Бактеріофаги врятували мишу від сепсису

3D-модель бактеріофагу, що зображує момент проникнення генома вірусу в бактеріальну клітку.

Бактеріофаги, віруси, що паразитують на бактеріях, можуть допомогти у вирішенні глобальної проблеми зростаючої антибіотикорезистентності. Дослідники з Медичного коледжу Бейлора (Baylor College of Medicine) і Медичного центру для американських ветеранів Майкла Дебейки (Michael E. DeBakey Veterans Affairs Medical Center) встановили, що бактеріофаги можуть зменшити чисельність бактерій і поліпшити стан здоров'я мишей, заражені смертельно «небезпечним». Результати дослідження опубліковані у виданні Scientific Reports.

"Наша команда вирішила з'ясувати, чи можуть фаги бути ефективним засобом для знищення великої колонії бактерій, що стали стійкими до антибіотиків і тепер викликають смертельні хвороби у людей, - розповідає співавтор дослідження доктор Ентоні Марессо (Anthony Maresso), доцент молекулярної вірусологи і мікробіології з коледжу Бейлора. - Можливості існуючих підходів до терапії таких захворювань практично потрібні нам.

Якщо бактеріальний зріст виходить з-під контролю, мікроорганізми можуть вийти в кров'яне русло і вразити життєво важливі органи. Імунна система відповідає на атаку, захищаючи організм від інфекції. Однак імунна відповідь може виявитися надмірною - тоді вона призведе до пошкодження тканин, відмови органів і смерті. Цей процес називається сепсис. Щоб врятувати пацієнта з сепсисом, необхідно зупинити бактеріальний зріст. Як правило, це робиться за допомогою антибіотиків, проте останнім часом кількість бактерій, що стали стійкими до антибактеріальної терапії, постійно збільшується.

Під час нового дослідження вчені спробували залучити на свій бік бактеріофагів, змусивши їх знищувати резистентні бактерії. Спочатку ця ідея була запропонована в 1926 р. французьким мікробіологом Феліксом д'Ереллем (Félix d'Hérelle). Завданням роботи став пошук фагів, здатних впоратися з 12 полірезистентними бактеріальними штаммами.

У лабораторії не знайшлося жодного бактеріофагу, ефективного щодо небезпечного різновиду E. coli, який вже поширився по всьому світу. Але, оскільки вченим було відомо, що переносниками цієї бактерії (так само як і знищують її фагів) можуть бути собаки і птахи, дослідники вирушили на полювання. У місцевих парках і місцях гніздування птахів вдалося зібрати достатню кількість фекалій. З зразків було виділено ряд бактеріофагів. Однак жоден з виявлених фагів не міг знищити всі 12 штаммами поодинці. А ось комплекс з 2 - 3 бактеріальних вірусів з цим завданням впорався.

Наступним кроком дослідників стало вивчення ефективності бактеріофагів для лікування моделі сепсису. Серед іншого, вчені використовували модель, що відтворює інфекційні ускладнення хіміотерапії. На тлі такого лікування у ряду розвиваються важкі інфекційні захворювання, що викликаються бактеріями, які роками жили в кишечнику і не призводили до розвитку будь-яких симптомів. Це відбувається через те, що хіміотерапія не тільки вбиває ракові клітини, а й пригнічує роботу імунної системи. Останнє, в свою чергу, призводить до розвитку інфекційних захворювань за описаним механізмом. Важливо, що бактерії, які є причиною появи ускладнень, часто виявляються несприйнятливими до антибіотиків.

ЖКТ модельних мишей був заселений полірезистентними бактеріями. Тварини виглядали і почувалися нормально, але тільки до тих пір, поки їм не були введені хіміотерапевтичні препарати. Бактерії тут же почали розмножуватися і опинилися в життєво важливих органах, що і призвело до розвитку стану, аналогічного сепсису у людей. Імунна система мишей не могла впоратися з інфекцією. Однак після введення бактеріофагів кількість бактерій істотно зменшилася, а стан тварин покращився.

"Вкрай важливо, що ці" ліки "були відкриті, виділені, ідентифіковані і випробувані всього за кілька тижнів. При цьому було витрачено менше грошей, ніж більшість з нас залишає за місяць в супермаркеті ", - розповідає Марессо.

Конкретні види бактеріофагів ефективні щодо певних штамів бактерій. Але при необхідності фаги можна змішувати, отримуючи терапевтичні «коктейлі». Крім того, лікування фагами не супроводжується розвитком побічних ефектів, характерних для антибіотиків, зокрема, бактеріофаги не впливають на мікробіоту кишечника. Клітини людського організму бактеріофаги також не пошкоджують.

Ще одна перевага бактеріофагів перед антибіотиками - здатність фагів еволюціонувати. Якщо бактерії стануть нечутливими до певного виду бактеріофагів, вчені зможуть знайти в навколишньому середовищі інший - або вивести його в лабораторії за кілька днів.

"Антибіотики - це хімічні сполуки, вони не можуть змінюватися в реальному часі, - пояснює Марессо. - Щоб розробити новий антибактеріальний препарат, потрібні роки досліджень і мільярди доларів. А фаг може сам еволюціонувати таким чином, щоб ефективно знищувати конкретний вид бактерій. І після цього його можна використовувати ".

Теоретично, в майбутньому в лікарнях може почати використовуватися наступний сценарій. При надходженні пацієнта з інфекцією, яку не можна вилікувати за допомогою антибіотиків (або можна, але тільки найбільш токсичними препаратами), лікар може відправитися в «бібліотеку фагів» і вибрати ті, які найбільш ефективні щодо присутніх у хворого штамів. А якщо резистентність розвинеться знову, достатньо буде просто замінити один вид бактеріофагів на інший.

Втім, не варто розглядати терапію фагами як чарівні ліки. Імунна система організму-господаря в деяких випадках інактивує бактеріофаги. Буває також, що фаги просто не працюють у тваринному організмі. Поки про можливості боротьби з бактеріями за допомогою фагів відомо відносно небагато, але цілком достатньо, щоб доцільність подальших експериментів в цій області стала очевидна.