Бактерии играют решающую роль в поддержании баланса экосистемы. Однако существует несколько видов бактерий, которые могут вызывать ряд инфекционных заболеваний (таких как фарингит, сальмонеллез, туберкулез, коклюш). В основном они передаются через воздух, воду, живые организмы и пищу. Кроме того, распространение инфекций среди более крупной популяции объясняется такими потенциальными факторами, как патогенность, инфекционность и обилие бактерий в окружающей среде. В начале 19^й столетии произошел всплеск случаев инфекционных заболеваний (в том числе холера, дифтерия, брюшной тиф, чума, туберкулез, тиф, скарлатина, коклюш, сифилис и многие другие. ) вследствие распространения бактериальных инфекций видовым (включая Acinetobacter, Pseudomonas aeruginosa и Escherichia coli. ), что привело к увеличению потребности в эффективном методе лечения. В результате в 1928 году миру были представлены антибиотики с открытием пенициллина. Это открытие, сделанное Александром Флемингом, положило начало новой эре в медицине и в конечном итоге спасло миллионы жизней. Однако за последние три десятилетия в области антибиотикотерапии возникла другая проблема. Чрезмерное использование антибиотиков привело к появлению бактерий с множественной лекарственной устойчивостью. Фактически, устойчивость к антибиотикам в настоящее время стала одной из основных проблем фармацевтической промышленности, что побудило новаторов разработать новую терапию бактериофагами.

Бактериофаги – это вирусы, способные заражать и убивать бактерии, не затрагивая клетки человека или животных. Они действуют, осуществляя естественное взаимодействие хищник-жертва между фагом и бактериями-мишенями. Эту терапию можно использовать отдельно или в сочетании с антибиотиками для лечения различных инфекций и расстройств. Кроме того, потенциальные преимущества бактериофаговой терапии заключаются в том, что она безопасна для окружающей среды, в первую очередь основана на естественном отборе и может эффективно идентифицировать бактерии, вызывающие инфекцию, по сравнению с антибиотиками. Кроме того, они обладают способностью размножаться внутри бактерий после немедленного заражения, в то время как антибиотики могут распространяться только по организму и иногда игнорировать очаги заражения.

Чтобы лучше понять бактериофаги и их терапию, мы выделили эволюцию и цикл репликации бактериофагов. Кроме того, мы также представили преимущества, риски и проблемы, связанные с терапией бактериофагами. Кроме того, в этой главе также показано, как разворачивается будущее бактериофаговой терапии.

Историческая эволюция бактериофагов

Спустя два десятилетия после открытия вирусов миру впервые были представлены бактериофаги. Фактически, именно исследования бактериофагов привели к современной концепции вирусов и легли в основу молекулярной биологии и новой молекулярной генетики.

Фредерик Творт был первым, кто сообщил об уничтожении бактерий с помощью вирусов в 1915 году. Два года спустя Феликс д’Эрель из Института Пастера предположил, что вирусы можно использовать в качестве терапии против бактериальных инфекций. Кроме того, в 1919 году д’Эрель и его коллеги проглотили фаговый коктейль, чтобы обеспечить его безопасность. Фактически, они также давали этот коктейль 12-летнему мальчику с тяжелой дизентерией. Они заметили, что его симптомы в конечном итоге начали исчезать после однократного приема. За несколько дней мальчик полностью выздоровел. Однако до 1931 года д’Эрель не публиковал свои открытия.

Затем, в период 1920-1930-х годов, другая группа новаторов приступила к проведению различных оценочных тестов для определения эффективности фагов против бактериальных инфекций у людей. Кроме того, поскольку результаты этих оценок обычно публиковались в неанглоязычных журналах, они не получили широкого распространения в Западной Европе и США.

После этого, в 1940-х годах, Eli Lilly стала первой компанией в США, производящей фаги для использования человеком. Эти фаги использовались для лечения различных бактериальных инфекций, таких как инфекции, вызванные травмами, и инфекции верхних дыхательных путей. Однако, объясняя неправильные способы хранения и процессы очистки, а также не распознаваемую в то время селективную природу различных фагов, США и большинство стран Европы отказались от использования этих фаговых методов лечения, обозначив их как отказ. Однако в регионах, где антибиотики были труднодоступны, например, в России, Польше и Республике Грузия, фаговая терапия широко использовалась для лечения различных заболеваний.

Применение бактериофаговой терапии

Бактериофаги могут использоваться в различных биотехнологических приложениях, включая сельское хозяйство, аквакультуру, медицину человека и ветеринарию, а также науку об окружающей среде. Применение бактериофагов в каждой из вышеупомянутых областей подробно описано в следующем разделе:

• Пищевая и животноводческая промышленность: Новый класс антибактериальных средств (бактериофаги ) становится все более популярным для использования в пищевой промышленности. Известно, что пищевые продукты в основном получают из растений и животных, однако наличие в этих продуктах микробной популяции считается основной причиной различных видов заболеваний. В 2005 году ВОЗ сообщила о смерти почти двух миллионов человек из-за диарейных заболеваний. Фактически, 25% пищевых продуктов ежегодно выбрасывается из-за присутствия болезнетворных микробов. Несмотря на то, что было продумано несколько решений, снижение микробной нагрузки в пищевой промышленности по-прежнему остается проблемой во всем мире. В результате большое внимание уделяется терапии бактериофагами как мощному антимикробно-резистентному агенту. Фактически, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (USFDA) уже одобрило использование определенных фагов на сельскохозяйственных культурах для снижения риска заболеваний.например, бактериальный ожог соевых бобов ).

• Аквакультура: С другой стороны, микробные заболевания в аквакультуре становятся причиной огромных экономических потерь. В результате на рынок были выведены несколько бактериофагов в качестве новой альтернативной терапии для предотвращения микробных инфекций в популяции аквакультур. Фактически, такие патогены, как Аэромонас лососяцида , Эдвардсиелла тарда и Иерсиния руккери, Распространяющиеся бактериальные инфекции у рыб специально подвергаются воздействию фагов.

• Человеческая и ветеринарная медицина: Бактериофаги используются в качестве эффективного терапевтического средства против множественной лекарственной устойчивости и патогенов, образующих биопленки. Фаги не только эффективно уменьшают образование биопленок, но и подавляют рост устойчивых к фагам бактериальных мутантов. Более того, терапевтическая эффективность бактериофагов против инфекций, вызванных возбудителями с множественной лекарственной устойчивостью (такими как, S. aureus, E. coli, S. pneumonia. и П. aeruginosa ) было продемонстрировано на нескольких моделях животных до их использования у людей. Таким образом, бактериофаговая терапия в некоторых случаях может служить потенциальной альтернативой противомикробным препаратам.

• Защита окружающей среды: Огромное количество антибиотиков и отходов, выбрасываемых в окружающую среду медицинской, сельскохозяйственной и бытовой промышленностью, привело к развитию и передаче в окружающую среду бактерий, устойчивых к лекарствам. Когда почва попадает в пищевую цепь, передаваемые устойчивые бактерии угрожают антимикробной эффективности и приводят к увеличению риска для человека. Чтобы справиться с этой ситуацией, ученые стремятся внедрить фаги, которые могли бы уменьшить количество устойчивых к лекарствам патогенов.E. coli и P. aeruginosa ) в почве и минимизировать распространение генов устойчивости к антибиотикам.

Преимущества бактериофаговой терапии

Преимущества бактериофаговой терапии перед традиционными антибактериальными средствами описаны ниже:

• Бактерицидный эффект: Фаги воздействуют на бактерии таким образом, что последние не могут восстановить свою способность к репликации, тогда как антибиотики, такие как тетрациклин, могут привести к эволюции бактерий, приводящей к устойчивости к антибиотикам.
• Возможность автоматического дозирования: Фаги обладают способностью размножаться, чтобы убить бактерии-хозяева. Способность фагов к репликации также зависит от плотности бактерий. Это явление известно как автоматическое дозирование, когда фаги сами производят необходимую дозу.
• Низкая присущая токсичность: Фаги в основном состоят из нуклеиновой кислоты и белков, что делает их нетоксичными по своей природе. Однако фаги могут вызывать вредные иммунологические реакции (такой как фагоцитоз, цитокиновые реакции и влияние на адаптивный иммунитет ) путем взаимодействия с иммунной системой. Чтобы предотвратить это, при подготовке фагов соблюдается заранее определенный протокол, чтобы предотвратить возникновение аллергических реакций.
• Минимальное нарушение нормальной флоры: Антибиотики широкого спектра действия (разработан для более широкого спектра инфекций ), как известно, разрушают естественную флору кишечника, одновременно атакуя кишечные бактерии. Однако из-за специфичности фагов к хозяину они могут атаковать лишь несколько штаммов бактерий, что приводит к минимальному нарушению микрофлоры кишечника.
• Универсальность рецептуры и применения: Фаги весьма универсальны по своей природе, поскольку они могут быть представлены в различных формах, таких как жидкости, кремы, твердые вещества и другие лекарственные формы. Кроме того, их можно смешивать с фаговыми коктейлями и некоторыми антибиотиками, чтобы еще больше расширить их свойства и антибактериальный спектр.
• Потенциал однократной дозы: Бактериофаги обладают высокой способностью к репликации после однократного введения.
• Низкое воздействие на окружающую среду: В отличие от антибиотиков широкого спектра действия, фаги имеют ограниченный круг хозяев. Фаги, которые были разработаны, чтобы противостоять экстремальным условиям (солнечный свет, засуха и экстремальные температуры ) можно быстро вывести из строя, не причиняя вреда окружающей среде.
• Низкая стоимость производства: Затраты на производство фаговой терапии преимущественно составляют затраты на выращивание восприимчивого хозяина и его последующую очистку. Стоит отметить, что стоимость выращивания хозяина зависит от вида бактерий, тогда как новаторы пытаются снизить стоимость очистки за счет улучшения существующих технологий в этой области.
• Естественное возникновение: Фаги — это естественные компоненты окружающей среды. Благодаря этому продукты, входящие в состав этой терапии, безвредны для человека.

Заключение

Было показано, что фаготерапия является многообещающим решением проблемы растущей устойчивости к антибиотикам. До сих пор были проведены многочисленные исследования для оценки потенциала терапии бактериофагами, как in vitro и живой. Более того, благодаря различным научным достижениям исследователи получили более глубокие знания о взаимодействии фагов и бактерий, что позволило разработать более безопасную и эффективную фаговую терапию. Широкое использование фаговой терапии связано с некоторыми проблемами, особенно в отношении соблюдения нормативной политики. Для решения таких проблем, как растущая потребность в банках фагов, разработка эффективных и быстрых методов фагового скрининга для идентификации терапевтических фагов, разработка эффективных стратегий борьбы с инфекционными биопленками, создание протоколов производства фагов для обеспечения качество и безопасность фаговых препаратов и гарантия стабильности при хранении и транспортировке фаговых препаратов, должны быть приняты сочетание правильного выбора фагов, эффективной рецептуры и лучшего клинического понимания, а также знания применения продукта.

Более того, более широкое внедрение этого терапевтического подхода, вероятно, в конечном итоге обеспечит эффективное решение проблемы растущего числа бактериальных инфекций с множественной лекарственной устойчивостью. Также считается, что с растущей потребностью в альтернативах антибиотикам это терапевтическое лечение, вероятно, получит широкое распространение.

Для подробного…