facebook

Bakteriofagi

Zastosowanie bakteriofagów

Bakteriofagi odkryli niezależnie: Ernest Hankin (1896) i Frederick Twort(1915), którzy opisali ich aktywność przeciwbakteryjną. Jednak dopiero Felix d’Herelle (kanadyjski mikrobiolog) był pierwszym naukowcem, który zastosował terapię fagową w leczeniu czerwonki bakteryjnej. Zainteresowanie fagami wzrosło. Wiele przedsiębiorstw zajęło się produkcją preparatów fagowych, skierowanych przeciwko różnym bakteriom chorobotwórczym. Wkrótce jednak odkrycie antybiotyków (skutecznych w leczeniu wielu chorób ludzi i zwierząt) wyparło fagoterapię. Tylko nieliczne ośrodki naukowe nadal kontynuowały badania.
Obecnie, na świecie istnieją tylko dwa ośrodki zajmujące się terapią fagową: ośrodek im. Hirszfelda, działający przy Instytucie Immunologii i Terapii Doświadczalnej PAN we Wrocławiu (jedyny w UE) oraz Instytut im. Eliava w Tbilisi, działający przy Instytucie Mikrobiologii i Wirusologii w Gruzji.
Instytut im. Eliava w Gruzji założony został w 1923 roku przez wybitnego gruzińskiego bakteriologa Georgia Eliava i Felixa D’Herelle. Instytut przetrwał i stał się jednym z największych ośrodków na świecie, zaangażowanych w opracowywanie terapeutycznych preparatów fagowych. Instytut stworzył swoją kolekcję bakteriofagów na przestrzeni wielu dziesięcioleci, a obecnie produkuje szeroką gamę preparatów farmaceutycznych, w różnych formach, które mogą być podawane miejscowo, doustnie, doodbytniczo, przez drogi oddechowe lub dożylnie. W kolekcji Instytutu znajdują się fagi w pełni określone i wysoce zjadliwe. Takim preparatem bakteriofagowym może być pojedynczy szczep faga – aktywny tylko wobec jednego gatunku bakterii albo koktajl bakteriofagowy (mieszanina kilku gatunków fagów, zdolnych do niszczenia wielu gatunków bakterii chorobotwórczych). Instytut we Wrocławiu założony w 1952 roku, działa aktywnie od 1957 roku, od kiedy to fagi zastosowano w leczeniu zakażeń bakteriami z rodzaju Shigella. Laboratorium bakteriofagowe Instytutu odegrało istotną rolę w wykorzystaniu fagów w leczeniu posocznicy, czyraka, infekcji płuc i dróg moczowych a także w profilaktyce oraz leczeniu pooperacyjnych i pourazowych infekcji. W wielu przypadkach fagi są wykorzystywane w zwalczaniu zakażeń, wywołanych antybiotykoopornymi szczepami bakterii, przy których konwencjonalna antybiotykoterapia okazuje się być nieskuteczna. Wiek pacjentów ośrodka waha się od 1 tygodnia życia do 86 lat.
Fagi były podawane pacjentom: doustnie (zazwyczaj 3 razy dziennie), miejscowo- na zakażoną ranę lub w postaci kropli do oczu, ust czy nosa. Monitorowano przy tym wrażliwość bakterii na podawanego faga i w razie potrzeby (gdy okazało się, że dana bakteria jest oporna na danego faga) podawano innego bakteriofaga.
Poza tym fagi wykorzystywano u pacjentów chorych na raka, w leczeniu infekcji bakteryjnych, wywoływanych najczęściej przez S. ureus, P. aeruginosa, K. pneumoniae, K. oxytoca czy E. coli. Należy zaznaczyć, że przed zastosowaniem fagoterapii pacjenci ci byli leczeni antybiotykami – niestety bezskutecznie. Zaś po zastosowaniu terapii fagowej, trwającej od 2 do 9 tygodni, we wszystkich przypadkach, infekcje bakteryjne udało się całkowicie zwalczyć.
W Polsce fagoterapia jest powszechnie uważana za leczenie eksperymentalne i stosowana tylko u tych pacjentów u których leczenie antybiotykami nie powiodło się. Ogólnie rzecz biorąc, średni sukces terapii fagowej wynosi ok. 85%.

Terapia fagowa

Czynnikami odróżniającymi bakteriofagi od antybiotyków są m. in.: swoistość działania, samopowielanie się, a także brak efektów ubocznych fagoterapii. Infekcje bakteryjne, spowodowane antybiotykoopornymi bakteriami, stwarzają coraz więcej problemów terapeutycznych. Wciąż wzrasta liczba szczepów bakteryjnych, opornych na powszechnie stosowane antybiotyki, w tym na wankomycynę, zwaną antybiotykiem ostatniej szansy. Ze względu na zagrożenie ze strony lekoopornych bakterii oraz pozytywne wyniki fagoterapii, ponownie wzrasta zainteresowanie wykorzystaniem bakteriofagów do leczenia infekcji bakteryjnych u ludzi i zwierząt.
Fagoterapia opiera się na wykorzystaniu fagów, które namnażają się we wrażliwej komórce bakteryjnej, prowadząc do jej całkowitej lizy (zniszczenia) oraz uwalnianiu nowo powstałych cząstek fagowych, zdolnych do atakowania kolejnych komórek bakteryjnych. Fagoterapia okazuje się być skuteczna w leczeniu infekcji spowodowanych przez wiele lekokoopornych szczepów bakterii. Efektywność terapii fagowej zależy m.in. od: szczepu bakterii będącej przyczyną infekcji, jej wrażliwości na swoiste fagi, siły litycznej bakteriofaga, stopnia koncentracji bakterii i faga, dostępności bakteriofaga do miejsca infekcji, rodzaju infekcji, czasu podania fagów oraz od prowadzonej równocześnie antybiotykoterapii.

Antybiotyki kontra fagi

Antybiotykooporność bakterii, wynikająca z nadmiernego i często nieuzasadnionego ich stosowania, stwarza konieczność poszukiwania innych rozwiązań, mających na celu opanowanie tych zakażeń.
„Wyjątkowość” fagoterapii polega przede wszystkim na wzroście stężenia „leku-faga” w czasie trwania leczenia. Prowadzone są także badania nad jednoczesnym wykorzystaniem fagów i antybiotyków, przy czym należy pamiętać, iż interakcje faga, antybiotyku i bakterii są bardzo złożone. Okazuje się bowiem, że efekt jednoczesnego stosowania faga i antybiotyku w leczeniu zakażeń bakteryjnych jest dużo słabszy niż w przypadku zastosowania samego bakteriofaga. Ponadto, antybiotyk może spowodować zmniejszenie skuteczności fagoterapii, zaś równoczesne zastosowanie antybiotyku i faga wydłuża czas namnażania się tego drugiego.
Bakteriofagi zwane są często samoreplikującymi się lekami, ze względu na ich zdolność do samopowielania się. Zatem możliwe jest stosowanie bardzo małych ilości faga w trakcie trwania terapii.

Koktajle bakteriofagowe- lek na rany pooparzeniowe

W leczeniu ran pooparzeniowych infekcje bakteryjne stanowią poważny problem. Powodują, że wiele ran pooparzeniowych jest po prostu nieuleczalnych. Głównym źródłem infekcji u pacjentów w centrach oparzeniowych są: Pseudomonas aeruginosa (pałeczka ropy błękitnej) i Staphylococcus aureus (gronkowiec złocisty). Poprawę skuteczności leczenia uzyskano stosując terapię fagową, a konkretnie koktajle bakteriofagowe. Przygotowuje się wysoce oczyszczone, w pełni określone koktajle bakteriofagowe, aktywne w stosunku do Pseudomonas aeruginosa i Staphylococcus ureus. Koktajle zamykane są szczelnie w fiolkach, jednorazowego użytku, w ilości 3 ml. Przed podaniem pacjentowi, koktajl pobierany jest z fiolki za pomocą sterylnej igły i strzykawki, a następnie igłę zastępuje się końcówką rozpylającą i rozpyla na zakażoną ranę oparzeniową.

Fagi – zapewnianie bezpieczeństwa żywności

Bakteriofagi są wykorzystywane do:

• odkażania surowego mięsa i innych surowych produktów takich jak świeże owoce czy warzywa (phage biocontrol),
• dezynfekcji sprzętu i powierzchni mających styczność z żywnością (phage biosanitation),
• jako naturalny środek konserwujący do łatwo psującej się żywności (phage biopreservation) – przedłużenie okresu trwałości łatwo psujących się produktów spożywczych.

Ponadto na rynku dostępne są produkty bazujące na bakteriofagach (PhageBioderm, Intestinalis Bacteriophagum Liquidum, Liquidum Pyobacteriophagum).
Oprócz terapii fagowej fagi stosowane są do wykrywania czynników chorobotwórczych w żywności i artykułach żywnościowych. W ostatnim czasie pojawiło się kilka firm, wykorzystujących fagi w swoich produktach. Obszar działalności tych firm obejmuje: bezpieczeństwo wód i żywności, rolnictwo oraz zdrowie zwierząt. Przykładowo firma Omnilytics uzyskała zgodę Agencji Ochrony Środowiska US, na stosowanie produktu AgriPhage przeciwko chorobotwórczym bakteriom roślin. Z kolei w przemyśle żywnościowym firma EBI Ford Safety wprowadziła na rynek produkt o nazwie handlowej ListexTMP100 do kontrolowania rozwoju bakterii Listeria w mięsie i serze. W sierpniu 2006 roku, amerykańska rządowa instytucja ds. żywności i leków FDA (US Food and Drug Administration) wyraziła zgodę aby dodawać do żywności preparat fagowy LMP 102 (Intralytix, Inc.) zwalczający groźną bakterię Listeria. Preparatem tym spryskiwano mięso do hamburgerów czy hot-dogów oraz produkty drobiowe.

Enzymy lityczne fagów

Lizyny stanowią grupę enzymów wytwarzanych podczas procesu infekcji bakteriofaga, potrzebnych do trawienia ściany komórkowej bakterii, a tym samym uwolnienia potomnych cząstek wirusowych. Obawy związane z wykorzystaniem broni biologicznej w atakach terrorystycznych, skłoniły do poszukiwania nowych środków, które byłyby w stanie zniszczyć laseczki wąglika (Bacillus anthracis), jako że bakteria ta znajduje się na liście najgroźniejszych czynników broni biologicznej. Zatem posiadanie środka zwalczającego tę bakterię miałoby olbrzymie znaczenie praktyczne. Wdychane zarodniki wąglika (najszybsza droga zakażenia), mogą kiełkować w węzłach chłonnych w okolicach płuc i wydzielać toksyny do krwi. Nieleczone zakażenie laseczkami wąglika niemal zawsze kończy się śmiercią. Zespół Schucha wyizolował lizynę PlyG z bakterii Bacillus anthracis i wskazał, że enzym ten może być skutecznym środkiem niszczącym zarówno komórki wegetatywne tej bakterii jak również jego przetrwalniki („in vitro” i „ in vivo”).
Ze względu na fakt, iż w/w enzymy rozkładają ściany komórkowe bakterii, same w sobie mogą być wykorzystane jako środki terapeutyczne do zwalczania bakterii chorobotwórczych.

Wady i zalety fagów i lizyny, stosowanych w terapii zwalczania zakażeń bakteryjnych:

Lizyna – ZALETY:
• bardziej ukierunkowane działanie, brak zdolności do samoreplikacji;
• białko terapeutyczne;
• oporność nie została jak dotąd udokumentowana;
• posiada konkretne cele w komórce bakteryjnej;
• może być wykorzystana zarówno w profilaktyce jak i leczeniu;
• duży potencjał jej wykorzystania: ludzie, zwierzęta, żywność;
• pozyskiwana z fagów łagodnych oraz zjadliwych;

Fagi – ZALETY:
• łatwe do izolacji i rozpowszechniania;
• mogą przezwyciężać oporność; zdolne do samoreplikacji;
• działają synergistycznie w koktajklu fagowym (koktajle zawierają mieszaninę kilku gatunków fagów, zdolnych do niszczenia wielu bakterii chorobotwórczych) lub w skojarzeniu z antybiotykami: hamują bakterie G(+) i G(-);
• duży potencjał ich wykorzystania: ludzie, zwierzęta, żywność;

Lizyna – WADY:
• nie jest zdolna do samoreplikacji;
• jest białkiem, a zatem może ulec inaktywacji;

Fagi – WADY:
• do dnia dzisiejszego nie są stosowane w leczeniu infekcji wywołanych przez bakterie G(-);
• wiele fagów może mieć ograniczony zakres gospodarzy – szczepy bakteryjne mogą się uodpornić;
• należy wybrać zjadliwego faga, aby zapobiec transferowi genetycznemu;

Korzyści wynikające ze stosowania bakteriofagów:

– Fagi atakują jeden, ściśle określony gatunek bakterii (co najwyżej kilka szczepów określonego gatunku), nie niszcząc przy tym mikroflory własnej człowieka czy zwierzęcia. Nie można tego powiedzieć o antybiotykach, które niszczą zarówno „dobre” jak i „złe” bakterie, zaburzając równowagę bakteryjną przewodu pokarmowego, a tym samym zwiększając możliwość wtórnej infekcji organizmu.
– Mechanizm działania bakteriofagów jest całkowicie odmienny od mechanizmu działania antybiotyków, dzięki czemu fagi są skuteczne nawet w leczeniu infekcji, wywołanych przez bakterie oporne na wszystkie dostępne antybiotyki. Są ratunkiem, tzw. „drugą linią obrony”, gdy inne formy leczenia zawiodą.
– W przeciwieństwie do antybiotyków, produkcja fagów jest tania i stosunkowa prosta.
– Terapia fagowa jest w większości przypadków bezpieczna, nie wywołuje efektów ubocznych czy reakcji alergicznych.
– Bakteriofagi namnażają się w komórce gospodarza (ich liczba wzrasta wykładniczo), dochodzi do lizy komórki bakteryjnej i uwolnienia nowo powstałych cząstek fagowych do środowiska. Nowe fagi atakują kolejne bakterie, dzięki czemu pojedyncza dawka bakteriofaga zupełnie wystarcza do opanowania infekcji. Ponadto fagi mają zdolność pokonywania bariery krew-mózg oraz mogą przenikać przez tkanki.

Preparaty fagowe, wykazujące terapeutyczne jak i profilaktyczne działanie, w przyszłości mogą okazać się bardzo silną i skuteczną bronią w walce z bakteryjnymi patogenami ludzi i zwierząt.

Sylwia Kowalczyk, Kamila Borowiec

Drukuj

You may also like...

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *