Для всех

22.03.2019

Альтернатива антибиотикам

В предыдущей статье мы описывали, какие опасности таит использование антибиотиков. В этой статье мы расскажем, что у них есть альтернатива.

Фаготерапия

Первые клинические эксперименты с бактериофагами начались сто лет назад, и казалось, что этот новый метод терапии обречен на успех: с научной точки зрения он выглядел безупречным, и результаты применения выглядели многообещающими.

Почему же в последующие десятилетия интерес к терапевтическому применению бактериофагов в мире упал? Почему он возник вновь, и почему эта замечательная идея до сих пор не реализована в полной мере? И практические врачи, и их пациенты сегодня должны четко представлять не только суть, но и все сильные и слабые стороны этого перспективного вида терапии.

Бактериофаги – это не обычные лекарства. Они не являются простыми химическими веществами, как антибиотики и большинство других препаратов, но их вряд ли можно считать и полноценными живыми организмами, так как они, как и все остальные вирусы, могут размножаться только в клетке-хозяине. По сути, это нанороботы с генетической программой, способные проникнуть внутрь бактериальной клетки и там размножиться, разрушив ее.

Поэтому к бактериофагам не всегда применимы стандартные для фармакологии нормы и подходы. И хотя фаговые препараты сегодня производятся и используются в медицине, наши знания о многообразии этих вирусов, механизмах их взаимодействия с бактериями и конкуренции с себе подобными пока недостаточны, чтобы в полной мере использовать их мощный терапевтический потенциал.

Безопасно и эффективно

Фаготерапия родилась едва ли не сразу после открытия самих бактериофагов, однако широкие испытания этих противобактериальных средств начали проводиться в СССР только в конце 1930-х гг. В результате была доказана эффективность препаратов бактериофагов как профилактического средства при борьбе с эпидемиями дизентерии и холеры, а использование их при лечении ран и гнойно-воспалительных процессов показало их потенциал как альтернативы антибиотикам.

Однако результаты исследований тех времен были зачастую противоречивы: иногда фаги сразу подавляли развитие инфекционных процессов, но иногда оказывались бесполезными. Специалисты сразу поняли, в чем причина: лечение было успешным лишь тогда, когда использовались фаги, способные инфицировать именно тот бактериальный штамм, который и вызвал заболевание. Поэтому при возникновении эпидемии требовалось выделить инфекционный агент, проверить на нем имеющиеся фаговые препараты и запустить в производство в качестве препарата наиболее эффективный бактериофаг.

К сожалению, результаты подобных исследований, проводившихся в СССР, не были должным образом документированы и описаны в научной литературе, к тому же они проводились по схемам, не соответствующим принятым на сегодня протоколам клинических испытаний. Тем не менее главные результаты этой работы были бесспорны: фаги доказали свою безопасность и высокую эффективность в реальных условиях и с тех пор используются в нашей стране в клинической практике наряду с обычными лекарственными средствами.

Поэтому покупать препарат бактериофага, чтобы лечиться самостоятельно, не стоит. Назначить лечение и выбрать лекарство должен специалист. Спектр заболеваний, которые можно лечить бактериофагами широк: трофические язвы, ожоговые и раневые инфекции, инфекции органов дыхания, мочеполовой системы и желудочно-кишечного тракта, остеомиелит и т. п. Возбудителями болезней во всех этих случаях служат такие печально известные бактерии, как золотистый стафилококк, включая лекарственно устойчивые штаммы, синегнойная палочка, патогенные формы кишечной палочки, сальмонеллы, протеи, стрептококки и др. В принципе в природе можно найти бактериофаг против любой бактерии, включая возбудителей чумы и сибирской язвы. Можно применять бактериофаги и для профилактики бактериальных инфекционных болезней, например, они были успешно использованы в детских садах и школах для предотвращения эпидемии дизентерии.

Препараты бактериофагов используют либо местно, непосредственно в очаге поражения, либо принимают внутрь. В рекламных изданиях утверждается, что фаги способны распространяться в организме человека и проникать из желудка в кровоток, но четких и однозначных научных подтверждений этого пока нет. Напомним, что за словами «препарат бактериофага» скрываются очень различающиеся между собой вирусы бактерий, и их судьба в организме может также сильно различаться.

В ряде случаев фагам трудно добраться до своих «жертв». Например, возбудители туберкулеза находятся внутри клеток самого организма, куда фаги не могут проникнуть, а ряд бактерий формируют биопленки, непроницаемые не только для фагов, но и для антибиотиков. В этом случае дополнительно используют ферменты, разрушающие биопленки, которые могут продуцироваться специально сконструированными фагами.

В инфицированном организме фаги размножаются, пока не погибнет большинство чувствительных к ним бактериальных клеток. Окончательное выздоровление больного, в организме которого произошла «битва» бактериофагов с бактериями, наступит, когда в полную силу заработает иммунная система, которая будет защищать человека еще долгое время независимо от присутствия патогена.

Кстати сказать, благодаря своей специфичности фаги не убивают «хорошие» микроорганизмы, т. е. в отличие от антибиотиков, не нарушают микробиом человека. На сегодня известно, что нарушение кишечной микрофлоры может приводить к тяжелым последствиям, от проблем с желудочно-кишечным трактом до аллергий и нарушений функций центральной нервной системы. Кроме того, бактериофаги не мешают применению других терапевтических средств и сами не повреждаются ими.

Каждому: персональный «коктейль».

Почему же бактериофаги пока не стали основным средством борьбы с инфекциями, а в социальных сетях пациенты жалуются на неудачные попытки лечения? Частично это объясняется использованием неадекватных препаратов. Десять лет назад множество «лечебных учреждений» рекламировали излечение от всех болезней препаратами «стволовых клеток», а сейчас не менее активно рекламируются экстракты из «бактерий, выделенных из вечной мерзлоты» и «препараты на основе бактериофагов», в которых сами фаги обнаружить не удается. Покупая препарат, нужно быть уверенным в том, что его изготовил надежный производитель.

Основная же и главная причина неудач – неумелый подбор фагов для лечения конкретных пациентов. Каждый конкретный фаг эффективен против одного или максимум нескольких штаммов бактерий, а у разных пациентов схожая по внешнему проявлению инфекция, например, ангина может быть вызвана разными штаммами стрептококка. Чтобы вылечить больного, необходимо выделить культуру патогена и протестировать ее на чувствительность к конкретным фагам. То есть терапия бактериофагами должна проводиться с использованием принципов персонализированной медицины, к чему современная медицина практически не готова.

Опыт СССР, Грузии и Польши показал, что для успешного применения бактериофагов нужны не только клиника, но и производственно-лабораторный участок, располагающий коллекцией фагов и специалистами, способными идентифицировать бактерии, подбирать и выделять бактериофаги для конкретного пациента.

Но в таком случае имеет ли смысл масштабное производство фаговых препаратов? Ответ – да, потому что проблема узкой специфичности фагов частично решается производством фаговых коктейлей из нескольких (иногда десятков) разных фагов, поражающих разные штаммы целевого возбудителя. Ведь подобрать для больного нужный фаговый коктейль быстрее и проще, чем тестировать отдельные фаги из большой коллекции.

И все же не надо думать, что бактериофаги полностью заменят антибиотики – эти препараты дополняют друг друга, и применяться они должны в разных ситуациях. Когда больной находится в тяжелом состоянии, и есть уверенность, что причиной служит бактериальная инфекция, времени на эксперименты и подбор препаратов нет. Единственно правильное решение в этой ситуации – антибиотик широкого спектра действия.

Самое масштабное на сегодня производство бактериофагов для применения в медицине располагается в

Российской Федерации. Широкий спектр фаговых препаратов выпускает НПО «Микроген», мировой лидер в этой области. Терапевтические бактериофаги производятся также в Грузии, в Международном центре фаготерапии имени Г. Элиавы (Тбилиси), где расположено не только промышленное производство, но и клиника с обширной коллекцией бактериофагов. С этим центром в рамках программы медицинского туризма сотрудничают клиники стран Европы и США, где фаготерапия пока не признана официальной медициной. В Польше, в Центре фаготерапии при Институте иммунологии и экспериментальной терапии Польской академии наук препараты бактериофагов нарабатываются для экспериментального клинического применения при лечении пациентов, которым не помогают антибиотики

Но в ситуации хронической инфекции или инфекции, вызванной бактериями со множественной устойчивостью к антибиотикам, предпочтение следует отдавать бактериофагу. В случае таких затяжных болезней, как отит, у врача есть время, чтобы использовать фаговый коктейль или специально подобрать фаг. Или же, когда после операции больной поражается антибиотикоустойчивым бактериальным штаммом, и его состояние быстро ухудшается, фаготерапия может стать единственным спасением.

Богатый опыт применения бактериофагов в клинической практике, накопленный за последние сто лет, свидетельствует о перспективности фаговых медицинских технологий. Дальнейшая работа специалистов из множества компаний, работающих сегодня в этой области, и применение методов синтетической биологии обязательно приведут к созданию препаратов с несравненно большей эффективностью по сравнению с современными фаговыми коктейлями.

Однако имеется ряд причин, не связанных с наукой, которые тормозят прогресс создания и производства «медицинских» бактериофагов. Дело в том, что вирусы бактерий легко и просто размножить, что открывает широкие возможность контрафактного производства, ущемляющего экономические интересы добросовестного производителя. Пока не решен и вопрос о том, какие требования должны предъявляться к фагам как к терапевтическим препаратам. Ясно, что они должны отличаться от требований к синтетическим лекарственным веществам. Геномы бактериофагов разнообразны, а при персонализированном подходе они вообще должны подбираться индивидуально.

Тем не менее, биотехнологи, также как ученые и медики, надеются, что безвредные и эффективные препараты все же займут свое законное место в арсенале терапии инфекционных заболеваний.

Литература

Алешкин А. В. Бактериофаги в инфекционной патологии: прошлое, настоящее и будущее // Лекции по исследованию и применению бактериофагов. 2016. Ульяновск. С. 11—51.

Бактериофаги: биология и применение. 2012. М: «Научный мир». Ред.: Э. Каттер и А. Сулаквелидзе.

Козлова Ю. Н., Репин В.Е., Анищенко В.В., Власов В.В. и др. Штамм бактериофага Pseudomonas aeruginosa, используемый в качестве основы для приготовления асептического средства против синегнойной палочки. // Патент РФ №2455355. 2012.

Козлова Ю. Н., Морозова В. В., Тикунова Н. В. и др. Штамм бактериофага Staphylococcus aureus SA20, обеспечивающий разрушение биопленок, образуемых бактериями рода Staphylococcus // Патент РФ № 2565824. 2015.

Морозова В. В., Козлова Ю. Н., Тикунова Н. В. и др. Штамм бактериофага Citrobacter freundii CF17, способный лизировать патогенные штаммы Citrobacter freundii // Патент РФ № 2565559. 2015.

Тикунова Н. В., Морозова В. В. Фаговый дисплей на основе нитчатых бактериофагов: применение для отбора рекомбинантных антител // Аcta Naturae. 2009. № 3. С. 6—15.

Тикунова Н. В. и Власов В. В. Бактериофаги – враги наших врагов // Наука из первых рук. 2013. № 2(50). С. 58—69.

Покровская М. П. Каганова Л. С., Морозенко М. А. и др. Лечение ран бактериофагом. М.: НАРКОМЗДРАВ СССР, МЕДГИЗ. 1941. 57 с

Górski A. et al. Phages targeting infected tissues: novel approach to phage therapy. // Future Microbiol. 2015. V. 10. P. 199—204.

Międzybrodzki R. et al. Clinical aspects of phage therapy // Adv. Virus. Res. 2012. V. 83. P. 73—121.

Лантибиотики

Открытие антибиотиков стало в своё время настоящей революцией в медицине. Но болезнетворные бактерии, мутируя, научились приспосабливаться к жизни во враждебной для себя среде. Их наступление продолжается. И человечеству в борьбе с болезнями, которые они несут, необходимо подкрепление. Возможно, что вещества, на основе которых должны появиться мощные антимикробные препараты нового поколения, уже есть. Они выделены в Институте экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН.

Бездумная эксплуатация «панацеи» привела к тому, что комплекс отрицательных последствий применения антибиотиков нарастает подобно снежному кому. Вредные микробы стали «учить» друг друга резистентности путем обмена генетическим материалом.

Однако ученые обнаружили бойцов еще одного «эшелона» защиты человеческого здоровья. Это низкомолекулярные пептиды, или лантибиотики.

В мире микроорганизмов, как и в макромире, идет напряженная эволюционная борьба за выживание видов. Но оружием здесь становятся, само собой, не клыки и когти хищников, не прыткость и не мимикрия их потенциальных жертв. Микробы сражаются между собой за пищевые ресурсы и жизненное пространство с помощью вырабатываемого ими химического оружия. Они выделяют в окружающую среду очень маленькие «боевые» белки - пептиды. Молекулы этих бойцов невидимого фронта имеют особую химическую структуру, а электрический заряд в них ориентирован таким образом, что пептиды являют собой эффективные электрические «дыроколы» для клеточных мембран. Сколь бы мощной и глубоко эшелонированной ни была оборона бактериальной клетки, пептид притягивается к ней, пробивает ее стенку и мембрану. Содержимое клетки после такой атаки просто вытекает в окружающую среду, и бактерия погибает.

Стало быть, пептиды - это универсальное оружие против бактерий, которое предоставляют медицине сами бактерии. Но и в человеческом организме имеются близкие по функциям пептиды, которые играют роль первого иммунного барьера на пути болезнетворных микробов.

На чем основан механизм иммунитета? Мы заболеваем потому, что в нашем организме не хватает антител к микробам, вызывающим те или иные болезни. Повысить количество антител помогают прививки, то есть приобретенный иммунитет. Но огромные молекулы антител формируются не сразу - это длительный, отсроченный ответ организма на поступивший в него чуждый биологический объект. Кроме того, антитела являются «специалистами узкого профиля», для каждой внедрившейся инфекции нужно использовать специфическое антитело.

А пептиды вырабатываются постоянно. Они - основа нашего врожденного, неспецифического иммунитета. Поэтому пептиды и являются «первым эшелоном» иммунной обороны. Если продолжать пользоваться военной терминологией, они принимают на себя первый удар и наносят самый ощутимый урон наступающему противнику. Причем, в отличие от антибиотиков, не позволяют этому противнику перестраиваться (генетически) в резистентные боевые порядки.

Главными возбудителями гнойных инфекций являются стафилококки. Сегодня насчитывается более 40 их разновидностей, и до сих пор считалось, что только пять из них способны выделять антибактериальные пептиды. Группа ученых из Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН доказала, что существует еще один, шестой, стафилококк, способный бороться со своими микроконкурентами с помощью молекулярных проколов в их мембранах. Это Staphylococcus warneri. Соответственно, продуцируемому им низкомолекулярному пептиду дали название «варнерин».

Ряды истребителей болезнетворных бактерий пополнились еще одним отважным бойцом, против которого у стафилококков, стрептококков, родококков и ряда других бактерий просто нет защиты, нет возможности образовывать резистентные формы.

Сотрудники ИЭГМ УрО РАН выделили варнерин в чистом виде. Определили его молекулярную массу. На 95% установили структуру (расположение аминокислот в молекуле) этого крохотного белка. Оказалось, что варнерин весьма устойчив к воздействию высоких температур и кислотных сред. Способен выстоять даже в жестких условиях автоклавной стерилизации. Широкий спектр его антимикробного действия позволяет говорить о том, что варнерин может встать в один ряд с другими защитными пептидами, которые уже называют «антибиотиками XXI века».

Если вам понравилась эта статья, обязательно напишите в комментариях, что вы думаете об этих способах замены антибиотиков?

Начало активности (дата): 22.03.2019 10:24:00