Коли у Ізабель Холдейвей після трансплантації легенів розвинулась серйозна бактеріальна інфекція, у неї було небагато варіантів лікування. Інфекція поширилася по всьому тілу і була стійкою до антибіотиків. Однак вона зробила дивовижне відновлення завдяки генетично сконструйованим вірусам, які вбивали бактерії.
Історія Ізабель Холдуей
Ізабеллі Холдейвей було 15 років, коли їй пересадили легені через муковісцидоз. Оскільки трансплантація органів вимагає від пацієнтів прийому ліків, що пригнічують їх імунну систему, Холдавей був сприйнятливий до інфекцій. Лікарі вважають, що вона вже була Mycobacterium abscessus бактерії в її системі, оскільки це поширене явище серед пацієнтів із муковісцидозом.
Імунодепресанти дозволили бактеріям вирости з-під контролю в її організмі. У неї розвинулася серйозна інфекція в грудях, печінці, тулубі та інших частинах тіла. Інфекція була стійкою до антибіотиків, тому лікарі лікарні Великої Ормонд-стріт у Великобританії відправили її додому на паліативну допомогу, не маючи надії на одужання.
Мати Холдейуя досліджувала варіанти лікування в Інтернеті та виявила фаготерапія. Фаги - це віруси, здатні вбивати бактерії, і дослідники експериментували з ними протягом багатьох років. Холдеуей отримала експериментальне лікування фагом, яке врятувало їй життя.
Як фаги вбивають бактерії
Бактеріофаги або фаги - це віруси, здатні вбивати бактерії. Хоча вони мають різну форму та розміри, фаги, як правило, мають або ДНК, або РНК. Виявлені у 1900-х роках фаги допомагали лікувати бактеріальні інфекції, такі як холера. Однак відкриття пеніциліну в 1928 р. Відсунуло фокус від фагів, оскільки антибіотики стали популярними.
Оскільки фаги є вірусами, вони не можуть розмножуватися, не заразивши господаря. Бактеріофаги, як правило, дотримуються двох загальних процесів зараження бактеріями: літичного циклу та лізогенного циклу. В літичний цикл, фаги заражають бактерії, захоплюють клітини і використовують їх, щоб зробити більше фагів, поки клітини не лізисуються або не лопнуть.
В лізогенний цикл, фаги заражають бактерії, вставляють їх ДНК в генетичну інформацію бактерій, і клітини включають ДНК під час поділу клітин. Цей фрагмент ДНК фага називається профагом. Він може активізуватися і утворювати фаги, які запускають літичний цикл.
Однак важливо зазначити, що фаги дуже специфічні. Це означає, що кожен тип заражає різний тип бактерій. Один фаг може працювати лише на один вид бактерій, а не на інші.
Фаги, які врятували підлітка
Після того, як мати Холдейуя дізналася про фаготерапію, лікарі лікарні Грейт-Ормонд-стріт пов'язаний з Ребеккою Дедрік та Грем Гетфуллом з Пітсбурзького університету, у якого була колекція фаги. Програма «Науково-освітній альянс - мисливці фагів», що розвиває геноміку та еволюційну науку (SEA-PHAGES), яка є студентським дослідницьким курсом, допомогла зібрати колекцію. Багато фагів було відкрито простим копанням у ґрунті.
Дослідники з Університету Пітсбурга мали фаги для експериментів, але вони не знали, які з них насправді вб'ють Mycobacterium abscessus бактерії, які заразили Holdaway. Тижнями вони вирощували бактерії та обробляли їх різними фагами. У 2018 році бактеріофаг, якого вони назвали Мадді, вбив бактерії в чашці Петрі.
Хоча каламутна важлива знахідка, дослідники знали, що бактерії теж можуть стати стійкими до фагів. Вони хотіли знайти кілька фагів, здатних використовувати літичний цикл для лікування інфекції підлітка. Через кілька місяців вони виявили, що фаги ZoeJ та BP також можуть впливати на бактерії. Команді довелося генетично модифікувати ZoeJ та BP, щоб зробити їх літичними, а не лізогенними. Вони створили наркотичний коктейль із цих трьох фагів для Holdaway.
Лікування фага
Дослідники з Університету Пітсбурга доставили свій фаговий коктейль до лондонської лікарні Great Ormond Street. До цього моменту інфекція Холдауей продовжувала поширюватися, і вона мала 1% шансів вижити. Лікарі лікарні зробили їй внутрішньовенне введення фагів і використали деякі препарати у вигляді мазі, яку нанесли на шкіру.
Холдеуей зміг залишити лікарню через дев'ять днів. Рани на зап’ясті пішли, шкіра покращилась, а печінка покращилася. Сьогодні вона продовжує отримувати фаготерапію. Лікарі відзначали, що вона була "майже відсутність побічних ефектів" з фагів. Однак у цей час дослідники вагаються назвати це повним лікуванням.
Хоча в минулому інші лікувались фаготерапією, що робить випадок Холдауея унікальним - це використання генно-інженерних бактеріофагів. Дослідники видалили ген у фагах і не додали жодного нового.
Майбутнє фаготерапії
Вчені хочуть побачити великі клінічні дослідження, перш ніж підтримувати фагову терапію як ефективне лікування бактеріальних інфекцій. Анекдотичні випадки, такі як Holdaway, дають надію, але їх недостатньо для того, щоб фаги найближчим часом продалися у вашій місцевій аптеці.
Дослідники також попереджають, що фаготерапія є дуже специфічною. Фаги, які вбили інфекцію в організмі Холдауей, не працювали для пацієнта з різним штамом бактерій. Незважаючи на інтерес, бібліотеки фагів все ще відносно невеликі порівняно з тими, що існують для бактерій. Щоб вони стали загальноприйнятим лікуванням, доведеться провести набагато більше досліджень.
Фаги проти Антибіотики
Одне, що дає надію дослідникам фагів, - це зростаючий інтерес до своєї галузі через посилення стійкість до антибіотиків навколо світу. Інфекції, які раніше лікували одним антибіотиком, нині стають стійкими до дії багатьох ліків. Однак фаги непросто використовувати як лікування, і вони мають багато проблем. Наприклад, потрібен час, щоб виділити і знайти потрібний фаг, який може вбити кожен тип бактерій.
Використання фагів замість традиційних антибіотиків має переваги. Фаги не атакують клітини людини і дуже специфічні для бактерій. Вони не порушать мікробіом кишечника і не спричинять проблем з травленням, як типові антибіотики. Фаги також працюють на стійкі до антибіотиків бактерії, і бактеріям важче виробити стійкість до фагів, оскільки їх клітини руйнуються. Фаготерапія має багато перспектив як персональне лікування в майбутньому.