Ученые приблизились к использованию вирусов для борьбы с бактериальными инфекциями
Новое исследование позволило еще на один шаг приблизиться к использованию вирусов для борьбы с бактериальными инфекциями, снижая угрозу устойчивости к антибиотикам.
Фаговая терапия - это концепция использования безвредных для человека вирусов (известных как фаги) для уничтожения бактерий. Фаговая терапия может использоваться в сочетании с антибиотиками для более эффективного лечения инфекций и уменьшения возможности развития устойчивости бактерий к антибиотикам. Однако бактерии также могут выработать устойчивость к фагам.
Новое исследование Эксетерского университета, опубликованное в журнале Cell Host Microbe, пролило новый свет на то, как лучше сочетать антибиотики и фаговую терапию. Исследователи провели лабораторные эксперименты на бактерии Pseudomonas aeruginosa, которая вызывает заболевания у пациентов с ослабленным иммунитетом и муковисцидозом. Они подвергли бактерию воздействию восьми типов антибиотиков и обнаружили различия в механизмах, с помощью которых бактерии развивают устойчивость к фагам, что влияет на степень их вредоносности.
Вирусы проникают через молекулы на поверхности клетки, чтобы заразить бактерии. Как и иммунная система человека, бактерии имеют свою собственную систему защиты CRISPR, состоящую из белков, которые борются с инфекцией. Как и в случае с иммунной реакцией человека, это означает, что вирус заражает бактерию, а затем погибает. В процессе этого система CRISPR бактерии учится распознавать и атаковать вирус в будущем.
Однако у бактерий есть и второй вариант защиты. Они также могут изменить свою собственную клеточную поверхность для защиты от инфекции, потеряв рецептор, к которому обычно прикрепляются фаги. Эта возможность обходится бактериям недешево - бактерии становятся менее вирулентными, то есть они больше не вызывают болезни, или болезнь становится менее тяжелой.
В ходе исследования четыре из восьми протестированных антибиотиков вызвали резкое повышение уровня иммунитета на основе CRISPR. Все эти антибиотики являются бактериостатическими - они не убивают клетки напрямую, а действуют путем замедления их роста. Профессор Эдзе Вестре из Эксетерского университета сказал:
"Устойчивость к антибиотикам является серьезной проблемой здравоохранения, и нам необходимо принять быстрые и срочные меры. Фаговая терапия может стать важной частью инструментария, позволяющего сократить использование антибиотиков, а также использовать их в комбинации для повышения эффективности. Мы обнаружили, что, изменяя тип антибиотиков, которые используются в сочетании с фагом, мы можем управлять тем, как бактерии развивают устойчивость к фагу, увеличивая шансы на эффективность лечения. Эти эффекты следует учитывать при комбинированной терапии фаг-антибиотиками, учитывая их важные последствия для вирулентности патогенов"
Впервые фаговая терапия была применена в 1919 году, когда парижский микробиолог Феликс д'Эрель дал фаговый коктейль 12-летнему мальчику, что, по-видимому, излечило его от тяжелой дизентерии. Однако, несмотря на первые надежды, в 40-х годах прошлого века исследования заглохли, так как мир начал принимать антибиотики как быстрое медицинское средство.
Сейчас исследования снова набирают обороты как часть решения проблемы снижения устойчивости к антибиотикам. Несмотря на то, что фаговая терапия является многообещающей альтернативой и имеет несколько замечательных примеров применения у отдельных людей, одним из препятствий для более широкого использования является то, что бактерии могут быстро выработать устойчивость к фагам, благодаря иммунитету CRISPR-Cas или модификации их поверхности.
Исследователи показали, что эффект бактериостатических антибиотиков, вызывающих иммунитет CRISPR-Cas, обусловлен замедлением репликации фага внутри клетки, что дает системе CRISPR-Cas больше времени для приобретения иммунитета и очистки фаговой инфекции. Таким образом, исследование определяет скорость репликации фага как решающий фактор, контролирующий возможность CRISPR-Cas систем защищаться от вирусов. Ведущий автор исследования доктор Татьяна Димитиру из Эксетерского университета сказала:
"Это исследование дает фундаментальное представление об ограничениях иммунных систем CRISPR перед лицом вирусов. Недавно было обнаружено, что многие иммунные системы CRISPR-Cas связаны с клеточными реакциями, которые заставляют бактерии замедлять или останавливать рост при фаговой инфекции, и мы предполагаем, что это может быть важно для клеток, чтобы вызвать эффективный иммунный ответ"
