Ученые приручают вирусы для борьбы c бактериями.

Мир находится в стадии глобального кризиса. Антибиотикорезистентность – невосприимчивость бактерий к препаратам обнаружена и подтверждена для многих распространенных бактериальных инфекций, включая туберкулез, гонорею и сальмонеллез. Это делает их лечение если не невозможным, то уж точно затруднительным. Мы находимся на пороге «пост-антибиотической эры», когда возможностей для лечения таких устойчивых к антибиотикам штаммов становится все меньше. Учитывая то, что, по оценкам, к 2050 году антибиотикорезистентность станет причиной 10 миллионов смертей в год, поиск новых методов лечения вредных инфекций крайне важен.

Как бы странно это ни звучало, вирусы могут стать одной из возможных альтернатив антибиотикам для лечения бактериальных инфекций. Бактериофаги (также известные как фаги) являются вирусами, которые заражают бактерии.

По оценкам, они являются самыми распространенными организмами на Земле. Они могут выживать во многих средах, начиная с глубоководных впадин и заканчивая человеческим кишечником. Фаги являются эффективными убийцами бактерий, но не заражают другие клетки и безвредны для человека.

Хотя терапия фагами использовалась в 1930-х годах, с тех пор на Западе ее позабыли. В Советском Союзе оно имело применение, но и там широкого распространения не получило. Во многом — из-за открытия антибиотиков, которые получили широкое распространение после Второй мировой войны.

Бактериофаги эффективны против бактерий, потому что они способны присоединяться к клетке, распознав специфические молекулы, называемые рецепторами. Это первый шаг в процессе «заражения». После прикрепления к бактериальной клетке, фаг вводит свою ДНК внутрь бактерий.

Это приводит к одному из двух событий. Первый вариант — после инъекции ДНК фага, вирус захватит механизм репликации бактериальной клетки и начнет производить еще больше фагов. Этот процесс еще называется «литическое инфицирование». Он разрушает клетку, позволяя вновь созданным вирусам покинуть клетку хозяина, чтобы заразить другие бактерии.

Но иногда, вместо этого, ДНК фага включается в хромосому бактериального хозяина. Обычно он остается в состоянии покоя, но факторы окружающей среды, такие как ультрафиолетовое излучение или присутствие определенных химических веществ, например, содержащихся в солнцезащитном креме, могут привести к тому, что фаг «проснется», начнет литическую инфекцию, захватит клетку хозяина и уничтожит ее.

Отдельные бактериофаги предпочтительны для лечения, потому что они не интегрируются в хромосому носителя бактерии. Развитие литических бактериофагов, которые могут быть использованы против всех видов бактерий, не всегда возможно. Так как каждый тип фага способен заразить только определенные типы бактерий. Они не могут заразить бактериальную клетку, если бактериофаг не сможет найти конкретные рецепторы на поверхности бактериальной клетки.

Целенаправленное лечение

Причина, по которой бактериофаги так эффективны против бактерий, заключается в том, что они способны заражать только определенные виды. Это существенно отличает их от антибиотиков, нацеленных на широкий спектр бактерий, включая «дружественные» бактерии, не вызывающие инфекции.

Но это также означает, что один фаг не убьет все штаммы бактерий, вызывающих заболевания. А поскольку бактерии постоянно развиваются, они способны разработать механизмы, предотвращающие заражение фагом. Например, если бактериальная клетка эволюционировала и изменила свои поверхностные рецепторы, бактериофаг не сможет прикрепиться и убить ее.

В рамках этого эволюционного процесса бактерии могут быстро стать устойчивыми к одному бактериофагу. Но поскольку существует множество видов бактериофагов, мы можем использовать «фаговый коктейль», содержащий комбинацию различных бактериофагов, для борьбы с более широким спектром бактериальных штаммов внутри вида. Это уменьшает вероятность того, что бактерия станет устойчивой ко всем фагам, используемым в лечении. Бактериофаги также могут быть сконструированы для заражения большего количества штаммов бактерий.

Однако, наличие так называемых систем CRISPR может усложнить возможность использования бактериофагов в лечении. CRISPR является естественной системой защиты бактерий, которая позволяет ей стать иммунной к генетическому материалу, такому как фаги. Бактерии могут быть устойчивы к бактериофагам, если они ранее сталкивались с подобными типами и развили иммунитет.

Но бактериофаги также разработали анти-CRISPR белки, которые могут нейтрализовать системы CRISPR бактерий-хозяев. Это означает, что фаг все еще может быть эффективным, несмотря на наличие бактериальной системы CRISPR. Не все бактериофаги имеют гены, нейтрализующие анти-CRISPR белки. Но с возможностью инженерии геномов фагов, они могут быть включены в фаги, которые будут использоваться для лечения в будущем.

Хотя в западной медицине фаготерапия обычно не используется, фаговые коктейли доступны для лечения в России и Грузии. Фаговая терапия также является распространенной частью медицинской помощи в Грузии, особенно в педиатрической, хирургической и ожоговой больнице. Фаги используются самостоятельно или в комбинации с антибиотиками, и их применение не связано с какими-либо побочными эффектами.

В связи с тем, что антибиотикорезистентные инфекции становятся все более распространенными, бактериофаги предоставляют возможность лечения таких инфекций. Но для того, чтобы бактериофаги стали обычным явлением в лечении бактериальных инфекций, необходимо продолжать исследования в области биологии фага, чтобы лучше понять, как они взаимодействуют с бактериями. Поиск эффективных методов лечения бактериальных инфекций — помимо антибиотиков — является первым шагом в борьбе с дальнейшими проявлениями устойчивости к антибиотикам.

Вполне вероятно, что в скором будущем медицина преобразится. А регистрация домена .MED поможет вашему веб-сайту, имеющему отношение к медицине, охватить свою целевую аудиторию медицинского сообщества.

Источник: https://thenextweb.com/syndication/2020/01/27/scientists-are-reengineering-viruses-to-fight-antibiotic-resistance/