Одна из глобальных современных проблем человечества — выработка резистентности (устойчивости) микроорганизмов к антибактериальным препаратам. Открытие бактериостатических свойств плесени произошло еще в XIX веке, однако повсеместное применение антибиотиков началось во время Второй мировой войны. Вместе с тем уже с конца 60-х годов XX века фармакологи занимались модификацией существующих препаратов, поскольку бактерии вырабатывали устойчивость к ним. С тех пор принципиально новые виды антибиотиков так и не были синтезированы. Прогрессирующая антибиотикорезистентность заставляет ученых всего мира искать альтернативы. Одним из перспективных направлений в этой области являются открытые еще в прошлом столетии бактериофаги, или бактериоядные вирусы, которые способны вылечить пациентов в тех случаях, когда антибиотики бессильны. Грузинские исследователи из Научно-исследовательского института бактериофага, микробиологии и вирусологии активно работают над внедрением нового метода бактериальной терапии. На их счету уже сотни зарегистрированных случаев выздоровления. «Лента.ру» рассказывает о многообещающих результатах исследований бактериофагов.
Глобальная проблема человечества
В течение последнего столетия одним из самых знаменательных событий в медицине стало открытие антимикробных препаратов. Благодаря изобретению и внедрению в клиническую практику пенициллина человечество получило возможность существенно увеличить продолжительность жизни. Однако зачастую нерациональное и повсеместное использование антибактериальной терапии «на всякий случай» приводит к тому, что инфекции приобретают устойчивость к лечению.
По данным отчета Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) за 2019 год, по меньшей мере 700 тысяч человек ежегодно умирают из-за антибиотикорезистентности. Вызванные резистентными штаммами микроорганизмов инфекции трудно поддаются лечению, более тяжело протекают, чаще требуют госпитализации и применения комбинированной терапии с использованием альтернативных препаратов. В итоге выздоровление пациента становится сложнее, дороже и создает условия для распространения эпидемии.
Исследователи из Тбилисского института бактериофагов
Фото: The Eliava Institute
Одной из причин возникновения антибиотикорезистентного кризиса стала легкодоступность антибактериальных препаратов, а также распространенность самолечения и необоснованное назначение антибиотиков врачами. Пандемия COVID-19 дополнительно усугубила существующую проблему. Отсутствие базовой осведомленности о влиянии антибиотиков на вирусы и страх перед новой неизвестной инфекцией участили безрецептурный доступ к антибиотикам, особенно в странах с низким и средним уровнем доходов, где затруднен доступ населения в медицинские учреждения и плохо контролируются продажи антибактериальных препаратов, пишут сотрудники Центрального НИИ эпидемиологии Роспотребнадзора. Из попавших в стационар только 15 процентов пациентов, у которых были диагностированы соответствующие бактериальные инфекции, нуждались в антибактериальной терапии, но антибиотики назначались 75 процентам заболевших.
госпитализированных с COVID-19 нуждались в приеме антибиотиков
Воздействие антибиотиков на коронавирусную инфекцию изучали и китайские ученые из Хуачжунского университета науки и технологий. Они проанализировали данные 1500 заболевших COVID-19, которые поступили в состоянии средней тяжести. 996 пациентам вводили антибиотики в течении первых двух суток после госпитализации, а второй группе либо совсем не давали антимикробные препараты, либо назначали спустя два дня. Оказалось, что коронавирус перешел в тяжелую стадию у 36 процентов испытуемых из первой группы и у 22 процентов — из второй. В результате ученые пришли к выводу, что применение антибиотиков при COVID-19 связано с более высокой вероятность развития тяжелого течения заболевания.
Очень скоро некоторые виды антибактериальных препаратов — например, третье поколение класса цефаспоринов — могут потерять свою эффективность, поскольку в начале пандемии COVID-19 в ряде европейских медицинских учреждений вирус пытались лечить антибиотиками.
В ВОЗ проблему антибиотикорезистентности поднимают регулярно, недавно ее включили в список десяти наиболее серьезных угроз человечеству. Всемирная ассамблея здравоохранения в 2016 году приняла Глобальный план действий по борьбе с устойчивостью к противомикробным препаратам, который предполагает комплекс мер для всестороннего решения проблемы.
Что такое бактериофаги
Одним из перспективных направлений борьбы с резистентностью инфекций к антибиотикам являются бактериофаги, или просто фаги. Они представляют собой крошечные вирусы, которые повсеместно распространены на Земле и способны атаковать только бактерии или патогенные микроорганизмы. Как большинство вирусов, бактериофаги размножаются в клетках хозяина, способны репродуцироваться в бактериальных клетках и вызывать в них лизис (растворение). Фаги оказывают существенное воздействие на состав, динамику и активность микробных скоплений, на эволюцию микробов и их взаимодействие, участвуют в контроле экспрессии собственных генов микроорганизмов.
Официально бактериофаги открыли в 1915-1917 годах, когда независимо друг от друга их обнаружили Фредерик Туорт и Феликс д’Эрелль. Появление современного технического оснащения лабораторий и усовершенствование методов подготовки препаратов к микроскопии позволили более тщательно изучить бактериофаги. Выяснилось, что структура фагов крайне разнообразна и сложнее, чем у вирусов растений и некоторых вирусов человека и животных.
Бактериофаги обладают строгой специфичностью — это означает, что они способны паразитировать лишь на ограниченном круге микроорганизмов, например, только на стрептококках или стафилококках. Возможность использования фагов для лечения бактериальных инфекций интересовала ученых еще в XX веке, однако появление пенициллина послужило причиной приостановки работ в этой области.
Из-за повсеместно возрастающей антибиотикорезистентности и проблем с синтезированием новых видов антибиотиков в научном сообществе вновь проснулся интерес к фаготерапии. Исследования в области бактериофагов сейчас проводятся в России, Грузии, Польше, Франции, Германии, Финляндии, Канаде, США, Великобритании, Мексике, Израиле, Индии, Австралии.
Спасенные фаготерапией
Одной из ведущих стран в сфере изучения и применения бактериофагов является Грузия. В небольшой кавказской стране изучать фаги начали еще в XX веке. Грузинский ученый Георгий Элиава в 1920-х годах работал в парижском Институте Пастера совместно с одним из первооткрывателей бактериофагов — Феликсом д'Эреллем. По возвращении в СССР Элиаве удалось убедить Иосифа Сталина открыть в Тбилиси Институт бактериофагов, но сам он в 1937 году подвергся политическим репрессиям, был арестован и расстрелян.
Георгий Элиава
Сейчас в институте продолжают начатое Элиавой дело и добились значительных результатов. Одним из показательных случаев стало излечение бельгийской женщины, которая более двух лет страдала от серьезной бактериальной инфекции. Назначенная терапия ей не помогала, но бактериофаги Klebsiella pneumoniae, выделенные грузинскими учеными из сточных вод, вылечили пациентку за несколько месяцев.
В 2016 году 30-летняя бельгийка пострадала в результате теракта. После частичной ампутации таза и фиксации бедренной кости врачи оценили ее состояние как стабильное и назначили антибиотики. Через четыре дня у нее случился септический шок — крайне опасное для жизни состояние, которое наступает в ответ на тяжелую инфекцию. В образце, взятом из зараженных тканей, медики обнаружили целый спектр патогенной микрофлоры: Enterococcus faecium, Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter cloacae и Klebsiella pneumoniae.
Врачи назначили длительную терапию с большими дозами антибиотиков, однако это не помогло. За два года лечения антибактериальными препаратами у пациентки появились побочные реакции, а также начался некроз (отмирание) пересаженных мышечных тканей. Помимо этого у нее наблюдались стойкая лихорадка и нарушение функции почек, которое сопровождалось мукормикозом. Медики предложили пациентке экспериментальное лечение бактериофагами. Этический комитет бельгийской больницы разрешил использование экспериментальной фаготерапии еще в 2016 году, и больная подписала информированное согласие на экспериментальное лечение.
Однако врачи долгое время не могли прийти к единому мнению, можно ли применять такую терапию и как ее использовать. Поскольку фармакологические данные этого вида терапии были не слишком обширны, фаги было решено вводить прямо в очаг воспаления с помощью катетера. Вместе с тем пациентка продолжала принимать антибиотики.
Научно-исследовательский институт бактериофага, микробиологии и вирусологии имени Георгия Элиавы
Позитивный эффект врачи отметили уже через несколько дней, но полную оценку комбинированной терапии провели только спустя три месяца: у больной исчезли гнойные и некротизированные очаги, восстановилась чувствительность мышц левого бедра, она набрала вес и чувствовала себя лучше. Анализы крови подтвердили положительную динамику, а компьютерная томография показала, что бедренная кость частично восстановилась. В образцах костных фрагментов роста бактериальных культур не наблюдалось.
Еще одним пациентом, которому удалось вылечиться с помощью бактериофагов, стал 34-летний американский инженер-механик, у которого бактериальное заболевание перешло в хроническую стадию и продолжалось шесть лет. В разговоре с журналистами Agence France Presse он заявил, что почувствовал себя лучше уже через две недели терапии. Пациент рассказал, что в США он перепробовал все возможные методы лечения, после чего решил приехать в Тбилисский институт.
Это только один из сотен пациентов, которые приезжают в Грузию со всего мира для фаготерапии, когда традиционный арсенал противомикробных средств уже не помогает
Сотрудник Института бактериофагов Мзия Кутателадзе считает, что этому виду терапии необходимы дополнительные клинические исследования, чтобы правительства других стран могли одобрить такой метод лечения. В 2019 году Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) разрешило клинические испытания по использованию бактериофагов для лечения вторичных инфекций у пациентов с COVID-19.
Не только медицина
Помимо применения бактериофагов в сфере медицины, они перспективны и для использования в сельском хозяйстве — как в животноводстве, так и в растениеводстве. Предполагается, что они могут стать дешевой альтернативой антибиотикам в защите сельскохозяйственных культур и животных от бактерий. В Тбилисском институте бактериофагов уже провели ряд исследований на хлопке и рисе.
Фото: Sunshine Seeds / Shutterstock
Американская некоммерческая организация Phages for Global Health (PGH) разрабатывает ряд программ по производству и поставкам бактериофагов в Африку и Азию для использования в сельском хозяйстве. Создатели компании считают, что фаговые обработки могут иметь конкурентоспособные с антибиотиками цены и позволят фермерам применять их для борьбы с вредными бактериями.
Бактериофаги также могут применяться в противодействии биологическому оружию и биотерроризму. В 2018 году ученые из Университета Бригама Янга опубликовали научную работу, в которой исследовался потенциал фагов в защите от биологических атак с использованием возбудителя сибирской язвы.