;
Кейсы 26 января 2022

Женщину заразили вирусом, чтобы убить супербактерию. Как это работает?

Далее

Сочащаяся рана у женщины так и не зажила после почти двух лет лечения антибиотиками, призванными победить бактериальную инфекцию. Поэтому ее врачи выпустили вирусы, чтобы убить супербактерию. «Хайтек» разбирается в интересном случае и объясняет, как работает фаговая терапия.

Экспериментальная терапия включала вирусы, которые уничтожают бактерии, известные как бактериофаги, или — для краткости — «фаги». И хотя одни антибиотики не вылечили инфекцию пациента, в комбинации с фаговой терапией они сработали. Подробности о случае опубликованы в отчете для журнала Nature Communications.

Через три месяца после фаготерапии врачи не обнаружили у пациентки затяжных признаков инфицирования супербактерией, и ее рана стабильно заживала. За три года после лечения бактериальная инфекция так и не вернулась.

С чего все началось?

У пациентки развилась супербактериальная инфекция после серьезной операции на левом бедре. Она сломала бедренную кость во время взрыва бомбы в аэропорту Брюсселя в марте 2016 года. Врачи использовали штифты, винты и стабилизирующий каркас, чтобы зафиксировать кость на месте после лечения других травм.

После ранения женщина заразилась бактерией Klebsiella pneumoniae. Согласно данным Центра по контролю и профилактике заболеваний (CDC), она вызывает различные инфекции. Обычно пациенты заражаются при использовании аппарата ИВЛ, введении препаратов через капельницу или во время операции, как в случае с пострадавшей пациенткой.

По данным CDC, многие бактерии клебсиеллы выработали устойчивость к антибиотикам. В этом случае биопсия показала, что у пациентки было сразу два штамма K. pneumoniae, один из которых проявлял фенотип широкой лекарственной устойчивости. После трех месяцев пребывания в больнице пациентка проходила лечение антибиотиками по разным схемам, но перелом бедренной кости все еще не консолидировался, а инфекция сохранялась. В этот момент медицинская бригада начала рассматривать фаговую терапию.

Как проходило лечение?

Пациентка была хорошим кандидатом на фаговую терапию отчасти потому, что ее инфекция была связана с биопленками. Они образуются, когда колонии бактерий прилипают к поверхности и создают трехмерную матрицу. Она окружает их клетки, как своего рода защитный барьер. Антибиотики с трудом проникают через эти пленки, и даже когда им это удается, некоторые бактериальные клетки переживают натиск антибиотиков, просто впадая в спячку. Тут и пригодится фаговая терапия.

Исследователи определили фаг, который мог бы эффективно инфицировать и убивать штаммы K. pneumoniae пациента. Фото: shutterstock

Известно, что многие фаги обладают способностью разрушать биопленку и, таким образом, облегчают попадание антибиотиков в свои цели. Чтобы определить лучший фаг для работы, медицинская бригада взяла образцы штаммов K. pneumoniae пациентки и отправила их в Институт бактериофагов, микробиологии и вирусологии имени Георгия Элиава в Тбилиси.

Опираясь на обширную библиотеку бактериофагов института, исследователи определили фаг, который мог бы эффективно инфицировать и убивать штаммы K. pneumoniae пациента. Затем они поместили этот фаг и бактериальные штаммы в лабораторные чашки. После того как фаги заразили бактерии и мутировали, ученые просеяли их и выбрали «самых лучших убийц бактерий», а затем они повторили процесс с «победившими» фагами.

После 15 раундов этого процесса команда произвела мутант фага, достаточно мощный, чтобы бороться с K. pneumoniae пациента. По словам ученых, этот тип направленной эволюции, который авторы назвали преадаптацией, использовался в других исследованиях фаговой терапии, чтобы сделать вирус мощнее, прежде чем «вывести его на ринг» против бактерии.

Из-за долгого процесса согласования пациентка смогла получить лечение только на 702-й день после травм, и большую часть этого времени она принимала антибиотики. В конце концов пострадавшей назначили фаговую терапию после хирургической процедуры, во время которой врачи удалили мертвые и поврежденные ткани из раны. Также пациентке ввели костные трансплантаты, «пропитанные» антибиотиком, и заменили штифты. В конце процедуры врачи вставили в рану катетер, через который они отправляли предварительно адаптированные фаги.

Они оставили этот катетер на месте на шесть дней, а также давали пациенту антибиотики. Улучшение заметили уже в течение двух дней после начала фаговой терапии. Также ее перевели на новый антибиотик против лекарственно-устойчивого штамма K. pneumoniae. Три месяца спустя у пациентки уже не было инфекции, и ее раны и бедренная кость наконец-то зажили. В этот момент врачи сняли стабилизирующую раму с ноги пациентки и прекратили лечение антибиотиками.

В чем плюсы фаговой терапии?

Согласно отчету 2017 года, опубликованному в World Journal of Gastrointestinal Pharmacology and Therapeutics, концепция использования вирусов для уничтожения бактерий впервые возникла более века назад, почти за десять лет до открытия пенициллина в 1928 году. Однако ученые мало знали о лечении фагами в то время и после открытия фармацевтического производства антибиотиков эту область исследований по большей части забросили. Но различные исследовательские группы в бывшем Советском Союзе и Восточной Европе продолжали изучать фаговую терапию и с переменным успехом проводили испытания лечения на людях.

Интерес к фаговой терапии возродился в последнее десятилетие. Фото: shutterstock

Интерес к фаговой терапии возродился в последнее десятилетие, когда ученые начали искать новые стратегии уничтожения устойчивых к антибиотикам супербактерий. Проблема стоит очень остро: в 2019 году резистентность бактерий к антибиотикам стала третьей по числу случаев причиной смертности в мире после ишемических болезней сердца и инсульта, говорится в метаанализе, опубликованном в журнале Lancet. Согласно анализу данных, собранных в 204 странах, от причин, прямо или косвенно связанных с устойчивостью, погибло около 5 млн человек.

Проблема в том, что фаговую терапию нельзя назвать надежной на 100%. Так же, как бактерии эволюционируют, чтобы «перехитрить» антибиотики, они могут развить и устойчивость к определенным фагам. Во всяком случае, к такому выводу пришли ученые, проведя исследование вопроса в 2021 году. Их выводы опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Разница в том, что фаги могут легко эволюционировать, чтобы преодолеть это сопротивление и дать отпор. Их не надо разрабатывать, как антибиотики. Кроме того, бактериям не так уж легко поменять местами гены устойчивости к фагам, как гены устойчивости к антибиотикам.

Что дальше?

Сейчас ученые исследуют, как использовать генетическую гибкость фагов в борьбе с супербактериями. Новое тематическое исследование представляет собой пример того, как вирусы можно «обучить» эффективно убивать определенные бактерии в процессе предадаптации. В будущем, когда использование фаговой терапии станет более распространенным, лечение будет иногда использоваться вместе с антибиотиками, как в этом случае. Хотя авторы работы уверены, что оно также может быть эффективным и само по себе, особенно в борьбе с устойчивыми к лекарствам бактериями, которые вообще не реагируют ни на какие антибиотики.


Читать далее

Посмотрите на первый в мире одноступенчатый орбитальный корабль будущего

Три года ученые считали, что на юге Марса есть вода. Оказалось, это не так

Гиперзвуковой самолет на водороде развивает скорость до 12 Махов. Это почти 15 000 км/ч