Конец эры антибиотиков: исследуем потенциал бактериофагов

Бактериофаги – вирусы, которые избирательно атакуют определенные виды бактерий и в остальном безвредны для клеток животных и человека. Они были открыты 100 лет назад Фредериком Твортом и Феликсом д'Эррелем и распространены по всей экосистеме Земли и по широкому кругу бактериальных хозяев, включая микроорганизмы, естественным образом встречающиеся и в организме человека.

Природное оружие против бактерий

Практически сразу же было показано, что противомикробная активность бактериофагов является специфической. Это означает, что один определенный вид бактериофагов поражает только один конкретный вид бактерий (или даже определенный штамм одного вида). Сценарий их атаки следующий:

• бактериофаг прикрепляется к стенке чувствительной бактерии, инфицирует бактериальную клетку-хозяина;
• захватывает генетический аппарат бактерии, чтобы произвести несколько собственных копий;
• бактерия подвергается уничтожению (лизису), а новые копии вируса-бактериофага высвобождаются и заражают другие бактерии того же вида, находящиеся по соседству.

Бактериофаги – альтернатива антибиотикам?

Несмотря на то, что потенциал бактериофагов в борьбе с бактериальными инфекциями был открыт относительно недавно, они успешно использовались в качестве терапевтических инструментов в различных контекстах. Но, к сожалению, недолго. Несмотря на это известное, хорошо изученное и очевидно полезное взаимодействие между бактериофагами и бактериями, исследования потенциального терапевтического применения этих вирусов в течение многих лет стагнировали – в значительной степени из-за «революции антибиотиков».

Антибактериальные препараты были приняты в качестве основного способа лечения бактериальных инфекций, в первую очередь из-за того, что они имеют более общее назначение, в отличие от бактериофагов, которые специфически нацелены лишь на один вид бактерий. Другие преимущества включают в себя тот факт, что антибиотики – обычно лекарства быстродействующие, эффективные и сравнительно дешевые в производстве.

Только со временем в использовании антибиотиков начало обнаруживаться громадное количество недостатков. Одним из них является то, что, в отличие от бактериофагов, антибиотики могут уничтожать в дополнение к болезнетворным и полезные бактерии (часть микробиома).

И что еще более важно, нерациональное \ избыточное использование антибиотиков может вызывать развитие лекарственной устойчивости, что привело – да и продолжает приводить – к появлению так называемых супербактерий, резистентных даже к резервным антибиотикам.

Важно отметить, что в условиях текущей пандемии COVID-19 около 70% госпитализированных пациентов с коронавирусом получают в рамках лечения антибиотики. Это дополнительно повышает опасность появления устойчивых к антибиотикам штаммов бактерий и еще больше акцентирует потребность в разработке альтернативных стратегий борьбы с бактериальными инфекциями.

В отличие от антибиотиков, применение бактериофагов не приводит к развитию опасной резистентности, поскольку сам бактериофаг также может адаптироваться естественным образом к преодолению любой устойчивости, которую развивают микробы. Впрочем, это не единственная причина и не первая, по которой бактериофаги рассматриваются как лечения осложнений коронавируса.

Бактериофаги как вариант лечения легочных осложнений при COVID-19

Дело в том, что необходимо принимать во внимание значение бактериальной инфекции как фактора тяжести симптомов и развития осложнений COVID-19.

Наиболее распространенными воротами инфекции для SARS-CoV-2 у людей являются дыхательные пути, где вирус нарушает природное равновесие посредством нескольких механизмов, в том числе – вызывая дисбаланс в ответе врожденного и адаптивного иммунитета.

Быстрый и гиперинтенсивный ответ системы врожденного иммунитета первой линии вызывает общее воспаление, которое может изменить легочные структуры (вызывать фиброз), дополнительно снижая поглощение кислорода и вызывая необратимые повреждения дыхательных путей. В результате поврежденные клетки респираторного тракта становятся субстратом для роста болезнетворных бактерий, что, собственно, часто является побочным эффектом вирусной инфекции.

Этот рост бактерий заставляет врожденную иммунную систему выделять дополнительный воспалительный материал в соседних клетках (в том числе альвеолах), а тем временем вирус продолжает успешно атаковать клетки легких, и, таким образом, создает больше субстрата для патогенных бактерий. В результате функция легких страдает настолько, что пациенту требуется дополнительная вентиляция, и вплоть до развития острого респираторного дистресс-синдрома.

Хотя экологи называют эти взаимоотношения между патогенами «приемственностью», врачи используют термин «вторичные инфекции». Например, Staphylococcus aureus, Staphylococcus pneumoniae (пневмококк), Aerococcus viridans, Haemophilius influenza и Moraxella catarrhalis –бактерии, обычно встречающиеся у больных гриппом. Известны и другие респираторные комменсалы, которые иногда превращаются в патогены, вызывающие инфекцию. Недавний обзор показывает, что у пациентов с COVID-19, как правило, госпитализированных в отделения интенсивной терапии, были распространены бактериальные инфекции, провоцируемые Acinetobacter baumanii и Klebsiella pneumoniae.

И, по крайней мере, часть смертей в результате COVID-19, связана с бактериальной инфекцией дыхательной системы, хотя у специалистов все еще нет точной статистики. Однако сообщения из Ухани показывают, что, по крайней мере, у 50% умерших от корнавируса пациентов развились вторичные бактериальные инфекции.

Таким образом, уменьшив скорость роста бактерий, можно было бы снять нагрузку с дыхательной системы пациентов с COVID-19 и, соответственно, снизить риск осложнения и смерти – тем более, что из накопленного опыта использования бактериофагов при пневмонии известно, что быстрый лизис бактерий бактериофагами не увеличивает врожденную воспалительную реакцию по сравнению с лечением антибиотиками.

Так что сейчас эти природные истребители бактерий снова возвращаются в науку и рассматриваются как один из вариантов лечения пациентов с коронавирусом. Некоторые биофармацевтические компании уже запланировали серию клинических исследований для оценки коктейлей бактериофагов, нацеленных на распространенные виды патогенных бактерий, о которых известно, что они связаны с легочными осложнениями при COVID-19.