Kad Isabelle Holdaway pēc plaušu transplantācijas attīstījās nopietna bakteriāla infekcija, viņai bija maz iespēju ārstēties. Infekcija izplatījās visā viņas ķermenī un bija izturīga pret antibiotikām. Tomēr viņa pārsteidzoši atveseļojās, pateicoties ģenētiski modificētiem vīrusiem, kas iznīcināja baktērijas.
Izabellas Holdavejas stāsts
Izabellai Holdaijai bija 15 gadu, kad viņai cistiskās fibrozes dēļ tika veikta plaušu transplantācija. Tā kā orgānu transplantācijas dēļ pacientiem jālieto zāles, kas nomāc viņu imūnsistēmu, Holdaway bija uzņēmīgs pret infekcijām. Ārsti uzskata, ka viņai jau bija Mycobacterium abscessus baktērijas viņas sistēmā, jo tā ir izplatīta pacientiem ar cistisko fibrozi.
Imūnsupresanti ļāva baktērijām augt nekontrolējami viņas ķermenī. Viņai radās nopietna infekcija krūtīs, aknās, rumpī un citās ķermeņa daļās. Infekcija bija izturīga pret antibiotikām, tāpēc Lielbritānijas Lielās Ormondas ielas slimnīcas ārsti nosūtīja viņu mājās paliatīvai aprūpei ar nelielām cerībām uz atveseļošanos.
Holdaveja māte tiešsaistē izpētīja ārstēšanas iespējas un atklāja fāgu terapija. Fāgi ir vīrusi, kas var iznīcināt baktērijas, un pētnieki ar tiem eksperimentēja daudzus gadus. Holdaway saņēma eksperimentālu fāgu ārstēšanu, kas izglāba viņas dzīvību.
Kā fāgi iznīcina baktērijas
Bakteriofāgi vai fāgi ir vīrusi, kas var iznīcināt baktērijas. Lai gan tiem ir dažādas formas un izmēri, fāgiem parasti ir vai nu DNS, vai RNS. 1900. gados atklātie fāgi palīdzēja ārstēt bakteriālas infekcijas, piemēram, holēru. Tomēr penicilīna atklājums 1928. gadā novirzīja uzmanību no fāgiem, jo antibiotikas kļuva populāras.
Tā kā fāgi ir vīrusi, tie nevar pavairot, neinficējot saimniekorganismu. Bakteriofāgi mēdz ievērot divus vispārīgus baktēriju inficēšanas procesus: litisko ciklu un lizogēno ciklu. Iekš litiskais cikls, fāgi inficē baktērijas, pārņem šūnas un izmanto tās, lai iegūtu vairāk fāgu, līdz šūnas lizē vai pārsprāgst.
Iekš lizogēns cikls, fāgi inficē baktērijas, ievieto to DNS baktēriju ģenētiskajā informācijā, un šūnas dalīšanās laikā iekļauj DNS. Šo fāga DNS gabalu sauc par prāgu. Tas var kļūt aktīvs un veidot fagus, kas sāktu litisko ciklu.
Tomēr ir svarīgi atzīmēt, ka fāgi ir ļoti specifiski. Tas nozīmē, ka katrs veids inficē dažāda veida baktērijas. Viens fāgs var darboties tikai ar vienu baktēriju sugu, bet ne ar citām.
Fāgi, kas izglāba pusaudzi
Pēc tam, kad Holdaveja māte uzzināja par fāgu terapiju, Great Ormond Street slimnīcas ārsti saistīts ar Rebeku Dedriku un Grehemu Hatfullu Pitsburgas universitātē, kuriem bija fāgi. Kolekciju palīdzēja salikt Zinātnes izglītības alianses fāgu mednieki, kas veicina genomiku un evolūcijas zinātni (SEA-PHAGES), kas ir bakalaura pētījumu kurss. Daudzi fāgi tika atklāti, vienkārši rakoties augsnē.
Pētniekiem Pitsburgas universitātē bija eksperimentu fāgi, taču viņi nezināja, kuri faktiski tos nogalinās Mycobacterium abscessus baktērijas, kas inficēja Holdaway. Viņi vairākas nedēļas pavadīja baktēriju audzēšanā un ārstēšanā ar dažādiem fāgiem. 2018. gadā bakteriofāgs, ko viņi sauca par Muddy, nogalināja baktērijas Petri trauciņā.
Kaut arī Muddy bija svarīgs atradums, pētnieki zināja, ka baktērijas var kļūt izturīgas arī pret fāgiem. Viņi vēlējās atrast vairākus fāgus, kas varētu izmantot litisko ciklu pusaudža infekcijas ārstēšanai. Mēnešus vēlāk viņi atklāja, ka fāgi ZoeJ un BP arī var ietekmēt baktērijas. Komandai nācās ģenētiski modificēt ZoeJ un BP, lai padarītu tos litogēnus, nevis lizogēnus. Viņi izveidoja narkotiku kokteili no šiem trim fāgiem Holdaway.
Fāgu ārstēšana
Pitsburgas universitātes pētnieki nogādāja savu fāgu kokteili uz Londonas Lielās Ormondas ielas slimnīcu. Līdz šim brīdim Holdaway infekcija bija turpinājusi izplatīties, un viņai bija 1% izdzīvošanas iespēja. Ārsti slimnīcā viņai iedeva IV fāgus un dažus izmantoja salvijā, ko viņi uzklāja uz viņas ādas.
Holdaway varēja pamest slimnīcu pēc deviņām dienām. Rokas brūces pazuda, āda uzlabojās un aknas bija labākas. Viņa šodien turpina saņemt fāgu terapiju. Ārsti atzīmēja, ka viņai bija "gandrīz nav blakusparādību" no fāgiem. Tomēr pētnieki vilcinās to šobrīd saukt par pilnīgu ārstēšanu.
Lai arī citi agrāk ir ārstēti ar fāgu terapiju, Holdaway gadījumu unikālu padara ģenētiski modificētu bakteriofāgu izmantošana. Pētnieki izdzēsa gēnu fāgos un nepievienoja jaunus.
Fāgu terapijas nākotne
Zinātnieki vēlas redzēt lielus klīniskos pētījumus, pirms tiek atbalstīta fāgu terapija kā efektīva bakteriālu infekciju ārstēšana. Tādi anekdotiski gadījumi kā Holdaway sniedz cerību, bet ar tiem nepietiek, lai fāgus drīz varētu pārdot vietējā aptiekā.
Pētnieki arī brīdina, ka fāgu terapija ir ļoti specifiska. Fāgi, kas nogalināja infekciju Holdaway ķermenī, nedarbojās pacientam ar atšķirīgu baktēriju celmu. Neskatoties uz interesi, fāgu bibliotēkas joprojām ir salīdzinoši mazas, salīdzinot ar tām, kas pastāv baktērijām. Lai viņi kļūtu par pieņemtu ārstēšanu, būs jānotiek daudz vairāk pētījumu.
Fāgi vs. Antibiotikas
Viena lieta, kas fāgu pētniekiem dod cerību, ir pieaugošā interese par savu jomu pastiprināšanās dēļ rezistence pret antibiotikām apkārt pasaulei. Infekcijas, kuras agrāk ārstēja ar vienu antibiotiku, tagad kļūst izturīgas pret vairākām zālēm. Tomēr fāgus nav viegli izmantot kā ārstēšanu, un tiem ir vairākas problēmas. Piemēram, ir nepieciešams laiks, lai izolētu un atrastu pareizo fāgu, kas var iznīcināt katra veida baktērijas.
Fagu lietošanai tradicionālo antibiotiku vietā ir priekšrocības. Fāgi neuzbrūk cilvēka šūnām un ir ļoti specifiski baktērijām. Tie neizjauktu zarnu mikrobiomu un neizraisītu gremošanas problēmas, piemēram, tipiskas antibiotikas. Fāgi darbojas arī pret antibiotikām rezistentām baktērijām, un baktērijām ir grūtāk attīstīt izturību pret fāgiem, jo to šūnas tiek iznīcinātas. Fāgu terapijai ir daudz solījumu kā personalizētai ārstēšanai nākotnē.