Фаготерапия — лечение бактериальных инфекций с использованием вирусов , заражающих бактерий , или бактериофагов .

Существуют два основных направления фаготерапии. Первое основано на применении стандартных препаратов, в рамках второго вирусы подбираются для лечения каждого конкретного пациента индивидуально . 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 . Нишей фаготерапии является лечение заболеваний, обусловленных бактериями со множественной лекарственной устойчивостью .

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 . 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 .

Особенности бактериофагов как противомикробных средств

В литературе можно найти утверждение, что фаговые препараты не вызывают побочных явлений . Однако существует список примеров таких явлений. Среди возможных причин их возникновения называют высвобождение эндотоксинов в ходе лизиса бактерий, использование неочищенных фаголизатов и прямое взаимодействие фага с иммунной системой макроорганизма. В то же время, количество эндотоксинов, высвобождаемых вследствие действия антибиотиков, также иногда имеет клиническое значение .

Диапазон действия большинства бактериофагов ограничивается штаммами одного вида бактерий, причём это действие никогда не распространяется на все генетические варианты инфекционного агента. 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 . 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». Вследствие того, что состав зарегистрированных препаратов изменяется, 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 .

Бактерии легко развивают устойчивость к бактериофагам. Но если молекулы клеточной оболочки, так называемые «фаговые рецепторы», распознаваемые вирусами, являются также факторами патогенности, то устойчивые бактерии становятся менее опасными. Список примеров таких рецепторов включает в себя компоненты капсул и мембранные насосы . 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 .

Изменчивость бактериофагов, в свою очередь, позволяет в лабораторных условиях проводить селекцию вирусов с расширенным диапазоном действия . При развитии фагорезистентности в ходе терапии было 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, длительность жизненного цикла, 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 .

Бактериофаги часто рассматриваются как хорошее дополнение для антибиотикотерапии, поскольку в большинстве случаев проникают в бактериальную клетку и разрушают её по механизмам, отличным от механизмов действия антибиотиков, что, как считается, практически гарантирует отсутствие кросс-резистентности к фагам и антибиотикам . Однако в экспериментах по подавлению роста E. coli сочетанным применением антибиотиков различных классов и бактериофагов было показано не только взаимное усиление действия, но и антагонизм . Устойчивость Klebsiella pneumoniae к β -лактамам связывают с потерей поринов , и применение фагов, проникающих в клетки через порины, может приводить к селекции антибиотикорезистентных бактерий. Поэтому при комбинированной терапии рекомендуется использовать такие сочетания антибиотиков и бактериофагов, при которых проникновение в клетку или размножение вируса не зависит от подавляемой антибиотиком клеточной системы .

Требования к бактериофагам

Для терапии используют исключительно вирулентные бактериофаги, не обладающие возможностями реализации лизогенного жизненного цикла . Объясняется это тем, что во многих случаях умеренные фаги придают бактериям полезные для выживания свойства. Гены токсинов, определяющих патогенность таких известных возбудителей как Clostridium botulinum , Corynebacterium diphtheriae и Vibrio cholerae , содержатся в профагах. 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 . Авторы государственной фармакопеи РФ вслед за европейскими специалистами предписывают использовать для терапии инфекционных заболеваний природные бактериофаги . Принципы производства, требования по качеству, к проведению доклинических и клинических исследований для существующих и разрабатываемых препаратов бактериофагов изложены в «Правилах проведения исследований биологических лекарственных средств Евразийского экономического союза » . Наиболее важные требования к фаговым препаратам заключаются в том, что (1) все используемые вирусы должны быть изучены методами высокопроизводительного секвенирования , (2) в досье на препарат включают данные, касающиеся штамма бактерии, на котором проводится культивирование бактериофага на производстве, (3) необходима очистка лизатов бактерий от продуктов их жизнедеятельности, эндо- и экзотоксинов и клеточного дебриса с использованием подходящих методов, таких как ультрафильтрация или аффинная хроматография .

Фаготерапия в России

Применение промышленных фаговых коктейлей

По состоянию на январь 2022 года, в Российской Федерации было зарегистрировано 16 лекарственных препаратов на основе бактериофагов производства НПО « Микроген » . В это число входили жидкие лекарственные формы и таблетированные препараты с кислотоустойчивой оболочкой. В Санкт-Петербурге препарат Секстафаг был успешно использован для купирования внутрибольничной вспышки инфекции, вызванной Klebsiella pneumoniae в отделении реанимации новорожденных. В то время как рутинные меры инфекционного контроля, принятые для устранения вспышки, оказались неэффективными, использование фагового препарата позволило на месяц снизить до нуля частоту инфицирования K. pneumoniae в отделении . На кафедре урологии лечебного факультета ФГБОУ ВО «МГМСУ им. А.И. Евдокимова» было проведено клиническое исследование эффективности и безопасности нового фагового препарата для лечения хронического рецидивирующего цистита. Среди критериев включения пациентов в исследование была чувствительность уропатогенов к бактериофагам. Оценка результатов терапии в большинстве случаев показала элиминацию возбудителей, а также снижение титра уропатогенной флоры в биологическом материале на 2–3 порядка и более. У пациенток, инфицированных микроорганизмами с множественной антибиотикорезистентностью, наблюдалось появление чувствительности уропатогенов к некоторым антибиотикам .

Применение индивидуально подобранных фагов

Лечение бактериофагами, не зарегистрированными в качестве лекарственных средств, осуществляется в рамках научных исследований, проводимых различными центрами. Как правило, оно проводится при отсутствии альтернатив, — выявлении полирезистентного к антибиотикам возбудителя . Для фаговых препаратов, подготовленных с использованием коллекционных вирусов, соблюдаются требования по качеству и безопасности .

Клинические испытания бактериофагов, проведённые в 2012—2018 годах в Новосибирске на базе НУЗ «Дорожная клиническая больница» и Центра новых медицинских технологий, позволили сформулировать требования к фаговой «терапии сострадания» при синдроме диабетической стопы . Критериями для назначения терапии являются наличие бактериальной инфекции, однозначные показания к плановой ампутации и плохой ответ на проведённую ранее антибактериальную терапию, включая антибиотикотерапию. При назначении фаговых препаратов требуется получение письменного информированного согласия пациента. Такие коллекционные штаммы облигатно вирулентных фагов не должны содержать последовательностей, кодирующих токсины, что определяется полногеномным секвенированием. Бактериофаги, наносимые на очаги некроза при синдроме диабетической стопы, должны иметь титр от 10 ⁷ до 10 ¹⁰ бляшкообразующих единиц на миллилитр. Если бактериофаг имеет недостаточно высокий титр, препарат готовится заново .

Устойчивость к бактериофагам

Распространённость природной устойчивости

Распространённость устойчивости к бактериофагам оценить сложно, поскольку основой фаговой терапии следует считать индивидуальный подход , а состав зарегистрированных лекарственных препаратов на основе бактериофагов подлежит корректировке при выпуске каждой новой партии . Если говорить об отдельных бактериофагах, устойчивость к ним штаммов Enterococcus faecalis из различных лабораторных коллекций составляет 29—92 % . Доля устойчивых штаммов Staphylococcus aureus может находиться в пределах 15—40 % .

В 2009—2011 годах в медицинских организациях Нижегородской области распространенность штаммов Staphylococcus spp., устойчивых к коммерческим препаратам бактериофагов, содержащим стафилококковый компонент, составила 42—49 %. В 2015—2016 годах доработка препаратов позволила снизить распространённость резистентности к ним среди стафилококков до 21 % . По данным 2015—2017 годов, полученным в Ростове-на-Дону, устойчивость условно-патогенных бактерий, выделенных от детей с дисбактериозом кишечника, к коммерческим бактериофагам в среднем составляла 44 %. Большинство условно-патогенных бактерий, за исключением K. pneumoniae , были устойчивы к Секстафагу, но чувствительны к видоспецифичным фаговым монопрепаратам .

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 in vitro . В то же время, устойчивые к бактериофагам микроорганизмы могут характеризоваться пониженной скоростью роста, сниженной экспрессией детерминант вирулентности, потерей адгезивных свойств, 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 .

Научные исследования

Считается, что эффективность и безопасность антимикробной терапии природными бактериофагами в целом доказана. Клинические испытания показали, что фаг эффективен, когда нужное количество нужного бактериофага (или бактериофагов) доставляется в нужное место для очистки очага инфекции, содержащего достаточное число чувствительных бактериальных клеток. Однако в опубликованных к 2022 году клинических исследованиях эта совокупность факторов не была согласована. В частности, неудовлетворительные или непредсказуемые результаты были получены при введении фаговых препаратов без учета их фармакокинетики и фармакодинамики . В связи с этим, некоторые авторы рекомендуют прогнозировать эффективность лечения с помощью предварительного расчёта фармакодинамических параметров . Важными причинами неудовлетворительных результатов ранних клинических испытаний также называют использование препаратов с фиксированной рецептурой и пренебрежение как высокой специфичностью бактериофагов, так и коэволюцией вирусов и бактерий, выражающейся в развитии фагорезистентности и в адаптации вирусов к микроорганизмам. Большое значение для результатов клинического испытания может иметь падение титра фагового препарата во время хранения . Существующие рекомендации по описанию доклинических исследований в области фаготерапии нацелены на облегчение трансляции результатов в клиническую практику и обеспечение воспроизводимости экспериментов. Среди большого количества параметров и факторов, которые следует учитывать, упоминаются титр и стабильность фагового препарата . Подчёркивается, что исследования в области фаготерапии должны перейти от вопроса о принципиальной жизнеспособности концепции к вопросу о том, как фаготерапия работает в различных условиях . Целесообразны поиск оптимальных дозировок, путей и режима введения препаратов, подходов к выбору терапевтических фагов, контроль фагорезистентности, параметров фармакокинетики и фармакодинамики, иммунного ответа .

Примечания