Koktajl fagowy jest obiecujący w walce z bakteriami lekoopornymi

Naukowcy mają nową taktykę walki z lekoopornymi infekcjami bakteryjnymi. Ich strategia polega na wykorzystaniu kolekcji bakteriofagów, wirusów, które w naturalny sposób atakują bakterie. W nowym badaniu naukowcy z Uniwersytetu w Chicago Pritzker School of Molecular Engineering (PME) i UChicago Medicine wykazali, że mieszanina tych fagów może skutecznie leczyć oporne na antybiotyki zakażenia Klebsiella pneumoniae u myszy.

Jednocześnie jednak prace zespołu ujawniły, jak złożone mogą być interakcje między fagami i bakteriami; wirusy, które przewidywano, że będą najskuteczniejsze w izolowanych płytkach hodowlanych, nie zawsze działały na zwierzętach. Co więcej, zarówno fagi, jak i bakterie mogą ewoluować z biegiem czasu — w niektórych przypadkach fagi ewoluowały, aby skuteczniej zabijać bakterie, podczas gdy w innych Klebsiella rozwinęła oporność na fagi.

„Nadal uważamy, że fagi są niezwykle obiecującą metodą leczenia lekoopornych bakterii, takich jak Klebsiella” – powiedział Mark Mimee, adiunkt inżynierii molekularnej i główny autor nowej pracy, opublikowany w Gospodarz komórkowy i mikrob. „Ale fagi są jak żywy, stale zmieniający się antybiotyk, co nadaje im dużą złożoność”.

Klebsiella pneumoniae to bakterie powszechnie występujące w jelitach ludzi, gdzie nie powodują one żadnych szkód. Jednakże, gdy bakterie przedostaną się do innych miejsc ciała, takich jak otwarte rany, płuca, krwioobieg lub drogi moczowe, mogą spowodować poważniejsze infekcje. K. pneumoniae często rozprzestrzenia się w warunkach szpitalnych, a szczepy lekooporne stały się powszechne.

„W mojej klinice przyjmuję pacjentki z nawracającymi infekcjami dróg moczowych wywołanymi przez Klebsiella” – mówi uroginekolog Sandra Valaitis z UChicago Medicine, współautorka nowej pracy. „Często te szczepy bakteryjne rozwijają oporność na doustne antybiotyki, pozostawiając pacjentom mniej możliwości wyleczenia infekcji. Pilnie potrzebujemy nowych sposobów leczenia tych bakterii”.

Fagi od ponad stulecia są znane jako naturalny wróg bakterii i badano ich potencjał w leczeniu infekcji. Jednakże fagi są zwykle bardzo specyficzne dla jednego rodzaju bakterii i przewidzenie ich dopasowania było trudne.

W ramach nowych badań Ella Rotman – naukowiec z Mimee Lab – przeprowadziła badania przesiewowe ścieków w celu wyizolowania fagów, które mogłyby skutecznie zabić 27 różnych szczepów Klebsiella, w tym 14 nowo wyizolowanych od pacjentów Uniwersytetu w Chicago. Zespół zidentyfikował kilkadziesiąt fagów zdolnych do zabicia przynajmniej niektórych szczepów Klebsiella. Następnie naukowcy przeanalizowali, jakie czynniki genetyczne bakterii czynią je najbardziej podatnymi na śmierć lub osłabienie przez każdy z tych fagów.

Na podstawie tej analizy Rotman i jej współpracownicy opracowali mieszaninę pięciu fagów, z których każdy celował w inny składnik bakterii. W naczyniach hodowlanych i myszach ten koktajl fagowy zwiększał prawdopodobieństwo ataku bakterii Klebsiella opornych na antybiotyki przez układ odpornościowy, a w niektórych przypadkach był bardziej podatny na leczenie antybiotykami. Jednakże w innych przypadkach po leczeniu bakterie stały się bardziej oporne na antybiotyki.

„To jedna z tych rzeczy, w przypadku których biologia często nie działa tak, jakbyśmy chcieli” – mówi Mimee. „Ale daje nam to możliwość zbadania szczegółowej dynamiki między fagami i bakteriami”.

Wystawiając mieszaninę fagów na działanie szeregu wyizolowanych bakterii Klebsiella, naukowcy dali fagowi możliwość ewolucji. Poprawiło to zdolność koktajlu do zabijania Klebsielli. U myszy mieszanina skutecznie zabijała lub osłabiała Klebsiella. Naukowcy zaobserwowali koewolucję bakterii i fagów w jelitach myszy, gdzie Klebsiella ewoluowała, aby uniknąć ataku faga, a fag przeciwdziałał, lepiej infekując zmienione bakterie.

Grupa laboratoryjna Mimee kontynuuje eksperymenty, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób różne pary fagów i bakterii oddziałują ze sobą oraz jak wpływa na to obecność innych fagów i bakterii – naturalnie występujących w ludzkim organizmie. Jednocześnie, we współpracy z Valaitis, starają się o zgodę Agencji ds. Żywności i Leków (FDA) na małe badanie kliniczne testujące mieszaninę fagów u pacjentów z infekcjami dróg moczowych.

„To badanie jest pozytywnym krokiem naprzód w próbie wyjaśnienia złożoności fagów i przeniesienia ich bliżej kliniki” – mówi Mimee.