Naukowcy, przy pomocy eksperymentalnej terapii z użyciem genetycznie zmodyfikowanych wirusów, uratowali życie brytyjskiej nastolatce zainfekowanej superbakteriami. Nowa terapia daje nadzieję na alternatywne metody leczenia infekcji lekoopornymi drobnoustrojami.
Isabelle Carnell-Holdaway, obecnie 17-latka, od dziecka zmagała się z mukowiscydozą – chorobą genetyczną, która zatyka płuca śluzem i wystawia chorych na przewlekłe infekcje. Od 8 roku życia przyjmowała antybiotyki, by jakoś radzić sobie z uporczywymi szczepami baterii.
W ubiegłym roku konieczny okazał się przeszczep płuc. Wkrótce po transplantacji lekarze zauważyli zaczerwienienie w miejscu rany chirurgicznej i objawy zakażenia wątroby. Następnie zobaczyli guzki na jej ramionach, nogach i pośladkach. Zakażenie rozprzestrzeniło się i tradycyjne antybiotyki przestały działać.
Po dziewięciomiesięcznym pobycie w szpitalu lekarze nie dawali jej żadnych szans. Wysłano ją do ośrodka opieki paliatywnej. Wtedy jej matka zaproponowała coś niekonwencjonalnego: co z terapią fagową? Dopiero po tym nawiązano współpracę z amerykańskim laboratorium w celu opracowania eksperymentalnej terapii.
Terapia fagowa opiera się na bakteriofagach – wirusach, które atakują bakterie, ale nie ruszają komórek eukariotycznych, czyli m.in. komórek człowieka. Pierwszy raz zastosowana została… 100 lat temu do leczenia osób chorych na czerwonkę bakteryjną. Po II drugiej wojnie światowej została wyparta przez antybiotyki, choć nadal stosowano ją w Związku Radziecki (potem w Rosji) i Europie Wschodniej, z powodzeniem lecząc całą gamę zakażeń bakteryjnych. W Polsce od 1952 roku badania nad terapiami fagowymi prowadzi Ośrodek Terapii Fagowej przy Instytucie Immunologii i Terapii Doświadczalnej PAN im. Ludwika Hirszfelda we Wrocławiu.
Bakteriofagi działają poprzez wniknięcie do komórki bakteryjnej, w której zaczynają się powielać. Konkretny typ faga jest zdolny atakować tylko kilka szczepów bakterii z konkretnego gatunku. Następnie opuszczają komórkę przy okazji ją niszcząc. W ten sposób będą się namnażać aż do ostatniej komórki bakteryjnej danego szczepu obecnej w organizmie.
Przygotowaniem eksperymentalnej terapii zajęli się uczeni z Uniwersytetu w Pittsburghu. Uczelnia ta ma największą na świecie kolekcję bakteriofagów. Naukowcy pod kierunkiem mikrobiologa Grahama Hatfulla zidentyfikowali dziesiątki fagów i przetestowali w laboratorium tysiące ich kombinacji, aby ustalić, które z nich będę najskuteczniejsze w przypadku bakterii odpowiedzialnych za infekcję nastolatki.
- Wiedziałem, że ta kolekcja ma duże znaczenie, jeśli chodzi o odpowiedzi na wszelkiego rodzaju pytania w biologii. Ale nie sądziłem, że kiedykolwiek dojdziemy do punktu, w którym będziemy stosować te fagi terapeutycznie – przyznał Hatfull.
Uczeni zidentyfikowali trzy rodzaje fagów. Jeden, którego badacze nazwali Muddy, pochodzi z gnijącego bakłażana i jest urodzonym mordercą bakterii. Pozostałe dwa, nazwane ZoeJ i BP, potrzebowały więcej zachęty. Miały one tendencję do zwijania się i osiągania swoistego stanu bezczynności po wniknięciu do komórki bakteryjnej. W rzeczywistości to senne zachowanie niektórych fagów jest jednym z problemów związanych z terapiami fagowymi. Wiele z tych wirusów nie jest wystarczająco śmiercionośnych, aby być skutecznymi metodami leczenia.
Dlatego badacze zastosowali pewne ulepszenia genetyczne. Usunęli z genu ZoeJ i BP gen odpowiedzialny z apatyczne zachowanie. To okazało się strzałem w dziesiątkę. Po tej modyfikacji genetycznej ZoeJ i BP nie były już tak miłosierne dla bakterii. Powielały się szybko do momentu pęknięcia komórki gospodarza i następnie szukały nowej komórki.
- Antybiotyki są bardzo skuteczne, ale są tępym narzędziem - powiedział Hatfull. - W przypadku fagów jest to drugi koniec spektrum. Są bardzo specyficzne, to celowe, precyzyjne uderzenie, nie wpływa na resztę mikrobiomu i jest mało toksyczne, ponieważ fagi nie infekują ludzkich komórek – dodał.
Tak przygotowany koktajl z trzech fagów podano umierającej nastolatce w czerwcu ubiegłego roku. W ciągu następnych sześciu miesięcy prawie wszystkie guzki zniknęły, a rana chirurgiczna zamknęła się. Badanie wątroby wykazało, że infekcja zasadniczo zniknęła. Dodatkowo bakterie nie wykazały żadnych oznak rozwoju odporności na fagi.
To pierwsza praca, w której zademonstrowano bezpieczne i skuteczne wykorzystanie zmodyfikowanych bakteriofagów na lidzkim pacjencie. Takie leczenie może zaoferować spersonalizowane podejście do zwalczania lekoopornych bakterii. Może nawet potencjalnie zostać szerzej wykorzystane do zwalczania chorób takich jak gruźlica.
- To naprawdę historyczny moment - powiedziała Steffanie Strathdee, ekspert od fagów z University of California w San Diego. - Po raz pierwszy genetycznie zmodyfikowany fag został użyty do skutecznego leczenia infekcji superbakterii u człowieka – dodała.
W publikacji, która ukazała się w „Nature Medicine”, autorzy stwierdzili, że w obliczu rosnącej oporności na antybiotyki, dalsze badania nad terapiami fagowymi mogą uratować dziesiątki ludzkich istnień. - Terapia fagowa wydaje się być najbardziej obiecującą alternatywą dla antybiotyków - oceniła Strathdee.
Źródło: Howard Hughes Medical Institute, Science Alert, fot. R. M. Dedrick et al./Nature Medicine. Na zdjęciu od lewej - Muddy, BP i ZoeJ
