Разбираем мир микробиологии по кусочкам

Привет, бактериофаги! До свидания, антибиотики?

Строение бактериофагов. Изображение:
Wikimedia Commons

Эти микроорганизмы, напоминающие нанороботов, представляют собой вирусы, которые называются бактериофаг. Эти организмы заражают и убивают только клетки бактерий. Бактериофаги были открыты в 1915 году Фредериком Твортом в Англии и Феликсом д’Эреллем в 1917 году во Франции. Именно французский ученый впервые применил эти вирусы для лечения инфекций и практик в области здравоохранения.

Феликс д’Эрелль работал в Институте Пастера и наблюдал детей, заболевших дизентерией. Дизентерия – это инфекционное заболевание, вызываемое бактерией рода Shigella. Одним из самых явных симптомов этого заболевания была диарея, которая в то время часто приводила к смерти. д’Эрелль обнаружил микроорганизм, чье присутствие в стуле убивало болезнетворные бактерии. В добавок, этот микроорганизм присутствовал только у тех пациентов, которые шли на поправку. Этот загадочные организм был изолирован и назван “бактериофаг”. Культивирование колоний бактериофага помогло в лечении детей, находившихся в критическом состоянии.

Белая стрелка указывает на область, где рост бактерий не был обнаружен, подтверждая присутствие бактериофагов. Изображение: Megan Mathias and J. Todd Parker, USCDCP

До открытия антибиотиков, именно терапия с использованием бактериофагов применялась для лечения инфекций. Разница состоит в том, что антибиотики – это химические соединения, а бактрериофаги – биологические существа, которые могут представлять собой более опасную альтернативу. Проблема состоит в том, что бактериофаги могут взаимодействовать с мембранами и кровеносными сосудами человека, и даже с тканями, которые не являются “мишенями” для терапии. Но, несмотря на это, до сих пор нет доказательств того, что такое взаимодействие является недоброжелательным и может вызывать побочные эффекты. Кроме того, бактериофаги заражают только определенный вид бактерий. Чтобы найти конкретный вид бактериофага, необходимый для уничтожения бактерии, создается так называемый “коктейль”, представляющий собой смесь разных вирусов. Такие “коктейли” часто нестабильны, и бактериофаги в них не всегда остаются активными, что ведет к снижению эффективности лечения.

Вирусы бактериофаги, прикрепленные к бактерии. Изображение: Dr Graham Beards, CC BY-SA 3.0

HoИз-за разницы между терапией с использованием бактериофагов и терапией с использованием антибиотиков, антибиотики стали более распространенным методом лечения. Однако, за последние несколько лет, бактерии выработали устойчивость к антибиотикам, и это стало настоящей проблемой в борьбе с инфекциями. Поиск альтернативы вернул ученых к использованию бактериофагов. Но, поскольку бактерии способны эволюционировать за очень короткий срок и приобретать устойчивость к антибиотикам, они также со временем могут приобрести устойчивость к бактериофагам. Хорошие новости в том, что бактериофаги являются вирусами, и они также могут эволюционировать и находить новые способы охоты за бактериями.

С момента ее открытия, бактериофаговая терапия в основном использовалась во Франции и Советском Союзе. После Второй мировой войны, Франция сосредоточила свои силы на использовании антибиотиков в качестве лечения, и стала рассматривать использование бактериофагов только для экспериментального лечения или исследований. Напротив, ученые Советского Союза сфокусировали свои исследования на бактериофагах и их использование для лечения инфекций, что привело в к открытой продажи препаратов с бактериофагами. Они использовались для лечения всех видов инфекций, таких как холера, абсцессы, послеоперационные и трансплантационные инфекции, кожные инфекции, перитонит, гнойные раны, вагинит, мастоидит, респираторные инфекции и многое другое. Совсем недавно, США и Бельгия также стали использовать бактериофаги в процессе лечения. Различные формы лечения включают в себя местное применение, применение внутрь, вкалывание препарата в вену, или даже вдыхание через ингалятор.

В своем недавнем проекте под названием RAPID Pneumophage, французская компания Pherecydes pharma разработала “коктейль из бактериофагов”, который продемонстрировал эффективность ингаляторов с бактериофагами на пациентах с тяжелой формой пневмонии. Количество смертельных случаев при заболевании этой бактериальной инфекцией составляет от 20% до 30%, и она может быть получена во время интубации и вентиляции легких пациентов. Результаты, полученные в исследовании на свиньях, показали уменьшение количества бактерий на 99% даже несмотря на экстремальные условия эксперимента (вентиляция была выполнена с использованием высокоскоростного потока и сильного давления). Это доказывает, что такой вид терапии является достаточно успешным, и в будущем похожее лечение может быть применено к пациентам с пневмонией.

Бактериофаговая терапия может быть применена и к пациентам с COVID-19. Было доказано, что 50% пациентов, умерших от COVID-19, имели бактериальные инфекции, такие как пневмония, и находились в состоянии усиленной вентиляции легких. Кроме того, пациенты с COVID-19, которые пребывали в критическом состоянии, имели больший шанс заражения другими бактериальными инфекциями, чем пациенты в менее критическом состоянии. Как правило, эти новые инфекции были вызваны бактериями с устойчивостью к антибиотикам, и поэтому использование антибиотиков для лечения этих инфекций было бы неэффективно. Совсем недавно, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов СШA (FDA) одобрило использование бактериофаговой терапии для пациентов с COVID-19.

Будем надеяться, что это является только началом бактериофаговой терапии, и вскоре она станет частью нашей повседневной жизни!

Если вы хотите больше узнать о том, как бактериофаги используют литический механизм выживания, читайте эту статью: