В апреле 1873 года родился микробиолог Феликс де Герелье, который более всего нам известен, как человек, изучавший бактериофагов и впервые применивший их для лечения дизентерии в 1919 году. Герелье стоял у истоков лечения фагами холеры, которая в те времена выкашивала населения Египта и Индокитая. Потом появились антибиотики, и интерес к фагам ослаб.
Однако сегодня ученые все чаще видят в них возможное решение целого ряда проблем, связанных с патогенными бактериями. Среди новых методов использования бактериофагов — обработка пищи для защиты от микробов, вызывающих различные болезни желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). MedAboutMe выяснял, как с помощью фагов можно защитить еду от инфекций.
Бактериофаги — вирусы против бактерий
У микробов есть свои враги — бактериофаги (или фаги), «пожиратели бактерий». Фаги являются облигатными паразитами, то есть они способны жить и размножаться только в клетках определенных бактерий. Фаг прикрепляется к клеточной стенке жертвы, вводит внутрь нее свою ДНК, после чего биохимия бактериальной клетки перестраивается на воспроизведение отдельных компонентов новых фагов и их сборку. На завершающем этапе клетка бактерии разрушается, а полчища новых фагов выходят наружу в поисках новых жертв.
У бактериофагов существуют разные «режимы» жизнедеятельности. Когда нужных им бактерий маловато, они могут долгое время обитать внутри клетки в пассивном состоянии. Если же бактерий много — фаги работают по полной программе, стремительно уничтожая их и активно размножаясь.
Самое для нас интересное в фагах это то, что каждый фаг ориентирован на какую-то конкретную разновидность бактерий. Другие микробы и клетки организма ему неинтересны. То есть, запустив такого фага в желудочно-кишечный тракт, можно быть уверенным, что он будет разрушать только бактерий определенного вида и даже определенного штамма, но не тронет остальных членов микробиома.
Кроме того, против фагов у бактерий нет защиты, а значит, не может развиться резистентность к фаготерапии — в отличие от резистентности к антибиотикам.
Фаги против болезней кишечника
В последние годы в СМИ регулярно появляются сообщения о все новых и новых экспериментах с участием бактерий-возбудителей болезней ЖКТ и бактериофагов, которым так необходимы именно эти бактерии.
Так, одними из самых распространенных возбудителей диарей, связанных с приемом антибиотиков (в 39% случаев), являются клостридии, точнее Clostridium difficile. Каждый десятый пациент с антибиотикоассоциированной диареей умирает из-за отсутствия эффективных методов лечения. Основной проблемой является то, что C. difficile представлена множеством штаммов, которые различаются между собой реакцией на антибиотики, а также наличием у этих бактерий устойчивых к внешним воздействиям спор.
Уже разработаны комбинации бактериофагов, которые приводят к полному уничтожению клостридий, причем без образования новых резистентных к антибиотикам форм. Практика показывает, что при пероральном приеме (через рот) такого комплекта фагов уже через 36 часов наблюдается значительное уменьшение концентрации патогенных бактерий.
А в августе прошлого года ученые из Университета штата Колорадо опубликовали результаты исследования, в ходе которого бактериофаги использовались для борьбы с болезнями желудочно-кишечного тракта. В нем участвовали 36 человек, страдавших от периодических расстройств желудка, газообразования, метеоризма и вздутия живота, запоров или диареи, болей в области живота и т. д. Диагностировать у них причину всех этих неприятностей врачи не могли.
Часть группы получала плацебо, а часть — набор бактериофагов, мишенью которых служила кишечная палочка. Этот условно-патогенный микроорганизм вполне может взбунтоваться и вызвать все перечисленные симптомы. Ученые остались довольны полученным эффектом. Бактериофаги уменьшили популяцию кишечной палочки, и неприятные неизлечимые симптомы значительно уменьшились. Состав остальных бактерий ЖКТ не изменился.
Интересно, что попутно снизился уровень циркулирующего в крови интерлейкина-4 — этот белок часто связан с аллергией и аутоиммунными воспалительными реакциями, включая атопический дерматит и ревматоидный артрит.
Превентивные меры: профилактика фагами
У ученых давно возник вопрос: раз фаги так ловко расправляются с опасными бактериями, может быть тогда проще «натравить» их на патогенных микробов еще до того, как последние причинят человеку вред?
Одним из вариантов такого подхода является фагопрофилактика: человек получает поливалентный фаг (комбинацию бактериофагов), предназначенную для уничтожения конкретных патогенных микроорганизмов. Этот метод давно и достаточно успешно применяют для профилактики таких инфекций, способных вызвать массовые эпидемии, как дизентерия, брюшной тиф, холера и др.
Другой вариант, который был предложен относительно недавно — обработка продуктов конкретными бактериофагами, которые будут «охранять» пищу от потенциально опасных бактерий. То есть, процедура проводится еще до заражения еды.
Фаги и продукты
Этот вариант не так уж инновационен. Бактериофаги в ряде стран уже успешно используют для защиты некоторых продуктов питания на стадии их выращивания и предпродажной подготовки. Например, фаги защищают плодовые культуры от бактериального ожога (возбудитель Erwinia amylovora) и от «черной гнили», поражающей овощи семейства крестоцветных (возбудитель Xanthomonas campestris).
А в ходе предубойной обработки телят, поросят и ягнят фаги применяются для борьбы с сальмонеллезом и различными вариантами энтеропатогенных инфекций, вызываемых кишечной палочкой. Наконец, фаги, инфицирующие таких бактерий, как Pseudomonas spp. и Brochothrix thermosphacta, значительно увеличивают срок хранения красного мяса.
В феврале этого года южнокорейские ученые из Национального университета Сеула вместе с финскими исследователями из Хельсинкского университета опубликовали результаты экспериментов с Yersinia enterocolitica — эта бактерия является возбудителем иерсиниоза, инфекционной болезни, которая часто поражает людей, съевших термически плохо обработанную крольчатину или свинину. Также иерсинии могут распространяться с плохо помытой посудой и через молоко (реже).
На момент начала исследования были идентифицированы 4 бактериофага, которые заражают Y. enterocolitica. Ученые выбрали самого сильного из них — fHe-Yen9-01. Фаг вводили в продукты, которые приобретались на рынке: в сырую свинину, в свинину, приготовленную на гриле, и в молоко. После чего исследователи заражали иерсиниями образцы пищи и анализировали количество бактерий на продуктах, обработанных фагом, и на контрольных образцах, которые хранились в тех же самых условиях.
Оказалось, что профилактика заражения пищи патогенными бактериями при помощи фагов отлично работает как защита от иерсиний. Обработка фагами эффективно подавляла рост бактерий, при этом концентрация фагов росла — даже в условиях холодильника.
Обработка фагами посуды с последующим загрязнением бактериями тоже показала хороший результат. Через 2 часа после заражения роста бактерий не наблюдалось.
- На фоне растущей проблемы резистентности к антибиотикам в научных кругах наблюдается волна повышенного интереса к бактериофагам. А значит, можно ожидать создания новых лекарств и средств профилактики на основе этих необычных организмов.
- Можно надеяться, что не за горами массовое применение бактериофагов для защиты от листерий, иерсиний, вездесущих сальмонелл, кампилобактерий и других разнообразных бактерий, являющихся возбудителями тяжелых пищевых инфекций. Возможно, будут разработаны даже специальные фаговые комбинации — «для мяса», «для рыбы», «для молочных продуктов», «для листовых овощей» и даже «для посуды».
