Бактериофаги, вирусы, паразитирующие на бактериях, могут помочь в решении глобальной проблемы растущей антибиотикорезистентности. Исследователи из Медицинского колледжа Бейлора (Baylor College of Medicine) и Медицинского центра для американских ветеранов Майкла Дебейки (Michael E. DeBakey Veterans Affairs Medical Center) установили, что бактериофаги могут уменьшить численность бактерий и улучшить состояние здоровья мышей, заражённых смертельно опасным полирезистентным «суперинфектом». Результаты исследования опубликованы в издании Scientific Reports.
«Наша команда решила выяснить, могут ли фаги быть эффективным средством для уничтожения большой колонии бактерий, ставших устойчивыми к антибиотикам и теперь вызывающих смертельные болезни у людей, — рассказывает соавтор исследования доктор Энтони Марессо (Anthony Maresso), доцент молекулярной вирусологи и микробиологии из колледжа Бейлора. — Возможности существующих подходов к терапии таких заболеваний практически исчерпаны, нам нужны новые идеи».
Если бактериальный рост выходит из-под контроля, микроорганизмы могут выйти в кровяное русло и поразить жизненно важные органы. Иммунная система отвечает на атаку, защищая организм от инфекции. Однако иммунный ответ может оказаться чрезмерным — тогда он приведёт к повреждению тканей, отказу органов и смерти. Этот процесс называется сепсис. Чтобы спасти пациента с сепсисом, необходимо остановить бактериальный рост. Как правило, это делается при помощи антибиотиков, однако в последнее время количество бактерий, ставших устойчивыми к антибактериальной терапии, постоянно увеличивается.
В ходе нового исследования учёные попытались привлечь на свою сторону бактериофагов, заставив их уничтожать резистентные бактерии. Изначально эта идея была предложена в 1926 г. французским микробиологом Феликсом д’Эреллем (Félix d’Hérelle). Задачей работы стал поиск фагов, способных справиться с 12 полирезистентными бактериальными штаммами.
В лаборатории не нашлось ни одного бактериофага, эффективного в отношении опасной разновидности E. coli, уже распространившейся по всему миру. Но, так как учёным было известно, что переносчиками этой бактерии (равно как и уничтожающих её фагов) могут быть собаки и птицы, исследователи отправились на охоту. В местных парках и местах гнездования птиц удалось собрать достаточное количество фекалий. Из образцов был выделен ряд бактериофагов. Однако ни один из обнаруженных фагов не мог уничтожить все 12 штаммами в одиночку. А вот комплекс из 2—3 бактериальных вирусов с этой задачей справился.
Следующим шагом исследователей стало изучение эффективности бактериофагов для лечения модели сепсиса. Среди прочего, учёные использовали модель, воспроизводящую инфекционные осложнения химиотерапии. На фоне такого лечения у ряда развиваются тяжёлые инфекционные заболевания, вызываемые бактериями, которые годами жили в кишечнике и не приводили к развитию каких-либо симптомов. Это происходит из-за того, что химиотерапия не только убивает раковые клетки, но и подавляет работу иммунной системы. Последнее, в свою очередь, приводит к развитию инфекционных заболеваний по описанному механизму. Важно, что бактерии, являющиеся причиной появления осложнений, часто оказываются невосприимчивы к антибиотикам.
ЖКТ модельных мышей был заселён полирезистентными бактериями. Животные выглядели и чувствовали себя нормально, но только до тех пор, пока им не были введены химиотерапевтические препараты. Бактерии тут же начали размножаться и оказались в жизненно важных органах, что и привело к развитию состояния, аналогичного сепсису у людей. Иммунная система мышей не могла справиться с инфекцией. Однако после введения бактериофагов количество бактерий существенно уменьшилось, а состояние животных улучшилось.
«Крайне важно, что эти «лекарства» были открыты, выделены, идентифицированы и испытаны всего за несколько недель. При этом было потрачено меньше денег, чем большинство из нас оставляет за месяц в супермаркете», — рассказывает Марессо.
Конкретные виды бактериофагов эффективны в отношении определённых штаммов бактерий. Но при необходимости фаги можно смешивать, получая терапевтические «коктейли». Кроме того, лечение фагами не сопровождается развитием побочных эффектов, характерных для антибиотиков, в частности, бактериофаги не влияют на микробиоту кишечника. Клетки человеческого организма бактериофаги также не повреждают.
Ещё одно преимущество бактериофагов перед антибиотиками — способность фагов эволюционировать. Если бактерии станут нечувствительными к определённому виду бактериофагов, учёные смогут найти в окружающей среде другой — или вывести его в лаборатории за несколько дней.
«Антибиотики — это химические соединения, они не могут изменяться в реальном времени, — поясняет Марессо. — Чтобы разработать новый антибактериальный препарат, нужны годы исследований и миллиарды долларов. А фаг может сам эволюционировать таким образом, чтобы эффективно уничтожать конкретный вид бактерий. И после этого его можно использовать».
Теоретически, в будущем в больницах может начать использоваться следующий сценарий. При поступлении пациента с инфекцией, которою нельзя вылечить при помощи антибиотиков (или можно, но только самыми токсичными препаратами), врач может отправиться в «библиотеку фагов» и выбрать те, которые наиболее эффективны в отношении присутствующих у больного штаммов. А если резистентность разовьётся снова, достаточно будет просто заменить один вид бактериофагов на другой.
Впрочем, не стоит рассматривать терапию фагами как волшебное лекарство. Иммунная система организма-хозяина в некоторых случаях инактивирует бактериофаги. Бывает также, что фаги просто не работают в животном организме. Пока о возможностях борьбы с бактериями при помощи фагов известно относительно немного, но вполне достаточно, чтобы целесообразность дальнейших экспериментов в этой области стала очевидна.