Борьба с лекарственно-устойчивыми патогенами остается напряженной. В то время как отчет Центров по контролю за заболеваниями (CDC) за 2019 год о «самых больших угрозах» показывает общее снижение смертности, связанной с лекарственно-устойчивыми микробами, по сравнению с его предыдущим отчетом (2013 г.), агентство также предупреждает, что новые формы лекарственно-устойчивых патогенов все еще появление.
Между тем возможности лечения инфекций, вызываемых этими микробами, уменьшаются, что подтверждает опасения врачей и ученых по поводу конца эпохи антибиотиков.
«Мы знали, что это будет проблемой на раннем этапе», - сказала профессор химии и биохимии Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Ирен Чен. «По сути, как только был открыт пенициллин, через несколько лет стало известно, что существует устойчивый организм». Благодаря таким факторам, как горизонтальный перенос генов и быстрое размножение, такие организмы, как грамотрицательные бактерии, могут развиваться быстрее, чем мы можем производить антибиотики для борьбы с ними.
Со Чен и ее исследовательская группа ищут альтернативы антибиотикам, стремясь предотвратить волну неизлечимых бактериальных инфекций. В своей работе группа обратилась к бактериофагам, природной группе вирусов, которые колонизируют бактерии.
«На самом деле это их естественная функция - расти и убивать бактерии», - сказал Чен, автор статьи, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences. Воспользовавшись способностью бактериофагов нацеливаться на определенные бактерии, не повреждая остальную часть микробиома, исследователи смогли использовать комбинацию золотых наностержней и ближнего инфракрасного света для уничтожения даже бактерий с множественной лекарственной устойчивостью без антибиотиков.
Фаготерапия не нова, сказал Чен. Фактически, они использовались в бывшем Советском Союзе и Европе около века, хотя в основном рассматриваются как крайняя альтернатива антибиотикам. Среди нерешенных проблем фаговой терапии - неполная характеристика биологии фагов - биологии, которая может допускать непредвиденные последствия из-за собственной быстрой эволюции и размножения фагов, а также потенциальных токсинов, которые могут нести вирусы. Еще одна проблема - это аспект фаготерапии по принципу «все или ничего», добавила она.
"Трудно анализировать эффект лечения фагами", сказала она. «Вы можете увидеть, что это полностью работает, или вы можете увидеть, что это полностью не работает, но у вас не будет той реакции на дозу, которую вы хотите».
Чтобы преодолеть эти проблемы, лаборатория Чена разработала метод контролируемой фаговой терапии.
«Что мы сделали, так это конъюгировали фаги с золотыми наностержнями», - объяснила она. Эти «фаностержни» применяли к бактериям в культурах клеток млекопитающих in vitro, а затем подвергали воздействию ближнего инфракрасного света.
"Когда эти наностержни подвергаются фотовозбуждению, они преобразуют энергию света в тепло, - сказал Чен, - и это создает очень высокие локальные температуры".
Тепла достаточно, чтобы убить бактерии, а также убивает фаги, предотвращая любые нежелательные дальнейшие эволюции. Результатом стала управляемая ракета таргетной фаговой терапии, которая также позволяет контролировать дозировку. Лаборатория добилась успеха в уничтожении E. coli, P. aeruginosa и V. cholerae - человеческих патогенов, вызывающих острые симптомы, если их не остановить. Им также удалось успешно уничтожить X. campestris, бактерии, вызывающие гниение растений.
В сотрудничестве с инженером-механиком Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Бет Прюитт лаборатория определила, что, несмотря на то, что тепло успешно уничтожило бактерии и фаги, более 80% культуры клеток млекопитающих под бактериальной биопленкой выжили.
«Вопрос о том, повреждает ли он ткани млекопитающих, очень важен», - сказал Чен. «Работа в области нанотехнологий и наномедицины для лечения бактериальных инфекций показывает, что, когда они не являются целевыми, они действительно обременяют окружающие ткани».
Лаборатория планирует исследовать другие возможные фаги для противодействия другим бактериям, возможно, разработав фототермический метод, который мог бы лечить множественные бактериальные инфекции.
Исследование этого исследования также проводилось постдокторантом UCSB Хуаном Пэном (ведущий автор), Рэймондом Э. Боргом и Лиамом П. Доу.