Фаготерапия

Фаготерапия — лечение бактериальных инфекций с использованием вирусов бактерий, или бактериофагов. Существуют два основных направления фаготерапии. Первое основано на применении стандартных препаратов, в рамках второго индивидуальные вирусы подбираются для лечения каждого конкретного пациента[1]. В любом случае фаговая терапия назначается только после проведения лабораторного анализа на чувствительность к бактериофагам и установления высокой литической активности бактериофагов в отношении инфекционных штаммов бактерий[2]. Нишей фаготерапии является лечение заболеваний, обусловленных бактериями со множественной лекарственной устойчивостью[3].

ИсторияПравить

История фаговой терапии начинается в 1919 году, когда один из первооткрывателей вирусов бактерий, Феликс д’Эррель, использовал фаговый препарат для борьбы с куриной холерой. Тогда же в Парижской больнице Hôpital Necker-Enfants malades[fr]* было успешно проведено лечение дизентерии у ребёнка. В 1920—1930-х годах в Европе и США было широко налажено производство фаговых препаратов, однако появление на рынке сульфаниламидов и антибиотиков, а также противоречивые данные исследований тех лет в отношении эффективности терапевтических средств на основе бактериофагов послужили причиной практически полного прекращения их использования. Исключением на этом фоне являлись Польша и Советский Союз, включая бывшую Советскую Грузию, где в 1923 году был основан специализированный институт, посвящённый исследованиям бактериофагов[4][5]. Повсеместный возврат к идее фаговой терапии начался в 1980-х годах с появлением в англоязычной литературе результатов изучения её эффективности на животных[6].

Особенности бактериофагов как противомикробных средствПравить

Диапазон действия многих бактериофагов ограничивается штаммами одного вида бактерий, причём это действие никогда не распространяется на все генетические варианты инфекционного агента. С одной стороны, это позволяет сохранить нормальные компоненты микробиоты человеческого организма. С другой стороны, это обусловливает обязательность проведения лабораторных анализов на чувствительность при назначении лечения, а также подразумевает постоянную доработку состава терапевтических коктейлей исходя из актуальных данных по циркулирующим на той или иной территории штаммам возбудителей[7]. Вследствие того, что состав зарегистрированных препаратов изменяется, для лабораторного анализа на чувствительность и лечения необходимо использовать фаги одной и той же серии[8]. Стандартный путь решения проблемы узкой специфичности состоит в приготовлении смесей разных фагов, «коктейлей». Коктейль может обладать активностью в отношении одного вида бактерий, — «моновалентный бактериофаг», или нескольких, — «поливалентный».

Фаговые препараты не вызывают побочных явлений[9][10], но являются иммуногенными. Во всех случаях у пациентов через две или три недели после окончания фаготерапии в значимых титрах образуются штамм-специфичные антитела, что приводит к инактивации фагов. Поэтому при назначении повторных курсов необходима замена фаговых препаратов[8]. Бактериофаги взаимодействуют с системой врождённого иммунитета через фагоцитоз и цитокиновые ответы, а также влияют на адаптивный иммунитет, воздействуя на выработку антител и активацию клеток-эффекторов[11].

При низкой концентрации фаговых частиц в среде и малом количестве чувствительных бактерий характерное время адсорбции фага может превышать время, необходимое для деления бактерий, и всегда существует некоторая пороговая концентрация бактерий, необходимая для поддержания фаговой популяции[4]. Эффективное применение бактериофагов для контроля бактериального роста подразумевает либо наличие достаточного числа чувствительных бактерий, либо высокий титр используемого фагового препарата[12].

Бактерии легко развивают устойчивость к бактериофагам. Но если молекулы клеточной оболочки, так называемые «фаговые рецепторы», распознаваемые вирусами, являются также факторами патогенности, то устойчивые бактерии становятся менее опасными. Список примеров таких рецепторов включает в себя компоненты капсул и мембранные насосы[13].

Вирулентные бактериофаги различаются по значимым для практики свойствам, включая диапазон действия, длительность жизненного цикла, выход фаговых частиц на одну бактериальную клетку[13]. Некоторые бактериофаги несут гены ферментов, разрушающих биоплёнки[14]. Также известны медицинские бактериофаги, плохо проникающие через внеклеточный матрикс биоплёнок[15]. В серии случаев успешного применения фаговой «терапии сострадания» при костно-суставных инфекциях, вызванных в основном биоплёнкообразующим Staphylococcus aureus, лечение предварялось санацией очагов инфекции[16].

Бактериофаги являются хорошим дополнением для антибиотикотерапии, поскольку проникают в бактериальную клетку и разрушают её по механизмам, отличным от механизмов действия любых антибиотиков, что практически гарантирует отсутствие кросс-резистентности к фагам и антибиотикам[17]. Однако в экспериментах по подавлению роста Escherichia coli сочетанным применением антибиотиков различных классов и бактериофагов было показано не только взаимное усиление действия, но и антагонизм. Поэтому при комбинированной терапии рекомендуется использовать такие сочетания антибиотиков и бактериофагов, при которых размножение вируса не зависит от подавляемой антибиотиком клеточной системы[18].

Требования к бактериофагамПравить

Для терапии используют исключительно вирулентные бактериофаги, не обладающие возможностями реализации лизогенного жизненного цикла. Объясняется это тем, что во многих случаях умеренные фаги придают бактериям полезные для выживания свойства. Гены токсинов, определяющих патогенность таких известных возбудителей как Clostridium botulinum, Corynebacterium diphtheriae и Vibrio cholerae, содержатся в профагах. Случаи, когда профаги придают своим хозяевам дополнительные патогенные свойства, описаны для бактерий Escherichia coli, Proteus mirabilis, Proteus vulgaris, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus и Staphylococcus pyogenes[2]. Авторы государственной фармакопеи РФ вслед за европейскими специалистами предписывают использовать для терапии инфекционных заболеваний природные бактериофаги[7][19]. Принципы производства, требования по качеству, к проведению доклинических и клинических исследований для существующих и разрабатываемых препаратов бактериофагов изложены в «Правилах проведения исследований биологических лекарственных средств Евразийского экономического союза»[20]. Наиболее важные требования к фаговым препаратам заключаются в том, что (1) все используемые вирусы должны быть изучены методами высокопроизводительного секвенирования, (2) в досье на препарат включают данные, касающиеся штамма бактерии, на котором проводится культивирование бактериофага на производстве, (3) необходима очистка лизатов бактерий от продуктов их жизнедеятельности, эндо- и экзотоксинов и клеточного дебриса с использованием подходящих методов, таких как ультрафильтрация или аффинная хроматография[8].

Фаготерапия в РоссииПравить

Применение промышленных фаговых коктейлейПравить

По состоянию на январь 2022 года, в Российской Федерации было зарегистрировано 16 лекарственных препаратов на основе бактериофагов производства НПО «Микроген»[21]. В это число входили жидкие лекарственные формы и таблетированные препараты с кислотоустойчивой оболочкой. В Санкт-Петербурге препарат Секстафаг был успешно использован для купирования внутрибольничной вспышки инфекции, вызванной Klebsiella pneumoniae в отделении реанимации новорожденных. В то время как рутинные меры инфекционного контроля, принятые для устранения вспышки оказались неэффективными, использование фагового препарата позволило на месяц снизить до нуля частоту инфицирования K. pneumoniae в отделении[22].

Применение индивидуально подобранных фаговПравить

Лечение бактериофагами, не зарегистрированными в качестве лекарственных средств, осуществляется в рамках научных исследований, проводимых различными центрами. Как правило, оно проводится при отсутствии альтернатив, — выявлении полирезистентного к антибиотикам возбудителя[8]. Для фаговых препаратов, подготовленных с использованием коллекционных вирусов, соблюдаются требования по качеству и безопасности[7][23].

Клинические испытания бактериофагов, проведённые в 2012—2018 годах в Новосибирске на базе НУЗ «Дорожная клиническая больница» и Центра новых медицинских технологий, позволили сформулировать требования к фаговой «терапии сострадания» при синдроме диабетической стопы[24][25]. Критериями для назначения терапии являются наличие бактериальной инфекции, однозначные показания к плановой ампутации и плохой ответ на проведённую ранее антибактериальную терапию, включая антибиотикотерапию. При назначении фаговых препаратов требуется получение письменного информированного согласия пациента. Такие коллекционные штаммы облигатно вирулентных фагов не должны содержать последовательностей, кодирующих токсины, что определяется полногеномным секвенированием. Бактериофаги, наносимые на очаги некроза при синдроме диабетической стопы, должны иметь титр от 107 до 1010 бляшкообразующих единиц на миллилитр. Если бактериофаг имеет недостаточно высокий титр, препарат готовится заново[25].

Устойчивость к бактериофагамПравить

Распространённость природной устойчивостиПравить

Распространённость устойчивости к бактериофагам оценить сложно, поскольку основой фаговой терапии следует считать индивидуальный подход[23], а состав зарегистрированных лекарственных препаратов на основе бактериофагов подлежит корректировке[26]. Если говорить об отдельных примерах, устойчивость коллекционных штаммов Enterococcus faecalis к индивидуальным бактериофагам, описанным в литературе, находится в пределах 29—92 %[27].

В 2009—2011 годах, в медицинских организациях Нижегородской области распространенность штаммов Staphylococcus spp., устойчивых к коммерческим препаратам бактериофагов, содержащим стафилококковый компонент, составила 42—49 %. В 2015—2016 годах доработка препаратов позволила снизить распространённость резистентности к ним среди стафилококков до 21 %[26]. По данным 2015—2017 годов, полученным в Ростове-на-Дону, устойчивость условно-патогенных бактерий, выделенных от детей с дисбактериозом кишечника, к коммерческим бактериофагам в среднем составляла 44 %. Большинство условно-патогенных бактерий, за исключением K. pneumoniae, были устойчивы к Секстафагу, но чувствительны к видоспецифичным фаговым монопрепаратам[28].

Приобретённая устойчивостьПравить

В ходе лечения фаговыми препаратами в большей части задокументированных случаев в остаточной популяции бактерий наблюдалось если не полное, то по крайней мере частичное замещение фагорезистентными формами[29]. Поэтому по ходу лечения имеет смысл проводить мониторинг устойчивости с целью своевременной частичной или полной замены терапевтических фагов. В качестве меры по борьбе с устойчивостью также рассматривается адаптация фагов к устойчивым штаммам in vitro[30]. В то же время, устойчивые к бактериофагам микроорганизмы могут характеризоваться пониженной скоростью роста, сниженной экспрессией детерминант вирулентности, потерей адгезивных свойств, значительно сокращённой продолжительностью жизни[31]. Иногда приобретённая фагорезистентность сопровождается повышенной чувствительностью к антибиотикам. Это рассматривается как основание для выбора в пользу более длительных курсов фаготерапии, которые следует продолжать даже несмотря на развившуюся резистентность[10].

ПримечанияПравить

  1. Landyshev NN, Voronko YG, Timoshina OY, Suslina SN, Akimkin VG, Miroshnikov KA (2020). “[A review of the regulatory framework for personalized bacteriophages registration]”. Voprosy Virusologii. 65 (5): 259—266. DOI:10.36233/0507-4088-2020-65-5-2. PMID 33533209.
  2. 1 2 Асланов, Б. И. Рациональное применение бактериофагов в лечебной и противоэпидемической практике. Федеральные клинические рекомендации / Б. И. Асланов, Л. П. Зуева, Л. А. Кафтырева … [и др.]. — М., 2014. — 39 с.
  3. Власов В. В., Тикунова Н. В., Морозова В. В. Бактериофаги как терапевтические препараты: что сдерживает их применение в медицине // Биохимия. — 2020. — Т. 85, № 11. — С. 1587—1600. — doi:10.31857/S0320972520110068.
  4. 1 2 Летаров А. В. Современные концепции биологии бактериофагов. — М.: ДеЛи, 2019. — 384 с. — ISBN 978-5-6042712-4-7.
  5. About us (англ.). G. Eliava Institute of Bacteriophages, Microbiology and Virology. Дата обращения: 3 февраля 2022.
  6. Nikolich MP, Filippov AA (2020). “Bacteriophage therapy: developments and directions”. Antibiotics (Basel). 9 (3): 135. DOI:10.3390/antibiotics9030135. PMID 32213955.
  7. 1 2 3 Pirnay JP, Blasdel BG, Bretaudeau L et al. (2015). “Quality and safety requirements for sustainable phage therapy products”. Pharmaceutical Research. 32 (7): 2173—2179. DOI:10.1007/s11095-014-1617-7. PMID 25585954.
  8. 1 2 3 4 Алешкин А. В., Селькова Е. П., Ершова О. Н., Савин И. А., Шкода А. С., Бочкарева С. С., Митрохин С. Д., Киселева И. А., Орлова О. Е., Рубальский Е. О., Зулькарнеев Э. Р. Концепция персонализированной фаготерапии пациентов отделения реанимации и интенсивной терапии, страдающих инфекциями, связанными с оказанием медицинской помощи // Фундаментальная и клиническая медицина. — 2018. — Т. 3, № 2. — С. 66—74. — doi:10.23946/2500-0764-2018-3-2-66-74.
  9. McCallin S, Alam Sarker S, Barretto C et al. (2013). “Safety analysis of a Russian phage cocktail: from metagenomic analysis to oral application in healthy human subjects”. Virology. 443 (2): 187—196. DOI:10.1016/j.virol.2013.05.022. PMID 23755967.
  10. 1 2 Górski A, Międzybrodzki R, Weber-Dąbrowska B et al. (2016). “Phage therapy: combating infections with potential for evolving from merely a treatment for complications to targeting diseases”. Frontiers in Microbiology. 7: 1515. DOI:10.3389/fmicb.2016.01515. PMID 27725811.
  11. Van Belleghem JD, Dąbrowska K, Vaneechoutte M, Barr JJ, Bollyky PL (2018). “Interactions between bacteriophage, bacteria, and the mammalian immune system”. Viruses. 11 (1): 10. DOI:10.3390/v11010010. PMID 30585199.
  12. Harper, DR. Selection of disease targets for phage therapy // Bacteriophages. — Cham : Springer, 2020. — P. 1—22. — ISBN 978-3-319-40598-8. — doi:10.1007/978-3-319-40598-8_42-1.
  13. 1 2 Hyman P (2019). “Phages for phage therapy: isolation, characterization, and host range breadth”. Pharmaceuticals (Basel). 12 (1): 35. DOI:10.3390/ph12010035. PMID 30862020.
  14. Knecht LE, Veljkovic M, Fieseler L (2020). “Diversity and function of phage encoded depolymerases”. Frontiers in Microbiology. 10: 2949. DOI:10.3389/fmicb.2019.02949. PMID 31998258.
  15. Pires DP, Melo LDR, Azeredo J (2021). “Understanding the complex phage-host interactions in biofilm communities”. Annual Review of Virology. 8 (1): 73—94. DOI:10.1146/annurev-virology-091919-074222. PMID 34186004.
  16. Patey O, McCallin S, Mazure H, Liddle M, Smithyman A, Dublanchet A (2018). “Clinical indications and compassionate use of phage therapy: personal experience and literature review with a focus on osteoarticular infections”. Viruses. 11 (1): 18. DOI:10.3390/v11010018. PMID 30597868.
  17. Valente L, Prazak J, Que YA, Cameron DR (2021). “Progress and pitfalls of bacteriophage therapy in critical care: a concise definitive review”. Critical Care Explorations. 3 (3): e0351. DOI:10.1097/CCE.0000000000000351. PMID 33786430.
  18. Gu Liu C, Green SI, Min L, Clark JR, Salazar KC, Terwilliger AL, Kaplan HB, Trautner BW, Ramig RF, Maresso AW (2020). “Phage-antibiotic synergy is driven by a unique combination of antibacterial mechanism of action and stoichiometry”. mBio. 11 (4): e01462–20. DOI:10.1128/mBio.01462-20. PMID 32753497.
  19. Государственная фармакопея Российской Федерации XIV : [рус.] / Министерство здравоохранения Российской Федерации. — М., 2018. — 7019 с.
  20. Решение Совета Евразийской экономической комиссии от 3 ноября 2016 г. № 89 “Об утверждении Правил проведения исследований биологических лекарственных средств Евразийского экономического союза”. ГАРАНТ.РУ (14 декабря 2016). Дата обращения: 28 января 2022.
  21. Государственный реестр лекарственных средств. Министерство здравоохранения Российской Федерации. Дата обращения: 19 января 2022.
  22. Асланов Б. И., Любимова А. В., Зуева Л. П. Бактериофаги как эффективные противоэпидемические средства для купирования вспышек внутрибольничных инфекций // Журнал инфектологии. — 2019. — Т. 11, № 1. — С. 65—70. — doi:10.22625/2072-6732-2019-11-1-65-70.
  23. 1 2 Fauconnier A (2017). “Regulating phage therapy: the biological master file concept could help to overcome regulatory challenge of personalized medicines”. EMBO Reports. 18 (2): 198—200. DOI:10.15252/embr.201643250. PMID 28082313.
  24. Бактериофаги: «Истребить врага и не затронуть друзей». ИХБФМ СО РАН (4 апреля 2014). Дата обращения: 21 января 2022.
  25. 1 2 Morozova VV, Kozlova YN, Ganichev DA, Tikunova NV (2018). “Bacteriophage treatment of infected diabetic foot ulcers”. Methods in Molecular Biology. 1693: 151—158. DOI:10.1007/978-1-4939-7395-8_13. PMID 29119439.
  26. 1 2 Чанышева Р. Ф., Ковалишена О. В., Присада Т. В. Оптимизация применения бактериофагов для борьбы с инфекциями по результатам регионального микробиологического мониторинга // Медицинский альманах. — 2017. — Т. 4, № 49. — С. 33—37.
  27. Lee D, Im J, Na H, Ryu S, Yun CH, Han SH (2019). “The novel Enterococcus phage vB_EfaS_HEf13 has broad lytic activity against clinical isolates of Enterococcus faecalis”. Frontiers in Microbiology. 10: 2877. DOI:10.3389/fmicb.2019.02877. PMID 31921055.
  28. Алексанина Н. В. Микробиологический мониторинг фагорезистентности условно-патогенной микрофлоры у детей с дисбиозами // Бактериофаги: теоретические и практические аспекты применения в медицине, ветеринарии и пищевой промышленности : Материалы 4-ой научно-практической конференции с международным участием. — М.: Медицинское Маркетинговое Агентство, 2018. — С. 33. — ISBN 978-5-9905908-3-0.
  29. Oechslin F (2018). “Resistance development to bacteriophages occurring during bacteriophage therapy”. Viruses. 10 (7): 351. DOI:10.3390/v10070351. PMID 29966329.
  30. McCallin, Shawna. Bacterial resistance to phage and its impact on clinical therapy // Phage therapy: a practical approach / Shawna McCallin, Frank Oechslin. — Cham : Springer, 2019. — P. 59—88. — ISBN 978-3-030-26736-0. — doi:10.1007/978-3-030-26736-0_3.
  31. León M, Bastías R (2015). “Virulence reduction in bacteriophage resistant bacteria”. Frontiers in Microbiology. 6: 343. DOI:10.3389/fmicb.2015.00343. PMID 25954266.