Когато Изабел Холдуей разви сериозна бактериална инфекция след белодробна трансплантация, тя имаше малко възможности за лечение. Инфекцията се разпространи в цялото й тяло и беше устойчива на антибиотици. Въпреки това тя направи невероятно възстановяване благодарение на генетично модифицирани вируси, които убиха бактериите.
Историята на Изабел Холдуей
Изабел Холдуей е била на 15 години, когато е била трансплантирана на белия дроб заради муковисцидоза. Тъй като трансплантацията на органи изисква пациентите да приемат лекарства, които потискат имунната им система, Holdaway е бил податлив на инфекции. Лекарите вярват, че тя вече е имала Mycobacterium abscessus бактерии в нейната система, защото това е често срещано сред пациентите с муковисцидоза.
Имуносупресорите позволяват на бактериите да излязат извън контрол в тялото ѝ. Тя получи сериозна инфекция в гърдите, черния дроб, торса и други части на тялото. Инфекцията беше устойчива на антибиотици, така че лекарите от болница Great Ormond Street в Обединеното кралство я изпратиха у дома за палиативни грижи с малко надежда за възстановяване.
Майката на Holdaway проучва възможностите за лечение онлайн и открива фагова терапия. Фагите са вируси, които могат да убиват бактерии и изследователите експериментират с тях в продължение на много години. Holdaway получи експериментално лечение с фаги, което й спаси живота.
Как фагите убиват бактериите
Бактериофагите или фагите са вируси, които могат да убият бактериите. Въпреки че имат различни форми и размери, фагите са склонни да имат или ДНК, или РНК. Открити през 1900 г., фагите помагат за лечение на бактериални инфекции като холера. Откритието на пеницилина през 1928 г. обаче измества фокуса от фагите, тъй като антибиотиците стават популярни.
Тъй като фагите са вируси, те не могат да се размножават, без да заразят гостоприемника. Бактериофагите са склонни да следват два основни процеса за заразяване на бактерии: литичния цикъл и лизогенния цикъл. В литичен цикъл, фагите заразяват бактериите, превземат клетките и ги използват, за да направят повече фаги, докато клетките лизират или се спукат.
В лизогенен цикъл, фагите заразяват бактериите, вмъкват тяхната ДНК в генетичната информация на бактериите и клетките включват ДНК по време на клетъчното делене. Това парче фагова ДНК се нарича профаг. Той може да се активира и да направи фаги, които биха започнали литичния цикъл.
Важно е обаче да се отбележи, че фагите са много специфични. Това означава, че всеки тип заразява различен вид бактерии. Един фаг може да работи само върху един вид бактерии, но не и върху други.
Фагите, спасили тийнейджър
След като майката на Холдуей узна за фаговата терапия, лекарите от болница Great Ormond Street свързан с Ребека Дедрик и Греъм Хатфул от университета в Питсбърг, които имаха колекция от фаги. Програмата за научно-образователен алианс Phage Hunters Advancing Genomics and Evolutionary Science (SEA-PHAGES), която е студентски изследователски курс, помогна за събирането на колекцията. Много фаги бяха открити чрез просто копаене в почвата.
Изследователите от университета в Питсбърг разполагали с фагите за експерименти, но те не знаели кои всъщност ще убият Mycobacterium abscessus бактерии, заразили Holdaway. Те прекарваха седмици в отглеждане на бактерии и лечение с различни фаги. През 2018 г. бактериофаг, който те наричаха Мъди, убива бактерии в чашка на Петри.
Въпреки че Muddy беше важна находка, изследователите знаеха, че бактериите също могат да станат устойчиви на фаги. Те искаха да намерят множество фаги, способни да използват литичния цикъл за лечение на инфекцията на тийнейджъра. Месеци по-късно те открили, че фагите ZoeJ и BP също могат да повлияят на бактериите. Екипът трябваше да модифицира генетично ZoeJ и BP, за да ги направи литични, вместо лизогенни. Те създадоха наркотичен коктейл от тези три фага за Holdaway.
Фагово лечение
Изследователите от университета в Питсбърг изпратиха фаговия си коктейл до болница Great Ormond Street в Лондон. Към този момент инфекцията на Holdaway продължава да се разпространява и тя има 1% шанс за оцеляване. Лекарите в болницата й дадоха интравенозна доза от фагите и използваха част от мехлем, който нанесоха върху кожата й.
Holdaway успя да напусне болницата след девет дни. Раните на китката й отминаха, кожата й се подобри и черният дроб беше по-добър. Днес тя продължава да получава фаготерапия. Лекарите отбелязват, че тя е имала "почти никакви странични ефекти" от фагите. Понастоящем изследователите се колебаят да го нарекат пълно лечение.
Въпреки че в миналото други са били лекувани с фаготерапия, това, което прави случая на Holdaway уникален, е използването на генетично модифицирани бактериофаги. Изследователите изтриха ген във фагите и не добавиха нови.
Бъдещето на фаговата терапия
Учените искат да видят големи клинични проучвания, преди да подкрепят фаговата терапия като ефективно лечение на бактериални инфекции. Анекдотични случаи като Holdaway дават надежда, но не са достатъчни, за да могат фагите да бъдат продадени в местната ви аптека скоро.
Изследователите също така предупреждават, че фаговата терапия е силно специфична. Фагите, които убиват инфекцията в тялото на Холдуей, не работят за пациент с различен щам на бактериите. Въпреки интереса, фаговите библиотеки все още са сравнително малки в сравнение с тези, които съществуват за бактериите. За да се превърнат в прието лечение, ще трябва да се направят много повече изследвания.
Фаги срещу Антибиотици
Едно нещо, което дава надежда на изследователите на фаги, е нарастващият интерес към тяхната област поради засилване антибиотична резистентност по света. Инфекциите, които преди са се лекували с един антибиотик, сега стават резистентни към множество лекарства. Фагите обаче не са лесни за използване като лечение и имат множество предизвикателства. Например, отнема време, за да се изолира и намери подходящия фаг, който може да убие всеки вид бактерии.
Има предимства при използването на фаги вместо традиционните антибиотици. Фагите не атакуват клетките на човек и са силно специфични за бактериите. Те няма да нарушат чревния микробиом и да причинят храносмилателни проблеми като типичните антибиотици. Фагите също работят върху устойчиви на антибиотици бактерии и за бактериите е по-трудно да развият устойчивост към фаги, тъй като клетките им са унищожени. Фаговата терапия има много обещания като персонализирано лечение в бъдеще.