I virus geneticamente modificati hanno ucciso i batteri per salvare la vita di una ragazza

Quando Isabelle Holdaway ha sviluppato una grave infezione batterica dopo un trapianto di polmone, aveva poche opzioni per il trattamento. L'infezione si è diffusa in tutto il corpo ed era resistente agli antibiotici. Tuttavia, ha ottenuto un incredibile recupero grazie a virus geneticamente modificati che hanno ucciso i batteri.

Isabelle Holdaway aveva 15 anni quando ha subito un trapianto di polmone a causa della fibrosi cistica. Poiché il trapianto di organi richiede ai pazienti di assumere farmaci che sopprimono il loro sistema immunitario, Holdaway era suscettibile alle infezioni. I medici credono che avesse già il Mycobacterium abscessus batteri nel suo sistema perché è comune tra i pazienti con fibrosi cistica.

I farmaci immunosoppressori hanno permesso ai batteri di crescere senza controllo nel suo corpo. Ha sviluppato una grave infezione al petto, al fegato, al busto e in altre parti del corpo. L'infezione era resistente agli antibiotici, quindi i medici del Great Ormond Street Hospital nel Regno Unito la mandarono a casa per cure palliative con poche speranze di guarigione.

La madre di Holdaway ha cercato opzioni di trattamento online e ha scoperto terapia fagica. I fagi sono virus che possono uccidere i batteri e i ricercatori li stanno sperimentando da molti anni. Holdaway ha ricevuto un trattamento sperimentale con i fagi che le ha salvato la vita.

I batteriofagi o fagi sono virus che possono uccidere i batteri. Sebbene abbiano forme e dimensioni diverse, i fagi tendono ad avere DNA o RNA. Scoperti nel 1900, i fagi hanno aiutato a curare le infezioni batteriche come il colera. Tuttavia, la scoperta della penicillina nel 1928 spostò l'attenzione dai fagi quando gli antibiotici divennero popolari.

Poiché i fagi sono virus, non possono riprodursi senza infettare un ospite. I batteriofagi tendono a seguire due processi generali per infettare i batteri: il ciclo litico e il ciclo lisogenico. Nel ciclo litico, i fagi infettano i batteri, prendono il controllo delle cellule e li usano per creare più fagi fino a quando le cellule non si lisano o scoppiano.

Nel ciclo lisogenico, i fagi infettano i batteri, inseriscono il loro DNA nelle informazioni genetiche dei batteri e le cellule includono il DNA durante la divisione cellulare. Questo pezzo di DNA fagico è chiamato il profago. Può diventare attivo e produrre fagi, che inizierebbero il ciclo litico.

Tuttavia, è importante notare che i fagi sono molto specifici. Ciò significa che ogni tipo infetta un diverso tipo di batteri. Un singolo fago può funzionare solo su una specie di batteri e non su altre.

Dopo che la madre di Holdaway è venuta a conoscenza della terapia dei fagi, i medici del Great Ormond Street Hospital collegato con Rebekah Dedrick e Graham Hatfull presso l'Università di Pittsburgh che aveva una collezione di fagi. Il programma Science Education Alliance Phage Hunters Advancing Genomics and Evolutionary Science (SEA-PHAGES), che è un corso di ricerca universitario, ha contribuito a mettere insieme la collezione. Molti fagi sono stati scoperti semplicemente scavando nel terreno.

I ricercatori dell'Università di Pittsburgh avevano i fagi per la sperimentazione, ma non sapevano quali avrebbero effettivamente ucciso il Mycobacterium abscessus batteri che hanno infettato Holdaway. Hanno trascorso settimane a coltivare batteri e a trattarli con diversi fagi. Nel 2018, un batteriofago chiamato Muddy ha ucciso i batteri in una capsula di Petri.

Sebbene Muddy fosse una scoperta importante, i ricercatori sapevano che anche i batteri potevano diventare resistenti ai fagi. Volevano trovare più fagi in grado di utilizzare il ciclo litico per curare l'infezione dell'adolescente. Mesi dopo, hanno scoperto che anche i fagi ZoeJ e BP potrebbero influenzare i batteri. Il team ha dovuto modificare geneticamente ZoeJ e BP per renderli litici anziché lisogenici. Hanno creato un cocktail di questi tre fagi per Holdaway.

I ricercatori dell'Università di Pittsburgh hanno spedito il loro cocktail di fagi al Great Ormond Street Hospital di Londra. A questo punto, l'infezione di Holdaway aveva continuato a diffondersi e aveva l'1% di possibilità di sopravvivenza. I medici dell'ospedale le hanno somministrato una flebo di fagi e ne hanno usato alcuni in un unguento, che le hanno applicato sulla pelle.

Holdaway è riuscito a lasciare l'ospedale dopo nove giorni. Le ferite al polso sono scomparse, la sua pelle è migliorata e il suo fegato è migliorato. Oggi continua a ricevere la terapia fagica. I medici hanno notato che aveva "quasi nessun effetto collaterale" dai fagi. Tuttavia, i ricercatori esitano a chiamarla una cura completa in questo momento.

Sebbene altri siano stati trattati con la terapia fagica in passato, ciò che rende unico il caso di Holdaway è l'uso di batteriofagi geneticamente modificati. I ricercatori hanno eliminato un gene nei fagi e non ne hanno aggiunti di nuovi.

Gli scienziati vogliono vedere ampi studi clinici prima di supportare la terapia dei fagi come trattamento efficace per le infezioni batteriche. Casi aneddotici come quello di Holdaway forniscono speranza, ma non sono sufficienti per la vendita di fagi nella farmacia locale in qualunque momento presto.

I ricercatori avvertono anche che la terapia dei fagi è altamente specifica. I fagi che hanno ucciso l'infezione nel corpo di Holdaway non hanno funzionato per un paziente con un diverso ceppo di batteri. Nonostante l'interesse, le librerie fagiche sono ancora relativamente piccole rispetto a quelle esistenti per i batteri. Affinché diventino un trattamento accettato, dovranno essere svolte molte più ricerche.

Una cosa che dà speranza ai ricercatori sui fagi è il crescente interesse nel loro campo a causa dell'intensificarsi resistenza agli antibiotici Intorno al mondo. Le infezioni che prima venivano trattate con un solo antibiotico ora stanno diventando resistenti a più farmaci. Tuttavia, i fagi non sono facili da usare come trattamento e presentano molteplici sfide. Ad esempio, ci vuole tempo per isolare e trovare il fago giusto in grado di uccidere ogni tipo di batterio.

Ci sono vantaggi nell'usare i fagi invece degli antibiotici tradizionali. I fagi non attaccano le cellule di un essere umano e sono altamente specifici per i batteri. Non interrompono il microbioma intestinale e non causano problemi digestivi come i tipici antibiotici. I fagi funzionano anche sui batteri resistenti agli antibiotici ed è più difficile per i batteri sviluppare resistenza ai fagi perché le loro cellule vengono distrutte. La terapia fagica ha molte promesse come trattamento personalizzato in futuro.