Бактериофаги: современные аспекты применения
Бактериофаги: современные аспекты применения
Для современной медицины актуальнейшей проблемой является множественная устойчивость бактериальных возбудителей к антибиотикам и, как следствие, — вопрос: чем лечить больных? Резервы создания новых антибиотиков практически исчерпаны. Заболеваемость, вызванная полирезистентными бактериальными штаммами, в т.ч. госпитального происхождения, наносит колоссальный человеческий и экономический ущерб во всех регионах мира. Совершенно закономерно, что в такой ситуации мировая медицинская общественность вновь обратилась к бактериофагам — вирусам бактерий, их естественным врагам и регуляторам популяции. О них мы беседуем с Ольгой Сергеевной Дарбеевой, кандидатом медицинских наук, главным экспертом управления противобактериальных медицинских иммунобиологических препаратов ФГБУ «Научный центр экспертизы средств медицинского применения» Министерства здравоохранения РФ.
— Ольга Сергеевна, что такое бактериофаги? В чем заключается принцип их действия и какими преимуществами обладают по сравнению с антибиотиками?
— Бактериофаги широко распространены в природе — в пресноводных водоемах, морях и океанах, их выделяют из почвы, сточных вод, из клинического материала от больных. Являясь одними из древнейших обитателей Земли, по численности они достигают 10 в 30 фаговых частиц. По характеру жизненного цикла фаги разделяют на вирулентные и умеренные. Истинно вирулентные фаги (строго литические) убивают бактерию-хозяина. Адсорбируясь на поверхности микробной клетки, проникают в ее цитоплазму, где интенсивно размножаются, используя структурные компоненты клетки, и разрушают ее. Далее зрелые фаговые частицы, готовые к новому заражению, разрывают клеточную оболочку, и литический процесс повторяется с новыми бактериальными клетками. Именно вирулентные бактериофаги обладают наибольшим терапевтическим потенциалом, поскольку только они способны уничтожать клетки бактерий-хозяев.
Умеренные фаги способны к интеграции в геном бактерии в виде профага, или размножаются, не вызывая гибели бактерий. В медицине их используют в диагностических целях для внутривидового типирования.
В качестве антимикробных препаратов бактериофаги гораздо старше антибиотиков. Они активно применялись до открытия антибиотиков, которые быстро вытеснили фаги с рынка. Этому способствовали нестабильные результаты лечения фагами, объясняющиеся низким уровнем диагностики, когда они назначались без бактериологического подтверждения диагноза, определения фагочувствительности возбудителя, а также недостаточный уровень знаний о биологии фагов, условиях производства, хранения и применения.
В нашей стране фаготерапия успешно применялась при лечении и профилактике кишечных и гнойно-септических женских инфекций, в том числе, грибковых инфекций, детских инфекций, а также раневых инфекций, фаговые препараты выпускали несколько предприятий, организованных при НИИ вакцин и сывороток.
Сегодня бактериофаги выпускают на предприятиях по производству медицинских иммунобиологических препаратов, где проводится контроль качества на всех этапах производства. В начале 2000-х гг. крупнейшие фаговые производства вошли в состав ФГУП «НПО «Микроген» Минздрава РФ, в итоге остались самые сильные производства — филиалы в Нижнем Новгороде, Перми и Уфе.
Если антибиотики можно назвать тяжелой артиллерией, то бактериофаги — это снайперы, действующие направленно. Разрушая опасные микробы, они не подавляют собственную микрофлору, не обладают токсическим действием, не вызывают развития дисбактериоза или аллергических реакций, стимулируют различные механизмы иммунитета. На литическую активность фагов не влияет наличие резистентности бактерий к антибиотикам.
Если антибиотики вызывают массовую гибель бактерий, что может привести к токсическому шоку, то фаги действуют постепенно. Подчеркну, что бактериофаги не следует считать альтернативой антибиотикам. Они прекрасно сочетаются с антибиотиками при одновременном назначении в качестве дополнительной помощи. Как и в случае с антибиотиками, фаги назначают при наличии чувствительности возбудителя к фаговому препарату. Конечно, если состояние больного позволяет, вместо антибиотиков лучше использовать фаги, но если нужна быстрая помощь — необходимо назначение антибиотика.
Препараты бактериофагов — это стерильные очищенные фильтраты фаголизатов гомологичных видов бактерий, освобожденные от продуктов жизнедеятельности бактерий, эндо—и экзотоксинов, продуктов фаголизиса бактериальной клетки. Фаговые штаммы, входящие в состав препаратов, подобраны против наиболее часто встречающихся возбудителей бактериальных инфекций.
Специфическая направленность бактериофагов отражена в их названии: по составу они делятся на монопрепараты, содержащие вирулентные фаги бактерий одного рода или вида — стафилококковый, стрептококковый (в т.ч. энтерококковый), протейный, псевдомонас аэругиноза (синегнойный), клебсиелл пневмонии, коли, дизентерийный поливалентный, брюшнотифозный, сальмонеллезный гр. АВСДЕ), и комбинированные фаги, в составе которых монопрепараты. К комбинированным относятся: коли-протейный, клебсиелл поливалентный, пиобактериофаги поливалентные (очищенный, комплексный и Секстафаг®) — содержащие бактериофаги стафилококковый, стрептококковый, протейный, псевдомонас аэругиноза (синегнойный), клебсиелл, коли, а также Интести-бактериофаг, содержащий бактериофаги против шигелл, сальмонелл, стафилококков, энтерококков, протея, синегнойной палочки и энтеропатогенной кишечной палочки.
Лечебно-профилактические бактериофаги используют для перорального, наружного, местного, ректального применения, интраназального и конъюнктивального введения, введения в дренированные полости при лечении женских инфекций, в том числе, грибковых инфекций, детских инфекций, а также раневых инфекций.
— Ольга Сергеевна, как применяются бактериофаги в педиатрии?
— О бактериофагах как о наиболее щадящих антимикробных препаратах, не имеющих противопоказаний для назначения, лучше всего знали педиатры. В 1970—1990-е гг. ими активно лечили гнойно-воспалительные и кишечные инфекции новорожденных, детей раннего возраста. Бактериофаги, убирая патогенные бактерии, дают восстановиться нормальной микрофлоре. Сегодня в педиатрии, к сожалению, мало используют бактериофаги. Возможно, это недостатки преподавания в медицинских вузах или слабость отечественных производителей бактериофагов по сравнению с агрессивной политикой продвижения антибиотиков зарубежными фирмами. Однозначно это последствия трудных 1990-х годов, когда отечественная фармпромышленность не могла субсидировать пострегистрационные испытания и популяризацию своих препаратов. Очень хотелось бы, чтобы о бактериофагах больше рассказывали студентам-лечебникам медицинских вузов.
Заведуя лабораторией бактериофагов НИИ стандартизации и контроля медицинских иммунобиологических препаратов им. Л.А. Тарасевича более 20 лет, могу сказать, что мы инициировали и координировали клинические исследования по фаговой тематике в московском регионе. Наша лаборатория контролировала не только качество всех выпускаемых препаратов на соответствие нормативной документации, но и диапазон их действия в отношении возбудителей кишечных и гнойно-септических женских инфекций, в том числе, грибковых инфекций, детских инфекций, а также раневых инфекций из стационаров различного профиля.
Мы помогали производствам в сборе бактериальных штаммов современных возбудителей, в т.ч. для преодоления первичной фагоустойчивости, совместно с клиницистами участвовали в испытаниях новых препаратов. Консультировали клинических микробиологов и врачей, помогали госпитальным эпидемиологам крупных московских стационаров в организации использования бактериофагов для лечения и профилактики ВБИ.
Клиницисты ограничены стандартами лечения больных, а эпидемиологи, видя проблему глобально, могут предложить своему стационару или отделениям использовать фаготерапию и фагопрофилактику, в т.ч. с помощью целевых (для данного стационара) серий фаговых препаратов, адаптированных производителем к местным госпитальным штаммам. Особенность бактериофагов — возможность адаптации к циркулирующим среди населения бактериальным штаммам — возбудителям инфекций. Таким образом, преодолевая их первичную фагоустойчивость, можно создать промышленные серии препарата целевой направленности для этого региона.
Это качество фаговых препаратов неоценимо для решения проблемы госпитальных инфекций, поскольку ЛПУ несут большие потери от внутрибольничных инфекций, вызванных полирезистентными бактериальными возбудителями. По данным российских эпидемиологов, в стране ежегодно заболевают ВБИ около 2,5 млн пациентов и 320 тыс. медработников, а наносимый ими экономический ущерб достигает 5 млрд руб.
За этими цифрами стоят человеческие трагедии, когда развитие инфекций нивелирует результаты сложнейших хирургических операций или мероприятий по выхаживанию новорожденных. Отрадно отметить, что сегодня все чаще стали вспоминать о замечательных отечественных антимикробных препаратах. На состоявшихся в ноябре—декабре 2013 г. 3-м Международном конгрессе по профилактике госпитальных инфекций, 12-м Международном конгрессе детских инфекционистов и ежегодной конференции «Инфекции в онкологии» были представлены доклады по фаготерапии и фагопрофилактике.
Вместе с тем возросший интерес к бактериофагам спровоцировал негативную тенденцию в развитии фаговой проблематики — появление БАДов на их основе (в 2013 г. получено свидетельство о госрегистрации специализированного пищевого продукта) для применения работниками пищевых производств, а также в ЛПУ для профилактики госпитальных инфекций, о чем было сообщено на VI Ежегодном Всероссийском конгрессе по инфекционным болезням. В прениях этого форума, а также 3-го конгресса по госпитальным инфекциям специалисты подвергли сомнению саму идею использования бактериофагов в качестве БАДов, поскольку бактериофаги являются препаратами выбора в антибактериальной терапии и применяются после определения фагочувствительности. Их назначают наиболее ослабленному контингенту — детям раннего возраста и хроническим больным, неподдающимся антибиотикотерапии.
Бесконтрольное применение бактериофагов в виде БАДов может привести к формированию фагоустойчивости возбудителей. Кроме того, после регистрации фаговых БАДов за их качество отвечает только производитель, в отличие от лечебных фагов как лекарственных средств, подлежащих сертификации (каждая выпущенная серия) в аккредитованных экспертных структурах.
В заключение нашей беседы хочу еще раз подчеркнуть биологическую перспективность бактериофагов в роли лечебных препаратов при условии их обоснованного применения.
Источник
Бактериофаги: современные аспекты применения, перспективы на будущее
Бактериофаги – уникальные микроорганизмы, на основе которых создана особая по своим свойствам и характеристикам группа лечебно-профилактических препаратов. Лежащие в основе их действия природные физиологические механизмы взаимодействия фагов и бактерий позволяют прогнозировать бесконечное разнообразие как самих бактериофагов, так и возможных способов их применения. По мере расширения коллекций бактериофагов, несомненно, будут появляться новые целевые патогены, будет расширяться спектр заболеваний, при которых фаги могут применяться как в режиме монотерапии, так и в составе комплексных схем лечения.
Современная медицина располагает огромным арсеналом терапевтических средств влияния на микроорганизмы. Однако так было далеко не всегда. Еще в конце XIX в. ученые знали о существовании микроорганизмов, но не располагали научно обоснованной теорией воздействия на них. Одним из основоположников современной концепции этиотропной терапии с полным правом мы считаем Дмитрия Леонидовича Романовского, который еще в 1890 г. писал, что «…истинная специфичность действия на самую сущность болезни, на производящего ее паразита…» заключается «…в разрушительном действии на паразита…» и для каждой инфекции должно быть найдено «…вещество, которое при введении в заболевший организм окажет наименьший вред последнему вызовет наибольшее деструктивное действие в патогенном агенте…» [1]. Дальнейшее развитие этой концепции мы находим в трудах Пауля Эрлиха, приложившего немало усилий для поиска средства против бледной спирохеты. Анализ литературных сведений, собственный опыт и эксперимента позволили Эрлиху сформулировать концепцию «волшебной пули» (die Zauberkugel), т. е. вещества с минимальной органотропностью и максимальной паразитотропностью. Как мы знаем, ни одни из имеющихся лекарственных препаратов, основанных на химическом взаимодействии органических и неорганических молекул, не смогли достичь заявленной Паулем Эрлихом избирательности действия и заданного уровня безопасности. Из всех известных современной медицине лекарственных препаратов, пожалуй, наивысшей таргентной активностью обладают бактериофаги, в истории открытия которых также нашлось место отечественным ученым. Если первую гипотезу об уничтожении бактерий некой неизвестной субстанцией высказал в 1896 г. английский бактериолог Эрнест Ханкин, то первым явление разрушения палочки сибирской язвы в 1898 г. наблюдал русский микробиолог Н.Ф. Гамалея. И лишь в 1917 г. Феликс Д’Эрель сообщил, что нашел «невидимого микроба», поражающего дизентерийную палочку. Он же дал название «бактериофаг» («пожиратель бактерий») новому микроорганизму. Стремительное внедрение в повседневную практику антибиотиков в середине XX в. на Западе и в США сместило акценты в антимикробной терапии в пользу антибиотиков. И лишь в XXI в. зарубежные исследователи вновь обратили свое внимание на возможности фаготерапии. Признавая несомненные заслуги и опыт советских ученых, подчеркивают, что «…обилие клинических доказательств имеется в советской литературе, но во многом они технически несовершенны. Более реалистическая оценка клинического значения фагов может быть получена в результате исследований на животных, проводящихся на Западе [2]. Перечень бактерий, на которые мы можем воздействовать антибиотиком, в десятки раз шире, чем аналогичный перечень для бактериофагов. Однако мы должны отчетливо понимать, что эти ограничения применимы не к бактериофагам как таковым, а именно к группе зарегистрированных лекарственных препаратов. Число известных бактериофагов существенно больше. Кроме того, высокая специфичность бактериофагов как обоюдоострый меч позволяет эффективно их применять как для диагностических, так и лечебных целей. Если приказ Минздрава России от 21.02.2000 №64 «Об утверждении номенклатуры клинических лабораторных исследований» предлагает в целях диагностики фаготипировать Сorynebacterium diphtheriae, Salmonella, Staphilococcus aureus и Yersinia pestis, то производители лекарственных препаратов на основе бактериофагов предлагают существенно больший перечень «целевых» микроорганизмов как для диагностического, так и лечебно-профилактического применения – Shigella, Salmonella serogroups A, B, C, D, E, Salmonella typhi, Stapylococcus aureus и ряд других видов коагулазоотрицательных стафилококков, Streptococcus, Enterococcus, Proteus vulgaris и P. mirabilis, патогенные Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella rhinoscleromatis, Klebsiella pneumoniae, Klebsiella ozaenae. Есть опыт применения бактериофагов против C. difficile [3, 4], Listeria monocytogenes [5], Acinetobacter [6], H. pylori [7], хламидий [8].
Так, использование поливалентного пиобактериофага Секстафаг при лечении инфицированного панкреонекроза (Пермская государственная медицинская академия им. академика Е.А. Вагнера) позволило быстрее восстанавливать у больных основные параметры гомеостаза и функции органов и систем. Также значительно снизилось количество послеоперационных осложнений и летальных исходов: в группе больных, получавших стандартную терапию, летальность составила 100%, в то время как в труппе, получавшей БФ, — 16,6% [22].
Вследствие безвредности и ареактогенности препаратов БФ возможно их применение в педиатрической практике, в т. ч. и у новорожденных детей. Интересен опыт Нижегородской детской областной клинической больницы, где в период осложнения эпидемиологической ситуации наряду с обычными противоэпидемическими мероприятиями были использованы и БФ — Интести-бактериофаг и БФ Pseucfomonas aeruginosa. Снижение заболеваемости внутибольничной инфекцией синегнойной этиологии в 11 раз показало высокую эффективность применения БФ [20]. Препараты БФ могут назначаться как для лечения дисбактериоза и расстройств пищеварительной системы, так и для предотвращения колонизации слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта условно-патогенными бактериями. Поликомпонентные препараты БФ идеальны для немедленного купирования первых признаков расстройства желудочно-кишечного тракта.
На сегодняшний день на предприятии намечен целый ряд приоритетных направлений разработки и производства лечебно-профилактических бактериофагов, которые коррелируют с вновь зарождающимися общемировыми тенденциями. Создаются и внедряются новые препараты: разработаны БФ против серраций и энтеробактерий, ведутся работы по созданию фагового препарата против Helicobacter pylori.
Лишь один производитель этих препаратов – НПО «Микроген», по докладу замглавы управления науки и инновационного развития Аллы Лобастовой, выпускает более 2 млн упаковок ежегодно [9]. К сожалению, представления многих врачей о бактериофагах далеки от объективности. Не многие знают, что бактериофаги, активные в отношении одного и того же возбудителя, могут относиться к разным семействам, обладать различным жизненным циклом и т. п. Так, например, бактериофаги P. aeruginosa относятся к семействам Myoviridae, Podoviridae, Siphoviridae, имеют литический жизненный цикл или умеренный. Разные штаммы одного и того же патогена могут обладать различной чувствительностью к бактериофагам. Большинство специалистов знают (слышали, кто-то применял) о существовании жидкой и таблетированной лекарственной формы лечебно-профилактических препаратов бактериофагов. Однако их спектр существенно шире, что может быть отнесено к безусловным преимуществам, особенно в сочетании с многообразием путей введения (прием внутрь, введение в клизмах, аппликации, орошение ран и слизистых оболочек, введение в раневые полости и т. п.) [10]. К очевидным преимуществам бактериофагов традиционно относят специфическое воздействие на достаточно ограниченную популяцию бактерий, ограниченное во времени существование (пока не исчезнет целевая популяция микроорганизмов), отсутствие таких побочных эффектов, как токсические и аллергические реакции, дисбиотические реакции и др. Эти препараты могут применяться в самых разных возрастных группах и при беременности [11, 12]. Сами бактериофаги не являются значимыми аллергенами. Случаи непереносимости препаратов бактериофагов связаны в своем большинстве с реакцией на компоненты питательной среды. Все крупные производители этой группы препаратов стремятся к максимальному качеству используемых компонентов, что уменьшает вероятность таких реакций. В условиях роста антибиотикорезистентности некоторые авторы [13] предлагают рассматривать бактериофаги как наилучшую альтернативу антибиотикам. Лечебно-профилактические препараты бактериофагов представляют собой коктейль из специально подобранных комбинаций (комплекс поликлональных высоковирулентных бактериальных вирусов, специально подобранных против наиболее часто встречающихся групп возбудителей бактериальных инфекций) на основе коллекций фагов производителя [14]. Филиалы ФГУП «НПО «Микроген» в Уфе, Перми и Нижнем Новгороде – современные центры производства таких препаратов. Возможность создания адаптированных к конкретным патогенным микроорганизмам лечебно-профилактических препаратов бактериофагов – еще одно важнейшее преимущество этой группы препаратов. Рост устойчивости бактерий к антимикробным препаратам и часто встречающаяся полиэтиологичность современных инфекционных заболеваний требуют проведения комбинированной антибиотикотерапии (двух, трех, а иногда и более антимикробных препаратов). Для выбора эффективной схемы терапии антибиотиками, помимо собственно чувствительности бактерии к препарату, необходимо учесть достаточно большое число факторов. Фаготерапия в этом отношении также имеет определенные преимущества. С одной стороны, применение комбинации бактериофагов не сопровождается их взаимодействием между собой и не ведет к изменению схем их применения. В рамках имеющегося набора лечебных бактериофагов существуют ряд хорошо себя зарекомендовавших комбинаций – бактериофаг колипротейный, пиобактериофаг поливалентный, интести-бактериофаг. С другой стороны, бактерии не имеют общих механизмов устойчивости к антибиотикам и фагам, следовательно, могут они применяться как при устойчивости патогена к одному из препаратов, так и в комбинации «антибиотик + бактериофаг». Особенно эффективна такая комбинация для разрушения микробных биопленок. В эксперименте убедительно показано, что комбинированное применение антагонистов железа и бактериофага способно нарушать формирование биопленок Klebsiella pneumoniae [15]. При этом отмечается как достоверное уменьшение численности микробной популяции, так и уменьшение числа «молодых» клеток. Еще одной важной особенностью действия бактериофагов является такой феномен, как индукция апоптоза. Некоторые штаммы E. coli имеют гены, вызывающие гибель клетки после внедрения в нее бактериофага Т4 [16]. Так, в ответ на экспрессию поздних генов фага Т4 ген lit (кодирует протеазу, разрушающую необходимый для синтеза белков фактор элонгации EF-Tu [17]) блокирует синтез всех клеточных белков. Ген prrC кодирует нуклеазу, расщепляющую лизиновую тРНК. Нуклеаза активируется продуктом гена stp фага Т4. У инфицированных фагом Т4 клеток гены rex (относятся к геному фага и экспрессируются в лизогенных клетках) вызывают формирование ионных каналов, ведущих к потере клетками жизненно важных ионов и впоследствии к гибели. Предотвратить гибель клетки может сам фаг Т4, закрывая каналы своими белками, продуктами генов rII [18]. В случае формирования устойчивости бактерий к антибиотику приходится искать новые варианты модификации активной молекулы или принципиально новые вещества. К сожалению, за последние годы темпы внедрения новых антибиотиков существенно замедлились. Ситуация с бактериофагами принципиально иная. Коллекции крупных производителей насчитывают десятки готовых штаммов бактериофагов и постоянно пополняются новыми активными фагами [19]. Благодаря постоянно проводимому мониторингу чувствительности выделяемых патогенов к бактериофагам производители корректируют поставляемые в регионы фаговые композиции [20]. Благодаря адаптированным бактериофагам удается ликвидировать вспышки внутригоспитальных инфекций, вызываемых резистентными к антибиотикам штаммами [21]. 
При пероральном приеме бактериофаги быстро достигают очагов локализации инфекции: при пероральном приеме больными с гнойно-воспалительными заболеваниями уже через час фаги попадают в кровь, через 1–1,5 ч выявляются из бронхолегочного экссудата и с поверхности ожоговых ран, через 2 ч – из мочи, а также из ликвора больных с черепно-мозговыми травмами [14].
Источник
