Вирусы, которые специально убивают бактерии, называемые бактериофагами, однажды могут помочь решить растущую проблему бактериальных инфекций, устойчивых к лечению антибиотиками. Исследователи из Медицинского колледжа Бэйлора и Медицинского центра по делам ветеранов Майкла Э. Дебейки определили, что фаги могут эффективно снижать уровень бактерий и улучшать здоровье мышей, инфицированных смертельными, устойчивыми к антибиотикам бактериальными «супербактериями». Исследование опубликовано в Scientific Reports.
«Наша исследовательская группа поставила перед собой задачу определить, могут ли фаги быть эффективными в уничтожении большой группы бактерий, которые стали устойчивыми к антибиотикам и вызывают смертельные заболевания у людей», - сказал соответствующий автор доктор. Энтони Марессо, доцент кафедры молекулярной вирусологии и микробиологии Бейлорского университета. «У нас заканчиваются доступные варианты лечения пациентов с этими смертельными бактериальными инфекциями; нам нужны новые идеи».
Когда бактерии выходят из-под контроля, они могут попасть в кровоток и заразить жизненно важные органы тела. Иммунная система организма, армия клеток и молекул, которая борется с инфекциями и другими заболеваниями, отвечает на бактериальную атаку, защищая организм от инфекции. Однако иммунный ответ иногда бывает чрезмерным и может привести к повреждению тканей, отказу органов и смерти - процессу, называемому сепсисом. Чтобы остановить сепсис, необходимо остановить рост бактерий. Лечение антибиотиками обычно может контролировать рост бактерий и предотвращать смертельные последствия сепсиса, но все большее число бактерий становится устойчивыми к антибиотикам.
По данным Национального института общих медицинских наук, сепсис ежегодно поражает более 1 миллиона человек в Соединенных Штатах. Около 50 процентов больных сепсисом умирают; это превышает количество смертей в США, вызванных раком предстательной железы, раком груди и СПИДом вместе взятыми. Ежегодно увеличивается число случаев сепсиса, что подчеркивает необходимость новых стратегий борьбы с бактериальными инфекциями.
В этом исследовании ученые исследовали возможность привлечения фагов для борьбы с устойчивыми к антибиотикам бактериями, возродив первоначальную идею Феликса д'Эреля, предложенную в 1926 году.
«Движущая сила этого проекта заключалась в том, чтобы найти фаги, которые убивали бы 12 штаммов устойчивых к антибиотикам бактерий, выделенных от пациентов», - сказал соавтор доктор Роберт Рэмиг, профессор молекулярной вирусологии и микробиологии в Бейлоре.. «Как вирусолог в команде, моим первым вкладом была охота на фагов».
Охота на фагов
«У меня в лаборатории есть несколько фагов, но ни один из них не убил устойчивую к антибиотикам кишечную палочку, над которой мы работали, - тип последовательности 131, который в настоящее время является пандемией по всему миру», - сказал Рэмиг.
Птицы и собаки часто являются переносчиками бактерий, которыми интересовались исследователи, и могут быть одним из резервуаров этих патогенов в окружающей среде. Они также несут фаги, специфичные для этих бактерий. Рамиг, Марессо и Сабрина Грин, аспирант программы молекулярной вирусологии в Бэйлоре, отправились на охоту за фагами в местные парки и птичьи убежища, чтобы собрать птичьи и собачьи экскременты..
«Мы выделили ряд фагов из фекалий животных», - сказал Рамиг. «Ни один фаг не убьет все 12 бактериальных штаммов, но в совокупности два или три таких фага смогут убить все эти бактерии в лабораторных культурах».
Эта хорошая новость позволила исследователям перейти к следующему шагу - определить, способны ли фаги также убивать устойчивые к антибиотикам бактерии в модели сепсиса на животных.
Мышиная модель человеческого сепсиса
Одна из животных-моделей, с которыми работали исследователи, имитирует то, как у больных раком развиваются потенциально опасные для жизни инфекции во время лечения рака.
«У ряда больных раком, которые проходят химиотерапию, иногда развиваются инфекции, вызванные бактериями, которые обычно живут в их собственном кишечнике, обычно не вызывая никаких симптомов», - сказал Грин. «Химиотерапия предназначена для уничтожения раковых клеток, но одним из ее побочных эффектов является подавление иммунной системы. Подавленная иммунная система является основным фактором риска заражения этими бактериями, которые иногда также обладают множественной лекарственной устойчивостью».
Работая в лаборатории Марессо, Грин разработал модель мыши, в которой здоровые мыши получали устойчивые к антибиотикам бактерии, которые колонизировали их кишечный тракт. «У этих мышей не было никаких признаков болезни», - сказал Марессо.
«Но когда мыши получали химиотерапию, - сказал Грин, - бактерии перемещались из их кишечника в основные органы, что приводило к смертельной инфекции, похожей на сепсис».
На этой животной модели, в которой иммунная система не может контролировать устойчивые к антибиотикам бактерии, Грин проверил, способны ли на это фаги.
«Когда фаги доставляются животным, их эффективность в снижении уровня бактерий и улучшении здоровья впечатляет», - сказал Марессо. «Но не это действительно примечательно, - продолжал он. «Что примечательно, так это то, что эти «наркотики» были обнаружены, выделены, идентифицированы и испытаны за считанные недели и за меньшие деньги, чем большинство из нас, вероятно, тратит за месяц на продукты».
Фаги: адаптируемый, специфический препарат
Фаги очень специфичны для определенных видов или штаммов бактерий, но при желании их можно сделать широкодействующими с помощью коктейлей. Таким образом, в отличие от антибиотиков, использование фагов может не ассоциироваться с некоторыми наблюдаемыми побочными эффектами, такими как очистка полезной кишечной микробиоты. Они также не заражают человеческие клетки.
Еще одно преимущество перед антибиотиками заключается в том, что фаги могут эволюционировать. В случае развития резистентности к одному набору фагов новые фаги могут быть идентифицированы в окружающей среде или выведены в лаборатории в течение нескольких дней.
«С другой стороны, антибиотик - это химическое вещество, оно не может меняться в режиме реального времени», - сказал Марессо. «Разработка нового антибиотика может занять годы, и затраты могут исчисляться миллиардами. Но фаг может эволюционировать, чтобы эффективно убить резистентный штамм, а затем размножиться. Это доставляет мне большое личное удовлетворение, когда я думаю об иронии этого - следующее антибактериальное лечение может использовать те же самые механизмы, которые бактерии используют против нас уже более 60 лет».
Соавтор д-р Барбара Траутнер, доцент и директор по клиническим исследованиям в отделении хирургии, доцент медицины в Бейлоре, а также исследователь Центра инноваций в области качества, эффективности и безопасности в Michael E, Медицинский центр по делам ветеранов Дебейки в Хьюстоне, и Рэмиг ранее опубликовали статью, в которой они показали, что можно использовать способность фагов изменяться для борьбы с бактериальными инфекциями.«Итак, мы взяли четыре фага, которые специально атаковали бактерии группы Pseudomonas, и они убили четыре из 26 этих бактериальных штаммов. Затем мы эволюционировали фаги в лаборатории, и через месяц новые могли убить 22 из этих бактериальных штаммов. 26, - сказал Рэмиг.
"Представьте себе следующий возможный будущий клинический сценарий: у пациента обнаружена устойчивая к антибиотикам бактериальная инфекция, которая не поддается лечению или поддается лечению только наиболее токсичными антибиотиками. В течение 48 часов, необходимых для определения вида и штамма бактерий, врачи и ученые могут обратиться к имеющейся библиотеке фагов, выбрать те из них, которые эффективны против этого устойчивого к антибиотикам бактериального штамма, и составить индивидуальный коктейль фагов для лечения пациента. на них!" - сказал Марессо. «Есть много способов убить бактерии, но я не знаю другого способа, который мог бы развиваться в реальном времени, как это делают фаги. И это лучшее «зеленое» лекарство - оно натуральное, безопасное, относительно дешевое и может быть использовано с техническими навыками студента-биолога в колледже».
В то время как потенциал роста может быть высоким, все же есть некоторая осторожность. «Фаги - не безошибочные лекарства, - размышляет Марессо. «Иммунная система хозяина иногда может нейтрализовать их активность, а некоторые фаги просто плохо работают у животных. поддерживает идею о том, что мы должны уделять фагам некоторое экспериментальное внимание».