Genmodifiserte virus drepte bakterier for å redde jentelivet

Da Isabelle Holdaway utviklet en alvorlig bakterieinfeksjon etter en lungetransplantasjon, hadde hun få muligheter for behandling. Infeksjonen spredte seg i hele kroppen og var resistent mot antibiotika. Imidlertid gjorde hun en fantastisk utvinning takket være genetisk konstruerte virus som drepte bakteriene.

Isabelle Holdaway var 15 år da hun fikk en lungetransplantasjon på grunn av cystisk fibrose. Siden organtransplantasjon krever at pasienter tar medisiner som undertrykker immunforsvaret, var Holdaway utsatt for infeksjoner. Legene mener at hun allerede hadde Mycobacterium abscessus bakterier i systemet hennes fordi det er vanlig blant pasienter med cystisk fibrose.

De immunsupprimerende medikamentene lot bakteriene vokse ut av kontroll i kroppen hennes. Hun utviklet en alvorlig infeksjon i brystet, leveren, torso og andre deler av kroppen. Infeksjonen var resistent mot antibiotika, så leger ved Great Ormond Street Hospital i Storbritannia sendte henne hjem for palliativ behandling med lite håp om bedring.

Holdaways mor undersøkte behandlingsalternativer på nettet og oppdaget fagterapi. Fager er virus som kan drepe bakterier, og forskere har eksperimentert med dem i mange år. Holdaway fikk en eksperimentell fagbehandling som reddet livet hennes.

Bakteriofager eller fager er virus som kan drepe bakterier. Selv om de har forskjellige former og størrelser, har fager en tendens til å ha enten DNA eller RNA. Oppdaget på 1900-tallet, hjalp fager med å behandle bakterielle infeksjoner som kolera. Imidlertid flyttet penicillins oppdagelse i 1928 fokuset bort fra fager ettersom antibiotika ble populært.

Siden fager er virus, kan de ikke reprodusere uten å infisere en vert. Bakteriofager har en tendens til å følge to generelle prosesser for å infisere bakterier: den lytiske syklusen og den lysogene syklusen. I lytisk syklus, infiserer fagene bakterier, tar over cellene og bruker dem til å lage flere fag til cellene lysner, eller sprekker.

I lysogen syklus, infiserer fagene bakterier, setter DNA inn i bakteriens genetiske informasjon, og cellene inkluderer DNA under celledeling. Dette faget DNA kalles profagen. Det kan bli aktivt og lage fager, som vil starte den lytiske syklusen.

Det er imidlertid viktig å merke seg at fager er veldig spesifikke. Dette betyr at hver type infiserer en annen type bakterier. En enkelt fag kan bare fungere på en bakterieart og ikke på andre.

Etter at moren til Holdaway ble klar over fagterapi, var legene ved Great Ormond Street Hospital knyttet til Rebekah Dedrick og Graham Hatfull ved University of Pittsburgh som hadde en samling av fager. Science Education Alliance Phage Hunters Advancing Genomics and Evolutionary Science (SEA-PHAGES) -programmet, som er et lavere studiekurs, bidro til å sette sammen samlingen. Mange fager ble oppdaget ved å grave i jorden.

Forskerne ved University of Pittsburgh hadde fagene for eksperimentering, men de visste ikke hvilke som faktisk ville drepe Mycobacterium abscessus bakterier som smittet Holdaway. De brukte uker på å dyrke bakterier og behandle dem med forskjellige fager. I 2018 drepte en bakteriofag de kalte Muddy bakterier i en petriskål.

Selv om Muddy var et viktig funn, visste forskere at bakterier også kunne bli resistente mot fager. De ønsket å finne flere fager som var i stand til å bruke den lytiske syklusen til å behandle tenåringens infeksjon. Måneder senere fant de at fagene ZoeJ og BPs også kunne påvirke bakteriene. Teamet måtte modifisere ZoeJ og BPs genetisk for å gjøre dem lytiske i stedet for lysogene. De laget en narkotikacocktail av disse tre fager for Holdaway.

Forskerne ved University of Pittsburgh sendte sin fagcocktail til Great Ormond Street Hospital i London. På dette tidspunktet hadde Holdaways infeksjon fortsatt å spre seg, og hun hadde 1% sjanse for å overleve. Legene på sykehuset ga henne en IV av fagene og brukte noen i en salve som de påførte på huden hennes.

Holdaway klarte å forlate sykehuset etter ni dager. Sårene på håndleddet hennes forsvant, huden forbedret seg og leveren var bedre. Hun fortsetter å motta fagterapi i dag. Legene bemerket at hun hadde "nesten ingen bivirkninger" fra fagene. Forskere nøler imidlertid med å kalle det en fullstendig kur på dette tidspunktet.

Selv om andre tidligere har blitt behandlet med fagterapi, er det som gjør Holdaways sak unik, bruken av genetisk konstruerte bakteriofager. Forskere slettet et gen i fagene og la ikke til noen nye.

Forskere ønsker å se store kliniske studier før de støtter fagterapi som en effektiv behandling for bakterielle infeksjoner. Anekdotiske tilfeller som Holdaways gir håp, men er ikke nok til at fager kan selges på ditt lokale apotek når som helst.

Forskere advarer også om at fagterapi er svært spesifikk. Fagene som drepte infeksjonen i Holdaways kropp, virket ikke for en pasient med en annen bakteriestamme. Til tross for interessen er fagbibliotekene fortsatt relativt små sammenlignet med de som finnes for bakterier. For at de skal bli en akseptert behandling, må mye mer forskning skje.

En ting som gir fagforskere håp, er den økende interessen for sitt felt på grunn av intensivering antibiotikaresistens jorden rundt. Infeksjoner som tidligere ble behandlet med ett antibiotikum, blir nå resistente mot flere medisiner. Imidlertid er fager ikke enkle å bruke som behandling og kommer med flere utfordringer. For eksempel tar det tid å isolere og finne den rette fagen som kan drepe hver type bakterier.

Det er fordeler med å bruke fager i stedet for tradisjonelle antibiotika. Fager angriper ikke cellene til et menneske og er svært spesifikke for bakterier. De ville ikke forstyrre tarmmikrobiomet og forårsake fordøyelsesproblemer som typiske antibiotika. Fager fungerer også på antibiotikaresistente bakterier, og det er vanskeligere for bakterier å utvikle resistens mot fager fordi cellene deres blir ødelagt. Fagterapi har mye løfte som en personlig behandling i fremtiden.