Фаги вместо антибиотиков
Фаги вместо антибиотиков
Вирусы бактерий могут стать эффективной заменой антибиотикам – спектр бактериальных патогенов, которые могут быть мишенями фагов, достаточно широк.
Неконтролируемое и неоправданное применение противомикробных препаратов привело к появлению антибиотикорезистентности бактерий. Сейчас эта проблема приобрела мировой масштаб. Международные организации внедряют мониторинговые программы, пытаясь контролировать появление резистентных к противомикробным препаратам популяций, таких как ванкомицин-резистентные энтерококки, метициллин-резистентные золотистые стафилококки и т.д. С точки зрения микробиологии ничего удивительного не происходит, ведь вселенная имеет свои законы, помогающие ей существовать уже многие миллионы лет. Это один из механизмов адаптации бактерий для выживаемости.
Разного рода механизмы выживания есть и у других форм жизни — вирусов. Почти каждый известный ныне вид бактерий является хозяином одного или нескольких вирусов (бактериофагов). Первое упоминание о терапевтическом применении фагов в ветеринарии связано с именем Феликса д’Эрелля. Весной 1919 года во Франции была вспышка птичьего тифа у кур. Он осмотрел несколько мертвых тушек, выделил и идентифицировал возбудителя болезни Salmonella gallinarum. Также он выделил бактериофаги из погибших кур и испытал их эффективность в предупреждении и лечении болезни, вызванной Salmonella gallinarumу шести экспериментально зараженных птиц. В результате применения фагов предупредило гибель птицы от бактериальной инфекции, в то время как две контрольные курицы (не получавшие бактериофаг) погибли от однократной инъекции возбудителя. Результаты этого теста стали основой для проведения масштабных исследований.
Таким образом, первой биологической моделью, примененной для изучения терапевтического действия бактериофагов, был сальмонеллез и куры, в дальнейшем научные исследования были расширены на такие болезни, как пастереллез, эшерихиоз, вибриоз, стрепто- и стафилококкозы и т.д.
Применение бактериофагов
Фаги бактерий распространены почти во всех экосистемах: в почве, воде, воздухе, фекалиях людей и животных, промышленных и бытовых стоках и т.д. Они являются одним из элементов этих систем, соответственно спектр бактериальных патогенов, которые могут быть мишенями фагов, достаточно широк. Это делает их весомой альтернативой антибиотикам и идеальным «оружием» против микробов.
Научная дискуссия по поводу эффективности фаговой терапии развернулась сразу после заявления о возможности профилактики и лечения бактериальных инфекций с помощью вирусов бактерий. Некоторые ученые считали бактериофаги неодушевленными ферментами, некоторые утверждали о наличии в фаголизатах антибактериальных веществ и т.п. Действительно, первые препараты были несколько недоработанными, поскольку содержали остатки питательных сред, продуктов метаболизма и остатки бактериальных клеток. Продукты метаболизма могут содержать антимикробные вещества, а обломки лизированных бактериальных клеток — липополисахариды, активизирующие иммунную систему, чем сглаживают эффект фаготерапии. Поэтому были разработаны технологии получения высокоочищенных фаговых препаратов. Фагопрепараты делят на видоспецифические (влияют только на определенный вид микроорганизмов) и фаги.
Определение эффективности
Дискуссии по эффективности этих препаратов продолжаются до сих пор. Именно поэтому был испытан один из наиболее распространенных универсальных фаговых препаратов, который, согласно инструкции по применению, должен действовать против микроорганизмов семи родов. Выбрали четыре из них и подобрали эталонных представителей этих родов. Паспортизированные эталонные тест-штаммы получили из Национального центра штаммов микроорганизмов: Enterococcus faecalis ATCC 19433, Staphylococcus aureus ATCC 25923, Salmonella typhimurium 144 и Escherichia coli O 55. Испытания проводили путем совместного культивирования растущих экспотенциально бульонных культур выше названных штаммов и исследуемого фагового препарата. В качестве контроля брали растущие экспотенциально бульонные культуры тех же штаммов без добавления препарата, которые исследовали. Как отрицательный контроль принимали стерильный питательный бульон. Ожидалось, что при взаимодействии фага с бактериями будет происходить лизис последних с последующим просветлением жидкой среды. Просветление среды решили измерять в единицах Макфарланда на DensiLaMeter. Дополнительно были проведены манипуляции с целью сделать невозможным действие консервантов (если таковые содержались в препарате) на опытные тест-культуры.
В результате проведенных исследований установлено, что во всех случаях в средах с добавлением универсального фагового препарата концентрация бактериальных клеток была значительно меньше, но полной гибели микроорганизмов и просветления среды не происходило.
Следовательно, исследуемый препарат не выявил стопроцентную эффективность с тестовыми микроорганизмами. Однако этот опыт требует дальнейших исследований, поскольку необходимым считается изучение механизма действия фага на молекулярно-генетическом уровне — наблюдение за заменой фагом бактериального генома и исключение возможности образования лизогенных популяций бактерий, обработанных универсальным фаговым препаратом.
В любом случае этот опыт лишь подтверждает возможность использовать бактериофага как альтернативу антибиотикам и дает основания для применения их в пищевой и перерабатывающей промышленности для предупреждения контаминации продуктов возбудителями пищевых токсикоинфекций. Ведь контаминация продуктов птицеводства сальмонеллами, листериями, кампилобактериями, иерсиниями и эшерихиями является проблемой во всем мире.
Механизм действия бактериофагов
Конечно, необходимо четкое понимание, что бактериофаги не являются заменой антибиотиков, а альтернативой. Поскольку имеют разный механизм действия и влияния на микробный биоценоз. Прежде всего, стоит подчеркнуть высокую специфичность бактериофагов: их действие нацелено против определенного вида микроорганизмов — другие виды остаются неизменными. В то время как действие антибиотиков распространяется как на патогенные, так и на облигатные (нормофлора) микроорганизмы, что неизбежно влечет за собой дисбиоз. Ведь в случае «истребления» определенного вида микроорганизмов возникает свободная экологическая ниша, которая может стать «местом обитания» для других, более суровых, микроорганизмов. Поэтому врачу ветеринарной медицины необходимо четко понимать микробиологические процессы, происходящие в кишечнике птицы и применение пробиотических препаратов после курса антибиотиков.
Развитие вторичной резистентности для бактериофагов не характерно, поскольку механизм их действия заключается во включении своей (вирусной) ДНК в геном бактерии с последующим ее лизисом (действие вирулентных фагов). При применении антибиотиков и других химиотерапевтических препаратов развитие резистентности к ним довольно распространенным явлением и колеблется в пределах 60–90% случаев.
Способность антибактериальных препаратов проникать в ткани организма колеблется от высокой до очень низкой, в то время как у бактериофагов эта способность очень высока. Это способствует высокой концентрации фагов именно в месте инфекционного процесса, их количество увеличивается путём саморазмножения, а элиминируются они из макроорганизма после полной ликвидации инфекционного агента. Концентрация антибиотиков в очагах инфекции зависит от многих факторов: биодоступности препарата, вида микроорганизма и его локализации в макроорганизме, длительности инфекционного процесса.
В случае назначения антибиотикотерапии рациональное комбинирование препаратов зависит от их класса и может проходить по типу суммации, потенцированию и т.д. в зависимости от механизма воздействия на бактериальную клетку. В случае с фагами комбинирование всегда проходит по типу потенционирования независимо от класса препарата.
Побочное действие химиотерапевтических средств в основном известно и проявляется в виде аллергических реакций, токсического воздействия на ткани и органы макроорганизма, а также вызывает дисбиотические явления. В то же время единственным ныне известным побочным действием бактериофаготерапии в единичных случаях являются аллергические реакции, возникающие при массивном разрушении бактериальных клеток и высвобождении фаговых частиц.
Профилактическое применение антибиотиков, с точки зрения микробиологии, не рационально. Однако это не касается применения фагов.
Процесс создания новых антибактериальных препаратов требует от нескольких до нескольких десятков лет. Препарат на основе бактериофагов можно создать и опробовать в течение года при наличии активного и специфического вирулентного фага.
Следовательно, эра антибиотиков постепенно угасает, ученые всего мира находятся в активном поиске адекватной и эффективной их замены, и вирусы бактерий являются одним из таких средств, которые могут с успехом справиться с этой задачей. В силу определенных обстоятельств это направление длительное время слабо развивалось, но сейчас ветеринарная медицина предстала перед необходимостью интенсифицировать исследования.
Неконтролируемое и неоправданное применение противомикробных препаратов привело к появлению антибиотикорезистентности бактерий. Сейчас эта проблема приобрела мировой масштаб. Международные организации внедряют мониторинговые программы, пытаясь контролировать появление резистентных к противомикробным препаратам популяций, таких как ванкомицин-резистентные энтерококки, метициллин-резистентные золотистые стафилококки и т.д. С точки зрения микробиологии ничего удивительного не происходит, ведь вселенная имеет свои законы, помогающие ей существовать уже многие миллионы лет. Это один из механизмов адаптации бактерий для выживаемости.
Разного рода механизмы выживания есть и у других форм жизни — вирусов. Почти каждый известный ныне вид бактерий является хозяином одного или нескольких вирусов (бактериофагов). Первое упоминание о терапевтическом применении фагов в ветеринарии связано с именем Феликса д’Эрелля. Весной 1919 года во Франции была вспышка птичьего тифа у кур. Он осмотрел несколько мертвых тушек, выделил и идентифицировал возбудителя болезни Salmonella gallinarum. Также он выделил бактериофаги из погибших кур и испытал их эффективность в предупреждении и лечении болезни, вызванной Salmonella gallinarumу шести экспериментально зараженных птиц. В результате применения фагов предупредило гибель птицы от бактериальной инфекции, в то время как две контрольные курицы (не получавшие бактериофаг) погибли от однократной инъекции возбудителя. Результаты этого теста стали основой для проведения масштабных исследований.
Таким образом, первой биологической моделью, примененной для изучения терапевтического действия бактериофагов, был сальмонеллез и куры, в дальнейшем научные исследования были расширены на такие болезни, как пастереллез, эшерихиоз, вибриоз, стрепто- и стафилококкозы и т.д.
Применение бактериофагов
Фаги бактерий распространены почти во всех экосистемах: в почве, воде, воздухе, фекалиях людей и животных, промышленных и бытовых стоках и т.д. Они являются одним из элементов этих систем, соответственно спектр бактериальных патогенов, которые могут быть мишенями фагов, достаточно широк. Это делает их весомой альтернативой антибиотикам и идеальным «оружием» против микробов.
Научная дискуссия по поводу эффективности фаговой терапии развернулась сразу после заявления о возможности профилактики и лечения бактериальных инфекций с помощью вирусов бактерий. Некоторые ученые считали бактериофаги неодушевленными ферментами, некоторые утверждали о наличии в фаголизатах антибактериальных веществ и т.п. Действительно, первые препараты были несколько недоработанными, поскольку содержали остатки питательных сред, продуктов метаболизма и остатки бактериальных клеток. Продукты метаболизма могут содержать антимикробные вещества, а обломки лизированных бактериальных клеток — липополисахариды, активизирующие иммунную систему, чем сглаживают эффект фаготерапии. Поэтому были разработаны технологии получения высокоочищенных фаговых препаратов. Фагопрепараты делят на видоспецифические (влияют только на определенный вид микроорганизмов) и фаги.
Определение эффективности
Дискуссии по эффективности этих препаратов продолжаются до сих пор. Именно поэтому был испытан один из наиболее распространенных универсальных фаговых препаратов, который, согласно инструкции по применению, должен действовать против микроорганизмов семи родов. Выбрали четыре из них и подобрали эталонных представителей этих родов. Паспортизированные эталонные тест-штаммы получили из Национального центра штаммов микроорганизмов: Enterococcus faecalis ATCC 19433, Staphylococcus aureus ATCC 25923, Salmonella typhimurium 144 и Escherichia coli O 55. Испытания проводили путем совместного культивирования растущих экспотенциально бульонных культур выше названных штаммов и исследуемого фагового препарата. В качестве контроля брали растущие экспотенциально бульонные культуры тех же штаммов без добавления препарата, которые исследовали. Как отрицательный контроль принимали стерильный питательный бульон. Ожидалось, что при взаимодействии фага с бактериями будет происходить лизис последних с последующим просветлением жидкой среды. Просветление среды решили измерять в единицах Макфарланда на DensiLaMeter. Дополнительно были проведены манипуляции с целью сделать невозможным действие консервантов (если таковые содержались в препарате) на опытные тест-культуры.
В результате проведенных исследований установлено, что во всех случаях в средах с добавлением универсального фагового препарата концентрация бактериальных клеток была значительно меньше, но полной гибели микроорганизмов и просветления среды не происходило.
Следовательно, исследуемый препарат не выявил стопроцентную эффективность с тестовыми микроорганизмами. Однако этот опыт требует дальнейших исследований, поскольку необходимым считается изучение механизма действия фага на молекулярно-генетическом уровне — наблюдение за заменой фагом бактериального генома и исключение возможности образования лизогенных популяций бактерий, обработанных универсальным фаговым препаратом.
В любом случае этот опыт лишь подтверждает возможность использовать бактериофага как альтернативу антибиотикам и дает основания для применения их в пищевой и перерабатывающей промышленности для предупреждения контаминации продуктов возбудителями пищевых токсикоинфекций. Ведь контаминация продуктов птицеводства сальмонеллами, листериями, кампилобактериями, иерсиниями и эшерихиями является проблемой во всем мире.
Механизм действия бактериофагов
Конечно, необходимо четкое понимание, что бактериофаги не являются заменой антибиотиков, а альтернативой. Поскольку имеют разный механизм действия и влияния на микробный биоценоз. Прежде всего, стоит подчеркнуть высокую специфичность бактериофагов: их действие нацелено против определенного вида микроорганизмов — другие виды остаются неизменными. В то время как действие антибиотиков распространяется как на патогенные, так и на облигатные (нормофлора) микроорганизмы, что неизбежно влечет за собой дисбиоз. Ведь в случае «истребления» определенного вида микроорганизмов возникает свободная экологическая ниша, которая может стать «местом обитания» для других, более суровых, микроорганизмов. Поэтому врачу ветеринарной медицины необходимо четко понимать микробиологические процессы, происходящие в кишечнике птицы и применение пробиотических препаратов после курса антибиотиков.
Развитие вторичной резистентности для бактериофагов не характерно, поскольку механизм их действия заключается во включении своей (вирусной) ДНК в геном бактерии с последующим ее лизисом (действие вирулентных фагов). При применении антибиотиков и других химиотерапевтических препаратов развитие резистентности к ним довольно распространенным явлением и колеблется в пределах 60–90% случаев.
Способность антибактериальных препаратов проникать в ткани организма колеблется от высокой до очень низкой, в то время как у бактериофагов эта способность очень высока. Это способствует высокой концентрации фагов именно в месте инфекционного процесса, их количество увеличивается путём саморазмножения, а элиминируются они из макроорганизма после полной ликвидации инфекционного агента. Концентрация антибиотиков в очагах инфекции зависит от многих факторов: биодоступности препарата, вида микроорганизма и его локализации в макроорганизме, длительности инфекционного процесса.
В случае назначения антибиотикотерапии рациональное комбинирование препаратов зависит от их класса и может проходить по типу суммации, потенцированию и т.д. в зависимости от механизма воздействия на бактериальную клетку. В случае с фагами комбинирование всегда проходит по типу потенционирования независимо от класса препарата.
Побочное действие химиотерапевтических средств в основном известно и проявляется в виде аллергических реакций, токсического воздействия на ткани и органы макроорганизма, а также вызывает дисбиотические явления. В то же время единственным ныне известным побочным действием бактериофаготерапии в единичных случаях являются аллергические реакции, возникающие при массивном разрушении бактериальных клеток и высвобождении фаговых частиц.
Профилактическое применение антибиотиков, с точки зрения микробиологии, не рационально. Однако это не касается применения фагов.
Процесс создания новых антибактериальных препаратов требует от нескольких до нескольких десятков лет. Препарат на основе бактериофагов можно создать и опробовать в течение года при наличии активного и специфического вирулентного фага.
Следовательно, эра антибиотиков постепенно угасает, ученые всего мира находятся в активном поиске адекватной и эффективной их замены, и вирусы бактерий являются одним из таких средств, которые могут с успехом справиться с этой задачей. В силу определенных обстоятельств это направление длительное время слабо развивалось, но сейчас ветеринарная медицина предстала перед необходимостью интенсифицировать исследования.
Источник: https://agrarii.com
