Фаги или антибиотики: кто победит мутирующие микробы?

Неправильное применение противомикробных препаратов (злоупотребление ими, или, наоборот, незавершенный курс лечения) как в медицине, так и в сельском хозяйстве — основной фактор развития устойчивых к лекарствам патогенов. Резистентность к противомикробным препаратам ежегодно становится причиной смерти более миллиона человек.

Живучая и вездесущая

Сальмонелла — одна из главных причин диарейных заболеваний во всем мире. Эта похожая на палочку бактерия способна выживать несколько недель в сухой среде и несколько месяцев в воде. Она опасна не только для человека, но и для домашних, а также диких животных. Большинство случаев сальмонеллеза проходит в легкой форме, но везет не всем — можно и умереть. Тяжесть заболевания зависит от особенностей хозяина и вида возбудителя. К тому же есть устойчивые к антибиотикам микробы. 

При чем здесь лосось?

Сальмонелла никак не связана с рыбой, хоть ее название и происходит от английского Salmon. Это фамилия американского ветеринара, который обнаружил энтеробактерии, провоцировавшие острую кишечную инфекцию — сальмонеллез. В дальнейшем благодаря научным изысканиям Даниела Салмона была создана вакцина от тифа.

Сальмонелла обычно обитает в кишечнике животных и людей Фото: © Public Domain

Ежегодно от сальмонеллеза страдает почти каждый десятый человек в мире. Такую цифру озвучили на саммите разработчиков лекарственных препаратов «Сириус.Биотех», прошедшем на первой федеральной территории. Он объединил более 800 участников со всей страны: ученых, экспертов, ведущих представителей фармацевтических компаний и научно-исследовательских центров. Специалисты обсуждали производство лекарств, тренды в индустрии и представляли свои проекты, в том числе в ветеринарной отрасли, где часто сталкиваются с проблемой резистентности к антибиотикам. Ведь неэффективное лечение животных может привести к большим потерям: падежу скота, снижению качества продукции и распространению опасных инфекций. 

На саммите «Сириус.Биотех» в Университете «Сириус» Фото: © Алена Енченко / Пресс-служба «Сириуса»

Бактерии-убийцы

Интересно, что некоторые сальмонеллы могут присутствовать только у одного или нескольких видов животных. Например, Salmonella enterica Dublin — у крупного рогатого скота, Salmonella enterica Choleraesuis — у свиней. И если эти бактерии попадут в неприспособленный к возбудителю организм человека, они могут его убить. А если речь о фермах, то распространение подобных инфекций угрожает населению и экономике целой страны.  

Дублинская сальмонелла (Salmonella enterica Dublin) снижает продуктивность взрослых животных и вызывает высокую заболеваемость и смертность среди молодняка Фото: © BearFotos / Shutterstock / FOTODOM

Пожиратели бактерий

Ученые по-разному пытаются справиться с проблемой и даже возвращаются к идеям столетней давности. Еще в 1926 году биологи впервые попытались вылечить кур с помощью бактериофагов — вирусов, способных уничтожать вредных микробов. Тогда у птиц развилась инфекция, вызванная возбудителем Salmonella enterica. Терапия в итоге оказалась неэффективной, но в защиту исследователей нужно сказать, что тогда о фагах мало что знали.

Структура типичного бактериофага — состоит из нуклеиновой кислоты и белка Adenosine / CC BY-SA 3.0

Что такое фаги?

Простыми словами — это пожиратели бактерий. Суть фаготерапии заключается в том, что микроорганизмы умышленно заражают специальными вирусами, которые их уничтожают. Особенно такой метод эффективен против организмов, устойчивых к антибиотикам.

Феликс д'Эрелль Фото: Public Domain

Фаги открыл французский и канадский микробиолог Феликс д'Эрелль. В 1919 году он изучал возбудителей дизентерии и обнаружил, что есть некий инфекционный агент, вызывавший их гибель. Тогда же с помощью открытых вирусов ученый вылечил первых пациентов с бактериальной инфекцией.

Открыватель пенициллина Александр Флеминг, 1943 год Фото: Public Domain

Открытие д'Эрелля вызвало настоящий ажиотаж в медицине. Уже через год фагами стали лечить чуму в Великобритании и Египте, а затем и холеру в Индии. Европейские и американские фармацевтические компании стали производить фаги в медицинских целях. Но у всех возникли технологические проблемы — из-за ошибочно поставленных диагнозов часто использовали не те виды вирусов. А в 1928 году англичанин Александр Флеминг открыл пенициллин — начался век антибиотиков, и о фаговой терапии практически забыли.

Но не в Советском Союзе, где Феликс д'Эрелль стал желанным гостем. В 1934 году по приглашению Иосифа Сталина он поселился в Тбилиси у знакомого исследователя и участвовал в создании первого НИИ бактериофагов. С тех пор там было разработано множество фаговых коктейлей, в том числе для лечения гнойных ран и энтеробактериальных инфекций. А сам подход стали изучать и другие группы ученых в нашей стране.

Сколько фагов на планете?

На каждую песчинку на Земле приходится примерно триллион бактериофагов. К сегодняшнему дню ученые изучили лишь самый кончик верхушки этого «вирусного айсберга»: в международной генетической базе GenBank насчитывается около 1 500 полных фаговых геномов, многие из которых не исследованы экспериментально.

Помощники ветеринаров

Долгое время все было хорошо, но болезнетворные микробы оказались крепким орешком. Они приспособились к антибиотикам, и ученым пришлось решать эту проблему. Тогда многие и вспомнили про хорошо забытые вирусы. В начале двухтысячных началась активная работа — только за год ученые выделили более 200 бактериофагов из различных сред. Оказалось, что три из них могут подавлять действие бактерий: Salmonella enterica ser. Enteritidis, Hadar и Typhimurium. На их основе стали разрабатывать препараты от возбудителей сальмонеллеза и стафилококка для использования в животноводстве.

Николай Пименов Фото: © Ярослав Яровой / Пресс-служба «Сириуса»

Российские ученые не стояли в стороне. В Московской государственной академии ветеринарной медицины и биотехнологии несколько лет назад создали первый в новейшей истории страны лечебный препарат на основе бактериофагов для животных. Он эффективен против эндометрита. Самые распространенные возбудители этого заболевания — Trueperella pyogenes, E. coli, Fusobacterium necrophorum, S. uberis. Лечебный коктейль сочетает несколько видов бактериофагов, которые уничтожают эти патогены, не нанося при этом вред ни животному, ни экологии. 

«Новое средство показало терапевтическую эффективность на уровне от 60 до 100 % и не уступает антибиотикам», — заявил на саммите «Сириус.Биотех» соавтор исследования доктор биологических наук Николай Пименов.

Для лечения бактериальных инфекций московские ученые предлагают два метода, в которых используются бактериофаги. В первом их добавляют в корм животным для профилактики. Второй предназначен для лечения инфекций с помощью препаратов на основе фагов. 

Оружие против супербактерий

Существует список из 12 самых убийственных микробов на планете. В их числе ацинетобактерия баумании. От нее очень сложно избавиться из-за высокого уровня устойчивости к антибиотикам и способности долго выживать на различных поверхностях. Возбудители вызывают гнойные инфекции в легких, мочевыводящих путях, коже, мягких тканях. Они вносят ощутимый вклад в мировой показатель смертности. 

Но там, где бессильны антибиотики, справиться могут бактериофаги. Команда ученых из Университета «Сириус» во главе с Максимом Никитиным придумала выделять из вируса Acinetobacter baumannii деполимеразу. Этот фермент способен распознавать и разрушать бактериальную оболочку, позволяя генетическому материалу вируса проникать внутрь микроба и уничтожать его.

В прошлом году Максим Никитин совершил настоящий прорыв в медицине, описав новый механизм хранения информации в ДНК. Его открытие доказало, что данные, которыми руководствовались исследователи последние 70 лет, были неполными. 

Максим Никитин выступает с лекцией на саммите «Сириус.Биотех» Фото: © Юрий Славин / Пресс-служба «Сириуса»

Новый подход можно использовать для быстрого скрининга и выбора наиболее эффективного бактериофага против конкретной инфекции. Ученые «Сириуса» уже запатентовали свое изобретение. Возможно, такой метод будет полезен не только для разработки новых методик в медицине, но и для создания специальных наборов, помогающих определять причины болезней.