Venereol., 2020, vol. 100, no. 12: adv00164. doi: 10.2340/00015555-3514
  13. Facheris P., Jeffery J., Del Duca E., Guttman-Yassky E. The translational revolution in atopic dermatitis: the paradigm shift from pathogenesis to treatment. Cell. Mol. Immunol., 2023, vol. 20, no. 5, pp. 448–474. doi: 10.1038/s41423-023-00992-4
  14. Fadlallah J., El Kafsi H., Sterlin D., Juste C., Parizot C., Dorgham K., Autaa G., Gouas D., Almeida M., Lepage P., Pons N., Le Chatelier E., Levenez F., Kennedy S., Galleron N., de Barros J.P., Malphettes M., Galicier L., Boutboul D., Mathian A., Miyara M., Oksenhendler E., Amoura Z., Doré J., Fieschi C., Ehrlich S.D., Larsen M., Gorochov G. Microbial ecology perturbation in human IgA deficiency. Sci. Transl. Med., 2018, vol. 10, no. 439: eaan1217. doi: 10.1126/scitranslmed.aan1217
  15. Fang Z., Li L., Zhang H., Zhao J., Lu W., Chen W. Gut Microbiota, probiotics, and their interactions in prevention and treatment of atopic dermatitis: a review. Front. Immunol., 2021, no. 12: 720393. doi: 10.3389/fimmu.2021.720393
  16. Hanson B.M., Kates A.E., O’Malley S.M., Mills E., Herwaldt L.A., Torner J.C., Dawson J.D., Farina S.A., Klostermann C., Wu J.Y., Quick M.K., Forshey B.M., Smith T.C. Staphylococcus aureus in the nose and throat of Iowan families. Epidemiol. Infect., 2018, vol. 146, no. 14, pp. 1777–1784. doi: 10.1017/S0950268818001644
  17. Hrestak D., Matijašić M., Čipčić Paljetak H., Ledić Drvar D., Ljubojević Hadžavdić S., Perić M. Skin Microbiota in Atopic Dermatitis. Int. J. Mol. Sci., 2022, vol. 23, no. 7: 3503. doi: 10.3390/ijms23073503
  18. Kang M.J., Lee S.Y., Park Y.M., Kim B.S., Lee M.J., Kim J.H., Jeong S., Lee S.H., Park M.J., Rhee E.S., Jung S., Yoon J., Cho H.J., Lee E., Yang S.I., Suh D.I., Kim K.W., Sheen Y.H., Ahn K., Hong S.J. Interactions Between IL-17 Variants and Streptococcus in the Gut Contribute to the Development of Atopic Dermatitis in Infancy. Allergy Asthma Immunol. Res., 2021, vol. 13, no. 3, pp. 404–419. doi: 10.4168/aair.2021.13.3.404
  19. Katoh N., Ohya Y., Ikeda M., Ebihara T., Katayama I., Saeki H., Shimojo N., Tanaka A., Nakahara T., Nagao M., Hide M., Fujita Y., Fujisawa T., Futamura M., Masuda K., Murota H., Yamamoto-Hanada K.; Committee for Clinical Practice Guidelines for the Management of Atopic Dermatitis 2018, The Japanese Society of Allergology, The Japanese Dermatology Association. Japanese guidelines for atopic dermatitis 2020. Allergol. Int., 2020, vol. 69, no. 3, pp. 356–369. doi: 10.1016/j.alit.2020.02.006
  20. Laughter M.R., Maymone M.B.C., Mashayekhi S., Arents B.W.M., Karimkhani C., Langan S.M., Dellavalle R.P., Flohr C. The global burden of atopic dermatitis: lessons from the Global Burden of Disease Study 1990–2017. Br. J. Dermatol., 2021, vol. 184, no. 2, pp. 304–309. doi: 10.1111/bjd.19580
  21. Losol P., Park H.S., Song W.J., Hwang Y.K., Kim S.H., Holloway J.W., Chang Y.S. Association of upper airway bacterial microbiota and asthma: systematic review. Asia Pac. Allergy, 2022, vol. 12, no. 3: e32. doi: 10.5415/apallergy.2022.12.e32
  22. Makowska K., Nowaczyk J., Blicharz L., Waśkiel-Burnat A., Czuwara J., Olszewska M., Rudnicka L. Immunopathogenesis of Atopic Dermatitis: Focus on Interleukins as Disease Drivers and Therapeutic Targets for Novel Treatments. Int. J. Mol. Sci., 2023, vol. 24, no. 1: 781. doi: 10.3390/ijms24010781
  23. Mohammad S., Karim M.R., Iqbal S., Lee J.H., Mathiyalagan R., Kim Y.J., Yang D.U., Yang D.C. Atopic dermatitis: Pathophysiology, microbiota, and metabolome — a comprehensive review. Microbiol. Res., 2024, no. 281: 127595. doi: 10.1016/j.micres.2023.127595
  24. Nakashima C., Yanagihara S., Otsuka A. Innovation in the treatment of atopic dermatitis: emerging topical and oral Janus kinase inhibitors. Allergol. Int., 2022, vol. 71, no. 1, pp. 40–46. doi: 10.1016/j.alit.2021.10.004
  25. Okereke I.C., Miller A.L., Hamilton C.F., Booth A.L., Reep G.L., Andersen C.L., Reynolds S.T., Pyles R.B. Microbiota of the oropharynx and endoscope compared to the esophagus. Sci. Rep., 2019, vol. 9, no. 1: 10201. doi: 10.1038/s41598-019-46747-y
  26. Park Y.M., Lee S.Y., Kang M.J., Kim B.S., Lee M.J., Jung S.S., Yoon J.S., Cho H.J., Lee E., Yang S.I., Seo J.H., Kim H.B., Suh D.I., Shin Y.H., Kim K.W., Ahn K., Hong S.J. Imbalance of gut Streptococcus, Clostridium, and Akkermansia determines the natural course of atopic dermatitis in infant. Allergy Asthma Immunol. Res., 2020, vol. 12, no. 2, pp. 322–337. doi: 10.4168/aair.2020.12.2.322
  27. Pothmann A., Illing T., Wiegand C., Hartmann A.A., Elsner P. The microbiome and atopic dermatitis: a review. Am. J. Clin. Dermatol., 2019, vol. 20, no. 6, pp. 749–761. doi: 10.1007/s40257-019-00467-1
  28. Santamaria-Babí L.F. Atopic dermatitis pathogenesis: lessons from immunology. Dermatol. Pract. Concept., 2022, vol. 12, no. 1: e2022152. doi: 10.5826/dpc.1201a152
  29. Schuler CF 4th, Billi A.C., Maverakis E., Tsoi L.C., Gudjonsson J.E. Novel insights into atopic dermatitis. J. Allergy Clin. Immunol., 2023, vol. 151, no. 5, pp. 1145–1154. doi: 10.1016/j.jaci.2022.10.023
  30. Thorsen J., Stokholm J., Rasmussen M.A., Roggenbuck-Wedemeyer M., Vissing N.H., Mortensen M.S., Brejnrod A.D., Fleming L., Bush A., Roberts G., Singer F., Frey U., Hedlin G., Nordlund B., Murray C.S., Abdel-Aziz M.I., Hashimoto S., van Aalderen W., Maitland-van der Zee A.H., Shaw D., Fowler S.J., Sousa A., Sterk P.J., Chung K.F., Adcock I.M., Djukanovic R., Auffray C., Bansal A.T., Wagers S., Chawes B., Bønnelykke K., Sørensen S.J., Bisgaard H. Asthma and wheeze severity and the oropharyngeal microbiota in children and adolescents. Ann. Am. Thorac. Soc., 2022, vol. 19, no. 12, pp. 2031–2043. doi: 10.1513/AnnalsATS.202110-1152OC
  31. Xue Y., Zhang L., Chen Y., Wang H., Xie J. Gut microbiota and atopic dermatitis: a two-sample Mendelian randomization study. Front. Med., 2023, no. 10: 1174331. doi: 10.3389/fmed.2023.1174331
  32. Yang W., Dong H.P., Wang P., Xu Z.G., Xian J., Chen J., Wu H., Lou Y., Lin D., Zhong B. IL-36γ and IL-36Ra reciprocally regulate colon inflammation and tumorigenesis by modulating the cell-matrix adhesion network and wnt signaling. Adv. Sci. (Weinh)., 2022, vol. 9, no. 10: e2103035. doi: 10.1002/advs.202103035

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. AtD severity-driven Species diversity for permanent and additional oropharyngeal microbiota

Download (495KB)
Indexing metadata
3. Figure 2. Assessed odds ratio with 95% confidence intervals for isolation of oropharyngeal R. dentocariosa as a predictor of emerging AtD exacerbation

Download (81KB)
Indexing metadata
4. Figure 3. Assessed odds ratio with 95% confidence intervals for isolation of oropharyngeal S. vestibularis as a predictor of emerging AtD exacerbation

Download (82KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Pobezhimova O.O., Zhestkov A.V., Lyamin A.V., Reshetnikova V.P., Ereshchenko A.A., Alekseev D.V.

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».