Фаги что это такое в медицине для лечения кишечника
Что такое бактериофаги
Поделиться:
Инфекционные заболевания были бичом человечества до того момента, как начали появляться антибактериальные препараты. Обычно новую эру связывают с именем Флеминга и пенициллином. Однако на десять лет раньше было сделано открытие, которое, возможно, еще пригодится всем нам в будущем.
Убить убийцу
Говорят, война — это всегда огромный скачок в развитии хирургии. На самом деле не только: военные действия нередко способствовали продвижению онкотерапии и терапии инфекционных болезней.
Читайте также:
Медицина в годы ВОВ
Читайте также: Во время 1-й мировой войны канадский врач Феликс Д’Эррель изучал вспышку дизентерии среди солдат-французов. Это неприятное кишечное заболевание вызывается бактериями рода Shigellа, которых легко можно выделить из стула больных.
Врач заинтересовался случаем одного солдата, который полностью выздоровел, причем раньше, чем появилось улучшение у других, кого начали лечить одновременно с ним. Взяв у него пробы стула, Д’Эррель не обнаружил бактерий — что-то загадочное убило их.
Исследователь отфильтровал свой «материал», пропустив его через фильтр с настолько мелкими порами, что через них не могла бы пройти ни одна бактерия или какие-нибудь частицы испражнений. В полученный раствор врач добавил готовую культуру бактерий, взятых от другого больного, высадил все это в чашку Петри и стал ждать.
Профилактика и лечение острых кишечных инфекций
Через некоторое время начался рост бактериальной культуры, однако колонии были разорванными — словно что-то неведомое разъедало их изнутри. Взяв мазки из «пустых» областей, Д’Эррель добавил их в «хорошие», здоровые колонии шигелл — и в них тоже образовались пустоты.
Практика, обогнавшая теорию
Поскольку к этому моменту наш соотечественник Дмитрий Ивановский уже открыл вирусы, Д’Эррель предположил, что невидимый глазу убийца бактерий относится именно к ним. Понимая важность своего открытия, исследователь дал вирусам, поражающим бактерии, отдельное имя — бактериофаги.
Увидеть фагов удалось только после изобретения электронного микроскопа, а выяснить, чтó именно происходит при их контакте с бактериями, — и того позже. Поэтому в течение многих лет идея Д’Эрреля отвергалась значительной частью ученых, которым было трудно представить себе вирус, поражающий бактерию, но не причиняющий вреда человеку. К тому же опыты канадца удавалось повторить не всем и не всегда.
Однако врач, не дожидаясь никаких теоретических подтверждений своего открытия, перешел к практике. Он не мог, имея в руках лекарство, видеть умирающих людей — и принялся лечить солдат фаговым раствором. Правда, сперва Д’Эррель убедился в его безвредности традиционным для таких энтузиастов способом: сперва пил бактериофаг, затем впрыскивал себе под кожу.
Естественное против искусственного
Выяснив, что для человека бактериофаг совершенно не опасен, Д’Эррель вылечил многих пациентов, что принесло ему известность. Его исследования даже стали основой для художественного романа «Эрроусмит», позднее экранизированного Голливудом. Фаговые лекарства успешно производились и применялись — но уже в 40-х годах энтузиазм начал угасать.
Причиной этого стало открытие Флемингом пенициллина и появление большого числа антибиотиков. Врачи настороженно относились к идее лечения людей с помощью вирусов, а тут у них появилась альтернатива. Антибиотики — химические вещества, полученные искусственно, — не были живыми и казались медикам более надежными. Фармацевтические компании уловили настроения врачебного сообщества и, прекратив выпуск фагов, принялись множить антибиотики.
Бактериофаги сегодня
В наше время, когда антибиотикорезистентность является глобальной и очень опасной проблемой, бактериофаги снова заинтересовали ученых.
У них есть свои недостатки — например, не просто узкий, а суперузкий спектр действия: каждый фаг «умеет» убивать только один штамм бактерий — даже не вид, а штамм. Из-за этого, кстати, и проваливались регулярно попытки повторить эксперименты Д‘Эрреля: дизентерия в двух разных частях армии, идентичная по симптомам и течению, могла быть вызвана разными «вариантами» шигелл.
Однако эту проблему сегодня может решить постепенное распространение такого диагностического метода, как полимеразная цепная реакция (ПЦР), которая точно определит штамм бактерии.
Бактериофаги не могут проникать через стенку клетки, поэтому они пока бессильны против тех возбудителей, которые паразитируют внутриклеточно. «Пока» — потому что активные исследования в этом направлении, возможно, помогут фагам пробираться в самые потаенные места.
А вот среди плюсов бактериофагов с ходу можно выделить два: во-первых, они совершенно безвредны для человека, поскольку вообще никак не взаимодействуют с его организмом — только с бактериями.
И, во-вторых, бактерий они убивают не всех, а значит, не имеют традиционного недостатка применения антибиотиков — возникновения дисбиоза. Так что сегодня бактериофаги стали перспективной областью — и в каком-то смысле новой надеждой человечества.
Товар по теме: [product strict=»(бактериофаг»](бактериофаг)
Бактериофаги
БАКТЕРИОФАГИ КАК АЛЬТЕРНАТИВА АНТИБИОТИКАМ В ЛЕЧЕНИИ ИНФЕКЦИЙ
Бактериофаги — вирусы бактерий, естественные микроорганизмы, которые, размножаясь внутри бактериальной клетки, ведут к ее быстрой гибели.
Из истории открытия
В 1896 году английский бактериолог Э. Ханкин, исследуя антибактериальное действие воды индийских рек, пришел к выводу о существовании агента, проходящего через бактериальные фильтры и вызывающего лизис холерных вибрионов. Российский микробиолог Н. Ф. Гамалея в 1897 году наблюдал лизис бацилл сибирской язвы. Однако первой научной публикацией о фагах стала статья английского микробиолога Ф. Туорта, в которой он в 1915 году описал инфекционное поражение стафилококков, значительно изменявшее морфологию колоний. В 1917 году канадский бактериолог Ф. Д’Эрелль независимо от Туорта сообщил об открытии вируса, «пожирающего» бактерии — бактериофага.
Интересный факт: при нанесении бактериофага на влажные слизистые он за 20 минут очищает их от определенного вида бактерий, например от стафилококка. Так быстро не работает ни один антибиотик.
Действие бактериофагов отличается от действия антибиотиков:
В лаборатории KDL предлагается 2 варианта посевов на флору с определением чувствительности выделенной культуры микроорганизма к препаратам бактериофагов и разным наборам антибиотиков в зависимости от ситуации пациента (выбирает врач), например:
Какие инфекции можно лечить бактериофагами:
Возбудителями этих инфекций могут быть такие бактерии, как золотистый стафилококк, синегнойная палочка, патогенные формы кишечной палочки, сальмонеллы, стрептококки.
В Новосибирском научном центре технологии персонализированного лечения бактериофагами в большой коллекции бактериофагов есть уникальные штаммы, способные бороться с недавно появившимися и уже получившими широкое распространение возбудителями больничных инфекций, такими как грамотрицательные бактерии Acinetobacter baumanii, Stenotrophomonas maltophilia и др.
Последние годы ознаменовались широкими исследованиями бактериофагов из-за нарастающей проблемы антибиотикорезистентности микроорганизмов, которые находят всё новые применения не только в терапии и профилактике, но и в биотехнологиях. Их очевидным практическим результатом должно стать возникновение нового мощного направления персонализированной медицины, а также создание целого спектра технологий в пищевой промышленности, ветеринарии, сельском хозяйстве и в производстве современных материалов. Мы ждем, что второе столетие исследований бактериофагов принесет не меньше открытий, чем первое.
Бактериофаги – альтернатива антибиотикам или помощь им?
В 1896 г. британский химик Э. Ханкин, изучая антибактериальное действие вод индийской реки Ганг и в 1898 году российский ученый Н. Ф. Гамалея впервые наблюдали и описали уничтожение бактерий другими «агентами», а в 1917 году ученым Ф.Д. Эрелем из института Пастера в Париже были открыты микроорганизмы, которые питаются бактериями. Именно он предложил назвать их бактериофагами – пожирателями бактерий. Бактериофаги являются абсолютными внутриклеточными паразитами бактерий разного вида.
Так мир познакомился с микроорганизмами, питающимися бактериями, которые много тысяч лет делали свое дело слаженно, не давая бактериям уничтожить все живое на земле. В 1921 г. Д. Мэйсон и Р. Брайон впервые описали успешное лечение стафилококковой инфекции кожи с помощью стафилококкового бактериофага. Во время Второй мировой войны бактериофаги использовались при гнойно-септических инфекциях, дизентерии, тифе и др.
Бактериофаги еще в прошлом столетии доказали свою эффективность и безопасность. Почему же бактериофаги до сих пор не стали основными средствами борьбы с инфекцией? Это объясняется несколькими причинами. Главная — открытие новой группы препаратов – антибиотиков, надолго оттеснившее интерес к бактериофагам. Плюс:
Что такое бактериофаги
В 1939 году А. Флемингом был открыт антибиотик, и началась эра антибиотиков в лечении бактериальных инфекций. Появилось большое количество антибиотиков 1, 2, 3, 4 поколений, причем антибиотики последнего поколения, которыми пользуются и сейчас, появились еще в 70-е годы прошлого столетия. На Западе и Америке отказались от бактериофагов и активно начали применять антибиотики.
Но А. Флеминг предупреждал о некоторых обязательных моментах применения антибиотиков:
Несоблюдение хотя бы части этих требований могло привести и, как оказалось, приводит к кризису антибиотиковой эры. Бактерии перестают реагировать на препараты. Пока ещё действуют антибиотики последнего поколения, решая труднейшие клинические проблемы, но рассчитывать на появление новых антибиотиков не приходится.
Россия на сегодняшний день оказалась самой развитой страной в области микробиологии изучения бактериофагов. Бактериофаги – это естественные антагонисты бактерий.
Каков механизм действия бактериофагов
Бактериофаг напоминает «паучка» с большой головкой, который чувствителен только для «своих» бактерий. Он высаживается на бактерию, внедряется в неё, проникает внутрь и начинает размножаться. Получается до 1000 таких же бактериофагов. В итоге, бактериофаг разрывает, уничтожает бактериальную клетку и начинает искать новые «свои» бактерии. Это происходит быстро, за считанные минуты. Как только «еда» бактериофагов – бактерии — заканчиваются, бактериофаги в большом количестве выходят из организма, в которых были болезнетворные бактерии.
В организме человека бактериофаги попадают в очаг инфекции, там размножаются до тех пор, пока есть «свои» бактерии, и затем выводятся естественным путем.
Сегодня многие заболевания вызываются стафилококками, стрептококками, клебсиеллами и другими бактериями, и успешно могут лечиться бактериофагами. Это естественная альтернатива антибиотикам, возврат к природе.
Какие преимущества имеют бактериофаги в лечении бактериальных инфекций
Бактериофаги много тысяч лет делали свое дело, не давая бактериям уничтожить все живое на земле.
Бактериофаги могут применяться и у беременных, и у детей, во всех возрастных группах людей. Противопоказаний к их применению нет.
Фаги совместимы с различными лекарствами, в том числе с антибиотиками, причем они уменьшают непереносимость (резистентность) бактерий к антибиотикам.
Курс лечения бактериофагами более короткий (7-14 дней). Фаги практически не дают побочных явлений. Они определяются бактериальной зараженностью и распадом бактерий с выделением эндотоксина, но они значительно меньше, чем при приеме антибиотиков, эти явления легко снимаются приёмом энтеросорбентов. Бактериофаги можно применять при аллергических реакциях на антибиотики.
Бактериофаги, благодаря своей специфичности воздействия на бактерии, не убивают хорошие бактерии и не изменяют нормальную микрофлору кишечника. Они, в отличие от антибиотиков, не нарушают микробиом человека.
Какие виды бактериофагов известны
Известно, что бактериофаги действуют на один штамм бактерий, поэтому производятся препараты бактериофагов, действующих против разных штаммов одного возбудителя:
Производятся препараты против двух и более возбудителей, поливалентные бактериофаги:
Особенность бактериофагов – узкая специфичность, в следствие чего они могут применяться против определенных штаммов бактерий, поэтому необходимо иметь большую коллекцию бактериофагов, из которой можно выбрать подходящий препарат или фаговый коктейль для конкретного пациента. Коллекция бактериофагов составляет более 200 препаратов.
Производителем бактериофагов в России является научно-производственное объединение Микроген — мировой лидер изучения бактериофагов.
При каких заболеваниях применяются бактериофаги
Бактериофаги применяются при:
Инфекции желудочно-кишечного тракта, вызванные сальмонеллой, золотистым стафилококком, протеем, и др. и сопровождающиеся диареей (поносами), успешно лечатся бактериофагами.
Применяться бактериофаги при острых кишечных инфекциях могут:
Используются бактериофаги в дерматологии, в детской практике, хирургии. С профилактической целью — в детских садах и школах для предотвращения эпидемий, например, дизентерии. Бактериофаги уже более 100 лет на службе человека. Может быть, как раз сейчас начинается эпоха бактериофагов. В новосибирском научном центре разрабатываются технологии персонализированного лечения. Медицинские центры Франции, Бельгии, Швейцарии проводят клинические исследования коктейлей бактериофагов.
Важным условием успешного лечения бактериофагами является знание микрофлоры тех органов, где предполагается бактериальная инфекция. Ниже приведены необходимые исследования микрофлоры для различных очагов заражения:
| Участок заражения | Обследование |
| желудочно-кишечный тракт | анализ на микробиом толстой кишки (на дисбактериоз) |
| носоглотка | мазок на микрофлору |
| урологические заболевания | посев мочи, посев секрета простаты |
| гинекологические заболевания | мазки |
| раневые поверхности и язвы, в том числе при диабетической стопе | посев |
В настоящее время при выявлении бактериального возбудителя болезни есть возможность определить его чувствительность к бактериофагу. Перед началом лечения необходимо пройти это обследование.
Как принимаются бактериофаги
Бактериофаги хранятся в холодильнике при температуре 2-8 градусов.
Бактериофаги — это крупные частицы. Они трудно проникают в ткани органов, поэтому лучше вводить их при лечении прямо к месту локализации инфекции. Это могут быть ингаляции при легочной патологии, промывания при лор-заболеваниях, аппликации при трофических язвах, ожогах, ранах. При инфекциях мочевыводящих путей для достижения успеха препараты бактериофагов вводятся в полость мочевого пузыря (хронический цистит).
Для внутреннего употребления есть бактериофаги во флаконах по 20 мл, 4 флакона в упаковке. Перед употреблением флакон следует подержать в руке, согреть, перелить в чистую посуду и принять внутрь. Принимать 2 раза в день натощак и после ужина, курс лечения 6 дней.
Есть упаковки по 50 мл и 100 мл. Поскольку следует максимально сохранять стерильность препарата (при помутнении запрещён его приём), необходимый для однократного приёма объём следует набирать в шприц.
В настоящее время проводят лечение бактериофагами диабетической стопы. Из больных тканей берут мазок для выявления конкретных патогенных бактерий. Затем из коллекции бактериофагов подбирают те, которые способны ликвидировать именно эти бактерии. Бактериофаг наносят на стерильную салфетку, прикладывают к ране. Лечение около недели.
Бактериофаги применяются в медицине местно или внутрь. Еще в 30-ые годы прошлого столетия бактериофаги доказали свою безопасность и высокую эффективность в клинических условиях. Но покупать бактериофаги и лечиться самостоятельно не стоит.
Заключение
Не всегда бактериофаги могут заменить антибиотики. Так, если имеет место острая ситуация, когда заподозрена бактериальная инфекция, но нет времени определить бактериальный фон болезни, чтобы подобрать препарат бактериофаг, то применяется лечение антибиотиками. При хронических инфекционных болезнях, когда установлена нечувствительность бактерий к антибиотикам и бактериальный фон заболевания, предпочтение следует отдать бактериофагам.
Хотя бактериофаги, возможно, не смогут полностью заменить антибиотики, но вместе они могут бороться со многими серьезными болезнями в клинической практике.
Что такое бактериофаги простыми словами
В 1928 году британский бактериолог Александр Флеминг вернулся из отпуска в Шотландии в свою лабораторию в Лондоне и обнаружил, как в одной из чашек Петри бурно разрослась колония плесневых грибов (Penicillium notatum). С выделением пенициллина началась эра антибиотиков.
С тех пор антибиотики спасли миллионы жизней по всей планете. Флеминг также обнаружил, что бактерии обладали устойчивостью к антибиотикам, если действовали малым количеством пенициллина, либо если антибиотик употреблялся слишком короткое время.
Алмрот Райт предсказал устойчивость к антибиотикам еще до того, когда это было обнаружено экспериментально. Бактериальная резистентность — явление естественное по своей природе, а потому неизбежное.
Вот уже более десятка лет Всемирная организация здравоохранения, Центр по контролю заболеваний в США, многие крупные эксперты в России открыто признают, что мы вступили в так называемую пост антибиотиковую эру.
В 2016 году в США зафиксирован случай заражения человека одной из разновидностей энтеробактерий. Штамп оказался устойчивым к воздействию тетрациклина, колистина, ко всем до единого из 26 видов антибиотиков, представленных на рынке. Женщину так и не удалось спасти.
Ученые по всему миру продолжают изучать явление резистентности в надежде минимизировать угрозы. Однако одной из самых подходящих альтернатив можно назвать препараты (комбинированные или моно) на основе бактериофагов.
Бактериофаги являются важнейшим компонентом нашей продукции и помогают при профилактике бактериальных заболеваний и борьбе с ними. Название звучит непривычно и немного непонятно. На самом деле, с бактериофагами люди знакомы уже более ста лет.
Бактериофаг в переводе с греческого означает «пожиратель бактерий». Не самое доброе «существо», но в действительности никто никого не пожирает. Бактериофаги — это природные агенты, которые естественным образом ограничивают размножение бактерий. Они способны избирательно устранять только те бактерии, которым они соответствуют, при этом не повреждая нормофлору или человеческие клетки.
Они являются самым распространенным биологическим объектом на Земле.
Бактериальные вирусы были открыты дважды: в 1915 году Фредериком Уильямом Туортом и в 1917 году Феликсом Д’Эреллем, который и предложил термин «бактериофаг».
Второе открытие было сделано во время исследования вспышки дизентерии среди французских солдат во время Первой мировой войны. При изучении лизиса (разрушения клетки под действием собственных или чужеродных ферментов) бактериальных культур.
Ученый обратил внимание, что какое-то существо, невидимое в обычный микроскоп, разрушает выращенные им культуры бактерий. Микробиологу удалось настроить его размножение: бактерии, зараженные им, погибали, а количество агента увеличивалось.
В 1919 году ученый успешно вылечил бактериофагами первых пациентов. Он описал случай успешного лечения дизентерии с использованием фагов, доказав, что они обеспечивают выздоровление больного организма. Были проведены и первые опыты по применению фагов при раневых инфекциях, холере, тифе и даже бубонной чуме. Успех выглядел вполне убедительно.
После открытия бактериофаги начали использовать для борьбы с бактериальными патогенами. Однако в Западной Европе и США от такой терапии вскоре отказались из-за сомнительных результатов. Это было неудивительно, принимая во внимание тогдашний уровень понимания биологии бактериофагов и отсутствие стандартизации. А открытие в 1928 году пенициллина и последовавшая за этим событием «эра антибиотиков» надолго отодвинули интерес к профилактическому и медицинскому использованию бактериофагов.
Хотя в государствах Восточной Европы, таких как СССР, применение бактериофагов в терапии продолжилось, чему способствовало основание в 1934 году Института Бактериофага в Тбилиси Георгием Элиавой совместно с Феликсом Д’Эреллем.
В мире интерес к фаговой терапии возобновился только в 1980-е годы, когда эффективность лечения антибиотиками значительно снизилась, а бактерии стали более устойчивы к лекарствам. Сейчас исследования в этой области активно ведутся по всему миру.
Фаготерапия в области гастроэнтерологии
Фаготерапия при желудочно-кишечных заболеваниях
Резюме
1. Введение
После их открытия столетие назад фаги с самого начала использовались в качестве терапевтических инструментов. Несмотря на успех первых испытаний, проведенных Феликсом д’Эрелем в 1921 году на пациентах с дизентерией [6], фаговая терапия вызвала большие споры и не получила широкого признания. Параллельно с этим открытие антибиотиков в 1930-х годах еще больше уменьшило энтузиазм в отношении фаготерапии в западных странах, снизившись до нескольких стран Восточной Европы. Кроме того, отсутствие законодательного регулирования, связанное со слабым интересом фармацевтической промышленности, приводит к тому, что в Европе и США не так много коммерческих фаговых препаратов для клинического использования. Однако Институт бактериофагов, микробиологии и вирусологии Элиава (Грузия), основанный в 1923 г., считается ведущей организацией в области исследования фагов, производства фаговых препаратов и их практического применения. К сожалению, эти методы лечения еще не регламентированы в западных странах, хотя в настоящее время они используются в качестве сострадательного лечения. Интересно, что клинические испытания растут во всем мире, и в дополнение к сострадательному использованию фагов обнадеживающие результаты способствуют развитию фаготерапии как реальной альтернативы борьбе с патогенными бактериями [7]. Регулирование использования фагов в качестве терапии включает строго литические фаги против возбудителя-мишени [8]. Таким образом, умеренные фаги обычно не рекомендуются из-за потенциального приобретения патогенных признаков или детерминант устойчивости к антибиотикам посредством горизонтального переноса генов [9]. Однако достижения в области генной инженерии предполагают возможное терапевтическое использование генетически модифицированных умеренных фагов для подавления транскрипции факторов бактериальной вирулентности [10].
2. Роль фагов в желудочно-кишечном тракте человека
2.1. Фаги и дисбактериоз кишечника
Большинство фагов в кишечнике человека являются умеренными, что говорит о том, что кишечный микробиом довольно стабилен в желудочно-кишечном тракте. Эта идея привела к созданию глобального кишечного фагома, показывающего корреляцию между фагами и состоянием здоровья, а также его роль в поддержании структуры и функции кишечного микробиома [21]. Эта стабильность позволяет поддерживать другие микроорганизмы кишечной микробиоты [22]. Интересно, что распространенность здорового кишечного фагома была обнаружена значительно измененной у пациентов с ЯК и БК. Богатство бактериофагов, измеряемое количеством таксонов в образце, было выше у пациентов, перенесших эти заболевания, в то время как бактериальное богатство одновременно уменьшалось [13].
Рисунок 1. Антибиотик-ассоциированный дисбактериоз кишечника.
Фаги могут вносить свой вклад в качестве векторов для горизонтального переноса генов. Высокая индукция профагов во время воспаления способствует горизонтальному механизму переноса генов среди его бактериальных хозяев, что увеличивает скорость генетической рекомбинации и диверсификации. Этот процесс активно формирует эволюцию бактерий, модифицирующих факторы вирулентности и устойчивости к антибиотикам. Кроме того, гены фагов могут косвенно увеличивать продукцию бактериальных токсинов, что влияет на адгезию, колонизацию и инвазию иммунного ответа [24].
2.2. Фаги как иммуномодуляторы
Наиболее непосредственное воздействие фагов на иммунную систему возможно во время сепсиса, когда литическая активность фагов может снизить бактериальную нагрузку. И наоборот, бактериальный мусор, вызванный фагами, также может привести к сепсису. Иммуномодулирующие свойства фагов могут приводить к частичной буферизации вызванной бактериями воспалительной реакции или бактериального лизиса [26]. Опосредованный клеточными фагами лизис, по-видимому, участвует в производстве патоген-ассоциированных молекулярных паттернов ( PAMP ). Если имеется повышенная кишечная проницаемость, PAMPs могут перемещаться и активировать иммунные ответы [27]. Фаги способны стимулировать бактериальный фагоцитоз макрофагами посредством опсонизации, делая их более доступными для иммунной системы [26].
Слизистая оболочка кишечника формирует взаимодействие между фагами и их бактериальными хозяевами. Фаговые сообщества устанавливают контакт со слизистым барьером, генерируя фагопосредованный иммунитет [28]. Согласно этой модели, врожденный иммунитет защищает комменсальные микроорганизмы в верхних слоях слизи через лизогенез, а приобретенный иммунитет убивает инвазивные патогены в самых глубоких слоях слизи через лизис [29]. Чтобы служить эффективным противомикробным средством для хозяина, адгезивные фаги должны уменьшать бактериальную колонизацию слизи. Некоторые фаги экспрессируют белки, демонстрирующие складки лектина типа C и домены иммуноглобулинового типа, препятствуя O-гликозилированному муцину MUC2 в толстой кишке [30]. Например, внешний капсидный белок фага Т4 предпочтительно связывается с О-глюкановыми цепями в муцинах, увеличивая долю фагов в слизистом слое и играя защитную роль против проникающих в слизь бактерий. Поэтому модификация гликозилирования слизистой оболочки может влиять на обилие определенных фагов, что имеет последствия среди специфических бактериальных групп [31]. С другой стороны, патоген, который нарушает врожденный иммунный ответ, будет устранен приобретенной иммунной системой. IG-тип складки бактериофагов обнаруживается в антителах и рецепторах Т-клеток [26]. Более того, фагонейтрализующие антитела были обнаружены в сыворотках разных видов, что позволяет предположить, что фаговые антитела могут быть обычным явлением в человеческой популяции [32]. Интересно, что ограничивающим фактором для фагов в кишечнике считается продукция специфического иммуноглобулина А ( ). Было показано, что при низком уровне IgA фаги обнаруживаются в кале. Однако если уровень IgA повышался, то активных фагов в стуле не было (Рис.2) [26].
Рисунок 2. Иммунные реакции, опосредованные бактериофагами.
Следовательно, фагом формирует популяции бактерий в кишечнике, поддерживая гомеостаз. Однако может возникнуть дисбактериоз, способствующий исчезновению или необычному росту бактериальных хозяев [33].
3. Роль фагов в желудочно-кишечных заболеваниях и их потенциальные клинические результаты.
Желудочно-кишечные заболевания являются одним из наиболее рецидивирующих воспалительных состояний в здравоохранении, причем БК и Як являются двумя основными заболеваниями, включенными в состав воспалительных заболеваний кишечника. Фаги являются перспективной альтернативой модуляции кишечной микробиоты путем уничтожения патогенных бактерий. В настоящее время литическая фаготерапия в основном изучается в гастроэнтерологии для борьбы с при ЯК и эрадикации AIEC при БК [17]. Наиболее важным вопросом для терапевтического развития фагов является оценка безопасности и эффективности используемых фагов. В настоящее время исследования в этой области основаны на моделях животных in vivo или с использованием подходящей системы in vitro.
3.1. Литические фаги против Clostridioides difficile при язвенном колите (ЯК)
Кроме того, получение метагеномной информации о кишечных фагах важно для разработки будущих специфических фаговых методов лечения патогенов в кишечнике. В недавнем исследовании бактериом и виром одних и тех же образцов стула от 101 здорового взрослого человека были подвергнуты метагеномному анализу для понимания ассоциаций хозяин-бактерия-фаг в кишечнике [39]. Всего успешно идентифицировано 114 профагов. Соответственно, метагеномная информация и ассоциации бактерий-хозяев могут быть использованы для выделения новых антибактериальных соединений, специфичных для фагов, которые могут контролировать патогены. Например, фаг-специфические эндолизины C. difficile считаются многообещающей стратегией инфекционного контроля [40].
3.2. Литические фаги против инвазивной адгезивной кишечной палочки (AIEC) при болезни Крона (БК)
Диаррогенная кишечная палочка является основным патогеном во всем мире, особенно в местах с ограниченным доступом к чистой воде и медицинскому обслуживанию. Среди патотипов E. coli AIEC является гетерогенной категорией, вызывающей острую и стойкую диарею [41]. К сожалению, современные методы лечения должны быть пересмотрены в связи с появлением штаммов с множественной лекарственной устойчивостью. За последние 10 лет количество резистентных штаммов E. coli быстро растет и распространяется по всему миру. В этих условиях для борьбы с этой важной проблемой общественного здравоохранения необходимы альтернативные методы лечения, например, на основе фагов [15].
Штаммы AIEC считаются патобиотическими, поскольку они способствуют развитию воспалительных заболеваний, главным образом косвенно через стимуляцию иммунной системы. Было выявлено несколько факторов, которые участвуют в присутствии AIEC в слизистой оболочке кишечника, способствуя воспалению. Гены, участвующие в вирулентности AIEC, могут усиливать подвижность, экспрессию капсул и липополисахаридов ( ЛПС ), резистентность в сыворотке крови, абсорбцию железа, адгезию и инвазию эпителиальных клеточных линий и образование биопленок. Другие особенности вирулентности AIEC связаны с его репликацией и выживанием в макрофагах. AIEC может использовать механизмы апоптоза хозяина за счет увеличения S-нитрозилирования и протеасомной деградации каспазы-3 в инфицированных макрофагах. Стоит также упомянуть, что AIEC может индуцировать гибель клеток аутофагов в нейтрофилах. В присутствии антибиотиков AIEC активирует выработку нейтрофильных АФК, способствующих воспалению кишечника. Таким образом, AIEC может предотвратить адекватный антимикробный ответ [41].
Было проведено несколько интересных исследований по оценке использования фагов для борьбы с AIEC. Штамм AIEC LF82, выделенный из подвздошной кишки пациента с БК, обычно использовался для большинства исследований, связанных с воспалительными заболеваниями кишечника, ассоциированными с кишечной палочкой. Штамм LF82 может связываться с рецептором адгезии хозяина, который сильно экспрессируется в подвздошных тканях больных БК. Интересное исследование тестирования фагов в качестве потенциального лечения против AIEC было проведено с тремя фагами, LF82_P2, LF82_P6 и LF82_P8, чтобы определить способность этого коктейля заражать адгезивные бактерии LF82 в мышиной модели. К 24 ч после обработки уровень штамма LF82 в Кале был снижен в два раза в группе, обработанной фагом, оставаясь значительно ниже, чем в контрольной группе через 4 дня. Кроме того, кишечные срезы подвздошной кишки и толстой кишки были протестированы на количественное определение бактерий через 24 ч после лечения, показав, что LF82 был значительно ниже во всех кишечных срезах группы, обработанной фагами, чем в контроле. Таким образом, как прямыми, так и непрямыми методами они продемонстрировали, что однократное введение коктейля фагов снижает уровень колонизации LF82, предполагая, что фаговая терапия может быть интересным терапевтическим инструментом [42].
3.3. Умеренные фаги для подавления факторов вирулентности
Фаговая терапия поощряет использование строго литических фагов, главным образом, чтобы избежать резистентности к горизонтальному переносу генов за счет специализированной трансдукции. Однако развитие фаговой геномной инженерии позволяет повысить безопасность и эффективность умеренных фагов [42]. Кроме того, умеренные фаги могут быть модифицированы для доставки синтетических генов с целью подавления генов вирулентности или для восстановления чувствительности бактерий к антибиотикам. Поскольку умеренные фаги не являются литическими, это приближение уменьшает риск высвобождения эндотоксина [43].
Например, умеренные фаги были сконструированы для введения генов rpsL и gyrA, которые придают чувствительность к двум антибиотикам, стрептомицину и налидиксовой кислоте. Модифицированный λ-фаг, содержащий гены rpsL и gyrA, позволяет после его интеграции восстановить чувствительность к двум антибиотикам. Однако этот вид аппроксимации все еще ограничен, и правильная реализация может потребовать использования нетоксичной формы селективного давления [43].
4. Фаготерапия: клинические испытания при желудочно-кишечных заболеваниях
Рандомизированные контролируемые клинические испытания на людях необходимы для оценки потенциала фаготерапии в области здоровья желудочно-кишечного тракта. До сих пор было проведено несколько клинических испытаний на людях с бактериофагами для лечения желудочно-кишечных заболеваний.
Наконец, продолжающееся клиническое исследование AIEC у пациентов с БК сейчас находится в фазе 2. Это двойное слепое плацебо-контролируемое клиническое исследование оценивает безопасность и эффективность коктейля фагов (EcoActive) в когорте из 30 пациентов с БК. Это исследование зарегистрировано под номером ClinicalTrials.gov (NCT03808103).
5. Выводы
В заключение следует отметить, что фаги вносят свой вклад в структуру и функционирование кишечной микробиоты человека, влияя на состояние здоровья и болезни желудочно-кишечного тракта. При таком раскладе фаги следует рассматривать как перспективное терапевтическое средство против патогенных желудочно-кишечных бактерий. Однако по-прежнему существуют ограничения, связанные с нехваткой стандартизации и правовых рамок, которые необходимо устранить. Таким образом, поощрение будущих исследований в этой области будет способствовать созданию нормативных протоколов и протоколов безопасности, что приведет к использованию фагов в качестве клинических инструментов. Поэтому дополнительные и более глубокие исследования в этой области еще больше расширят наши нынешние знания о роли фагов в микробиоме и обеспечат прочную основу для будущих терапевтических последствий.
Дополнительно о бактериофагах см.: