Бактериофаги как природное лекарство против супербактерий
Бактериофаги — вирусы, избирательно убивающие бактерии, — могут помочь в борьбе с растущей проблемой инфекций, устойчивых к антибиотикам. Исследователи из Медицинского колледжа Бейлора и Медицинского центра ветеранов Майкла Э. Дебейки показали, что фаги эффективно снижают уровень бактерий и улучшают состояние мышей, зараженных смертоносными устойчивыми «супербактериями». Исследование опубликовано в Scientific Reports.
«Наша цель — определить, могут ли фаги эффективно уничтожать большую группу бактерий, ставших устойчивыми к антибиотикам и вызывающих смертельные заболевания у людей», — говорит ведущий автор доктор Энтони Марессо. — У нас заканчиваются доступные варианты лечения таких инфекций; нам нужны новые идеи».
При неконтролируемом росте бактерии могут попасть в кровоток и инфицировать жизненно важные органы. Чрезмерный иммунный ответ организма на эту атаку иногда приводит к повреждению тканей, отказу органов и смерти — процессу, называемому сепсисом. Чтобы остановить сепсис, необходимо прекратить рост бактерий. Обычно с этим справляются антибиотики, но все больше бактерий становятся устойчивыми к ним.
По данным Национального института общих медицинских наук, сепсис ежегодно поражает более 1 миллиона человек в США. Около 50% пациентов с сепсисом умирают — это больше, чем число смертей от рака простаты, рака молочной железы и СПИДа вместе взятых. Количество случаев сепсиса растет, что подчеркивает необходимость новых стратегий борьбы с бактериальными инфекциями.
В этом исследовании ученые изучили возможность использования фагов против антибиотикорезистентных бактерий, возродив первоначальную идею Феликса д’Эрелля 1926 года.
Охота на фаги
«Задача состояла в том, чтобы найти фаги, убивающие 12 штаммов антибиотикорезистентных бактерий, выделенных от пациентов», — говорит соавтор доктор Роберт Рамиг. — В моей лаборатории было несколько фагов, но ни один из них не убивал устойчивую E. coli, с которой мы работали, — пандемический штамм sequence type 131».
Птицы и собаки часто являются носителями интересующих бактерий и специфичных для них фагов. Исследователи отправились «на охоту» в местные парки и заповедники, чтобы собрать образцы птичьего и собачьего помета.
«Мы выделили ряд фагов из фекалий животных, — говорит Рамиг. — Ни один фаг в отдельности не убивал все 12 бактериальных штаммов, но коллективно два или три фага уничтожали все эти бактерии в лабораторных культурах».
Это позволило перейти к следующему этапу — проверить эффективность фагов на животной модели сепсиса.
Модель сепсиса на мышах
Одна из моделей имитирует развитие потенциально смертельных инфекций у онкологических пациентов во время химиотерапии.
«У некоторых пациентов, получающих химиотерапию, возникают инфекции, вызванные бактериями, которые в норме живут в их собственном кишечнике, — говорит аспирантка Сабрина Грин. — Химиотерапия подавляет иммунную систему, что является основным фактором риска для инфекций, часто вызванных полирезистентными бактериями».
Грин разработала модель, в которой здоровые мыши получали антибиотикорезистентные бактерии, колонизирующие их кишечник. «Эти мыши не проявляли признаков болезни, — говорит Марессо. — Но когда мыши получали химиотерапию, бактерии перемещались из кишечника в основные органы, что приводило к смертельной сепсисоподобной инфекции».
В этой модели, где иммунная система не может сдерживать бактерии, Грин проверила, смогут ли это сделать фаги.
«Когда фаги вводили животным, их эффективность в снижении уровня бактерий и улучшении состояния здоровья была впечатляющей, — говорит Марессо. — Но что действительно примечательно, так это то, что эти "лекарства" были обнаружены, выделены, идентифицированы и протестированы за несколько недель и за меньшие деньги, чем большинство из нас тратит на продукты за месяц».
Фаги: адаптируемое и специфичное лекарство
Фаги очень специфичны к определенным видам или штаммам бактерий, но могут быть сделаны широкого действия с помощью коктейлей. В отличие от антибиотиков, их использование может не быть связано с такими побочными эффектами, как уничтожение полезной микробиоты кишечника. Они также не инфицируют клетки человека.
Еще одно преимущество перед антибиотиками — способность фагов эволюционировать. Если возникнет устойчивость к одному набору фагов, новые можно идентифицировать в окружающей среде или выработать в лаборатории за несколько дней.
«Антибиотик — это химическое вещество; он не может меняться в реальном времени, — говорит Марессо. — Разработка нового антибиотика может занять годы и стоить миллиарды. А фаг может эволюционировать, чтобы эффективно убивать устойчивый штамм, а затем размножаться. Следующее антибактериальное лечение может использовать те же механизмы, которые бактерии использовали против нас более 60 лет».
Соавтор доктор Барбара Траутнер и Рамиг ранее показали, как можно использовать способность фагов меняться для борьбы с инфекциями. «Мы взяли четыре фага, специфичных для бактерий группы Pseudomonas, и они убивали 4 из 26 штаммов. Затем мы эволюционировали фаги в лаборатории, и через месяц новые фаги могли убивать 22 из 26 штаммов», — говорит Рамиг.
«Представьте возможный будущий клинический сценарий: у пациента — устойчивая инфекция. За 48 часов, необходимых для идентификации штамма, врачи могут обратиться к библиотеке фагов, выбрать эффективные против этого штамма и создать персонализированный коктейль для лечения. Если снова разовьется устойчивость, мы эволюционируем другой фаг — прямо в ответ! — говорит Марессо. — Это лучшее "зеленое" лекарство — природное, безопасное, относительно дешевое, и для работы с ним достаточно навыков студента-биолога».
Несмотря на высокий потенциал, необходима осторожность. «Фаги — не безошибочное лекарство, — отмечает Марессо. — Иммунная система хозяина иногда может нейтрализовать их активность, а некоторые фаги просто плохо работают в животных. Но мы очень мало понимаем эти динамики по сравнению с другими классами лекарств. По крайней мере, данные свидетельствуют о том, что фаги заслуживают экспериментального внимания».