Γενετικά τροποποιημένοι ιοί σκότωσαν βακτήρια για να σώσουν τη ζωή ενός κοριτσιού

Όταν η Isabelle Holdaway ανέπτυξε σοβαρή βακτηριακή λοίμωξη μετά από μεταμόσχευση πνεύμονα, είχε λίγες επιλογές για θεραπεία. Η λοίμωξη εξαπλώθηκε σε όλο το σώμα της και ήταν ανθεκτική στα αντιβιοτικά. Ωστόσο, έκανε μια εκπληκτική ανάρρωση χάρη στους γενετικά τροποποιημένους ιούς που σκότωσαν τα βακτήρια.

Η Isabelle Holdaway ήταν 15 ετών όταν είχε μεταμόσχευση πνευμόνων λόγω κυστικής ίνωσης. Δεδομένου ότι η μεταμόσχευση οργάνων απαιτεί από τους ασθενείς να λαμβάνουν φάρμακα που καταστέλλουν το ανοσοποιητικό τους σύστημα, το Holdaway ήταν ευαίσθητο σε λοιμώξεις. Οι γιατροί πιστεύουν ότι είχε ήδη το Mycobacterium abcessus βακτήρια στο σύστημά της επειδή είναι συχνό στους ασθενείς με κυστική ίνωση.

Τα ανοσοκατασταλτικά φάρμακα επέτρεψαν στα βακτήρια να αναπτυχθούν εκτός ελέγχου στο σώμα της. Ανέπτυξε μια σοβαρή λοίμωξη στο στήθος, το συκώτι, τον κορμό και άλλα μέρη του σώματος. Η μόλυνση ήταν ανθεκτική στα αντιβιοτικά, οπότε οι γιατροί στο Great Ormond Street Hospital στο Ηνωμένο Βασίλειο την έστειλαν στο σπίτι για ανακουφιστική φροντίδα με λίγη ελπίδα για ανάρρωση.

Η μητέρα του Holdaway ερεύνησε τις επιλογές θεραπείας στο διαδίκτυο και ανακάλυψε θεραπεία φάγου. Οι φάγοι είναι ιοί που μπορούν να σκοτώσουν βακτήρια και οι ερευνητές πειραματίζονται μαζί τους εδώ και πολλά χρόνια. Η Holdaway έλαβε μια πειραματική θεραπεία φάγου που έσωσε τη ζωή της.

Οι βακτηριοφάγοι ή οι φάγοι είναι ιοί που μπορούν να σκοτώσουν βακτήρια. Αν και έχουν διαφορετικά σχήματα και μεγέθη, οι φάγοι τείνουν να έχουν είτε DNA είτε RNA. Ανακαλύφθηκαν τη δεκαετία του 1900, οι φάγοι βοήθησαν στη θεραπεία βακτηριακών λοιμώξεων όπως η χολέρα. Ωστόσο, η ανακάλυψη της πενικιλίνης το 1928 μετατόπισε την εστίαση από τους φάγους καθώς τα αντιβιοτικά έγιναν δημοφιλή.

Δεδομένου ότι οι φάγοι είναι ιοί, δεν μπορούν να αναπαραχθούν χωρίς να μολύνουν έναν ξενιστή. Οι βακτηριοφάγοι τείνουν να ακολουθούν δύο γενικές διαδικασίες για τη μόλυνση βακτηρίων: τον λυτικό κύκλο και τον λυσογονικό κύκλο. Στο λυτικός κύκλος, οι φάγοι μολύνουν βακτήρια, αναλαμβάνουν τα κύτταρα και τα χρησιμοποιούν για να φτιάξουν περισσότερους φάγους έως ότου τα κύτταρα λυθούν ή σκάσουν.

Στο λυσογονικός κύκλος, οι φάγοι μολύνουν βακτήρια, εισάγουν το DNA τους στις γενετικές πληροφορίες των βακτηρίων και τα κύτταρα περιλαμβάνουν το DNA κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης. Αυτό το κομμάτι DNA φάγου ονομάζεται προφητεία. Μπορεί να ενεργοποιηθεί και να κάνει φάγους, οι οποίοι θα ξεκινούσαν τον λυτικό κύκλο.

Ωστόσο, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι φάγοι είναι πολύ συγκεκριμένοι. Αυτό σημαίνει ότι κάθε τύπος μολύνει έναν διαφορετικό τύπο βακτηρίων. Ένας φάγος μπορεί να λειτουργήσει μόνο σε ένα είδος βακτηρίων και όχι σε άλλα.

Αφού η μητέρα του Holdaway γνώρισε τη θεραπεία με φάγο, οι γιατροί στο Great Ormond Street Hospital συνδέθηκε με την Rebekah Dedrick και τον Graham Hatfull στο Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ που είχαν μια συλλογή φάγοι. Το πρόγραμμα Science Education Alliance Phage Hunters Advancing Genomics and Evolutionary Science (SEA-PHAGES), το οποίο είναι ένα προπτυχιακό ερευνητικό μάθημα, βοήθησε στη συγκέντρωση της συλλογής. Πολλοί φάγοι ανακαλύφθηκαν απλώς σκάβοντας στο έδαφος.

Οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ είχαν τους φάγους για πειραματισμό, αλλά δεν ήξεραν ποιοι θα μπορούσαν να σκοτώσουν Mycobacterium abcessus βακτήρια που μολύνουν το Holdaway. Πέρασαν εβδομάδες καλλιέργεια βακτηρίων και θεραπεία με διαφορετικούς φάγους. Το 2018, ένας βακτηριοφάγος που ονόμασαν Muddy σκότωσε βακτήρια σε ένα τρυβλίο Petri.

Αν και το Muddy ήταν ένα σημαντικό εύρημα, οι ερευνητές γνώριζαν ότι τα βακτήρια θα μπορούσαν επίσης να γίνουν ανθεκτικά στους φάγους. Ήθελαν να βρουν πολλαπλούς φάγους ικανούς να χρησιμοποιήσουν τον λυτικό κύκλο για τη θεραπεία της μόλυνσης του εφήβου. Μήνες αργότερα, διαπίστωσαν ότι οι φάγοι ZoeJ και BPs θα μπορούσαν επίσης να επηρεάσουν τα βακτήρια. Η ομάδα έπρεπε να τροποποιήσει γενετικά τα ZoeJ και BP για να τα καταστήσει λυτικά αντί για λυσογόνα. Δημιούργησαν ένα κοκτέιλ ναρκωτικών αυτών των τριών φάσεων για το Holdaway.

Οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ έστειλαν το κοκτέιλ φάγου τους στο Great Ormond Street Hospital στο Λονδίνο. Σε αυτό το σημείο, η μόλυνση του Holdaway συνέχισε να εξαπλώνεται και είχε 1% πιθανότητα επιβίωσης. Οι γιατροί στο νοσοκομείο της έδωσαν ένα IV από τους φάγους και χρησιμοποίησαν μερικά σε ένα αλάτι, το οποίο έβαλαν στο δέρμα της.

Ο Holdaway μπόρεσε να φύγει από το νοσοκομείο μετά από εννέα ημέρες. Οι πληγές στον καρπό της εξαφανίστηκαν, το δέρμα της βελτιώθηκε και το συκώτι της ήταν καλύτερο. Συνεχίζει να λαμβάνει θεραπεία με φάγο σήμερα. Οι γιατροί σημείωσαν ότι είχε "σχεδόν καμία παρενέργεια" από τους φάγους. Ωστόσο, οι ερευνητές διστάζουν να το ονομάσουν πλήρη θεραπεία αυτή τη στιγμή.

Αν και άλλοι έχουν υποβληθεί σε θεραπεία με φάγο στο παρελθόν, αυτό που κάνει την περίπτωση του Holdaway μοναδική είναι η χρήση γενετικά τροποποιημένων βακτηριοφάγων. Οι ερευνητές διέγραψαν ένα γονίδιο στους φάγους και δεν πρόσθεσαν κανένα νέο.

Οι επιστήμονες θέλουν να δουν μεγάλες κλινικές μελέτες πριν υποστηρίξουν τη θεραπεία φάγου ως αποτελεσματική θεραπεία για βακτηριακές λοιμώξεις. Ανέκδοτες περιπτώσεις όπως το Holdaway's προσφέρουν ελπίδα, αλλά δεν αρκούν για την πώληση φάγων στο τοπικό φαρμακείο σας σύντομα.

Οι ερευνητές προειδοποιούν επίσης ότι η θεραπεία με φάγο είναι ιδιαίτερα συγκεκριμένη. Οι φάγοι που σκότωσαν τη μόλυνση στο σώμα του Holdaway δεν λειτούργησαν για έναν ασθενή με διαφορετικό στέλεχος των βακτηρίων. Παρά το ενδιαφέρον, οι βιβλιοθήκες φάγων εξακολουθούν να είναι σχετικά μικρές σε σύγκριση με αυτές που υπάρχουν για βακτήρια. Για να γίνουν μια αποδεκτή θεραπεία, θα πρέπει να γίνει πολύ περισσότερη έρευνα.

Ένα πράγμα που δίνει στους ερευνητές φάγου ελπίδα είναι το αυξανόμενο ενδιαφέρον στον τομέα τους λόγω της εντατικοποίησης αντοχή στα αντιβιοτικά σε όλο τον κόσμο. Οι λοιμώξεις που αντιμετωπίζονταν με ένα αντιβιοτικό γίνονται πλέον ανθεκτικές σε πολλαπλά φάρμακα. Ωστόσο, οι φάγοι δεν είναι εύκολο στη χρήση ως θεραπεία και έρχονται με πολλές προκλήσεις. Για παράδειγμα, χρειάζεται χρόνος για την απομόνωση και την εύρεση του σωστού φάγου που μπορεί να σκοτώσει κάθε τύπο βακτηρίων.

Υπάρχουν πλεονεκτήματα στη χρήση φάγων αντί των παραδοσιακών αντιβιοτικών. Οι φάγοι δεν επιτίθενται στα κύτταρα ενός ανθρώπου και είναι ιδιαίτερα ειδικοί για τα βακτήρια. Δεν θα διαταράξουν το μικρόβιο του εντέρου και θα προκαλέσουν πεπτικά προβλήματα όπως τα τυπικά αντιβιοτικά. Οι φάγοι λειτουργούν επίσης σε ανθεκτικά στα αντιβιοτικά βακτήρια και είναι πιο δύσκολο για τα βακτήρια να αναπτύξουν αντίσταση στους φάγους επειδή τα κύτταρα τους καταστρέφονται. Η θεραπεία με Phage έχει πολλές υποσχέσεις ως εξατομικευμένη θεραπεία στο μέλλον.