Genetycznie zmodyfikowane wirusy zabijały bakterie, aby uratować życie dziewczynki

Kiedy Isabelle Holdaway rozwinęła poważną infekcję bakteryjną po przeszczepie płuc, miała niewiele możliwości leczenia. Infekcja rozprzestrzeniła się po całym jej ciele i była odporna na antybiotyki. Jednak dokonała niesamowitego powrotu do zdrowia dzięki genetycznie zmodyfikowanym wirusom, które zabiły bakterie.

Isabelle Holdaway miała 15 lat, kiedy przeszła przeszczep płuc z powodu mukowiscydozy. Ponieważ transplantacja narządów wymaga od pacjentów przyjmowania leków osłabiających ich układ odpornościowy, Holdaway był podatny na infekcje. Lekarze uważają, że już miała Ropień prątkowy bakterie w jej systemie, ponieważ jest to powszechne wśród pacjentów z mukowiscydozą.

Leki immunosupresyjne pozwoliły bakteriom wymknąć się spod kontroli w jej ciele. Nabawiła się poważnej infekcji w klatce piersiowej, wątrobie, tułowiu i innych częściach ciała. Infekcja była odporna na antybiotyki, więc lekarze z Great Ormond Street Hospital w Wielkiej Brytanii wysłali ją do domu na opiekę paliatywną z niewielką nadzieją na wyzdrowienie.

Matka Holdaway zbadała możliwości leczenia online i odkryła terapia fagowa. Fagi to wirusy, które mogą zabijać bakterie, a naukowcy eksperymentują z nimi od wielu lat. Holdaway przeszła eksperymentalne leczenie fagami, które uratowało jej życie.

Bakteriofagi lub fagi to wirusy, które mogą zabijać bakterie. Mimo że mają różne kształty i rozmiary, fagi mają tendencję do posiadania DNA lub RNA. Odkryte w XX wieku fagi pomagały w leczeniu infekcji bakteryjnych, takich jak cholera. Jednak odkrycie penicyliny w 1928 odwróciło uwagę od fagów, gdy antybiotyki stały się popularne.

Ponieważ fagi są wirusami, nie mogą się rozmnażać bez zainfekowania gospodarza. Bakteriofagi mają tendencję do podążania za dwoma ogólnymi procesami infekowania bakterii: cyklem litycznym i cyklem lizogennym. w cykl lityczny, fagi infekują bakterie, przejmują komórki i wykorzystują je do tworzenia kolejnych fagów, aż komórki ulegną lizie lub pęknięciu.

w cykl lizogenny, fagi infekują bakterie, wstawiają swoje DNA do informacji genetycznej bakterii, a komórki zawierają DNA podczas podziału komórki. Ten fragment fagowego DNA nazywa się profagiem. Może stać się aktywny i wytworzyć fagi, które rozpoczną cykl lityczny.

Należy jednak zauważyć, że fagi są bardzo specyficzne. Oznacza to, że każdy rodzaj infekuje inny rodzaj bakterii. Pojedynczy fag może działać tylko na jeden gatunek bakterii, a nie na inne.

Po tym, jak matka Holdaway dowiedziała się o terapii fagowej, lekarze z Great Ormond Street Hospital związany z Rebekah Dedrick i Grahamem Hatfullem z University of Pittsburgh, którzy mieli kolekcję fagi. W zebraniu kolekcji pomógł program Science Education Alliance Phage Hunters Advancing Genomics and Evolutionary Science (SEA-PHAGES), który jest programem studiów licencjackich. Wiele fagów odkryto po prostu przez kopanie w glebie.

Naukowcy z University of Pittsburgh mieli fagi do eksperymentów, ale nie wiedzieli, które faktycznie zabiją fagi. Ropień prątkowy bakterie, które zainfekowały Holdaway. Spędzili tygodnie na hodowli bakterii i traktowaniu jej różnymi fagami. W 2018 roku bakteriofag, który nazwali Muddy, zabił bakterie na szalce Petriego.

Chociaż Muddy był ważnym odkryciem, naukowcy wiedzieli, że bakterie również mogą stać się odporne na fagi. Chcieli znaleźć wiele fagów zdolnych do wykorzystania cyklu litycznego do leczenia infekcji nastolatka. Miesiące później odkryli, że fagi ZoeJ i BP mogą również wpływać na bakterie. Zespół musiał genetycznie zmodyfikować ZoeJ i BP, aby uczynić je litycznymi zamiast lizogennymi. Stworzyli koktajl narkotykowy tych trzech fagów dla Holdaway.

Naukowcy z University of Pittsburgh wysłali swój koktajl fagowy do szpitala Great Ormond Street w Londynie. W tym momencie infekcja Holdaway nadal się rozprzestrzeniała, a ona miała 1% szans na przeżycie. Lekarze w szpitalu podali jej kroplówkę fagów i użyli niektórych w maści, którą nałożyli na jej skórę.

Holdaway mógł opuścić szpital po dziewięciu dniach. Ustąpiły rany na nadgarstku, poprawiła się jej skóra i wątroba. Do dziś kontynuuje terapię fagową. Lekarze zauważyli, że miała „prawie bez skutków ubocznych” z fagów. Jednak naukowcy wahają się, czy w tej chwili nazwać to całkowitym lekarstwem.

Chociaż w przeszłości inni byli leczeni fagoterapią, to, co czyni przypadek Holdawaya wyjątkowym, to zastosowanie genetycznie zmodyfikowanych bakteriofagów. Naukowcy usunęli gen z fagów i nie dodali żadnych nowych.

Naukowcy chcą zobaczyć duże badania kliniczne, zanim wesprą terapię fagową jako skuteczne leczenie infekcji bakteryjnych. Anegdotyczne przypadki, takie jak Holdaway, dają nadzieję, ale nie wystarczą, aby w najbliższym czasie fagi mogły zostać sprzedane w lokalnej aptece.

Naukowcy ostrzegają również, że terapia fagowa jest bardzo specyficzna. Fagi, które zabiły infekcję w ciele Holdawaya, nie działały u pacjenta z innym szczepem bakterii. Pomimo zainteresowania, biblioteki fagowe są wciąż stosunkowo małe w porównaniu do tych, które istnieją dla bakterii. Aby stały się one akceptowanym sposobem leczenia, trzeba będzie przeprowadzić o wiele więcej badań.

Jedną z rzeczy, która daje badaczom fagów nadzieję, jest rosnące zainteresowanie ich dziedziną ze względu na intensyfikację odporność na antybiotyki dookoła świata. Infekcje, które wcześniej leczono jednym antybiotykiem, stają się teraz oporne na wiele leków. Jednak fagi nie są łatwe w leczeniu i wiążą się z wieloma wyzwaniami. Na przykład wyizolowanie i znalezienie odpowiedniego faga, który może zabić każdy rodzaj bakterii, wymaga czasu.

Stosowanie fagów zamiast tradycyjnych antybiotyków ma swoje zalety. Fagi nie atakują komórek człowieka i są wysoce specyficzne dla bakterii. Nie zaburzałyby mikrobiomu jelitowego i nie powodowały problemów trawiennych, jak typowe antybiotyki. Fagi działają również na bakterie oporne na antybiotyki, a bakteriom trudniej jest rozwinąć odporność na fagi, ponieważ ich komórki są niszczone. Terapia fagowa ma wiele obietnic jako spersonalizowane leczenie w przyszłości.