Geneetiliselt muundatud viirused tapsid tüdruku elu päästmiseks bakterid

Kui Isabelle Holdawayl tekkis pärast kopsusiirdamist tõsine bakteriaalne infektsioon, oli tal ravivõimalusi vähe. Nakkus levis kogu tema kehas ja oli antibiootikumide suhtes vastupidav. Kuid ta saavutas hämmastava paranemise tänu geneetiliselt muundatud viirustele, mis bakterid tapsid.

Isabelle Holdaway oli 15-aastane, kui talle tehti kopsude siirdamine tsüstilise fibroosi tõttu. Kuna elundisiirdamine nõuab patsientidelt nende immuunsüsteemi pärssivate ravimite võtmist, oli Holdaway vastuvõtlik nakkustele. Arstid usuvad, et tal oli juba Mycobacterium abscessus bakterid tema süsteemis, kuna see on tavaline tsüstilise fibroosiga patsientide seas.

Immunosupressandid võimaldasid bakteritel tema kehas kontrolli alt väljuda. Tal tekkis tõsine infektsioon rinnus, maksas, torso ja teistes kehaosades. Infektsioon oli antibiootikumide suhtes vastupidav, nii et Suurbritannia Great Ormond Streeti haigla arstid saatsid ta koju palliatiivsele ravile vähese lootusega paraneda.

Holdaway ema uuris võrgus ravivõimalusi ja avastas

Bakteriofaagid või faagid on viirused, mis võivad baktereid hävitada. Ehkki faagidel on erinev kuju ja suurus, on neil kas DNA või RNA. 1900-ndatel aastatel avastatud faagid aitasid ravida bakteriaalseid infektsioone nagu koolera. Kuid penitsilliini avastus 1928. aastal nihutas fookuste fookustest eemale, kuna antibiootikumid muutusid populaarseks.

Kuna faagid on viirused, ei saa nad peremeest nakatamata paljuneda. Bakteriofaagid kalduvad bakterite nakatamisel järgima kahte üldist protsessi: lüütiline tsükkel ja lüsogeenne tsükkel. Aastal lüütiline tsükkel, nakatavad faagid baktereid, võtavad rakud üle ja kasutavad neid veel faagide valmistamiseks, kuni rakud lüüsivad või lõhkevad.

Aastal lüsogeenne tsükkel, nakatavad faagid baktereid, sisestavad nende DNA bakterite geneetilisse infosse ja rakud jagavad rakkude jagunemisel DNA-d. Seda faagi DNA tükki nimetatakse profaagiks. See võib muutuda aktiivseks ja saada faage, mis alustaks lüütilist tsüklit.

Siiski on oluline märkida, et faagid on väga spetsiifilised. See tähendab, et iga tüüp nakatab erinevat tüüpi baktereid. Üks faag võib töötada ainult ühe bakteriliigi puhul, teiste puhul mitte.

Pärast seda, kui Holdaway ema sai faagiteraapiast teada, pöördusid Great Ormond Streeti haigla arstid seotud Rebekah Dedricku ja Graham Hatfulliga Pittsburghi ülikoolis, kellel oli faagid. Kollektsiooni aitasid kokku panna teadushariduse liidu genoomika ja evolutsiooniteaduse edendamise faagikütid (SEA-PHAGES), mis on bakalaureuseõppe teaduskursus. Paljud faagid avastati lihtsalt pinnases kaevates.

Pittsburghi ülikooli teadlastel olid katsetamiseks faagid olemas, kuid nad ei teadnud, millised neist tegelikult tapavad Mycobacterium abscessus bakterid, mis nakatasid Holdaway. Nad veetsid nädalaid bakterite kasvatamisel ja erinevate faagidega töötlemisel. 2018. aastal tappis bakteriofaag, mida nad nimetasid Muddyks, Petri tassis bakterid.

Kuigi Muddy oli oluline leid, teadsid teadlased, et ka bakterid võivad muutuda faagide suhtes resistentseks. Nad tahtsid leida mitu faagi, mis suudaksid teismelise nakkuse raviks kasutada lüütilist tsüklit. Kuud hiljem leidsid nad, et faagid ZoeJ ja BP-d võivad ka baktereid mõjutada. Meeskond pidi ZoeJ-d ja BP-sid geneetiliselt muutma, et muuta need lüsogeense asemel lüütiliseks. Nad lõid Holdaway jaoks nendest kolmest faagist ravimikokteili.

Pittsburghi ülikooli teadlased saatsid oma faagikokteili Londoni Great Ormond Streeti haiglasse. Selleks hetkeks oli Holdaway infektsioon jätkuvalt levinud ja tal oli 1% tõenäosus ellu jääda. Haigla arstid andsid talle faagide IV ja kasutasid neid salvis, mille nad nahale määrisid.

Holdaway sai haiglast lahkuda üheksa päeva pärast. Haavad randmel kadusid, nahk paranes ja maks oli parem. Ta jätkab täna faagiteraapiat. Arstid märkisid, et tal oli "peaaegu mingeid kõrvaltoimeid" faagidest. Kuid teadlased kõhklevad seda praegu täieliku ravi nimetamiseks.

Ehkki teisi on varem ravitud faagiteraapiaga, teeb Holdaway juhtumi ainulaadseks geneetiliselt muundatud bakteriofaagide kasutamine. Teadlased kustutasid faagidest ühe geeni ega lisanud uusi.

Teadlased soovivad enne faagiteraapia kui bakteriaalsete infektsioonide tõhusa ravi toetamist näha suuri kliinilisi uuringuid. Sellised anekdootlikud juhtumid nagu Holdaway pakuvad lootust, kuid ei ole piisavad, et faage saaks varsti teie kohalikus apteegis müüa.

Teadlased hoiatavad ka seda, et faagiteraapia on väga spetsiifiline. Holdaway organismis nakkuse tapnud faagid ei töötanud erineva bakteritüvega patsiendi puhul. Hoolimata huvist on faagiraamatukogud bakterite jaoks olemasolevatega võrreldes endiselt suhteliselt väikesed. Selleks, et neist saaks aktsepteeritud ravi, peab juhtuma palju rohkem uuringuid.

Üks asi, mis faagiuurijatele lootust annab, on intensiivistumise tõttu kasvav huvi oma ala vastu antibiootikumiresistentsus ümber maailma. Infektsioonid, mida varem raviti ühe antibiootikumiga, muutuvad nüüd resistentseks mitme ravimi suhtes. Kuid faage pole ravina lihtne kasutada ja nendega kaasnevad mitmed väljakutsed. Näiteks võtab iga faasi hävitamiseks sobiva faagi eraldamine ja leidmine aega.

Traditsiooniliste antibiootikumide asemel on faagide kasutamisel eeliseid. Faagid ei ründa inimese rakke ja on bakteritele väga spetsiifilised. Need ei häiriks soolestiku mikrobioomi ega põhjustaks seedeprobleeme nagu tüüpilised antibiootikumid. Faagid töötavad ka antibiootikumiresistentsete bakterite suhtes ja bakteritel on raskem faagide suhtes resistentsust arendada, kuna nende rakud hävitatakse. Faagiteraapial on tulevikus isikupärase ravina palju lubadusi.