Бактеріофаги замість антибіотиків

Снайпери для патогенів
Сергій Авілов, Телеграф "Навколо Світу»

Стандартна терапія практично при будь-бактеріальної інфекції - антибіотики, тобто хімічні отрути для бактерій. Всім відомо, що антибіотики мають серйозні недоліки: разом з патогенними мікроорганізмами вони вбивають корисну мікрофлору і надають побічні ефекти на найрізноманітніші органи. Додаткове незручність полягає в необхідності суворо дотримуватися схеми прийому. Якщо приймати ліки нерегулярно або припинити прийом занадто рано, то можна мимоволі виробити у «свого» мікроба стійкість до антибіотика. Ідеальне антибактеріальний засіб має діяти тільки на певний патогенний організм (той, який викликає хворобу), не мати побічних ефектів і не вимагати суворого дотримання схеми прийому. Найдивовижніше, що такі кошти давно відомі вченим. Це бактеріофаги - віруси, які вражають бактерії.

Цілющі води річки Ганг

Ще в 1896 році британський бактеріолог Ернест Ханкін (Ernest Hanbury Hankin, 1865-1939) повідомив, що води річок Ганг і Джамна в Індії мають значну антибактеріальну активність, яка зберігається після проходження через порцелянові фільтри з порами дуже малого розміру, але усувається при кип'ятінні. Ханкін припустив, що якась субстанція в цій воді відповідальна за попередження поширення епідемій холери, які можуть бути викликані вживанням води з цих річок.

У 1915 році британський бактеріолог Фредерік Творт (Frederick William Twort, 1877-1950) виявив віруси, які знищували бактерій. А у вересні 1917 року вчений з Інституту Пастера (Institut Pasteur) Фелікс Д'Ерель (Felix Hubert d'Herelle, 1873-1949) представив Французької академії наук (Academie des Sciences) доповідь, в якому повідомив про те, що виявив «невидимого мікроба », що вражає дизентерійну паличку. Вчений назвав своє дітище «бактериофагом», тобто «поедателем бактерій». Незабаром після цього Д'Ерель описав випадок успішного лікування дизентерії за допомогою свого «поглинача». Мікробіологія тоді була в моді і переживала свій «золотий вік», ідея терапевтичного застосування бактеріофагів була очевидна.

Вивченням бактеріофагів одночасно з дослідниками з Інституту Пастера займався і грузинський мікробіолог Георгій Еліава. У 1920-ті роки в Тбілісі він відкрив інститут, який зайнявся дослідженнями фагів з метою їх терапевтичного застосування і став світовим лідером в цій області. У 1940-і роки фармацевтична компанія Eli Lilly займалася комерціалізацією фаговой терапії в США, однак бізнесмени і лікарі втратили до неї інтерес після розповсюдження антибіотиків.

Зброя немасового поразки

Уявіть собі, що для знищення групи терористів випалюють ціле селище разом з мирними жителями. Приблизно так само діють і антибіотики. Їх можна порівняти зі зброєю масового ураження - без розбору знищують все: чужих, своїх, культурні цінності, звіряток в лісі ... Антибіотики вбивають патогенні бактерії, а заодно корисну мікрофлору кишечника і слизових оболонок, забезпечуючи тим самим вигідні умови існування для нових патогенних мікроорганізмів. Більшість антибіотиків має побічні ефекти: від їх застосування страждають нирки, печінку, внутрішнє вухо та інші органи. Крім того, глобалізація і широке застосування антибіотиків призвели до того, що поширилися штами бактерій, стійкі до антибіотиків. Розумні терористи навчилися ховатися від антитерористичних операцій, поки випалюють селище з «мирними» жителями.

Бактеріофаги, вигідно відрізняються від антибіотиків, можна порівняти з групою снайперів, які знають кожного терориста в обличчя і прицільно «відстрілюють» тільки їх. Бактеріофаги вузько специфічні: кожен штам вражає тільки кілька штамів бактерій. Для всіх інших бактерій і для багатоклітинних організмів бактеріофаги нешкідливі. Вони розмножуються в клітинах «жертви», тому досить ввести фага в організм один раз замість регулярного прийому за схемою, як з антибіотиками. Коли всі бактерії даного патогенного штаму будуть знищені, бактеріофагів буде ніде розмножуватися, і вони «вимруть». Прямо Термінатор: всіх, кого треба, убив, а потім про всяк випадок самоліквідувалася - як би чого не вийшло.

Добре вивчений бактеріофаг Т4 паразитує на кишкову паличку - бактерії Escherichia coli. Вірус Т4 складається з ікосаедральной головки, що містить вірусну ДНК, стовбура, підстави стовбура і стовбурових відростків, шести довгих і шести коротких. Довгі відростки знаходять бактерію E.coli, а короткі міцно прикріплюються до клітки. Підстава при цьому передає імпульс в стовбур, який скорочується, як мускул, видавлюючи з себе вірусну ДНК. Бактеріофаг проколює клітинну мембрану бактерії спеціальним «стрижнем», який висувається в міру того, як підставу змінює свою форму, і через отвір нанометрових розмірів вірусна ДНК надходить в бактерію. Знання механізму роботи ін'єктора бактеріофага допоможе в майбутніх методах доставки ліків. Ілюстрація: Purdue University and Seyet LLC

червоноармійські віруси

Очевидні переваги фагів з точки зору фармацевтичного бізнесу та клінічної практики виявилися недоліками. Вузька специфічність бактеріофагів вимагає, щоб збудник хвороби був точно відомий: тільки тоді можна вибрати «ефективного» фага. Значить, до початку терапії необхідно ідентифікувати патогенний мікроб: витратити час, лабораторні матеріали, людино-години мікробіолога. Виходить дуже багато мороки для дільничного терапевта, до якого прийшов пацієнт зі звичайною ангіною. Антибіотики набагато зручніше: швидше за все виписаний навмання антибіотик вб'є збудника хвороби. Якщо раптом не вб'є, можна виписати другий, третій.

Крім того, висока специфічність має на увазі наявність величезного «арсеналу» фагів - приблизно такого ж різноманітного, як «зоопарк» патогенних мікробів. На практиці застосовують «коктейлі», що містять різних бактеріофагів. А для антибіотикотерапії майже будь-який бактеріальної інфекції може підійти не один, так інший антибіотик з сільської аптеки. Бактеріофаги - майже живі організми, їх не можна «синтезувати» тоннами в хімічному реакторі, можна тільки «розводити» в лабораторії. Крім того, бактеріофаги відносяться до вірусів: саме це слово часто лякає пацієнта. Для фармацевтичних компаній в роботі з бактеріофагами є свої складності: віруси - об'єкти на кордоні живого і неживого, немає чіткої законодавчої бази для їх патентування та реєстрації в якості ліків.

Тому бактеріофаги були цікаві вченим на Заході, які орієнтуються на потенційне застосування своїх результатів, лише до тих пір, поки не відкрили антибіотики. Широке поширення хімічних антибіотиків відвернуло увагу від кращого, але менш «зручного» класу засобів. До сих пір ні в одній країні Заходу не дозволене застосування фагів як ліки. При цьому вчені продовжували активно вивчати бактеріофагів і використовувати як зручну модель для фундаментальних досліджень в молекулярній генетиці.

В СРСР науку фінансували без оглядки на негайний прибуток, тому тут фаговой терапії пощастило більше: дослідження в Інституті бактеріофагії, мікробіології і вірусології ім. Еліава АН Грузії і в інших центрах тривали, а в 1940-і роки фагів терапія широко застосовувалася, зокрема, в Червоній Армії. Публікації про успіхи фаговой терапії виходили російською і грузинською мовами і були недоступні для наукового світу за «залізною завісою». Якщо щось і ставало доступно, то залишалося без уваги, так як репутація радянської біології була сильно підмочена за часів офіційного невизнання генетики і клітинної теорії - фундаментальних общебиологических навчань. Однак і в СРСР антибіотики витісняли фагів. Зараз фагів терапію пропонує Центр фаговой терапії на базі Інституту ім. ЕЛАВ.

Друге пришестя бактеріофагів

В останні роки ситуація в світі стала змінюватися. Все більше даних про шкоду антибіотиків; все більше штамів, які стійкі до багатьох антибіотиків; все більш «вибагливі» і спроможні пацієнти: не хочуть дешевої і доступної терапії і віддають перевагу нешкідливою і ефективною. У наші дні слово «хіміотерапія» лякає громадськість вже більше, ніж слово «вірус».

З іншого боку, прогрес в молекулярній біології та біотехнології спростив маніпуляції з фагами і їх «розведення», а кінець холодної війни зробив досягнення радянських вчених (особливо грузинських) доступними для західних колег. При звичайних випадках інфекцій немає сенсу «возитися» з бактеріофаговой терапією - працює і стандартна терапія антибіотиками. Однак все частіше зустрічаються інфекції, викликані штамами, які стійкі до антибіотиків. У таких випадках фаги виявляються єдиним ефективним засобом.

У 2006 році Управління з контролю за продуктами і ліками США (FDA) визнало бактеріофагів безпечними в якості добавки, яка запобігає розмноженню небажаних бактерій на сирах, а в 2007 році їх визнали і для інших продуктів, так що зараз фаги служать нешкідливим консервантом.

Найближчим часом очікуються і більш серйозні застосування фагів: італійські вчені Розанна Каппареллі (Rosanna Capparelli), Маріанна Парлато (Marianna Parlato), Джорджа Боррьєлло (Giorgia Borriello) і їх колеги з Неаполітанського університету ім. Федеріко II (Universit? Degli Studi di Napoli Federico II) відкрили бактеріофаг, який назвали MSa, який знищує штами стафілокока, стійкі до антибіотика метициліну - головному зброї в боротьбі зі стафілококової інфекцією. Золотистий стафілокок вражає багато органів і системи і може призводити до смерті при відсутності ефективного лікування. В даний час від 40% до 60% випадків інфекцій викликані штамами, які стійкі до метициліну. Саме в таких випадках фагів терапія може бути незамінною. Поки отримані обнадійливі результати на лабораторних мишах: MSa запобігає смерть і повністю знищує бактерію золотистого стафілокока в організмі.

Сіднейська компанія Special Phage Holdings розробила методику лікування за допомогою бактеріофагів інфекцій, викликаних бактеріями, стійкими до багатьох антибіотиків (так звані multidrug resistant), які є головною проблемою в сучасній терапії інфекційних хвороб. Методика успішно проходить клінічні випробування. І компанія розраховує першою захопити новий сектор фармацевтичного ринку в Австралії.

Крім застосування фагів просто як «вбивць» бактерій, розглядаються й інші варіанти. Так, нещодавно було запропоновано використовувати бактеріофаги в ролі троянського коня. Ученим давно відомо, що фаги (як і всі віруси) мають спеціальні молекулярні механізми для введення в клітину-жертву своєї генетичної інформації (носій - ланцюжок ДНК або РНК). Тепер вчені додумалися використовувати цей механізм для введення в бактеріальні клітини традиційного антибіотика. Такі «наноін'екціі» забезпечують ефективну доставку антибіотика саме всередину бактерії-збудника хвороби, а не по всьому організму, як це відбувається при звичайному введенні.

Щоб оцінити переваги та можливості терапії за допомогою бактеріофагів, несправедливо відкинутої більшістю вчених, потрібно немало часу. Але сьогодні забутий метод переживає друге народження і має всі шанси стати вельми ефективною зброєю в боротьбі людини з ворожим мікросвітом.

Портал «Вічна молодість» http://www.vechnayamolodost.ru
07.10.2008