У исследователей есть новая тактика борьбы с устойчивыми к лекарствам бактериальными инфекциями. Их стратегия предполагает использование коллекций бактериофагов — вирусов, которые естественным образом атакуют бактерии. В новом исследовании исследователи из Притцкеровской школы молекулярной инженерии (PME) Чикагского университета и Университетской медицины Чикаго показали, что смесь этих фагов может успешно лечить устойчивые к антибиотикам инфекции Klebsiella pneumoniae у мышей.

В то же время, однако, работа команды показала, насколько сложными могут быть взаимодействия между фагами и бактериями; вирусы, которые, по прогнозам, были наиболее эффективными в изолированных культуральных чашках, не всегда действовали на животных. Более того, и фаги, и бактерии могут эволюционировать с течением времени: в некоторых случаях фаги стали более эффективными в уничтожении бактерий, в то время как в других случаях клебсиелла развила устойчивость к фагам.

«Мы по-прежнему считаем, что фаги являются невероятно многообещающим подходом к лечению устойчивых к лекарствам бактерий, таких как клебсиелла», — сказал Марк Мими, доцент кафедры молекулярной инженерии и старший автор новой работы, опубликованной в журнале Клетка-хозяин и микроб. «Но фаги подобны живым, постоянно меняющимся антибиотикам, что придает им большую сложность».

Klebsiella pneumoniae — это распространенные бактерии, встречающиеся в кишечнике человека и не причиняющие особого вреда. Однако когда бактерии попадают на другие участки тела, например, в открытые раны, легкие, кровоток или мочевыводящие пути, они могут вызвать более серьезные инфекции. K. pneumoniae часто распространяется в больницах, и штаммы, устойчивые к лекарствам, стали обычным явлением.

«В моей клинике я наблюдаю пациентов с рецидивирующими инфекциями мочевыводящих путей, вызванными клебсиеллой», — говорит урогинеколог Сандра Валайтис, доктор медицинских наук из UChicago Medicine, соавтор новой работы. «Часто эти бактериальные штаммы развивают устойчивость к пероральным антибиотикам, в результате чего у пациентов остается меньше возможностей избавиться от инфекции. Нам срочно нужны новые способы лечения этих бактерий».

Фаги уже более века известны как естественные враги бактерий и изучаются на предмет их способности лечить инфекции. Однако фаги обычно очень специфичны для одного типа бактерий, и предсказать эти совпадения сложно.

В новом исследовании Элла Ротман, ученый из лаборатории Mimee, проверяла сточные воды, чтобы выделить фаги, которые могли бы эффективно убивать 27 различных штаммов клебсиеллы, в том числе 14, которые были недавно выделены от пациентов Чикагского университета. Команда идентифицировала несколько десятков фагов, способных убивать по крайней мере некоторые штаммы клебсиеллы. Затем исследователи проанализировали, какие генетические факторы бактерий делают их наиболее склонными к уничтожению или ослаблению каждым из этих фагов.

На основе этого анализа Ротман и ее коллеги разработали смесь из пяти фагов, каждый из которых нацелен на разные компоненты бактерий. В культуральных чашках, а также на мышах этот фаговый коктейль делал устойчивые к антибиотикам бактерии Klebsiella более склонными к атаке со стороны иммунной системы и, в некоторых случаях, более восприимчивыми к лечению антибиотиками. Однако в других случаях после лечения бактерии становились более устойчивыми к антибиотикам.

«Это одна из тех вещей, где биология часто не работает так, как вам хочется», — говорит Мими. «Но это дает нам возможность изучить детальную динамику между фагами и бактериями».

Подвергнув смесь фагов серии изолированных бактерий клебсиеллы, исследователи дали фагу возможность эволюционировать. Это улучшило способность коктейля убивать клебсиеллу. У мышей смесь эффективно убивала или ослабляла клебсиеллу. Исследователи наблюдали совместную эволюцию бактерий и фагов в кишечнике мышей, где клебсиелла эволюционировала, чтобы уклоняться от атаки фага, а фаг противостоял ей, чтобы лучше заражать измененные бактерии.

Лабораторная группа Мими продолжает эксперименты, чтобы лучше понять, как различные пары фагов и бактерий взаимодействуют друг с другом и как на это влияет присутствие других фагов и бактерий, которые естественным образом присутствуют в организме человека. В то же время, в сотрудничестве с Valaitis, они добиваются одобрения Управления по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) на небольшое клиническое исследование по тестированию смеси фагов на пациентах с инфекциями мочевыводящих путей.

«Это исследование является положительным шагом вперед в попытках разобраться в сложностях фагов и приблизить их к клинике», — говорит Мими.