Безопасность бактериофаговой терапии на модели животных, инфицированных бактериями, – этому посвящена статья двух исследовательских групп, опубликованная в журнале Nature Communications. Благодаря этому мы теперь знаем, почему при использовании бактериофагов для уничтожения бактерий организм не распознаёт их генетический материал так же, как, например, вирусы гриппа. Поэтому не возникает опасного цитокинового шторма.
Это означает, что если мы будем применять их как лекарства, цитокинового шторма не будет. Даже очень большая доза фагов ничего не изменит, потому что последовательность их ДНК не будет распознана. Таким образом, нам больше не нужно так сильно беспокоиться о безопасности фаготерапии.
Цыплята, получавшие антибиотики, после шести недель размножения никогда не возвращаются к своему состоянию здоровья до введения антибиотиков. После антибиотикотерапии организм молодой птицы полностью нарушен, ее иммунная система нарушена, она синтезирует меньше лимфоцитов, а значит, менее устойчива. Бактериофаги безопасны, и в то же время благодаря им организм избавляется от инфекций, – уверяет профессор Алисия Венгжин.
В течение многих лет появляются бактерии, устойчивые ко всем известным антибиотикам. Поэтому нам нужны новые антибиотики или альтернативные методы лечения бактериальных инфекций. В противном случае, как прогнозирует Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), в 2050 году мы вернемся в доантибиотическую эпоху. По оценкам, число смертей, вызванных устойчивыми к лекарствам бактериями, превысит 10 миллионов в год. Это больше, чем количество смертей, вызванных сердечно-сосудистыми заболеваниями и раком вместе взятыми.
Откуда возникает устойчивость к антибиотикам
Открытие, сделанное исследовательскими группами, имеет особое значение для ветеринарной медицины. В промышленном животноводстве используется ¾ мирового производства антибиотиков. И сознательные производители, желая ограничить их использование, ищут альтернативные, экологические и безопасные антибактериальные средства. Это могут быть бактериофаги.
Проблема промышленного животноводства – использование антибиотиков не только в терапии, но и в профилактике. Когда-то их давали, например, в корм как стимуляторы роста. Эту процедуру запретили сначала в ЕС, а затем и в США. Но Китай и Индия до сих пор его используют.
Лекарственно-устойчивые бактерии из кишечника животных выделяются и попадают в навоз, который необходимо достаточно долго выдерживать, дегазировать в течение года. Но если его выбросить в поле быстрее, устойчивые к антибиотикам бактерии все еще живы, они попадают в почву, в грунтовые воды, на растения и поступают в круговорот.
Бывает, что заводчики не соблюдают регламент, потому что если им приходится убрать весь навоз из курятника, хранить его негде, то обычно выбрасывают его прямо в поле. Производственный цикл цыплят длится шесть недель, поэтому собирается много навоза.
Устойчивые к антибиотикам штаммы бактерий появились в Индии и Китае потому, что фармацевтические компании по экономическим причинам перенесли туда производство многих препаратов, в том числе антибиотиков. В этих странах до сих пор не существовало правовых норм о том, как утилизировать отходы производства антибиотиков, поэтому их выбрасывали прямо в почву, реки или моря.
Именно поэтому в этой части мира чрезвычайно велико количество бактерий, устойчивых к антибиотикам. Их доставили в больницы, а оттуда привезли в Европу. Сегодня не обязательно ехать в далекие страны, чтобы заразиться устойчивыми к лекарствам бактериями.
Что такое бактериофаги
Это вирусы, поражающие бактериальные клетки. Они размножаются внутри них и в результате разрывают клетку и выпускают свое потомство. Таким образом, бактериофаги можно использовать как «живые антибиотики». Первые попытки фаготерапии были предприняты сто лет назад, но когда были открыты антибиотики, исследования фагов для их терапевтического применения были прекращены.
Ученые обратились к аспекту безопасности фаговой терапии, поскольку бактериофаги по-прежнему являются вирусами. Хотя они специфичны для бактериальных клеток и не заражают клетки животных или человека как таковые, они могут проникать внутрь них. Наличие вирусов в нашем организме всегда вызывает нашу иммунную реакцию, вырабатываются антитела – это так называемый приобретенный иммунитет. Когда наши клетки реагируют на инфекцию, защищаясь от вирусов, они производят интерферон и другие интерлейкины, которые вызывают воспаление.
Реакция нашего организма на вирусы очень хорошая, поскольку приводит к их элиминации, но если она слишком интенсивная, возникают цитокиновые бури. Такая слишком сильная реакция может быть опасной или даже фатальной. Поэтому мы спросили себя: поскольку это неспецифический ответ, если мы введем в терапию бактериофаги, не вызовут ли они цитокиновый шторм? Пока при введении бактериофагов пациентам в рамках экспериментальной терапии подобных эффектов не наблюдалось, – поясняет профессор Джек Венгжин.
Возник еще один вопрос: почему этого не происходит? Мы проверили это на цыплятах, зараженных бактериями сальмонеллы. Эти бактерии не представляют большой проблемы для птиц, но для нас, потребителей, они опасны. В исследовании мы рассмотрели механизм того, что происходит, когда клетка неспецифически распознает чужеродный генетический материал, то есть вирус. Почему, например, в случае с вирусом SARS-CoV-2 возникает цитокиновый шторм, а в случае с бактериофагами этого не видно, – добавляет ученый.
Цитокинового шторма не будет
В результате научных исследований выяснилось, что клетки действительно распознают генетический материал бактериофага как чужеродный. В частности, распознается чужеродная ДНК. Однако для завершения реакции необходимо пройти несколько стадий. Запускается целый каскад событий, передаются сигналы, пока не активируется специфический фактор, стимулирующий выработку провоспалительных цитокинов и провоспалительного интерферона.
Лишь недавно стало известно, что распознавание вирусов идет двумя путями. Один из них – распознать его ДНК и активировать соответствующие белки. Но чтобы процесс был эффективным, есть второй путь: через фермент, производящий РНК на основе чужеродной ДНК. И только комплекс РНК плюс белки позволяет осуществить индукцию.
Нам было любопытно, почему природа так усложнила распознавание вируса двумя путями. У нас есть ответ. Оказывается, распознавание ДНК бактериофага происходит по одному пути, а другой путь узнавания, зависящий от РНК, в случае бактериофага блокируется и не работает. А если не работает, то нет активации, то есть цитокинового шторма.
Мы постоянно сталкиваемся с бактериофагами, потому что они живут, например, в нашем кишечнике и поддерживают баланс бактерий. Природа должна быть умной, чтобы не «поднять тревогу-защиту» против неопасных для нас вирусов. Поэтому нет смысла вызывать ответную реакцию и тратить энергию. Ключевым ферментом, необходимым для производства РНК, является РНК-полимераза, которая распознает специфические сигналы эукариот в последовательности ДНК.
Эти сигналы есть в ДНК эукариотических клеток и вирусов, т. е. в генетическом материале животных, человека, а также вирусов, атакующих нас. Однако бактериофаги имеют разные последовательности ДНК, поскольку они должны использоваться бактериальными полимеразами. Эти сигналы отсутствуют в последовательностях бактериофагов, но присутствуют в последовательностях эукариотических вирусов. Наш фермент-полимераза не распознает эти другие сигналы.
Влияние открытия на здоровье человека
Нам еще многое предстоит сделать, потому что бактериофаги очень специфичны, то есть не каждую бактерию заражают. Каждый из них специфичен не только для вида бактерий, но даже для штамма. Поэтому лучше иметь их большую коллекцию.
У данного пациента мы выделяем болезнетворную бактерию и проверяем, подействует ли на нее бактериофаг, например номер 608 или, может быть, 984. Мы проверяем, какой из них эффективен, и вводим его. Рекомендуется применять коктейли, т. е. объединяющие три-четыре бактериофага. Тогда больше шансов, что они будут работать эффективно.
Результаты экспериментальной терапии очень многообещающие. Несмотря на то, что фаги вводят пациентам, которые уже сильно ослаблены и истощены. Неоднократными попытками неэффективной антибиотикотерапии, многим из них удается полностью вылечиться от инфекции.
Законодательные проблемы
Предыдущие правила, касающиеся новых лекарств, требовали очень точной химической характеристики молекулы. Но как охарактеризовать 1000 бактериофагов, которые представляют собой очень сложные частицы? Это делает весь процесс очень трудоемким и дорогим. Однако на уровне ЕС вводятся новые правила, касающиеся руководящих принципов регистрации лекарственных препаратов для людей и животных.
Регламент Европейского агентства по лекарственным средствам содержит целый комплекс процедур, которые необходимо пройти, если вы хотите зарегистрировать ветеринарные препараты для лечения на основе бактериофагов в странах ЕС. Однако проект регламента фаготерапии для человека находится на стадии общественных консультаций.
Осенью этого года должны быть готовы правила регистрации препаратов на основе бактериофагов в медицине человека. Так что теперь проблем с регистрацией фаготерапии быть не должно. Конечно, если вы соответствуете всем рекомендациям, вы пройдете все процедуры.
«Как человек, работающий с фагами уже 30 лет, я утверждаю, что ничто в этих правилах не имеет смысла с точки зрения здоровья животных, здоровья человека как потребителя и окружающей среды. Фаговые препараты, которые поступят на рынок, будут безопасными и эффективными», – уверяет Алисия Венгжин.
Фаговые банки
По словам профессора Венгжин, в настоящее время единственным разумным методом быстрого создания фаговых препаратов является создание фаговых банков. Самый крупный находится в Калифорнии. Там хранятся тщательно охарактеризованные фаги. Поэтому, когда пациенту, например, с диабетической стопой, необходимы бактериофаги, уничтожающие бактерии определенного штамма, вы можете попросить прислать их, и лечение пройдет гораздо быстрее.
С 1920-х годов в Грузии начали производить фаговые препараты – коктейли из нескольких десятков бактериофагов, уничтожающие различные штаммы болезнетворных бактерий, например, вызывающих диарею или инфекции мочевыводящих путей. Тогда нет необходимости выделять бактерии у пациентов, а препарат имеет широкий спектр действия, купить его в аптеке может каждый желающий. Хотя это не персонализированное лекарство, пациент может быстро начать лечение. Это лучшее решение для популяризации терапии.
Никаких побочных эффектов у грузин не наблюдалось. Это косвенно означает, что такая терапия безопасна, но подход ЕС к ней пока очень осторожный. До сих пор Европейское агентство лекарственных средств (EMA) одобрило к производству только однокомпонентные лекарства. Бактериофаг имеет капсид, т. е. оболочку, состоящую из нескольких различных белков, внутри которой находится генетический материал.
Однако наши исследования показывают, что бактериофаги безопасны. Если мы дадим их большое количество, в кровоток попадет большое количество их генетического материала, но острого воспаления при этом не произойдет. Массивная реакция иммунной системы не движется. Природа знала, что делает, и снабдила нас соответствующими механизмами, позволяющими распознавать, что безопасно, а что опасно.
Человеческий организм вступает в контакт с бактериофагами на ранних этапах внутриутробного развития, поскольку они проходят через плаценту. Если бы организм отреагировал на присутствие фагов интенсивным иммунным ответом, развитие плода стало бы невозможным, произошли бы выкидыши, и поэтому человеческая популяция была бы очень ограничена.
Читайте также: Хорошая бактериальная флора – крепкий иммунитет
