Пациентка, 15-летняя девочка, обратилась в лондонский госпиталь Грейт-Ормонд-Стрит для пересадки двух легких.
Это было летом 2017 года, и ее легкие изо всех сил пытались достичь хотя бы трети своей нормальной функции. У нее был кистозный фиброз, генетическое заболевание, которое забивает легкие слизью и преследует пациентов с постоянными инфекциями. В течение восьми лет она принимала антибиотики для борьбы с двумя упрямыми бактериальными штаммами.
Через несколько недель после трансплантации врачи заметили покраснение на месте хирургической раны и признаки инфекции в ее печени. Затем они увидели узелки - скопления бактерий, пробивающиеся сквозь кожу - на ее руках, ногах и ягодицах. Инфекция девочки распространилась, и традиционные антибиотики уже не работали.
Теперь новое индивидуальное лечение помогает девочке выздороветь. Лечение основано на генно-инженерных бактериофагах, вирусах, которые могут заражать и убивать бактерии. В течение следующих шести месяцев почти все узелки кожи девочки исчезли, ее операционная рана начала закрываться, а функция ее печени улучшилась, сообщают ученые 8 мая 2019 года в журнале Nature Medicine..
Работа является первой, демонстрирующей безопасное и эффективное использование искусственных бактериофагов у человека, говорит Грэм Хэтфулл, профессор Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI) Университета Питтсбурга. Такое лечение может предложить индивидуальный подход к борьбе с лекарственно-устойчивыми бактериями. Потенциально его можно было бы даже использовать более широко для борьбы с такими заболеваниями, как туберкулез.
«Идея состоит в том, чтобы использовать бактериофаги в качестве антибиотиков - как то, что мы могли бы использовать для уничтожения бактерий, вызывающих инфекцию», - говорит Хэтфулл.
Охотники за фагами
В октябре 2017 года Хэтфулл получил электронное письмо, в котором его команда отправилась на многомесячный поиск бактериофагов.
Коллега из лондонской больницы изложил случай: два пациента, оба подростки. У обоих был кистозный фиброз, и они получили двойную трансплантацию легких, чтобы помочь восстановить функцию легких. Оба были хронически инфицированы штаммами Mycobacterium, родственными бактериям, вызывающим туберкулез.
Инфекции поселились много лет назад и обострились после трансплантации. «Эти жуки не реагировали на антибиотики», - говорит Хэтфулл. «Это штаммы бактерий с высокой лекарственной устойчивостью».
Но, возможно, что-то еще могло бы помочь. Хэтфулл, молекулярный генетик, провел более трех десятилетий, собирая колоссальную коллекцию бактериофагов или фагов из окружающей среды. Коллега Хэтфулла спросил, могут ли какие-либо из этих фагов воздействовать на штаммы пациентов.
Это была фантастическая идея, говорит Хэтфулл, и он был заинтригован. Его коллекция фагов - самая большая в мире - состояла примерно из 15 000 флаконов и занимала полки двух двухметровых морозильных камер в его лаборатории. Они были собраны в тысячах разных мест по всему миру - и в основном студентами.
Hatfull возглавляет программу HHMI под названием SEA-PHAGES, которая предлагает первокурсникам колледжей и второкурсникам возможность охотиться за фагами. В 2018 году в программе приняли участие около 120 университетов и колледжей и 4 500 студентов по всей стране, а за последнее десятилетие в ней приняли участие более 20 000 студентов.
В грязи, воде и воздухе содержится более нониллиона (это квадриллион умножить на квадриллион) фагов. После тестирования образцов на наличие фага студенты изучают его. Они увидят, как он выглядит под электронным микроскопом, секвенируют его геном, проверят, насколько хорошо он заражает и убивает бактерии, и выяснят, какое место он занимает на генеалогическом древе фагов.
«Эта программа привлекает начинающих студентов к реальной науке», - говорит Дэвид Асаи, старший директор HHMI по научному образованию и директор программы SEA-PHAGES. «Что бы они ни обнаружили, это новая информация». По его словам, эта базовая биологическая информация очень ценна. «Теперь коллекция фагов действительно помогла пациенту».
Это не было первоначальным замыслом программы, говорят Асаи и Хэтфулл. «У меня было ощущение, что эта коллекция чрезвычайно полезна для решения всевозможных вопросов биологии», - говорит Хэтфулл. «Но мы не думали, что когда-нибудь дойдем до того, чтобы использовать эти фаги в терапевтических целях».
Экспериментальная терапия
Идея фаговой терапии существует уже почти столетие. Но до недавнего времени было мало данных о безопасности и эффективности лечения. В 2017 году врачи в Сан-Диего, штат Калифорния, успешно использовали фаги для лечения пациента с бактерией с множественной лекарственной устойчивостью. Этот случай и рост устойчивости к антибиотикам подогрели интерес к фагам, говорит Хэтфулл.
Менее чем через месяц после того, как он услышал о двух инфицированных пациентах в Лондоне, он получил образцы их бактериальных штаммов. Его команда искала в своей коллекции фаги, которые потенциально могут быть нацелены на бактерии.
Они проверили отдельные фаги, которые, как известно, инфицируют бактериальные родственники штаммов пациентов, смешали вместе тысячи других фагов и протестировали всю партию. Они искали что-то, что могло бы очистить беловатую пленку бактерий, растущих на пластиковой посуде в лаборатории. Команда рассудила, что если бы фаг мог это сделать, он мог бы бороться с инфекциями пациентов.
В конце января команда обнаружила победителя - фаг, который смог поразить штамм, заразивший одного из подростков. Но они опоздали, говорит Хэтфулл. Пациент умер ранее в том же месяце. «Это действительно тяжелые, опасные для жизни инфекции», - говорит он.
У его команды было несколько зацепок для второго пациента: три фага, названные Muddy, ZoeJ и BP. Muddy мог заразить и убить бактерии девочки, но ZoeJ и BP были не столь эффективны. Поэтому Хэтфулл и его коллеги модифицировали геномы двух фагов, чтобы превратить их в убийц бактерий. Они удалили ген, который позволяет фагам безвредно размножаться внутри бактериальной клетки. Без гена фаги размножаются и вырываются из клетки, разрушая ее. Затем они объединили трио в фаговый коктейль, очистили его и проверили на безопасность.
В июне 2018 года врачи вводили коктейль пациенту через капельницу два раза в день с миллиардом фаговых частиц в каждой дозе. Через шесть недель сканирование печени показало, что инфекция практически исчезла. Сегодня на коже девочки остались только один или два узелка. Хэтфулл возлагает большие надежды: бактерии не проявляют никаких признаков развития устойчивости к фагам, и его команда подготовила четвертый фаг, чтобы добавить его в смесь.
Поиск подходящих фагов для каждого пациента является большой проблемой, говорит Хэтфулл. Однажды ученые, возможно, смогут создать фаговый коктейль, который будет более широко применяться для лечения болезней, таких как инфекция Pseudomonas, угрожающая ожоговым пациентам.
«Мы как бы на неизведанной территории, - говорит он. Но основы дела молодой женщины довольно просты, добавляет он. «Мы очистили фаги, дали их пациенту, и пациенту стало лучше».