Virușii genetici au ucis bacteriile pentru a salva viața unei fete

Când Isabelle Holdaway a dezvoltat o infecție bacteriană gravă după un transplant pulmonar, ea a avut puține opțiuni pentru tratament. Infecția s-a răspândit pe tot corpul și a fost rezistentă la antibiotice. Cu toate acestea, ea a făcut o recuperare uimitoare datorită virusurilor modificate genetic care au ucis bacteriile.

Isabelle Holdaway avea 15 ani când a suferit un transplant pulmonar din cauza fibrozei chistice. Deoarece transplantul de organe necesită pacienți să ia medicamente care să le suprime sistemul imunitar, Holdaway a fost susceptibil la infecții. Medicii cred că a avut deja Mycobacterium abscessus bacterii din sistemul ei, deoarece este frecventă în rândul pacienților cu fibroză chistică.

Medicamentele imunosupresoare au permis bacteriilor să crească sub control în corpul ei. A dezvoltat o infecție gravă în piept, ficat, trunchi și alte părți ale corpului. Infecția a fost rezistentă la antibiotice, astfel încât medicii de la Great Ormond Street Hospital din Marea Britanie au trimis-o acasă pentru îngrijiri paliative, cu puține speranțe de recuperare.

Mama Holdaway a cercetat opțiunile de tratament online și a descoperit terapia cu fagi. Fagii sunt viruși care pot ucide bacteriile, iar cercetătorii experimentează cu ei de mulți ani. Holdaway a primit un tratament experimental de fagi care i-a salvat viața.

Bacteriofagii sau fagii sunt viruși care pot ucide bacteriile. Deși au forme și dimensiuni diferite, fagii tind să aibă fie ADN, fie ARN. Descoperiți în anii 1900, fagii au ajutat la tratarea infecțiilor bacteriene precum holera. Cu toate acestea, descoperirea penicilinei în 1928 a îndepărtat atenția față de fagi, deoarece antibioticele au devenit populare.

Deoarece fagii sunt viruși, nu se pot reproduce fără a infecta o gazdă. Bacteriofagii tind să urmeze două procese generale pentru infectarea bacteriilor: ciclul litic și ciclul lizogen. În ciclul litic, fagii infectează bacteriile, preiau celulele și le folosesc pentru a produce mai mulți fagi până când celulele se lizează sau izbucnesc.

În ciclul lizogen, fagii infectează bacteriile, își introduc ADN-ul în informațiile genetice ale bacteriei, iar celulele includ ADN-ul în timpul diviziunii celulare. Această bucată de ADN fagic se numește profag. Poate deveni activ și poate produce fagi, ceea ce ar începe ciclul litic.

Cu toate acestea, este important să rețineți că fagii sunt foarte specifici. Aceasta înseamnă că fiecare tip infectează un tip diferit de bacterii. Un singur fag poate funcționa numai pe o specie de bacterii și nu pe altele.

După ce mama lui Holdaway a devenit conștientă de terapia cu fagi, medicii de la Great Ormond Street Hospital legat de Rebekah Dedrick și Graham Hatfull de la Universitatea din Pittsburgh, care avea o colecție de fagii. Programul Science Education Alliance Phage Hunters Advancing Genomics and Evolutionary Science (SEA-PHAGES), care este un curs de cercetare universitară, a ajutat la realizarea colecției. Mulți fagi au fost descoperiți prin simpla săpătură în sol.

Cercetătorii de la Universitatea din Pittsburgh au avut fagii experimentării, dar nu știau care dintre ei vor ucide efectiv Mycobacterium abscessus bacterii care au infectat Holdaway. Au petrecut săptămâni întregi cultivând bacterii și tratând-o cu fagi diferiți. În 2018, un bacteriofag pe care l-au numit Muddy a ucis bacteriile într-o cutie Petri.

Deși Muddy a fost o descoperire importantă, cercetătorii știau că și bacteriile pot deveni rezistente la fagi. Au vrut să găsească mai mulți fagi capabili să utilizeze ciclul litic pentru a trata infecția adolescentului. Luni mai târziu, au descoperit că fagii ZoeJ și BP ar putea afecta bacteriile. Echipa a trebuit să modifice genetic ZoeJ și BPs pentru a le face litice în loc de lizogene. Au creat un cocktail de droguri din acești trei fagi pentru Holdaway.

Cercetătorii de la Universitatea din Pittsburgh și-au livrat cocktailul de fagi la Spitalul Great Ormond Street din Londra. În acest moment, infecția Holdaway continuase să se răspândească și avea o șansă de 1% de supraviețuire. Medicii de la spital i-au dat un IV din fagi și au folosit unii într-o salbă, pe care i-au aplicat-o pe pielea ei.

Holdaway a reușit să părăsească spitalul după nouă zile. Rănile de la încheietura mâinii au dispărut, pielea i s-a îmbunătățit și ficatul i-a fost mai bine. Ea continuă să primească terapie cu fagi astăzi. Medicii au observat că a avut-o „aproape fără efecte secundare” din fagi. Cu toate acestea, cercetătorii ezită să o numească un remediu complet în acest moment.

Deși altele au fost tratate cu terapie cu fagi în trecut, ceea ce face ca cazul Holdaway să fie unic este utilizarea bacteriofagilor modificate genetic. Cercetătorii au șters o genă din fagi și nu au adăugat niciuna nouă.

Oamenii de știință doresc să vadă studii clinice ample înainte de a susține terapia cu fagi ca un tratament eficient pentru infecțiile bacteriene. Cazurile anecdotice, cum ar fi Holdaway, oferă speranță, dar nu sunt suficiente pentru ca fagii să fie vânduți în curând în farmacia locală.

Cercetătorii avertizează, de asemenea, că terapia cu fagi este foarte specifică. Fagii care au ucis infecția din corpul Holdaway nu au funcționat pentru un pacient cu o tulpină diferită de bacterii. În ciuda interesului, bibliotecile de fagi sunt încă relativ mici comparativ cu cele care există pentru bacterii. Pentru ca aceștia să devină un tratament acceptat, va trebui să se întâmple mult mai multe cercetări.

Un lucru care dă speranță cercetătorilor fagilor este interesul crescând pentru domeniul lor din cauza intensificării rezistență la antibiotic in jurul lumii. Infecțiile care erau tratate cu un singur antibiotic devin acum rezistente la mai multe medicamente. Cu toate acestea, fagii nu sunt ușor de utilizat ca tratament și vin cu provocări multiple. De exemplu, este nevoie de timp pentru a izola și a găsi fagul potrivit care poate ucide fiecare tip de bacterie.

Există avantaje în utilizarea fagilor în loc de antibiotice tradiționale. Fagii nu atacă celulele unui om și sunt foarte specifice pentru bacterii. Nu ar perturba microbiomul intestinal și nu ar provoca probleme digestive, cum ar fi antibioticele tipice. Fagii lucrează și asupra bacteriilor rezistente la antibiotice și este mai greu pentru bacterii să dezvolte rezistență la fagi, deoarece celulele lor sunt distruse. Terapia cu fagi are multe promisiuni ca tratament personalizat în viitor.