Бактериофаги для чего применяются
Что такое бактериофаги простыми словами
В 1928 году британский бактериолог Александр Флеминг вернулся из отпуска в Шотландии в свою лабораторию в Лондоне и обнаружил, как в одной из чашек Петри бурно разрослась колония плесневых грибов (Penicillium notatum). С выделением пенициллина началась эра антибиотиков.
С тех пор антибиотики спасли миллионы жизней по всей планете. Флеминг также обнаружил, что бактерии обладали устойчивостью к антибиотикам, если действовали малым количеством пенициллина, либо если антибиотик употреблялся слишком короткое время.
Алмрот Райт предсказал устойчивость к антибиотикам еще до того, когда это было обнаружено экспериментально. Бактериальная резистентность — явление естественное по своей природе, а потому неизбежное.
Вот уже более десятка лет Всемирная организация здравоохранения, Центр по контролю заболеваний в США, многие крупные эксперты в России открыто признают, что мы вступили в так называемую пост антибиотиковую эру.
В 2016 году в США зафиксирован случай заражения человека одной из разновидностей энтеробактерий. Штамп оказался устойчивым к воздействию тетрациклина, колистина, ко всем до единого из 26 видов антибиотиков, представленных на рынке. Женщину так и не удалось спасти.
Ученые по всему миру продолжают изучать явление резистентности в надежде минимизировать угрозы. Однако одной из самых подходящих альтернатив можно назвать препараты (комбинированные или моно) на основе бактериофагов.
Бактериофаги являются важнейшим компонентом нашей продукции и помогают при профилактике бактериальных заболеваний и борьбе с ними. Название звучит непривычно и немного непонятно. На самом деле, с бактериофагами люди знакомы уже более ста лет.
Бактериофаг в переводе с греческого означает «пожиратель бактерий». Не самое доброе «существо», но в действительности никто никого не пожирает. Бактериофаги — это природные агенты, которые естественным образом ограничивают размножение бактерий. Они способны избирательно устранять только те бактерии, которым они соответствуют, при этом не повреждая нормофлору или человеческие клетки.
Они являются самым распространенным биологическим объектом на Земле.
Бактериальные вирусы были открыты дважды: в 1915 году Фредериком Уильямом Туортом и в 1917 году Феликсом Д’Эреллем, который и предложил термин «бактериофаг».
Второе открытие было сделано во время исследования вспышки дизентерии среди французских солдат во время Первой мировой войны. При изучении лизиса (разрушения клетки под действием собственных или чужеродных ферментов) бактериальных культур.
Ученый обратил внимание, что какое-то существо, невидимое в обычный микроскоп, разрушает выращенные им культуры бактерий. Микробиологу удалось настроить его размножение: бактерии, зараженные им, погибали, а количество агента увеличивалось.
В 1919 году ученый успешно вылечил бактериофагами первых пациентов. Он описал случай успешного лечения дизентерии с использованием фагов, доказав, что они обеспечивают выздоровление больного организма. Были проведены и первые опыты по применению фагов при раневых инфекциях, холере, тифе и даже бубонной чуме. Успех выглядел вполне убедительно.
После открытия бактериофаги начали использовать для борьбы с бактериальными патогенами. Однако в Западной Европе и США от такой терапии вскоре отказались из-за сомнительных результатов. Это было неудивительно, принимая во внимание тогдашний уровень понимания биологии бактериофагов и отсутствие стандартизации. А открытие в 1928 году пенициллина и последовавшая за этим событием «эра антибиотиков» надолго отодвинули интерес к профилактическому и медицинскому использованию бактериофагов.
Хотя в государствах Восточной Европы, таких как СССР, применение бактериофагов в терапии продолжилось, чему способствовало основание в 1934 году Института Бактериофага в Тбилиси Георгием Элиавой совместно с Феликсом Д’Эреллем.
В мире интерес к фаговой терапии возобновился только в 1980-е годы, когда эффективность лечения антибиотиками значительно снизилась, а бактерии стали более устойчивы к лекарствам. Сейчас исследования в этой области активно ведутся по всему миру.
Что такое бактериофаги
Поделиться:
Инфекционные заболевания были бичом человечества до того момента, как начали появляться антибактериальные препараты. Обычно новую эру связывают с именем Флеминга и пенициллином. Однако на десять лет раньше было сделано открытие, которое, возможно, еще пригодится всем нам в будущем.
Убить убийцу
Говорят, война — это всегда огромный скачок в развитии хирургии. На самом деле не только: военные действия нередко способствовали продвижению онкотерапии и терапии инфекционных болезней.
Читайте также:
Медицина в годы ВОВ
Читайте также: Во время 1-й мировой войны канадский врач Феликс Д’Эррель изучал вспышку дизентерии среди солдат-французов. Это неприятное кишечное заболевание вызывается бактериями рода Shigellа, которых легко можно выделить из стула больных.
Врач заинтересовался случаем одного солдата, который полностью выздоровел, причем раньше, чем появилось улучшение у других, кого начали лечить одновременно с ним. Взяв у него пробы стула, Д’Эррель не обнаружил бактерий — что-то загадочное убило их.
Исследователь отфильтровал свой «материал», пропустив его через фильтр с настолько мелкими порами, что через них не могла бы пройти ни одна бактерия или какие-нибудь частицы испражнений. В полученный раствор врач добавил готовую культуру бактерий, взятых от другого больного, высадил все это в чашку Петри и стал ждать.
Профилактика и лечение острых кишечных инфекций
Через некоторое время начался рост бактериальной культуры, однако колонии были разорванными — словно что-то неведомое разъедало их изнутри. Взяв мазки из «пустых» областей, Д’Эррель добавил их в «хорошие», здоровые колонии шигелл — и в них тоже образовались пустоты.
Практика, обогнавшая теорию
Поскольку к этому моменту наш соотечественник Дмитрий Ивановский уже открыл вирусы, Д’Эррель предположил, что невидимый глазу убийца бактерий относится именно к ним. Понимая важность своего открытия, исследователь дал вирусам, поражающим бактерии, отдельное имя — бактериофаги.
Увидеть фагов удалось только после изобретения электронного микроскопа, а выяснить, чтó именно происходит при их контакте с бактериями, — и того позже. Поэтому в течение многих лет идея Д’Эрреля отвергалась значительной частью ученых, которым было трудно представить себе вирус, поражающий бактерию, но не причиняющий вреда человеку. К тому же опыты канадца удавалось повторить не всем и не всегда.
Однако врач, не дожидаясь никаких теоретических подтверждений своего открытия, перешел к практике. Он не мог, имея в руках лекарство, видеть умирающих людей — и принялся лечить солдат фаговым раствором. Правда, сперва Д’Эррель убедился в его безвредности традиционным для таких энтузиастов способом: сперва пил бактериофаг, затем впрыскивал себе под кожу.
Естественное против искусственного
Выяснив, что для человека бактериофаг совершенно не опасен, Д’Эррель вылечил многих пациентов, что принесло ему известность. Его исследования даже стали основой для художественного романа «Эрроусмит», позднее экранизированного Голливудом. Фаговые лекарства успешно производились и применялись — но уже в 40-х годах энтузиазм начал угасать.
Причиной этого стало открытие Флемингом пенициллина и появление большого числа антибиотиков. Врачи настороженно относились к идее лечения людей с помощью вирусов, а тут у них появилась альтернатива. Антибиотики — химические вещества, полученные искусственно, — не были живыми и казались медикам более надежными. Фармацевтические компании уловили настроения врачебного сообщества и, прекратив выпуск фагов, принялись множить антибиотики.
Бактериофаги сегодня
В наше время, когда антибиотикорезистентность является глобальной и очень опасной проблемой, бактериофаги снова заинтересовали ученых.
У них есть свои недостатки — например, не просто узкий, а суперузкий спектр действия: каждый фаг «умеет» убивать только один штамм бактерий — даже не вид, а штамм. Из-за этого, кстати, и проваливались регулярно попытки повторить эксперименты Д‘Эрреля: дизентерия в двух разных частях армии, идентичная по симптомам и течению, могла быть вызвана разными «вариантами» шигелл.
Однако эту проблему сегодня может решить постепенное распространение такого диагностического метода, как полимеразная цепная реакция (ПЦР), которая точно определит штамм бактерии.
Бактериофаги не могут проникать через стенку клетки, поэтому они пока бессильны против тех возбудителей, которые паразитируют внутриклеточно. «Пока» — потому что активные исследования в этом направлении, возможно, помогут фагам пробираться в самые потаенные места.
А вот среди плюсов бактериофагов с ходу можно выделить два: во-первых, они совершенно безвредны для человека, поскольку вообще никак не взаимодействуют с его организмом — только с бактериями.
И, во-вторых, бактерий они убивают не всех, а значит, не имеют традиционного недостатка применения антибиотиков — возникновения дисбиоза. Так что сегодня бактериофаги стали перспективной областью — и в каком-то смысле новой надеждой человечества.
Товар по теме: [product strict=»(бактериофаг»](бактериофаг)
Не антибиотиком единым: «киллеры» бактерий – бактериофаги
Середина прошлого века была ознаменована серьёзным открытием в медицине: появились первые антибиотики и зазвучали оптимистичные прогнозы о скорой и окончательной победе человечества над большинством инфекций. Однако на тот период эта мечта оказалась несбыточной, поскольку медики столкнулись с неприятным сюрпризом: мутации и изменение морфологических и функциональных свойств позволили бактериям приобрести устойчивость (резистентность) к самым мощным антибиотикам.
Со временем проблема медленно, но неуклонно усугублялась. В современном мире существует реальная угроза развития таких микроорганизмов, которые будут обладать высокой резистентностью ко всем разработанным на сегодняшний день антибактериальным препаратам. Вот тут на помощь, по мнению учёных, и могут прийти бактериофаги – «пожиратели бактерий», которые мутируют с той же скоростью, что и бактерии.
Кто открыл бактериофаги?
Первые сведения о бактерицидном действии неизвестной субстанции появились в конце 19 века, когда британский бактериолог Эрнест Ханкин заметил, что люди, купающиеся в «святых водах» Ганга и Джамны (Индия) чудесным образом исцеляются от холеры. Спустя десятилетия в 1915 году его соотечественник Фредерик Творт обнаружил вирусы, уничтожающие бактерии. Через два года после него французский учёный Феликс д’Эрель сообщил, что открыл «невидимый микроб», поражающий дизентерийную палочку. Им же впервые был применён термин «бактериофаг» («поедатель бактерий»), которым мы пользуемся по сей день.
Однако грузинский НИИ бактериофагов не прекратил свою деятельность и превратился в единственный в мире центр для исследования фагов. В последние десятилетия интерес к теме бактериофагов разгорелся вновь, что, вероятно, можно объяснить развитием лекарственной устойчивости у бактерий к большинству антибиотиков.
Механизм действия бактериофагов
У каждой бактерии есть определённый вирус-фаг, который способен её разрушить. Посредством жгутиков фаги протыкают стенку бактерии и, сокращаясь, впрыскивают свой генетический материал внутрь клетки. С этого момента начинается инфекционный цикл: вначале переключаются механизмы жизнедеятельности бактерии на обслуживание бактериофага, размножается его геном, развивается ДНК вируса. В итоге бактериальная клетка разрушается и множество фагов устремляется наружу.
Бактериофаги отличаются специфичностью: поражая определённую бактерию, для всех остальных микроорганизмов они безвредны.
Лечение бактериофагами
Благодаря уникальным свойствам избирательного уничтожения болезнетворных бактерий, фаги стали применять для лечения и профилактики некоторых инфекционных заболеваний.
Против каких болезней врачи используют бактериофаги сегодня?
Наиболее широко применяется стафилококковый, стрептококковый, холерный бактериофаги, эффективные в терапии как острых, так и хронических форм заболевания, а также бактерионосительства. Кроме того, существуют фаги для лечения брюшного тифа, дизентерии, сальмонеллезов. Бактериофаги оказываются единственным эффективным средством в тех случаях, когда вышеуказанные инфекции вызываются не традиционными, а устойчивыми к антибиотикам штаммами.
Использование бактериофагов не ограничивается лишь медицинской сферой. К примеру, с 2007 года в Соединённых Штатах после серии исследований фаги были признаны безвредной добавкой и стали использоваться в качестве консерванта при производстве сыров и других скоропортящихся продуктов.
Открытые вопросы
Бактериофаги не всесильны: как оказалось, бактерии могут быть устойчивы не только к антибиотикам, но и к фагам. В связи с этим применяются методы определения чувствительности бактерий, полученных от пациента, к имеющимся в арсенале доктора бактериофагам.
Другой изучаемой сегодня проблемой является роль бактериофагов в приобретении бактериями генов устойчивости к антибиотикам.
В качестве заключения
Бактериофаги: современные аспекты применения
Бактериофаги: современные аспекты применения
Для современной медицины актуальнейшей проблемой является множественная устойчивость бактериальных возбудителей к антибиотикам и, как следствие, — вопрос: чем лечить больных? Резервы создания новых антибиотиков практически исчерпаны. Заболеваемость, вызванная полирезистентными бактериальными штаммами, в т.ч. госпитального происхождения, наносит колоссальный человеческий и экономический ущерб во всех регионах мира. Совершенно закономерно, что в такой ситуации мировая медицинская общественность вновь обратилась к бактериофагам — вирусам бактерий, их естественным врагам и регуляторам популяции. О них мы беседуем с Ольгой Сергеевной Дарбеевой, кандидатом медицинских наук, главным экспертом управления противобактериальных медицинских иммунобиологических препаратов ФГБУ «Научный центр экспертизы средств медицинского применения» Министерства здравоохранения РФ.
— Ольга Сергеевна, что такое бактериофаги? В чем заключается принцип их действия и какими преимуществами обладают по сравнению с антибиотиками?
— Бактериофаги широко распространены в природе — в пресноводных водоемах, морях и океанах, их выделяют из почвы, сточных вод, из клинического материала от больных. Являясь одними из древнейших обитателей Земли, по численности они достигают 10 в 30 фаговых частиц. По характеру жизненного цикла фаги разделяют на вирулентные и умеренные. Истинно вирулентные фаги (строго литические) убивают бактерию-хозяина. Адсорбируясь на поверхности микробной клетки, проникают в ее цитоплазму, где интенсивно размножаются, используя структурные компоненты клетки, и разрушают ее. Далее зрелые фаговые частицы, готовые к новому заражению, разрывают клеточную оболочку, и литический процесс повторяется с новыми бактериальными клетками. Именно вирулентные бактериофаги обладают наибольшим терапевтическим потенциалом, поскольку только они способны уничтожать клетки бактерий-хозяев.
Умеренные фаги способны к интеграции в геном бактерии в виде профага, или размножаются, не вызывая гибели бактерий. В медицине их используют в диагностических целях для внутривидового типирования.
В качестве антимикробных препаратов бактериофаги гораздо старше антибиотиков. Они активно применялись до открытия антибиотиков, которые быстро вытеснили фаги с рынка. Этому способствовали нестабильные результаты лечения фагами, объясняющиеся низким уровнем диагностики, когда они назначались без бактериологического подтверждения диагноза, определения фагочувствительности возбудителя, а также недостаточный уровень знаний о биологии фагов, условиях производства, хранения и применения.
В нашей стране фаготерапия успешно применялась при лечении и профилактике кишечных и гнойно-септических женских инфекций, в том числе, грибковых инфекций, детских инфекций, а также раневых инфекций, фаговые препараты выпускали несколько предприятий, организованных при НИИ вакцин и сывороток.
Сегодня бактериофаги выпускают на предприятиях по производству медицинских иммунобиологических препаратов, где проводится контроль качества на всех этапах производства. В начале 2000-х гг. крупнейшие фаговые производства вошли в состав ФГУП «НПО «Микроген» Минздрава РФ, в итоге остались самые сильные производства — филиалы в Нижнем Новгороде, Перми и Уфе.
Если антибиотики можно назвать тяжелой артиллерией, то бактериофаги — это снайперы, действующие направленно. Разрушая опасные микробы, они не подавляют собственную микрофлору, не обладают токсическим действием, не вызывают развития дисбактериоза или аллергических реакций, стимулируют различные механизмы иммунитета. На литическую активность фагов не влияет наличие резистентности бактерий к антибиотикам.
Если антибиотики вызывают массовую гибель бактерий, что может привести к токсическому шоку, то фаги действуют постепенно. Подчеркну, что бактериофаги не следует считать альтернативой антибиотикам. Они прекрасно сочетаются с антибиотиками при одновременном назначении в качестве дополнительной помощи. Как и в случае с антибиотиками, фаги назначают при наличии чувствительности возбудителя к фаговому препарату. Конечно, если состояние больного позволяет, вместо антибиотиков лучше использовать фаги, но если нужна быстрая помощь — необходимо назначение антибиотика.
Препараты бактериофагов — это стерильные очищенные фильтраты фаголизатов гомологичных видов бактерий, освобожденные от продуктов жизнедеятельности бактерий, эндо—и экзотоксинов, продуктов фаголизиса бактериальной клетки. Фаговые штаммы, входящие в состав препаратов, подобраны против наиболее часто встречающихся возбудителей бактериальных инфекций.
Специфическая направленность бактериофагов отражена в их названии: по составу они делятся на монопрепараты, содержащие вирулентные фаги бактерий одного рода или вида — стафилококковый, стрептококковый (в т.ч. энтерококковый), протейный, псевдомонас аэругиноза (синегнойный), клебсиелл пневмонии, коли, дизентерийный поливалентный, брюшнотифозный, сальмонеллезный гр. АВСДЕ), и комбинированные фаги, в составе которых монопрепараты. К комбинированным относятся: коли-протейный, клебсиелл поливалентный, пиобактериофаги поливалентные (очищенный, комплексный и Секстафаг®) — содержащие бактериофаги стафилококковый, стрептококковый, протейный, псевдомонас аэругиноза (синегнойный), клебсиелл, коли, а также Интести-бактериофаг, содержащий бактериофаги против шигелл, сальмонелл, стафилококков, энтерококков, протея, синегнойной палочки и энтеропатогенной кишечной палочки.
Лечебно-профилактические бактериофаги используют для перорального, наружного, местного, ректального применения, интраназального и конъюнктивального введения, введения в дренированные полости при лечении женских инфекций, в том числе, грибковых инфекций, детских инфекций, а также раневых инфекций.
— Ольга Сергеевна, как применяются бактериофаги в педиатрии?
— О бактериофагах как о наиболее щадящих антимикробных препаратах, не имеющих противопоказаний для назначения, лучше всего знали педиатры. В 1970—1990-е гг. ими активно лечили гнойно-воспалительные и кишечные инфекции новорожденных, детей раннего возраста. Бактериофаги, убирая патогенные бактерии, дают восстановиться нормальной микрофлоре. Сегодня в педиатрии, к сожалению, мало используют бактериофаги. Возможно, это недостатки преподавания в медицинских вузах или слабость отечественных производителей бактериофагов по сравнению с агрессивной политикой продвижения антибиотиков зарубежными фирмами. Однозначно это последствия трудных 1990-х годов, когда отечественная фармпромышленность не могла субсидировать пострегистрационные испытания и популяризацию своих препаратов. Очень хотелось бы, чтобы о бактериофагах больше рассказывали студентам-лечебникам медицинских вузов.
Заведуя лабораторией бактериофагов НИИ стандартизации и контроля медицинских иммунобиологических препаратов им. Л.А. Тарасевича более 20 лет, могу сказать, что мы инициировали и координировали клинические исследования по фаговой тематике в московском регионе. Наша лаборатория контролировала не только качество всех выпускаемых препаратов на соответствие нормативной документации, но и диапазон их действия в отношении возбудителей кишечных и гнойно-септических женских инфекций, в том числе, грибковых инфекций, детских инфекций, а также раневых инфекций из стационаров различного профиля.
Мы помогали производствам в сборе бактериальных штаммов современных возбудителей, в т.ч. для преодоления первичной фагоустойчивости, совместно с клиницистами участвовали в испытаниях новых препаратов. Консультировали клинических микробиологов и врачей, помогали госпитальным эпидемиологам крупных московских стационаров в организации использования бактериофагов для лечения и профилактики ВБИ.
Клиницисты ограничены стандартами лечения больных, а эпидемиологи, видя проблему глобально, могут предложить своему стационару или отделениям использовать фаготерапию и фагопрофилактику, в т.ч. с помощью целевых (для данного стационара) серий фаговых препаратов, адаптированных производителем к местным госпитальным штаммам. Особенность бактериофагов — возможность адаптации к циркулирующим среди населения бактериальным штаммам — возбудителям инфекций. Таким образом, преодолевая их первичную фагоустойчивость, можно создать промышленные серии препарата целевой направленности для этого региона.
Это качество фаговых препаратов неоценимо для решения проблемы госпитальных инфекций, поскольку ЛПУ несут большие потери от внутрибольничных инфекций, вызванных полирезистентными бактериальными возбудителями. По данным российских эпидемиологов, в стране ежегодно заболевают ВБИ около 2,5 млн пациентов и 320 тыс. медработников, а наносимый ими экономический ущерб достигает 5 млрд руб.
За этими цифрами стоят человеческие трагедии, когда развитие инфекций нивелирует результаты сложнейших хирургических операций или мероприятий по выхаживанию новорожденных. Отрадно отметить, что сегодня все чаще стали вспоминать о замечательных отечественных антимикробных препаратах. На состоявшихся в ноябре—декабре 2013 г. 3-м Международном конгрессе по профилактике госпитальных инфекций, 12-м Международном конгрессе детских инфекционистов и ежегодной конференции «Инфекции в онкологии» были представлены доклады по фаготерапии и фагопрофилактике.
Вместе с тем возросший интерес к бактериофагам спровоцировал негативную тенденцию в развитии фаговой проблематики — появление БАДов на их основе (в 2013 г. получено свидетельство о госрегистрации специализированного пищевого продукта) для применения работниками пищевых производств, а также в ЛПУ для профилактики госпитальных инфекций, о чем было сообщено на VI Ежегодном Всероссийском конгрессе по инфекционным болезням. В прениях этого форума, а также 3-го конгресса по госпитальным инфекциям специалисты подвергли сомнению саму идею использования бактериофагов в качестве БАДов, поскольку бактериофаги являются препаратами выбора в антибактериальной терапии и применяются после определения фагочувствительности. Их назначают наиболее ослабленному контингенту — детям раннего возраста и хроническим больным, неподдающимся антибиотикотерапии.
Бесконтрольное применение бактериофагов в виде БАДов может привести к формированию фагоустойчивости возбудителей. Кроме того, после регистрации фаговых БАДов за их качество отвечает только производитель, в отличие от лечебных фагов как лекарственных средств, подлежащих сертификации (каждая выпущенная серия) в аккредитованных экспертных структурах.
В заключение нашей беседы хочу еще раз подчеркнуть биологическую перспективность бактериофагов в роли лечебных препаратов при условии их обоснованного применения.