Фаготерапия — использование бактериофагов, — вирусов, заражающих бактерий, для лечения и профилактики инфекций у людей и животных. В более широком смысле термин относится к применению бактериофагов для борьбы с патогенными или нежелательными бактериями. Такие вирусы специфически связываются с бактериальными клетками и переносят свой генетический материал через клеточную оболочку. За этим следует производство фаговых белков и нуклеиновых кислот и сборка новых фаговых частиц, что приводит к гибели бактерий. Расцвет фаготерапии пришёлся на первую половину XX века и закончился с повсеместным внедрением антибиотиков. Увеличение числа устойчивых к антибиотикам бактерий в начале XXI века стало причиной возобновления интереса к терапевтическим бактериофагам, включая появление новых центров фаготерапии и развитие регуляторных норм.
История История фаговой терапии начинается в 1919 году, когда один из первооткрывателей вирусов бактерий, Феликс д’Эрелль, использовал фаговый препарат для борьбы с куриной холерой. Тогда же в парижском было успешно проведено лечение дизентерии у ребёнка. В 1920—1930-х годах в Европе и США было широко налажено производство фаговых препаратов, однако появление на рынке сульфаниламидов и антибиотиков, а также противоречивые данные исследований тех лет в отношении эффективности терапевтических средств на основе бактериофагов послужили причиной практически полного прекращения их использования. Исключением на этом фоне являлись Советский Союз, включая бывшую Советскую Грузию, где в 1923 году был основан специализированный институт, посвящённый исследованиям бактериофагов, и Польша. В годы Советско-финляндской войны М. П. Покровская с соавторами обосновала целесообразность приготовления индивидуальных фаговых препаратов. Повсеместный возврат к идее фаговой терапии начался в 1980-х годах с появлением в англоязычной литературе результатов изучения её эффективности на животных. В 2000-х годах фаготерапия рассматривалась в основном как крайнее средство для борьбы с полирезистентными бактериями. В 2020-х годах наблюдается рост интереса к фагам как к дополнению для антибиотикотерапии.
Требования к бактериофагам В России в медицинских целях используют исключительно литические бактериофаги, не обладающие возможностями реализации лизогенного цикла. Объясняется это в том числе тем, что умеренные бактериофаги могут способствовать горизонтальному переносу генов путём трансдукции или лизогенной конверсии. Также, некоторые профаги содержат гены токсинов, определяющих патогенность Clostridium botulinum, Corynebacterium diphtheriae и Vibrio cholerae. Случаи, когда профаги придают своим хозяевам дополнительные патогенные свойства, описаны для бактерий Escherichia coli, Proteus mirabilis, Proteus vulgaris, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella Typhimurium, Staphylococcus aureus и Staphylococcus pyogenes. Предписывается использовать бактериофаги природного происхождения. В ряде стран требования к терапевтическим бактериофагам отличаются от российских. Например, поскольку умеренные бактериофаги могут проявлять литическую активность в отношении определённых штаммов бактерий, израильские специалисты не исключают их из работы и тестируют наравне с литическими. При этом контроль отсутствия опасных генов проводится методом полногеномного секвенирования. Европейская фармакопея допускает применение умеренных бактериофагов при надлежащем обосновании и наличии разрешения и не налагает ограничений на использование генетически модифицированных фагов. Терапевтические бактериофаги классифицируются как биотехнологические лекарственные препараты.
Особенности бактериофагов как противомикробных средств Диапазон действия большинства бактериофагов ограничивается штаммами одного вида бактерий, причём это действие никогда не распространяется на все генетические варианты инфекционного агента. По некоторым оценкам, литические бактериофаги отдельных семейств в среднем проявляют активность в отношении 18—70 % штаммов бактерий одного вида. В то время как бактериофаги, инфицирующие Staphylococcus aureus, в среднем лизируют 73 % штаммов, фаги Acinetobacter baumannii активны в отношении только 4 % бактерий, что может указывать на неравнозначную применимость фаготерапии при заболеваниях различной этиологии. Узкая специфичность бактериофагов позволяет сохранить нормальные компоненты микробиоты человеческого организма при терапевтическом вмешательстве. С другой стороны, она обусловливает обязательность проведения лабораторных анализов на чувствительность при назначении лечения. Стандартный путь решения проблемы узкой специфичности состоит в приготовлении смесей разных фагов, «коктейлей». Коктейль может обладать активностью в отношении одного вида бактерий, — «моновалентный бактериофаг», или нескольких, — «поливалентный». Состав фаговых коктейлей общего назначения регулярно дорабатывается исходя из актуальных данных по циркулирующим на той или иной территории штаммам возбудителей. Поэтому для лабораторного анализа на чувствительность и лечения необходимо использовать фаги одной и той же серии.
Фаговые препараты являются иммуногенными. Во всех случаях у пациентов через две или три недели после окончания фаготерапии в значимых титрах образуются штамм-специфичные антитела, что приводит к инактивации фагов. Поэтому при назначении повторных курсов необходима замена фаговых препаратов. Бактериофаги взаимодействуют с системой врождённого иммунитета через фагоцитоз и цитокиновые ответы, а также влияют на адаптивный иммунитет, воздействуя на выработку антител и активацию клеток-эффекторов.
При низкой концентрации фаговых частиц в среде и малом количестве чувствительных бактерий характерное время адсорбции фага может превышать время, необходимое для деления бактерий, и всегда существует некоторая пороговая концентрация бактерий, необходимая для поддержания фаговой популяции. Эффективное применение бактериофагов для контроля бактериального роста подразумевает либо наличие достаточного числа чувствительных бактерий, либо высокий титр вирусных частиц в используемом препарате. В частности, наличие в терапевтическом коктейле малой примеси фага, способного вызвать лизис этиологического агента, не гарантирует эффективности препарата.
Изменчивость бактериофагов, в свою очередь, позволяет в лабораторных условиях получать вирусы с расширенным диапазоном действия. Адаптация к бактериям происходит в основном за счёт рекомбинации геномов нескольких вирусов, одновременно культивируемых на целевом штамме. При развитии фагорезистентности в ходе терапии предложено из биоматериала пациентов выделять варианты фагов, преодолевшие бактериальную устойчивость, и использовать их для продолжения лечения.
Вирулентные бактериофаги различаются по значимым для практики свойствам, включая диапазон действия, продолжительность цикла репликации и выход фаговых частиц на одну бактериальную клетку. Некоторые бактериофаги несут гены ферментов, разрушающих биоплёнки. Также известны медицинские бактериофаги, плохо проникающие через внеклеточный матрикс биоплёнок. В серии случаев успешного применения фаговой «терапии сострадания» при костно-суставных инфекциях, вызванных в основном биоплёнкообразующим Staphylococcus aureus, лечение предварялось санацией очагов инфекции.
Как правило, фаговые препараты не вызывают побочных явлений. Однако их появление не исключено полностью. Среди возможных причин называют использование неочищенных фаголизатов, прямое взаимодействие фага с иммунной системой макроорганизма и высвобождение эндотоксинов в ходе лизиса бактерий. В то же время, количество эндотоксинов, высвобождаемых вследствие действия антибиотиков, так же иногда имеет клиническое значение. При внутривенном введении частота возникновения побочных эффектов зависит от дозы препарата.
Тактика применения Различают два основных направления фаготерапии. Первое основано на применении стандартных препаратов, в рамках второго вирусы подбираются для лечения каждого конкретного пациента индивидуально. Кроме того, существует практика изготовления фаговых препаратов, специфичных к спектру возбудителей, циркулирующих в отдельно взятых больничных стационарах. В любом случае фаговая терапия назначается только после проведения лабораторного анализа на чувствительность к бактериофагам и установления высокой литической активности бактериофагов в отношении инфекционных штаммов бактерий.
При сочетанном применении фагов и антибиотиков можно наблюдать взаимное усиление действия, аддитивные эффекты и антагонизм. В некоторых случаях характер взаимодействия можно предсказать исходя из класса антибиотика и специфичности рецептор-связывающих белков, независимо от таксономической принадлежности бактериофага. Отдельные центры фаготерапии оценивают тип сочетанного действия при проведении рутинных тестов фаговой активности.
Развитие кросс-резистентности к фагам и антибиотикам имеет достаточно малую вероятность вследствие того, что бактериофаги проникают в бактериальную клетку и разрушают её по механизмам, отличным от механизмов действия антибиотиков. В то же время, один из наиболее известных механизмов возникновения бактериальной резистентности к бактериофагам связан с потерей поверхностных структур, отвечающих за прикрепление вируса. Если эти структуры также необходимы для работы антибиотика, то бактериофаг будет стимулировать развитие антибиотикорезистентности. Такое развитие событий теоретически возможно, например, для Klebsiella pneumoniae, бактериофагов, использующих в качестве рецепторов порины, и β-лактамов, устойчивость к которым возникает из-за потери поринов. Во избежание этого рекомендуется использовать такие сочетания антибиотиков и бактериофагов, при которых проникновение в клетку или размножение вируса не зависит от подавляемой антибиотиком клеточной системы.
Приобретённая устойчивость В ходе лечения фаговыми препаратами в большей части задокументированных случаев в остаточной популяции бактерий наблюдалось если не полное, то по крайней мере частичное замещение фагорезистентными формами, причём для развития устойчивости может быть достаточно двух дней применения препарата. Поэтому по ходу лечения имеет смысл проводить мониторинг чувствительности с целью своевременной частичной или полной замены терапевтических фагов. В качестве меры по борьбе с резистентностью также рассматривается адаптация фагов к устойчивым штаммам в лабораторных условиях.
Устойчивые бактерии становятся менее опасными, если компоненты клеточной оболочки, так называемые «фаговые рецепторы», распознаваемые вирусами, являются также факторами патогенности. Список примеров таких рецепторов включает в себя компоненты капсул, мембранные насосы и структуры, отвечающие за адгезию. Устойчивые к бактериофагам микроорганизмы могут характеризоваться пониженной скоростью роста и значительно сокращённой продолжительностью жизни. Иногда приобретённая фагорезистентность сопровождается повышенной чувствительностью к антибиотикам. Это рассматривается как основание для выбора в пользу более длительных курсов фаготерапии, которые следует продолжать даже несмотря на развившуюся резистентность. С другой стороны, при развитии устойчивости Escherichia coli к одному из бактериофагов семейства Drexlerviridae появляются мутанты, обладающие повышенной устойчивостью к тетрациклину за счет изменений в структуре липополисахаридов.
Фаготерапия в России