Завръщане на фаговата терапия ScienceBlog
Вирусите, които специално атакуват бактериите, така наречените бактериофаги (накратко фаги), са открити преди век и са използвани терапевтично срещу бактериални инфекции. Когато антибиотиците започнаха триумфално да напредват, фагите бяха забравени в повечето страни. Появата на устойчиви на антибиотици бактерии и липсата на нови ефективни вещества сега възродиха интереса към фаговата терапия. В предишна статия известният вирусолог Карин Молинг (проф. По вирусология в Университета в Цюрих и ръководител на група в Института за молекулярна генетика Макс Планк) представи какво представляват фагите и как работят [1]. Сега тя пише за терапевтичното използване на фаги и дава обещаващи примери.
От бактерии, срещу които антибиотиците вече не могат да помогнат ...
Бързото развитие на резистентност към арсенала на съществуващите антибиотици представлява една от най-големите глобални заплахи за здравето и обичайните медицински практики (като хирургия, лечение на тумори). Проблемът се задълбочава от факта, че новите антибактериални вещества - поне през следващото десетилетие - няма да бъдат Зрението е. Понастоящем СЗО приема, че най-малко 700 000 души по света умират всяка година от инфекции с устойчиви микроби (в най-лошия случай този брой може да нарасне до 10 милиона през 2050 г.) [2]; в Европейския съюз се оценява на 33 годишно 000 такива смъртни случая [3], само в Берлин тя е една жертва всяка седмица.
Във все по-спешното търсене на алтернативи за лечение на бактериални инфекции изследователите сега припомнят възможно приложение на фаги, известно като фаготерапия. илюстрация 1.
... към фаговата терапия ...
Както вече беше описано в [1], фаговата терапия не е нова концепция. Преди малко повече от сто години Феликс д'Ерел (1873–1949) в Пастьорския институт изолира „невидими микроби“ от проби на изпражнения от пациенти, страдащи от бактериална дизентерия, които той - след като унищожиха тревните площи на дизентерийните бактерии - се превърна в бактериофаги ) определена. (Как фагите атакуват и унищожават бактериите по изключително специфичен начин е описано в [1].) D’Hérelle веднага разпозна терапевтичния потенциал на своето откритие: използването на тези бактериофаги при бактериални инфекции. Британският бактериолог Фредерик Туорт беше открил „ултрамикроскопични, непатогенни вируси“ във филтрата на бактериални култури няколко години по-рано; избухването на световната война спря разследванията му, които той не продължи след края на войната.
Но много преди това благоприятните ефекти от изпражненията на хора или животни - вероятно базирани на фаги - са били успешно използвани при бактериални инфекции при хора и животни (изпражненията съдържат до 10 милиарда фага на грам сухо тегло): В Китай 4-ти век лекарите предписват предписания течен човешки стол ("жълта супа") за диария и хранително отравяне, бедуините използваха камилски екскременти - практики, които досега са били отнасяни към царството на приказките.
Английският бактериолог Ърнест Ханкин беше изумен, че индийците се къпят и пият ритуално в свещените реки Ганг и Ямуна в продължение на векове, до голяма степен невредими, въпреки замърсяването от фекалните отпадъчни води и останки от плаващи трупове. През 1896 г. той изследва водни проби, след като ги филтрира през порцеланов филтър, който е непропусклив за частици с големината на бактериите. Във филтрата той открива висока активност срещу холерните бактерии, която очевидно е от биологично естество, тъй като се губи при нагряване - тази активност вероятно се дължи на неизвестните тогава фаги. Фигура 2.
... и тяхното развитие в ерата на антибиотиците
Препаратите от фаг се използват в Европа и Америка до 40-те години; Производителите бяха i.a. Фармацевтични компании като Behring, Eli Lilly, Abbott, Parke-Davis и Squibb. Препаратите под формата на прах или хапчета са разработени за по-лесно транспортиране и все още се използват в полевите болници по време на Втората световна война.
Въпреки това, когато ерата на антибиотиците започва през 40-те години на миналия век с пеницилин, който се предлага на пазара, който убива широк спектър от бактерии дори без точно съвпадение, фаговата терапия е забравена, поне в западните страни. Тъй като фаговата терапия сега се разглеждаше като незаменима, през 80-те години фаговите колекции бяха окончателно унищожени на много места, включително в Института Пастьор и в Лион. В страни зад Желязната завеса - особено Русия, Грузия и Полша - където антибиотиците не са били достъпни дълго време, фаговата терапия продължава и се провежда рутинно и днес.
Завръщане на фагите
В допълнение към терапевтичните приложения, фагите вече са намерили приложение в някои области.
... за нетерапевтични приложения
Одобрени за консервиране на храни в САЩ през 2006 г., оттогава фагите се използват в много държави, а също и в страни от ЕС. Това са главно фаги, които са специално насочени срещу опасни щамове Listeria, като напр може да се намери в пушена сьомга, готови салати, сурови млечни продукти и др. Сега тези храни са изложени на спрей от фаги или са покрити с тях преди опаковане. Тъй като фагите - както беше споменато - са безвредни за висшите организми, не е необходимо те да бъдат декларирани на опаковката.
В селското стопанство фагите са сред другите използва се като биологични пестициди в овощарството и лозарството. Фагите могат да се използват и за борба с бактериалното гниене в картофите, като по този начин многократно се увеличава добива.
Фагите се използват и за нетерапевтични цели като бърза, силно чувствителна диагностика за бактериални щамове или като биологични дезинфектанти, напр. от помещения, замърсени с листерия или салмонела.
... за терапевтични приложения ...
През последните няколко години има много примери за излекуване от бактериални инфекции, особено тези с мулти-устойчиви микроби; спектърът варира от тежка диария, инфекции на пикочните пътища и възпаление на носоглътката до инфекции на рани, "отворени" крака, язви на пръстите на диабетиците, отворени фрактури и др.
Проблемът с тези примери обаче е, че те често са казуси, които не отговарят на официалните насоки за клинични проучвания, които трябва да се извършват на случаен принцип, плацебо контролирани като двойно слепи проучвания.
... и някои примери
Едно от успешните казуси от последните години вероятно е случаят с калифорнийския професор Том Патерсън, който също стана популярен чрез видеоклипове в YouTube. Когато пътува до Египет със съпругата си през 2015 г., той се заразява с мулти-устойчив щам Acinetobacter baumannii, който причинява животозастрашаващ панкреатит и диабет. Патерсън е откаран в родната университетска болница в Сан Диего, изпада в кома и е изоставен от лекарите, но не и от съпругата си Стефани Стратди. Дори епидемиологът задейства своите колеги, лекари и здравни власти: бяха открити подходящи фаги срещу инфекциозния зародиш и през 2016 г. американската FDA даде специално разрешение за приложение на „Investigative New Drug“ (IND) при спешни случаи. Само след три интравенозни дози от фаговия коктейл пациентът се възстанови много бързо и вече е здрав. В САЩ това беше първият случай на фагова терапия, класифициран като експериментален; Оттогава други пациенти се лекуват успешно с него в Сан Диего (Център за иновативни фагови приложения и терапия (IPATH)).
С повече от 420 милиона диабетици по света (https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/diabetes) фаговата терапия се счита за много голям потенциал при лечението на диабетно стъпало/пръст. Често заразени с мулти-устойчиви микроби се развиват дълбоки, незарастващи рани и ампутациите остават единственият изход в стотици хиляди случаи. Систематично многоцентрово проучване, Phagopied, се провежда за тази индикация от 2013 г., изследвайки фаговата терапия спрямо стандартното лечение. Елизабет Кътър (Evergreen Lab, Вашингтон), виден защитник на фаговата терапия, наскоро съобщи за успешното лечение на някои пациенти с фагови коктейли за Staphylococcus aureus; Снимките показват първоначално изгорени пръсти на краката и всички пациенти са излекували рани след 2 месеца; Не бяха необходими ампутации.
В бившата държава от Източния блок на Полша лекарите от Института „Лудвиг Хиршфелд“ във Вроцлав са се специализирали във фаготерапия. Според собствената информация на компанията, повече от 1500 пациенти, заразени с устойчиви на антибиотици микроби, са били лекувани успешно с бактериофаги от 1980 г. насам.
Какво е необходимо за фаговата терапия
На първо място липсват налични фаги. В световен мащаб има твърде малко колекции от фаги, които са особено ефективни срещу патогенни бактериални щамове и които могат бързо да се размножават и доставят за терапевтични цели. Настоящият списък (https://phage.directory/) назовава 22 такива източника - фагови банки, биотехнологични стартиращи организации и нетърговски организации - включително, наред с други Лайбниц институт ("Германска колекция от микроорганизми и клетъчни култури" DSMZ; Брауншвайг), холандската "Фагенбанк" и "Институт Елиава".
Налични високо пречистени и добре характеризирани фаги
Фагите са навсякъде, където има бактерии: Всяка природна зона, в която се срещат (патогенни) бактерии, вероятно съдържа и фаги, които са специфични за тези микроби и водят до техния лизис. Фагите могат да бъдат изолирани, характеризирани и тествани сравнително лесно от такива проби. Това са стандартни процедури в няколко последователни стъпки (Фигура 3):
В първия етап фагите се събират, пречистват, изолират и се характеризират. За тази цел се вземат проби (например от отпадъчни води, почва, оборски тор, екскременти), евентуално се суспендират и след това се центрофугират, при което бактериите, които са много големи в сравнение с фагите, се утаяват. Фагите и другите вируси в супернатантата се обогатяват, пречистват, различните фаги се изолират и след репликацията техните ДНК се секвенират точно към основата.
Във втората стъпка потенциалните кандидати за терапия се тестват за ефективност и се въвеждат. Това изисква правилния тип бактерии във всеки отделен случай, към които фагите се прикачват специално според принципа на ключалката, инжектират своя генетичен материал в този гостоприемник, размножават се в него и накрая го довеждат до лизис (вж. [1]). Приложен върху култури от патогенни бактерии, човек наблюдава кой тип фаг яде дупки в гъсто отглежданата бактериална тревна площ, т.е. е специфичен за патогена и го лизира. Такива специфични фаги се умножават, точно описват и съхраняват за приложението.
И накрая, заявлението трябва да се извършва от лекари: или като индивидуално лечение (състрадателно изпитване), или, напоследък, като серия от случаи. Както показва употребата от един век, досега не са настъпили сериозни странични ефекти.
Възможността от вредни бактериални компоненти или гени да замърсят и прехвърлят препарата може да бъде предотвратена с помощта на високо пречистени, добре характеризирани и напълно секвенирани фагови продукти. Такъв фагов коктейл, произведен съгласно "Добрата производствена практика" (GMP), предписана за фармацевтични продукти, наскоро беше използван в проекта на ЕС Phagoburn за лечение на рани от изгаряне, заразени с Pseudomonas aeroruginosa.
Развитие на резистентност поради високата специфичност за бактериален тип и еволюцията на фага с този гостоприемник, срещу фаги представлява значително по-нисък риск, отколкото при антибиотиците; комбинацията от фаг плюс антибиотици допълнително намалява риска.
Специалност на фаговата терапия е, че той е корелиран с дозата и също така самоограничаващ се: колкото повече бактерии има, толкова повече фаги се произвеждат в бактериите. Ако всички бактерии бъдат убити, фагите вече не могат да се размножават и също да загинат. Фигура 4.
Нови законови разпоредби
Фаговата терапия върху хора не е официално одобрена в западния свят, изключения са спешни наредби по смисъла на Хелзинкската декларация. Заявлението, което все още се практикува в бившите страни от Източния блок, ще бъде разгледано само в светлината на западните стандарти.
Фагите са биологични препарати, които все още не са взети предвид в (вече остарелите) насоки на органите по одобряването в ЕС и САЩ. Следователно те не могат да отговорят на строгите изисквания за стандартизация и възпроизводимост, които някога са били формулирани за синтетични лекарства, ваксини, протеини и т.н. Те изискват точно дефиниран, идентичен изходен материал, което не е възможно при фаги, ако те са специално съобразени с микробите на всеки отделен пациент. Ако, от друга страна, се предвижда по-широко приложение (например за лечение на епидемии) и поради това се изисква голямо количество фагов препарат, това може да стане несъвместимо в резултат на мутация по време на производството и по този начин да се провали необходимата „Добра производствена практика“ (GMP).
Ако става въпрос за персонализирана терапия, така нареченото приложение Magistrale предлага изход, който вече може да се практикува в Белгия: тук лекарят може да предпише фагов препарат, който е точно пригоден за пациент с определен зародиш и е много индивидуален се прави в болничната аптека.
Друг огромен проблем на фаговата терапия е, че приетият процес за разработване на лекарства предвижда клиничен тест, при който се изследва ефектът на активната съставка върху мишена (целева структура). Това е проблематично при силно специфични фаги, тъй като обикновено има няколко цели и за всяка цел трябва да се използват няколко фага - фагов коктейл.
За да може бързо да се използва фаготерапия, е необходима нова правна рамка за медицинските продукти, която включва фаги с техните специални характеристики.
Систематични изследвания
Дългият опит и успешното приложение на фаговата терапия в бившите страни от Източния блок се разглеждат от западните власти като недостатъчно документирани и като недостатъчно убедителни по отношение на ефективността и възможната поява на сериозни странични ефекти. За да се гарантира, че фаговата терапия се използва широко и безопасно, трябва да са налице многобройни систематични клинични проучвания, които след това дават основа на регулаторните органи да създадат насоки за фаговата терапия.
До там може да отнеме години. Дотогава пациентите могат да поклонят на свой собствен риск и за сметка в Грузия или Полша, където рутинно се провежда фаготерапия (3-седмично лечение срещу мултирезистентен стафилококус ауреус достига около 5000 евро).
Свързани връзки
Карин Молинг, Феликс Брокер, Кристиан Уили (12.2018): Събуждане: Нуждаем се от фаготерапия сега. Вируси 2018, 10, 688; doi: 10.3390/v10120688
Карин Молинг (10.2017): Вируси вместо антибиотици.
Карин Молинг: Светът на вирусите, 2. Фаги (2015); Видео 9:22 мин.
Карин Молинг: Без вируси просто нямаше да има живот. Вирусолог проф. Д-р Карин Молинг посещава KKL Impuls (2016), видео 1:17:05 мин.
Карин Молинг: Разговори на маса (24.07.2019), Подкаст 52:41 мин
Карин Молинг: Доклади за нови случаи с фаготерапия - какво е необходимо за повече? (2019). Сестрински и здравни грижи 4: 30-32
Уилям С. Съмърс (2016) Феликс Юбер д'Ерел (1873–1949): История на научния ум, Бактериофаг, 6: 4, e1270090, DOI: 10.1080/21597081.2016.1270090
UC San Diego Health (2017): Лечението с фаг спасява живот. Видео 5:57 мин. (Делото на Том Патерсън)
Фагова терапия: Ефективна алтернатива на антибиотиците? Видео 10:58 мин. Институтът Елиава в Грузия е световен лидер в производството на фаги. Пациентите пътуват от цял свят за лечение.