Повернення фаготерапії ScienceBlog
Віруси, які специфічно атакують бактерії, так звані бактеріофаги (коротше фаги), були виявлені століття тому і використовувались терапевтично проти бактеріальних інфекцій. Коли антибіотики розпочали своє тріумфальне просування, про фаги забули в більшості країн. Поява стійких до антибіотиків бактерій та відсутність нових ефективних речовин відродили інтерес до фаготерапії. У попередній статті відомий вірусолог Карін Моллінг (викладач вірусології в Університеті Цюріха та керівник групи в Інституті молекулярної генетики Макса Планка) представила, що таке фаги та як вони працюють [1]. Зараз вона пише про терапевтичне використання фагів і наводить багатообіцяючі приклади.
З бактерій, проти яких антибіотики вже не можуть допомогти ...
Швидкий розвиток стійкості до арсеналу існуючих антибіотиків представляє одну з найбільших глобальних загроз для здоров'я та загальноприйнятих медичних практик (таких як хірургічне втручання, лікування пухлин). Проблема посилюється тим фактом, що нові антибактеріальні речовини не будуть використовуватися як мінімум протягом наступного десятиліття Зір є. В даний час ВООЗ припускає, що щонайменше 700 000 людей у всьому світі помирають щороку від інфекцій стійкими мікробами (у найгіршому випадку ця кількість може зрости до 10 мільйонів у 2050 році) [2]; в Європейському Союзі вона оцінюється в 33 на рік 000 таких смертей [3], лише в Берліні це одна жертва щотижня.
У процесі все більш нагального пошуку альтернатив для лікування бактеріальних інфекцій дослідники зараз згадують можливе застосування фагів, відоме як фаготерапія. ілюстрація 1.
... до фаготерапії ...
Як вже було описано в [1], фаготерапія не є новою концепцією. Трохи більше ста років тому Фелікс д'Ерель (1873–1949) в Інституті Пастера виділив "невидимих мікробів" із зразків калу у пацієнтів, хворих на бактеріальну дизентерію ) призначений. (Про те, як фаги дуже конкретно атакують та знищують бактерії, описано в [1].) Д’Ерель відразу визнав терапевтичний потенціал свого відкриття: використання цих бактеріофагів при бактеріальних інфекціях. Британський бактеріолог Фредерік Творт відкрив "ультрамікроскопічні непатогенні віруси" у фільтраті бактеріальних культур кількома роками раніше; початок світової війни зупинив його розслідування, які він не продовжував після закінчення війни.
Але задовго до цього сприятливий вплив фекалій людини або тварин - мабуть, на основі фагів - був успішно використаний при бактеріальних інфекціях у людей і тварин (фекалії містять до 10 мільярдів фагів на грам сухої ваги): У 4 столітті в Китаї лікарі призначили їх суспензійний людський стілець ("жовтий суп") при діареї та харчових отруєннях, бедуїни використовували верблюжі екскременти - практики, які досі згадували про царство казок.
Англійський бактеріолог Ернест Ханкін був здивований тим, що індіанці протягом століть ритуально купалися і пили у священних річках Ганг і Ямуна, в основному без пошкоджень, незважаючи на забруднення фекальних стічних вод та залишків трупів. У 1896 році він дослідив зразки води, процідивши їх через фарфоровий фільтр, непроникний для частинок розміром з бактерії. У фільтраті він виявив високу активність проти холерних бактерій, яка, очевидно, мала біологічну природу, оскільки втрачалася при нагріванні - ця активність, мабуть, була обумовлена невідомими на той час фагами. Малюнок 2.
... та їх розвиток у вік антибіотиків
Препарати фага застосовувались у Європі та Америці до 1940-х років; Серед таких виробників були такі фармацевтичні компанії, як Behring, Eli Lilly, Abbott, Parke-Davis та Squibb. Для полегшення доставки були розроблені препарати у вигляді порошку або таблеток, які все ще використовувались у польових лікарнях під час Другої світової війни.
Однак, коли ера антибіотиків розпочалася в 1940-х роках із комерційно доступного пеніциліну, який вбивав широкий спектр бактерій навіть без точного збігу, про фагову терапію забули, принаймні в західних країнах. Оскільки фаготерапія зараз розглядалася як необхідна, у 1980-х колекції фагів були остаточно знищені в багатьох місцях, в тому числі в Інституті Пастера та в Ліоні. У країнах, що перебувають за залізною завісою, особливо в Росії, Грузії та Польщі, де антибіотики тривалий час були недоступні, фагова терапія продовжувалась і досі проводиться регулярно.
Повернення фагів
На додаток до терапевтичного застосування, фаги вже знайшли застосування в деяких областях.
... для нетерапевтичних застосувань
Затверджений для консервації продуктів харчування в США в 2006 році, фаги з тих пір використовуються в багатьох штатах, а також у країнах ЄС. В основному це фаги, які спеціально спрямовані проти небезпечних штамів Listeria, таких як копчений лосось, готові салати, сирі молочні продукти тощо. Зараз ці продукти піддаються дії або розпилення фагів перед їх упаковкою. Оскільки фаги - як уже згадувалося - нешкідливі для вищих організмів, їх не потрібно декларувати на упаковці.
У сільському господарстві фаги, серед іншого, використовуються як біологічні пестициди у плодоовочівництві. Фаги також можна використовувати для боротьби з гниттям бактерій у картоплі, збільшуючи таким чином багаторазовий урожай.
Фаги також використовуються в нетерапевтичних цілях як швидка, високочутлива діагностика штамів бактерій або як біологічні дезінфікуючі засоби, наприклад, у приміщеннях, забруднених лістерією або сальмонелою.
... для терапевтичного застосування ...
В останні роки було багато прикладів лікування бактеріальних інфекцій, особливо тих, що мають мультирезистентні мікроби; спектр варіюється від важкої діареї, інфекцій сечовивідних шляхів та запалення носоглотки до раневих інфекцій, «відкритих» ніг, виразкових пальців ніг діабетиків, відкритих переломів тощо.
Проблема цих прикладів, однак, полягає в тому, що вони часто є тематичними дослідженнями, які не відповідають офіційним рекомендаціям щодо клінічних досліджень, які мають проводитись як рандомізовані, контрольовані плацебо подвійні сліпі дослідження.
... і кілька прикладів
Одне з успішних тематичних досліджень останніх років - це, мабуть, справа каліфорнійського професора Тома Паттерсона, яка також стала популярною завдяки відео на YouTube. Коли він подорожував до Єгипту з дружиною в 2015 році, він заразився мультирезистентним штамом Acinetobacter baumannii, який спричинив панкреатит, що загрожує життю, та діабет. Паттерсон був доставлений до рідної університетської лікарні в Сан-Дієго, впав у кому і був покинутий лікарями, але не дружиною Стефані Стратді. Навіть епідеміолог запустив своїх колег, лікарів та органи охорони здоров’я: проти інфекційного мікроба були знайдені відповідні фаги, і в 2016 році американська FDA надала спеціальний дозвіл на застосування “Дослідного нового препарату” (IND) у надзвичайних ситуаціях. Після лише трьох внутрішньовенних доз фагового коктейлю пацієнт дуже швидко видужав і тепер здоровий. У США це був перший випадок фаготерапії, класифікований як експериментальний; З тих пір інші пацієнти успішно лікувались ним у Сан-Дієго (Центр інноваційних фагових застосувань та терапії (IPATH)).
Вважаючи, що понад 420 мільйонів діабетиків у всьому світі (https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/diabetes) фаготерапія вважається дуже високим потенціалом у лікуванні діабетичної стопи/пальця ноги. Часто інфіковані мікростійкими мікробами розвиваються глибокі незагойні рани, і ампутації - єдиний вихід із сотень тисяч випадків. Систематичне багатоцентрове дослідження, Phagopied, проводиться для цього показання з 2013 року, вивчаючи фагову терапію проти стандартного лікування. Елізабет Каттер (Evergreen Lab, Вашингтон), відома прихильниця фаготерапії, нещодавно повідомила про успішне лікування деяких пацієнтів фаговими коктейлями від золотистого стафілокока; Фотографії показали спочатку обпалені пальці ніг і всі пацієнти зажили рани через 2 місяці; Ампутації не були необхідними.
У колишній країні Східного блоку Польщі лікарі Інституту Людвіга Гіршфельда у Вроцлаві спеціалізувались на фаготерапії. За власною інформацією компанії, з 1980 року понад 1500 пацієнтів, інфікованих стійкими до антибіотиків мікробами, успішно лікуються бактеріофагами.
Що потрібно для фаготерапії
По-перше, бракує доступних фагів. У всьому світі існує занадто мало колекцій фагів, які є особливо ефективними проти патогенних штамів бактерій і які можна швидко розмножити та поставити для терапевтичних цілей. Поточний список (https://phage.directory/) називає 22 таких джерела - фагові банки, біотехнологічні стартапи та некомерційні організації, включаючи Інститут Лейбніца ("Німецька колекція мікроорганізмів та клітинних культур" DSMZ; Брауншвейг), який Голландський "Фагенбанк" та "Інститут Еліави".
Доступні високоочищені та добре охарактеризовані фаги
Фаги є скрізь, де є бактерії: кожна природна зона, в якій (патогенні) бактерії, ймовірно, також містить фаги, специфічні для цих мікробів і призводять до їх лізису. Фаги можна виділити, охарактеризувати та протестувати порівняно легко з таких зразків. Це стандартні процедури в кілька послідовних кроків (рис. 3):
На першому етапі фаги збирають, очищають, виділяють та характеризують. Для цього відбирають зразки (наприклад, з стічних вод, ґрунту, гною, екскрементів), можливо суспендують, а потім центрифугують, завдяки чому бактерії, дуже великі порівняно з фагами, осідають. Фаги та інші віруси в супернатанті збагачуються, очищаються, різні фаги виділяються і після реплікації їх ДНК точно секвенсуються до основи.
На другому етапі потенційних кандидатів на терапію перевіряють на ефективність та вводять. Для цього потрібен правильний тип бактерій у кожному випадку, до якого фаги стикуються відповідно до принципу замка, вводять свій генетичний матеріал у цього господаря, розмножуються в ньому і, нарешті, доводять його до лізису (див. [1]). Застосовуючи до культур патогенних бактерій, спостерігається, який тип фага їсть отвори на густо вирощеному бактеріальному газоні, тобто специфічний для збудника і лізує його. Такі специфічні фаги множаться, точно описуються та зберігаються для застосування.
Нарешті, заявка повинна здійснюватися лікарями: або як індивідуальне лікування (співчутливий суд), або, нещодавно, як серія справ. Як показує вживання, яке відбувається протягом століття, дотепер серйозних побічних ефектів не спостерігалося.
Можливість забруднення та перенесення препарату шкідливих бактеріальних компонентів або генів можна запобігти, використовуючи високоочищені, добре охарактеризовані та повністю секвенсовані фагові продукти. Такий фаговий коктейль, виготовлений відповідно до "Належної виробничої практики" (GMP), призначеної для фармацевтичних препаратів, нещодавно був використаний у проекті ЄС Phagoburn для лікування опікових ран, інфікованих Pseudomonas aeroruginosa.
Розвиток опору через високу специфічність для бактеріального типу та еволюцію фага з цим господарем, проти фагів представляє значно нижчий ризик, ніж у випадку з антибіотиками; комбінація фага та антибіотиків ще більше знижує ризик.
Спеціальність фаготерапії полягає в тому, що він корелюється дозою, а також самообмежується: чим більше бактерій, тим більше фагів виробляється в бактеріях. Якщо всі бактерії загинуть, фаги більше не можуть розмножуватися, а також гинуть. Малюнок 4.
Нові правові норми
Фаготерапія на людях офіційно не затверджена в західному світі, виняток становлять надзвичайні постанови у значенні Гельсінкської декларації. Заявка, яка досі практикується в колишніх країнах Східного блоку, буде розглядатися лише з урахуванням західних стандартів.
Фаги - це біопрепарати, які ще не враховані у (вже застарілих) рекомендаціях органів, що затверджують в ЄС та США. Тому вони не можуть відповідати суворим вимогам стандартизації та відтворюваності, які колись були сформульовані щодо синтетичних активних інгредієнтів, вакцин, білків тощо. Для цього потрібен чітко визначений ідентичний вихідний матеріал, що неможливо з фагами, якщо вони спеціально пристосовані до мікробів кожного окремого пацієнта. Якщо, з іншого боку, передбачається більш широке застосування (наприклад, для лікування епідемій), і тому потрібна велика кількість препарату фага, це може стати несумісним в результаті мутації під час виробництва і, таким чином, спричинити занепад необхідної "належної виробничої практики" (GMP).
Якщо це персоніфікована терапія, так звана програма Magistrale пропонує вихід, який вже можна практикувати в Бельгії: тут лікар може призначити фаговий препарат, який точно пристосований для пацієнта з певним мікробом і є дуже індивідуальним виготовляється в лікарняній аптеці.
Ще однією масовою проблемою фаготерапії є те, що прийнятий процес розробки лікарських засобів передбачає клінічний тест, в якому вивчається вплив активного інгредієнта на мішень (структуру мішені). Це проблематично для високоспецифічних фагів, оскільки зазвичай існує кілька мішеней, і для кожної мішені потрібно використовувати кілька фагів - фаговий коктейль.
Для того щоб мати можливість швидко використовувати фагову терапію, необхідна нова законодавча база для медичних виробів, яка включає фаги з їхніми особливими ознаками.
Систематичні дослідження
Багаторічний досвід та успішне застосування фаготерапії в колишніх країнах Східного блоку розглядаються західними владами як недостатньо документовані та недостатньо переконливі з точки зору ефективності та можливої появи серйозних побічних ефектів. Щоб забезпечити широке та безпечне використання фагової терапії, повинні бути доступні численні систематичні клінічні дослідження, які надають основу для регулюючих органів для створення рекомендацій щодо фагової терапії.
Добирання може зайняти роки. До цього часу пацієнти можуть здійснити паломництво на свій страх і ризик до Грузії або Польщі, де фагова терапія проводиться регулярно (тритижневе лікування проти мультирезистентного золотистого стафілокока становить близько 5000 євро).
Пов’язані посилання
Карін Молінг, Фелікс Брокер, Крістіан Віллі (12.2018): Пробудження: нам потрібна фаготерапія зараз. Віруси 2018, 10, 688; doi: 10.3390/v10120688
Карін Молінг (10.2017): Віруси замість антибіотиків.
Карін Молінг: Світ вірусів, 2. Фаги (2015); Відео 9:22 хв.
Карін Молінг: Без вірусів просто не було б життя. Вірусолог проф. Карін Меллінг відвідує KKL Impuls (2016), відео 1:17:05 хв.
Карін Молінг: Переговори за столом (24.07.2019), Подкаст 52:41 хв
Карін Молінг: Звіти про нові випадки з фаготерапією - що потрібно для більшого? (2019). Догляд та охорона здоров’я 4: 30-32
Вільям К. Саммерс (2016) Фелікс Юбер д'Ерель (1873–1949): Історія наукового розуму, Бактеріофаг, 6: 4, e1270090, DOI: 10.1080/21597081.2016.1270090
UC San Diego Health (2017): Лікування фагом рятує життя. Відео 5:57 хв. (Справа Тома Паттерсона)
Фаготерапія: ефективна альтернатива антибіотикам? Відео 10:58 хв. Інститут Еліава в Грузії є світовим лідером у виробництві фагів. Пацієнти їздять на лікування з усього світу.