Genetski inženjerski virusi ubili su bakterije kako bi spasili život djevojke

Kad je Isabelle Holdaway nakon transplantacije pluća razvila ozbiljnu bakterijsku infekciju, imala je malo mogućnosti za liječenje. Infekcija se proširila cijelim tijelom i bila je otporna na antibiotike. Međutim, nevjerojatno se oporavila zahvaljujući genetski modificiranim virusima koji su ubili bakterije.

Isabelle Holdaway imala je 15 godina kada joj je transplantirana pluća zbog cistične fibroze. Budući da za transplantaciju organa pacijenti trebaju uzimati lijekove koji potiskuju njihov imunološki sustav, Holdaway je bio podložan infekcijama. Liječnici vjeruju da je već imala Mycobacterium abscessus bakterija u njezinom sustavu jer je to uobičajeno među pacijentima s cističnom fibrozom.

Imunosupresivi su omogućili da bakterije rastu van kontrole u njezinom tijelu. Razvila je ozbiljnu infekciju u prsima, jetri, trupu i drugim dijelovima tijela. Infekcija je bila otporna na antibiotike, pa su je liječnici iz bolnice Great Ormond Street u Velikoj Britaniji poslali kući na palijativnu skrb s malo nade za oporavak.

Holdawayeva majka istraživala je mogućnosti liječenja putem interneta i otkrila terapija fagom. Fagi su virusi koji mogu ubiti bakterije, a istraživači s njima eksperimentiraju već dugi niz godina. Holdaway je dobila eksperimentalni tretman fagom koji joj je spasio život.

Bakteriofagi ili fagi su virusi koji mogu ubiti bakterije. Iako imaju različite oblike i veličine, fagi imaju tendenciju imati DNA ili RNA. Otkriveni 1900-ih, fagi su pomogli u liječenju bakterijskih infekcija poput kolere. Međutim, otkriće penicilina 1928. godine preusmjerilo je fokus s faga jer su antibiotici postali popularni.

Budući da su fagi virusi, ne mogu se razmnožavati bez zaraze domaćina. Bakteriofagi teže slijediti dva opća procesa zaraze bakterijama: litički ciklus i lizogeni ciklus. U litički ciklus, fagi inficiraju bakterije, preuzimaju stanice i koriste ih za stvaranje više faga dok stanice ne liziraju ili ne puknu.

U lizogeni ciklus, fagi inficiraju bakterije, ubacuju svoju DNK u genetske podatke bakterija, a stanice uključuju DNK tijekom diobe stanica. Taj dio DNA faga naziva se profag. Može se aktivirati i stvarati fage koji bi započeli litički ciklus.

Međutim, važno je napomenuti da su fagi vrlo specifični. To znači da svaka vrsta inficira drugačiju vrstu bakterija. Jedan fag može djelovati samo na jednu vrstu bakterija, a ne i na druge.

Nakon što je Holdawayeva majka postala svjesna fagoterapije, liječnici u bolnici Great Ormond Street povezan s Rebekah Dedrick i Grahamom Hatfullom sa Sveučilišta u Pittsburghu koji su imali kolekciju fage. Program sastavljanja kolekcije pomogao je program Phage Hancers iz Saveza za znanstveno obrazovanje koji unapređuju genomiku i evolucijsku znanost (SEA-PHAGES). Mnogo je faga otkriveno jednostavnim kopanjem u tlu.

Istraživači sa Sveučilišta u Pittsburghu imali su fage za eksperimentiranje, ali nisu znali koji bi zapravo ubili Mycobacterium abscessus bakterije koje su zarazile Holdaway. Proveli su tjedne uzgajajući bakterije i liječeći ih različitim fagovima. 2018. bakteriofag koji su nazvali Muddy ubio je bakterije u petrijevki.

Iako je Muddy bio važno otkriće, istraživači su znali da i bakterije mogu postati otporne na fage. Željeli su pronaći više faga koji mogu koristiti litički ciklus za liječenje tinejdžerske infekcije. Mjesecima kasnije, otkrili su da fagi ZoeJ i BP također mogu utjecati na bakterije. Tim je morao genetski modificirati ZoeJ i BP da bi postali litični umjesto lizogeni. Za Holdaway su stvorili koktel od ove tri fage.

Istraživači sa Sveučilišta u Pittsburghu poslali su svoj fagov koktel u bolnicu Great Ormond Street u Londonu. Do tog trenutka, Holdawayina se infekcija nastavila širiti i imala je 1% šanse za preživljavanje. Liječnici u bolnici dali su joj intravensku fagu, a neke su koristili u ulivanju, koji su joj nanijeli na kožu.

Holdaway je mogao napustiti bolnicu nakon devet dana. Rane na zglobu su joj nestale, koža joj se poboljšala, a jetra joj je bila bolja. Ona i danas prima terapiju fagom. Liječnici su primijetili da je imala "gotovo bez nuspojava" iz faga. Međutim, istraživači se u ovom trenutku ustručavaju to nazvati potpunim lijekom.

Iako su se drugi u prošlosti liječili fagovskom terapijom, ono što Holdawayev slučaj čini jedinstvenim jest uporaba genetski modificiranih bakteriofaga. Istraživači su izbrisali gen u fagovima i nisu dodali novi.

Znanstvenici žele vidjeti velike kliničke studije prije nego što podrže fagoterapiju kao učinkovit tretman za bakterijske infekcije. Anegdotični slučajevi poput Holdawaya pružaju nadu, ali nisu dovoljni da se fagovi uskoro prodaju u vašoj lokalnoj ljekarni.

Istraživači također upozoravaju da je fagoterapija vrlo specifična. Fagi koji su ubili infekciju u Holdawayevom tijelu nisu uspjeli za pacijenta s različitim sojem bakterija. Unatoč zanimanju, knjižnice faga i dalje su relativno male u usporedbi s onima koje postoje za bakterije. Da bi oni postali prihvaćen tretman, morat će se dogoditi još puno istraživanja.

Jedna stvar koja istraživačima faga daje nadu je sve veći interes za njihovo područje zbog njihovog pojačavanja rezistencija na antibiotike oko svijeta. Infekcije koje su se nekad liječile jednim antibiotikom postaju otporne na više lijekova. Međutim, fage nije lako koristiti kao tretman i imaju brojne izazove. Na primjer, treba vremena da se izolira i pronađe pravi fag koji može ubiti svaku vrstu bakterija.

Postoje prednosti upotrebe faga umjesto tradicionalnih antibiotika. Fagi ne napadaju stanice čovjeka i vrlo su specifični za bakterije. Ne bi poremetili mikrobiom crijeva i uzrokovali probavne probleme poput tipičnih antibiotika. Fagi također djeluju na bakterije otporne na antibiotike, a bakterijama je teže razviti otpornost na fage jer su njihove stanice uništene. Phage terapija puno obećava kao personalizirani tretman u budućnosti.