Бактериофаги для лечения и профилактики.

Бактериофаги - узкоспециализированные вирусы, которые паразитируют на определенных бактериях. Благодаря развитию технологий и медицинской, науки, их стали выращивать и использовать в комплексной терапии.На данный момент выделяют девятнадцать семейств. Из них только два РНК-содержащих и только пять семейств имеют оболочку. Из семейств ДНК-содержащих вирусов только два семейства имеют одноцепочечные геномы. У девяти ДНК-содержащих семейств геном представлен кольцевой ДНК, а у других девяти — линейной. В природных условиях фаги встречаются в тех местах, где есть чувствительные к ним бактерии, причем в некоторых экосистемах, например в водоемах, численность фаговых частиц превышает численность бактерий в 2—10 раз. Бактериофаги контролируют численность микробных популяций, и в водных местообитаниях косвенно измеряемый вклад фаговой инфекции в смертность бактерий составляет 10—20 %. По существующим моделям до 26 % всего объёма первичной продукции органического вещества в морских экосистемах поступает в пул растворённого органического вещества в результате вирусного (в основном фагового) лизиса клеток различных организмов. Стоит отметить, что бактериофаги обязательный вириом ЖКТ, как минимум млекопитающих. В ЖКТ человека одновременно обитают несколько видов бактериофагов. В микробных сообществах, ассоциированных с продуцирующими слизь тканями животных, например, на коралловых рифах или в кишечнике млекопитающих, высокая численность бактерий способствует переходу умеренных фагов в лизогенное состояние, и лизогенная конверсия преобладает над литическим циклом. Следствиями этого являются повышенная устойчивость лизогенов к фаговой инфекции и преимущественное размножение фагов наиболее многочисленных бактерий, не сопровождающееся их гибелью.

Бактериофаги имеют узкую специализацию к конкретным видам или родам бактерий. И могут по разному влиять на них. Т. Е. Если штамм бактерии чувствителен, то бактериофаг успешно уничтожает этот штамм, а вот если штамм не чувствителен, то возможны три направления развития:

• никак не влияет;

• усиливает резистентность к антибиотикам;

• ослабляет бактерии, повышая чувствительность к антибиотикам.

Отсюда следует, что перед применением бактериофага, вначале нужно получить данные о микробиоте ЖКТ рептилий (посев при 25-26 градусов), а затем, к интересующим нас бактериям провести тест на чувствительность к конкретному бактериофагу

Циклы

По характеру взаимодействия бактериофага с бактериальной клеткой различают вирулентные и умеренные фаги. Вирулентные фаги могут увеличиваться в количестве только посредством литического цикла. Умеренные бактериофаги после деления клетки находятся в состоянии профага (лизогенный цикл).

Литический цикл — тип жизненного цикла бактериофагов, при котором вскоре после заражения бактериальной клетки вирус воспроизводит себя и далее убивает клетку-хозяина.

Лизогенный цикл — тип жизненного цикла бактериофагов, при котором фаг встраивает свой геном в геном бактерии и удваивается при каждом делении клетки (такая стадия жизненного цикла вируса называется профагом), то есть не убивает клетку-хозяина сразу, в отличие от литического цикла. Фаги, имеющие лизогенный жизненный цикл, называются умеренными. Многие фаги могут переходить от литического цикла к лизогенному и обратно. Лизогения запускается при блокировке литического цикла.

Начальные этапы взаимодействия с бактериальной клеткой одинаковы для умеренных и вирулентных бактериофагов. Бактериофаги прикрепляются к фагоспецифическим рецепторам на поверхности бактериальной клетки. Хвост фага с помощью ферментов, находящихся на его конце (в основном лизоцима), локально растворяет оболочку клетки, сокращается и содержащаяся в головке ДНК инъецируется в клетку, при этом белковая оболочка бактериофага остаётся снаружи.

При инициации литического цикла инъецированная ДНК вызывает полную перестройку метаболизма клетки: прекращается синтез бактериальной ДНК, РНК и белков. Синтезируются сначала ранние, а затем поздние мРНК, которые поступают на рибосомы клетки-хозяина, где синтезируются, соответственно, ранние (ДНК-полимеразы, нуклеазы) и поздние белки бактериофага (белки капсида и хвостового отростка, ферменты лизоцим, АТФаза и транскриптаза). После синтеза поздних белков и завершения репликации ДНК наступает заключительный процесс — созревание фаговых частиц или соединение фаговой ДНК с белком оболочки и образование зрелых инфекционных фаговых частиц. Продолжительность этого процесса может составлять от нескольких минут до нескольких часов. Затем происходит лизис клетки, и освобождаются новые зрелые бактериофаги. В целом полное уничтожение колонии чувствительного штамма бактерии занимает от 20 минут до нескольких часов.

При инициации лизогенного цикла генетический материал фага обратимо взаимодействует с генетической системой клетки-хозяина, интегрируясь в хромосому или сохраняясь в виде плазмиды (Плазмиды — это небольшие, обычно кольцевые двухцепочечные молекулы ДНК, физически обособленные от хромосомной ДНК бактерий, способные к автономной репликации и часто содержат гены устойчивости к антибиотикам или адаптации к окружающей среде.) Таким образом, вирусный геном реплицируется синхронно с ДНК хозяина и делением клетки, а бактериофаг в подобном состоянии называется профагом. Помимо этого, они осуществляют горизонтальный перенос наследственного материала, привнося в бактериальный геном новые гены или новые варианты имеющихся генов. Бактерия, содержащая профаг, становится лизогенной до тех пор, пока при определённых условиях или спонтанно профаг не будет стимулирован на осуществление литического цикла. Скудные условия для роста способствуют лизогенному пути, тогда как хорошие условия способствуют лизирующей реакции.

Спектр активности отдельных бактериофагов часто ограничен штаммами определённого вида бактерий. Однако существуют поливалентные бактериофаги, активные в отношении бактерий из разных таксонов. Умеренные бактериофаги в лизогенном состоянии придают своим хозяевам устойчивость к лизису генетически сходными фагами. Лишь незначительно влияя на рост «своих» бактерий, бактериофаги могут подавлять конкурирующие штаммы, тем самым являясь оружием в конкурентной борьбе.

Применение в медицине

Фаготерапия широко применялась в лечении в начале 20 века, до появление антибиотиков. В 21 веке заново стали применяться как сопровождающий элемент терапии.

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. 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.

Диапазон действия большинства бактериофагов ограничивается штаммами одного вида бактерий, причём это действие никогда не распространяется на все генетические варианты инфекционного агента. Так как могут существовать штаммы устойчивые к данному бактериофагу. Устойчивость к бактериофагам (фагорезистентность) — это способность патогенных бактерий выживать и размножаться, несмотря на воздействие вирусов-бактериофагов, предназначенных для их уничтожения. Она развивается из-за генетических мутаций бактерий, меняющих рецепторы, к которым прикрепляются фаги, или из-за образования антифаговых антител в организме. Для борьбы с резистентностью используют комбинации фагов, меняют составы коктейлей и сочетают фаготерапию с антибиотиками. С одной стороны, это позволяет сохранить нормальные компоненты микробиоты человеческого организма. С другой стороны, это обусловливает обязательность проведения лабораторных анализов на чувствительность при назначении лечения, а также подразумевает постоянную доработку состава фаговых препаратов исходя из актуальных данных по циркулирующим на той или иной территории штаммам возбудителей.

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.

Вследствие того, что состав зарегистрированных лекарственных препаратов на основе бактериофагов подлежит корректировке при выпуске каждой новой партии, для лабораторного анализа на чувствительность и лечения необходимо использовать фаги одной и той же серии. 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. Эффективное применение бактериофагов для контроля бактериального роста подразумевает либо наличие достаточного числа чувствительных бактерий, либо высокий титр вирусных частиц в используемом препарате.

Все это сводится к тому, что при использовании фаготерапии нужно соблюсти ряд правил:

• получить бактериальный посев, определить виды бактерий, их клиническую значимость и количество.
• провести тест на чувствительность данной группы штаммов конкретной бактерии к конкретном препарату конкретной партии, которой и будет происходить предполагаемое лечение.
• определить необходимый титр вирусных частиц для конкретного пациента (размер, масса) к конкретному количеству бактерий.
• пропить необходимый курс, через три недели сделать посев и в случае повтора курса, выбрать нужный препарат из другой партии и опять провести лабораторное исследование на чувствительность.

Второй способ, так же включает пункты по посеву и выбора чувствительной партии препарата, но само лечение совмещено с применением антибиотиков. Но тут стоит учесть, чтоб бактериофаг и антибиотик не воздействовал на одни и теже системы структур на поверхности бактериальной мембраны, иначе возникает риск 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.

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. Устойчивые бактерии становятся менее опасными, если компоненты клеточной оболочки, так называемые «фаговые рецепторы», распознаваемые вирусами, являются также факторами патогенности. 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.

Бактериофаги проигрывают антибиотикам по скорости возникновения бактериальной устойчивости и возможности эмпирического назначения из-за узких спектров литической активности. Поэтому нишей фаготерапии является лечение заболеваний, обусловленных бактериями со множественной лекарственной устойчивостью.

На данный момент существуют следующие бактриофагные препараты: Пиобактериофаги (поливалентные/комплексные), действуют на стафилококки, стрептококки, протеи, клебсиеллы, синегнойную и кишечную палочки; Интести-бактериофаг, комплекс от кишечных инфекций (сальмонеллез, дизентерия, коли-инфекции, энтерококки); Стафилофаг, Клебсифаг, Колипротейный, Сальмонеллезный, Синегнойный.

Применение у рептилий

При применении профилактики и терапии бактериофагами у рептилий, для начала стоит вспомнить особенности иммунной системы рептилий и принципы лечения. Как и в случае глистов, ни в коем случае нельзя проводить профилактическое применение препарата, только при наличии клинических значимых титров, признаков и после бактериологического анализа с учетом специфики микробиома ЖКТ рептилий и исключения транзитных бактерий, в частности, у мышеедных разводных змей не может быть кишечных гельминтов, а обнаруживаемые яйца глистов принадлежат к глистам млекопитающих, которыми змеи не болеют. Профилактическое «лечение» рептилий больше способствует нарушению микробиома ЖКТ с последующим патогенным развитием условно-патогенных видов. Так как у здоровой змеи (в частности) без проблем с ЖКТ, микробиом находится в равновесии, а резкая смерть определенных штаммов или видов бактерий способствует освобождению ниши для роста оставшихся, а также для культивации новых, которые не могли развиваться из-за конкурентности и вытеснению их предыдущими видами, что приводит к дисбалансу микробиома. Поэтому применение бактериофагов и антибиотиков регламентируется только наличием клинических случаев, когда такое вмешательство необходимо.

Бактериофаги непосредственно вливаются через зонд в жкт рептилии, никакие посредники в виде желудка кормового объекта не допустимы, это гомеопатия, так же учитывается вес животного, концентрация нужных бактерий, чтобы рассчитать необходимый высокий титр вирусов для конкретного пациента.

Микробиома ЖКТ рептилий зависит от конкретных кормовых объектов и их происхождения. Поэтому, если причиной клинической болезни выступают распространённая группа условно-патогенных бактерий, то стоит провести бак посев содержимого ЖКТ конкретных кормовых объектов от конкретного основного поставщика, как уже говорилось в разных статьях, у каждого грызунов каждой конкретной точки производства разный микробиом и штамм. В случае совпадений возбудителя конкретной бактериальной болезни у рептилии с бактерией микробиома ЖКТ корма, следует заменить, как минимум на время лечения, поставщика корма. Если же это живые грызуны собственного производства, то терапию стоит провести и им, отдельно от рептилий, расчитывать, что бактриофаги через ЖКТ корма окажут лечебный эффект в ЖКТ рептилий не стоит, это бесмысленно.

В рамках рептилий, бактериофаги хороши в рамках комплексного лечения сальмонеллёза при условии, что носителя этой бактерии нет в кормовых объектах.