Когда после трансплантации легкого у Изабель Холдауэй развилась серьезная бактериальная инфекция, у нее было мало вариантов лечения. Инфекция распространилась по всему ее телу и была устойчива к антибиотикам. Тем не менее, она добилась удивительного выздоровления благодаря генно-инженерным вирусам, которые убили бактерии.

История Изабель Холдей

Изабель Холдауэй было 15 лет, когда ей сделали пересадку легкого из-за кистозного фиброза. Поскольку для трансплантации органов требуется, чтобы пациенты принимали лекарства, подавляющие их иммунную систему, Holdaway был подвержен инфекциям. Врачи считают, что в ее организме уже есть бактерии Mycobacterium abscessus, потому что это часто встречается у пациентов с муковисцидозом.

Иммунодепрессанты позволили бактериям выйти из-под контроля в ее организме. У нее развилась серьезная инфекция в груди, печени, туловище и других частях тела. Инфекция была устойчивой к антибиотикам, поэтому врачи в больнице Грейт-Ормонд-стрит в Великобритании отправили ее домой на паллиативную помощь, почти не надеясь на выздоровление.

Мать Холдэуэй изучила варианты лечения онлайн и обнаружила фаговую терапию. Фаги - это вирусы, которые могут убивать бактерии, и исследователи экспериментируют с ними на протяжении многих лет. Холдей получила экспериментальное лечение фагом, которое спасло ей жизнь.

Как фаги убивают бактерии

Бактериофаги или фаги - это вирусы, которые могут убивать бактерии. Хотя они имеют разные формы и размеры, фаги, как правило, имеют либо ДНК, либо РНК. Обнаруженные в 1900-х годах, фаги помогли лечить бактериальные инфекции, такие как холера. Однако открытие пенициллина в 1928 году сместило акцент с фагов, поскольку антибиотики стали популярными.

Поскольку фаги являются вирусами, они не могут размножаться без заражения хозяина. Бактериофаги имеют тенденцию следовать двум основным процессам заражения бактерий: литический цикл и лизогенный цикл. В литическом цикле фаги заражают бактерии, захватывают клетки и используют их для создания большего количества фагов до тех пор, пока клетки не лизуются или не лопнут.

В лизогенном цикле фаги заражают бактерии, вставляют их ДНК в генетическую информацию бактерий, а клетки включают ДНК во время деления клеток. Этот фрагмент ДНК фага называется профагом. Он может стать активным и вырабатывать фаги, которые начнут литический цикл.

Однако важно отметить, что фаги очень специфичны. Это означает, что каждый тип заражает разные виды бактерий. Один фаг может воздействовать только на один вид бактерий, но не на другие.

Фаги, которые спасли подростка

После того, как мать Холдэуэя узнала о фаговой терапии, врачи в больнице Грейт-Ормонд-стрит связались с Ревеккой Дедрик и Грэмом Хэтфуллом в университете Питтсбурга, у которых была коллекция фагов. Научно-образовательный альянс программы «Охотники за фагами», продвигающий геномику и эволюционную науку (SEA-PHAGES), представляющий собой исследовательский курс для студентов, помог собрать этот сборник. Многие фаги были обнаружены простым копанием в почве.

Исследователи из Университета Питтсбурга имели фаги для экспериментов, но они не знали, какие из них на самом деле убьют бактерии Mycobacterium abscessus, которые инфицировали Holdaway. Они потратили недели, выращивая бактерии и обрабатывая их различными фагами. В 2018 году бактериофаг, который они назвали Мадди, убивал бактерии в чашке Петри.

Хотя Мадди была важной находкой, исследователи знали, что бактерии также могут стать устойчивыми к фагам. Они хотели найти несколько фагов, способных использовать литический цикл для лечения инфекции подростка. Месяцы спустя они обнаружили, что фаги ZoeJ и АД также могут влиять на бактерии. Команда должна была генетически модифицировать ZoeJ и BP, чтобы сделать их литическими, а не лизогенными. Они создали коктейль с наркотиками из этих трех фагов для Holdaway.

Фаговое лечение

Исследователи из Университета Питтсбурга отправили свой фаговый коктейль в больницу Грейт-Ормонд-стрит в Лондоне. К этому моменту инфекция Холдей продолжала распространяться, и у нее был 1% шанс на выживание. Врачи в больнице дали ей внутривенно фагов и использовали некоторые в мазь, которую они наносили на ее кожу.

Holdaway смог покинуть больницу через девять дней. Раны на запястье исчезли, ее кожа улучшилась, а печень стала лучше. Сегодня она продолжает получать фаговую терапию. Врачи отметили, что у нее «почти не было побочных эффектов» от фагов. Тем не менее, исследователи не решаются назвать это полным лекарством в настоящее время.

Хотя в прошлом другие лечились фаговой терапией, уникальным примером Холдей является использование генно-инженерных бактериофагов. Исследователи удалили ген в фагах и не добавили никаких новых.

Будущее фаговой терапии

Ученые хотят видеть большие клинические исследования, прежде чем поддержать фаговую терапию как эффективное лечение бактериальных инфекций. Случайные случаи, такие как Holdaway's, дают надежду, но их недостаточно для продажи фагов в ближайшей аптеке в ближайшее время.

Исследователи также предупреждают, что фаговая терапия очень специфична. Фаги, которые убили инфекцию в организме Holdaway, не работали на пациента с другим штаммом бактерий. Несмотря на интерес, фаговые библиотеки все еще относительно малы по сравнению с теми, что существуют для бактерий. Для того чтобы они стали общепринятым лечением, необходимо провести гораздо больше исследований.

Фаги против антибиотиков

Одна вещь, которая вселяет надежду на фаговых исследователей, это растущий интерес к их области из-за усиления устойчивости к антибиотикам во всем мире. Инфекции, которые раньше лечили одним антибиотиком, теперь становятся устойчивыми ко многим лекарствам. Тем не менее, фаги не легко использовать в качестве лечения и сталкиваются с многочисленными проблемами. Например, требуется время, чтобы изолировать и найти правильный фаг, который может убить каждый тип бактерий.

Есть преимущества использования фагов вместо традиционных антибиотиков. Фаги не атакуют клетки человека и очень специфичны для бактерий. Они не нарушают микробиом кишечника и не вызывают проблем с пищеварением, как типичные антибиотики. Фаги также воздействуют на устойчивые к антибиотикам бактерии, и бактериям труднее выработать устойчивость к фагам, потому что их клетки разрушены. Фаговая терапия очень перспективна в качестве индивидуального лечения в будущем.