Защо фагите не се използват срещу бактериални технологични среди
С появата на мултирезистентни бактерии към антибиотици, човек може да се запита защо фагите (или бактериофагите) са толкова малко известни и използвани. Например, през 2016 г. жена в Невада умира от бактериална инфекция, причинена от Klebsiella pneumoniae, която е била устойчива на всички налични антибиотици. В свинефермите в Китай са открити бактерии, устойчиви на колистин, антибиотик от последна инстанция. Бактериите са се развили, за да се противопоставят на антибиотиците по-бързо от всякога.
Междувременно учените отнемаха поне десет години, за да разработят нов антибиотик и да получат одобрение от FDA. Тази бавна реакция означава, че губим тази надпревара с антибиотични оръжия. Спешно се нуждаем от алтернативен метод за борба с бактериалните инфекции. Обещаващ метод за убиване на бактерии е използването на бактериофаги: вируси, които заразяват и убиват бактериите.
Бактериофаги: естествени врагове на бактерии
Бактериофагите, наричани накратко фаги, са открити от Фредерик Туорт през 1915 г. и Феликс д'Ерел през 1917 г., повече от десет години преди пеницилин най-известният антибиотик. През следващите години фагите се използват успешно за лечение на дизентерия и холера. Тези фаги са изолирани от изпражненията на пациенти, които неочаквано са се възстановили от болестта. Учените предположиха, че има нещо в тези пациенти, което помага да се изчистят вредните бактерии от червата им.
Те изолираха фагите от изпражненията, пречистиха ги и ги дадоха на други пациенти. В едно проучване 63% от нелекуваните хора с холера в Пенджаб, Индия са починали, докато само 8% от хората, лекувани с фаги, са починали. Въпреки този успех, фаговата терапия е затъмнена от откриването на пеницилин и нарастването на антибиотиците.
Още по времето, когато фагите за първи път са били използвани за лечение на холера, учените току-що са започнали да изучават вирусите и са предполагали как работят. Едва през 1940 г. първите изображения на фаги са получени с помощта на електронен микроскоп. Сега знаем, че фагите са вируси, които заразяват само бактерии. Като вид вирус, фагите не могат да живеят и да се размножават сами. Те трябва да нахлуят в клетката гостоприемник, да консумират хранителните вещества на гостоприемника, за да се възпроизведат, и накрая да излязат от клетката гостоприемник, често убивайки гостоприемника в процеса.
По принцип фагите започват своето унищожаване чрез разпознаване и кацане върху бактерия. Всеки тип фаг има определена зона за кацане. След това фагът инжектира своята ДНК в бактериите. Тази ДНК се копира, допълнително покрива фаговата обвивка и обвива новосъздадената ДНК в новата обвивка. И накрая, фагът произвежда токсични химикали, които разграждат бактериалния гостоприемник отвътре навън, освобождавайки новосъздадените фаги отвън, за да заразят още повече бактерии (Фигура 1).
Фигура 1: Как фагите убиват бактериите. (1) Фагът първо се приземява върху бактерия. (2) След това той инжектира своята ДНК в бактерия. (3) ДНК се копира и се използва за направата на опаковки за ново поколение фаги. (4) И накрая, новите фаги събират избухнали бактерии, което ги убива.
Ползи от фаги пред антибиотици
Антибиотикът е химикал, който убива бактериите. Това се прави, като се нарушава един или повече от важните процеси, необходими за оцеляването на бактериите. Тъй като тези процеси са често срещани при много бактерии, един "широкоспектърен" антибиотик може потенциално да убие няколко вида бактерии наведнъж. Докато антибиотиците са революционизирали медицината и често са много ефективни за потискане на бактериалната инфекция, добре развитите фаги могат да имат няколко предимства пред антибиотиците.
Първо, фагите са специфични за даден вид бактерии и следователно е малко вероятно да нарушат полезните микроби, живеещи в нашите черва. Човешкото тяло е населено с повече от хиляда вида микроби, които представляват приблизително 3 до 5 килограма от нашето телесно тегло. Тези микроби вършат важна работа за нас, като например да ни помагат да произвеждаме хранителни вещества, които не можем да направим сами.