Bakteriofagi: savremeni aspekti primene, izgledi za budućnost
Sticanje sve više obožavatelja među doktorima, potiskujući antibiotike u drugi plan. Nekada davno, pojava antibiotika potpuno je promijenila način na koji liječnici razmišljaju o liječenju. Ranije beznadežni pacijenti počeli su se oporavljati, algoritmi liječenja su bili krajnje pojednostavljeni, smrtnost je naglo pala... Čuda! Magic Medicines! Ali entuzijastični stav nije dugo trajao. Počelo je da se javlja previše problema.
Neprijatelj mog neprijatelja je moj prijatelj
Sada su "klizavi" problemi antibiotske terapije svima poznati. Djelovanje antibiotika je praćeno:
Uništavanje potrebne, "korisne", crijevne mikroflore i sluznice;
Aktivan rast novih sojeva bakterija otpornih na njih;
emergence nuspojave na trošak sistemsko djelovanje droge.
U tom smislu, potraga za fundamentalno različitim lijekovima za liječenje bakterijske infekcije. A onda su bakteriofagi došli do izražaja.
Bakteriofagi su virusi koji selektivno inficiraju bakterijske stanice. Virus se veže za ćelijski zid bakterije i ubrizgava njen genetski materijal u ćeliju. Kao rezultat, počinje sinteza novih virusa, a zatim dolazi do lize. bakterijska ćelija i oslobađanje 200-1000 novih faga koji inficiraju druge bakterije. Kada se unište sve bakterije patogenog soja, bakteriofagi se eliminiraju iz tijela bez traga. Mnogi bakteriofagi su visoko specifični, a svaki soj virusa inficira samo određenu vrstu bakterija, bez utjecaja na druge mikroorganizme i tjelesne stanice. Ovo omogućava značajno smanjenje broja nuspojava.
Dakle, do nesumnjivih prednosti upotreba bakteriofaga može se pripisati:
Visok sigurnosni profil, koji im omogućava da se koriste kod pacijenata bilo koje dobi, od novorođenčadi do veoma starih ljudi;
Smanjenje rizika od razvoja otpornih sojeva bakterija;
Mogućnost njihove kombinacije s bilo kojim drugim lijekovima, uključujući antibiotike.
Možda jedino što ograničava upotrebu bakteriofaga je njihova selektivnost, zbog čega je prije tretmana potrebno razjasniti prirodu patogena i njegovu osjetljivost na razne vrste bakteriofagi. Takva analiza se nikako ne provodi svuda i uzima određeno vrijeme, ali poboljšanje dijagnostičkih sistema nam daje nadu da će ovaj problem uskoro biti riješen.
Od teorije do prakse
Postoji različite vrste bakteriofagi: monofagi, usmjereni na uništavanje samo jedne vrste bakterija, i polifagi, koji djeluju istovremeno na nekoliko vrsta patogenih bakterija. Budući da su bakteriofagi izuzetno traženi u gotovo svim oblastima medicine, od hirurgije i ginekologije do neonatologije i ORL prakse, oslobađanje bakteriofaga u razne forme. Koriste se za oralnu primjenu, u vidu klistira, aplikacija, irigacija, za uvođenje u šupljinu rana, vagine, materice, nosa, sinusa, kao i za uvođenje u drenirane šupljine - trbušne, pleuralne, Bešika, bubrežna karlica. Trajanje kursa zavisi od kliničke indikacije i može biti 7-20 dana. Sigurni, efikasni i pouzdani bakteriofagi su upravo ono oružje koje je toliko neophodno u borbi protiv patogenih bakterija.
Ne samo medicina
Napredak u molekularnoj biologiji i biotehnologiji omogućio je korištenje bakteriofaga ne samo za liječenje, već i za druge svrhe. U Sjedinjenim Državama, na primjer, bakteriofagi se koriste kao siguran konzervans za prehrambeni proizvodi. Dodati u hranu, bakteriofagi sprečavaju rast neželjenih bakterija.
Zanimljivosti
Do otkrića bakteriofaga došlo je 1894. godine, kada je britanski bakteriolog Ernest Hankin primijetio da indijske rijeke Ganges i Jumna imaju značajno antibakterijsko djelovanje, koje je nakon ključanja potpuno nestalo. On je sugerirao da u vodi postoji neka supstanca koja ubija bakterije. Naziv "bakteriofag" ("žderač bakterija"), ovi virusi su 1917. dobili od francuskog naučnika Felixa d'Herellea, koji je otkrio "nevidljivi mikrob koji inficira bacil dizenterije". Pojašnjenje prirode ove "nevidljivosti" postalo je moguće tek nakon pojave elektronske mikroskopije.
№ 10-2013
Fotografija snimljena sa elektronski mikroskop,
prikazuje proces fiksiranja bakteriofaga (kolifaga T1) na površini bakterije E. coli.
Krajem 20. stoljeća postalo je jasno da bakterije nesumnjivo dominiraju Zemljinom biosferom, čineći više od 90% njene biomase. Svaka vrsta ima mnogo specijalizovanih tipova virusa. Prema preliminarnim procjenama, broj vrsta bakteriofaga je oko 10 15 . Da bismo razumjeli razmjere ove brojke, možemo reći da ako svaka osoba na Zemlji svaki dan otkrije jedan novi bakteriofag, onda će trebati 30 godina da se sve opiše.
Dakle, bakteriofagi su najmanje proučavana bića u našoj biosferi. Većina danas poznatih bakteriofaga pripada redu Caudovirales - repanih virusa. Njihove čestice imaju veličinu od 50 do 200 nm. Rep različite dužine a oblik osigurava vezivanje virusa za površinu bakterije domaćina, glava (kapsid) služi kao skladište za genom. Genomska DNK kodira strukturne proteine koji formiraju "tijelo" bakteriofaga i proteine koji osiguravaju umnožavanje faga unutar ćelije tokom infekcije.
Možemo reći da je bakteriofag prirodni visokotehnološki nanoobjekt. Na primjer, repovi faga su "molekularni špric" koji probija zid bakterije i ubrizgava njen DNK u ćeliju dok se skuplja. Od ovog trenutka počinje zarazni ciklus. Njegove daljnje faze sastoje se od prebacivanja životnih mehanizama bakterija na opsluživanje bakteriofaga, umnožavanja njegovog genoma, izgradnje više kopija virusnih ovojnica, pakovanja virusne DNK u njih i, konačno, uništavanja (lize) ćelije domaćina.
Bakteriofag nije živo biće, već molekularni nanomehanizam koji je stvorila priroda.
Rep bakteriofaga je šprica koja probija zid bakterije i ubrizgava virusnu DNK,
koji je pohranjen u glavi (kapsid), unutar ćelije.
Uz stalnu evolucijsku konkurenciju odbrambenih mehanizama kod bakterija i napada kod virusa, razlogom trenutnog balansa može se smatrati i činjenica da su se bakteriofagi specijalizirali za svoje infektivno djelovanje. Ako je dostupno velika kolonija bakterija, gdje će sljedeće generacije faga naći svoje žrtve, tada se uništavanje bakterija litičkim (ubijajućim, doslovno - rastvarajućim) fagovima odvija brzo i kontinuirano.
Ukoliko nema dovoljno potencijalnih žrtava ili spoljni uslovi nisu baš pogodni za efikasnu reprodukciju faga, tada fagi sa lizogenim razvojnim ciklusom dobijaju prednost. U ovom slučaju, nakon unošenja DNK faga u bakteriju, ona ne pokreće odmah mehanizam infekcije, ali za sada postoji unutar ćelije u pasivnom stanju, često invazijući genom bakterije.
U ovom stanju profaga virus može postojati dugo vremena, prolazeći kroz cikluse stanične diobe zajedno s hromozomom bakterije. I tek kada bakterija uđe u okruženje pogodno za razmnožavanje, aktivira se litički ciklus infekcije. Istovremeno, kada se DNK faga oslobodi iz bakterijskog hromozoma, često se hvataju susjedni dijelovi bakterijskog genoma, a njihov sadržaj se kasnije može prenijeti na sljedeću bakteriju koju bakteriofag inficira. Ovaj proces (transdukcija gena) se razmatra najvažnijim sredstvima prijenos informacija između prokariota - organizama bez ćelijskih jezgara.
Kako bakteriofag djeluje
Sve ove molekularne suptilnosti nisu bile poznate u drugoj deceniji dvadesetog veka, kada su otkriveni "nevidljivi infektivni agensi koji uništavaju bakterije". Ali čak i bez elektronskog mikroskopa, koji je prvi put korišten krajem 1940-ih za dobivanje slika bakteriofaga, bilo je jasno da su oni sposobni uništiti bakterije, uključujući i patogene. Ovu imovinu odmah je zatražila medicina.
Prvi pokušaji liječenja dizenterije fagima, infekcije rane, kolera, tifus, pa čak i kuga provedeni su dovoljno pažljivo, a uspjeh je izgledao prilično uvjerljivo. Ali nakon početka masovne proizvodnje i upotrebe preparata faga, euforija se pretvorila u razočaranje. O tome šta su bakteriofagi, kako ih proizvoditi, pročišćavati i koristiti dozni oblici vrlo malo se znalo. Dovoljno je reći da, prema rezultatima testa obavljenog u Sjedinjenim Državama kasnih 1920-ih, sami bakteriofagi nisu pronađeni u mnogim industrijskim preparatima faga.
Problem sa antibioticima
Druga polovina dvadesetog veka u medicini se može nazvati „erom antibiotika“. Međutim, Alexander Fleming, pronalazač penicilina, upozorio je u svom Nobelovom predavanju da otpornost mikroba na penicilin nastaje prilično brzo. Za sada je otpornost na antibiotike nadoknađena razvojem novih vrsta antimikrobnih lijekova. Ali od 1990-ih postalo je jasno da čovječanstvo gubi "trku u naoružanju" protiv mikroba.
Kriv na prvom mestu nekontrolisana upotreba antibiotici ne samo u terapeutske, već iu preventivne svrhe, i to ne samo u medicini, već iu poljoprivreda, Prehrambena industrija i život. Kao rezultat toga, otpornost na ove lijekove počela se razvijati ne samo u patogene bakterije, ali i u najčešćim mikroorganizmima koji žive u tlu i vodi, što ih čini "uslovnim patogenima".
Ove bakterije napreduju medicinske ustanove, popunjavanje vodovoda, namještaja, medicinske opreme, ponekad čak i dezinfekcijskih rješenja. Kod osoba sa oslabljenim imunološkim sistemom, kojih je većina u bolnicama, izazivaju teške komplikacije.
Nije ni čudo što medicinska zajednica zvoni na uzbunu. 2012. godine, generalna direktorica SZO Margaret Chan izdala je saopštenje u kojem predviđa kraj ere antibiotika i bespomoćnosti čovječanstva protiv zaraznih bolesti. Kako god, praktične mogućnosti kombinatorna hemija – temelji farmakološke nauke – daleko su od iscrpljenosti. Druga stvar je razvoj antimikrobna sredstva- veoma skup proces koji ne donosi takvu zaradu kao mnogi drugi lekovi. Tako da su horor priče o “superbugovima” više upozorenje koje potiče ljude da traže alternativna rješenja.
Bakteriofagi i imunitet
Budući da u prirodi postoji bezbroj bakteriofaga i oni neprestano ulaze u ljudski organizam sa vodom, vazduhom i hranom, imunološki sistem ih jednostavno ignoriše. Postoji čak i hipoteza o simbiozi bakteriofaga u crijevima, koja reguliše crijevne mikroflore. Nekakvu imunološku reakciju moguće je postići samo produženim unosom u organizam. velike doze fagi.
Ali na taj način možete postići alergiju na gotovo svaku supstancu. Konačno, veoma je važno da bakteriofagi budu jeftini. Razvoj i proizvodnja lijeka koji se sastoji od precizno odabranih bakteriofaga s potpuno dekodiranim genomima, kultiviranih prema modernim biotehnološkim standardima na određenim bakterijskim sojevima u kemijski čistim podlogama i visoko pročišćenih, za nekoliko je redova jeftinija od modernih kompleksnih antibiotika.
To omogućava brzu prilagodbu terapijskih preparata faga promjenjivim skupovima patogenih bakterija i primjenu bakteriofaga u veterinarskoj medicini, gdje skupe lekove nije ekonomski opravdano.
U medicinskoj službi
Oživljavanje interesa za upotrebu bakteriofaga izgleda sasvim logično - prirodni neprijatelji bakterije za liječenje infekcija. Zaista, tokom decenija „ere antibiotika“, bakteriofagi su aktivno služili nauci, ne medicini, već fundamentalnoj molekularnoj biologiji. Dovoljno je spomenuti dekodiranje "trojki" genetski kod i proces rekombinacije DNK. Sada se dovoljno zna o bakteriofagima da bi se razumno odabrali fagi pogodni za terapeutske svrhe.
Bakteriofagi imaju mnoge prednosti kao potencijalni lijekovi. Prije svega, postoji bezbroj njih. Iako je promjena genetskog aparata bakteriofaga također mnogo lakša nego kod bakterije, a još više kod viših organizama, To je nepotrebno. U prirodi uvijek možete pronaći nešto prikladno. Radi se o radije o odabiru, fiksiranju traženih svojstava i reprodukciji potrebnih bakteriofaga.
To se može uporediti sa uzgojem pasmina pasa - sanjkanje, čuvar, lovački, goniči, borbeni, ukrasni... Svi oni ostaju psi, ali su optimizirani za određenu vrstu akcije, neophodna osobi. Drugo, bakteriofagi su strogo specifični, odnosno uništavaju samo određenu vrstu mikroba bez inhibicije normalna mikroflora osoba.
Treće, kada bakteriofag pronađe bakteriju koju mora uništiti, ona je životni ciklus počinje da se množi. Dakle, pitanje doziranja ne postaje tako akutno. Četvrto, bakteriofagi ne izazivaju nuspojave. Svi slučajevi alergijske reakcije kada se koriste terapijski bakteriofagi uzrokovani su ili nečistoćama od kojih lijek nije bio dovoljno pročišćen, ili toksinima koji se oslobađaju tokom masovna smrt bakterije. Poslednji fenomen, "Herxheimerov efekat", često se primećuje kod upotrebe antibiotika.
Dvije strane novčića
Nažalost, medicinski bakteriofagi također imaju mnogo nedostataka. Najvažniji problem proizlazi iz prednosti visoke specifičnosti faga. Svaki bakteriofag inficira strogo određenu vrstu bakterija, čak i ne taksonomsku vrstu, već niz užih varijeteta, sojeva. Relativno govoreći, kao da pas čuvar počela je da laje samo na dva metra visoke nasilnike obučene u crne kabanice, a nije nimalo reagovala na tinejdžerku u kratkim hlačama koja se penje u kuću.
Stoga, nije neuobičajeno da sadašnji preparati faga ne uspije. efektivna primena. Lijek napravljen protiv specifičnog skupa sojeva i savršeno liječi streptokokni tonzilitis u Smolensku, može biti nemoćan protiv svih znakova iste upale grla u Kemerovu. Bolest je ista, uzrokovana je istim mikrobom, a sojevi streptokoka u različitim regijama su različiti.
Za što efikasniju upotrebu bakteriofaga neophodno je tačna dijagnoza patogeni mikrob, do naprezanja. Najčešća dijagnostička metoda sada - inokulacija kulture - oduzima puno vremena i ne daje potrebnu točnost. Brze metode- kucanje polimerazom lančana reakcija ili masena spektrometrija – polako se uvode zbog visoke cijene opreme i viših zahtjeva za kvalifikacijama laboratorijskih asistenata. U idealnom slučaju, selekcija fagnih komponenti lijeka mogla bi se vršiti protiv infekcije svakog pojedinačnog pacijenta, ali to je skupo i neprihvatljivo u praksi.
Drugi važan nedostatak fagi - njihova biološka priroda. Pored činjenice da bakteriofagi zahtijevaju posebnim uslovima skladištenje i transport, takav način liječenja otvara mnogo spekulacija na temu "stranog DNK u osobi". I iako je poznato da bakteriofag u principu ne može inficirati ljudsku ćeliju i u nju uvesti njen DNK, promijenite javno mnjenje Nije lako.
Iz biološke prirode i prilično velike, u poređenju sa niskomolekularnim lijekovima (isti antibiotici), veličina prati treće ograničenje - problem unošenja bakteriofaga u tijelo. Ako a mikrobna infekcija razvija se pri čemu se bakteriofag može aplicirati direktno u obliku kapi, spreja ili klistir - na kožu, otvorene rane, opekotine, sluzokože nazofarinksa, ušiju, očiju, debelog crijeva - tada nema problema.
Ali ako se infekcija dogodi u unutrašnjim organima, situacija je složenija. Slučajevi uspješnog liječenja infekcija bubrega ili slezene običnim oralni unos poznati su preparati bakteriofaga. Međutim, mehanizam prodiranja relativno velikih (100 nm) čestica faga iz želuca u krvotok i unutrašnje organe je slabo shvaćen i uvelike varira od pacijenta do pacijenta. Bakteriofagi su takođe nemoćni protiv mikroba koji se razvijaju unutar ćelija, kao što su tuberkuloza i guba. Kroz zid ljudska ćelija bakteriofag ne može da prođe.
Treba napomenuti da se suprotstavljaju upotrebi bakteriofaga i antibiotika u medicinske svrhe to ne slijedi. Njihovim zajedničkim djelovanjem uočava se međusobno jačanje antibakterijskog djelovanja. To omogućava, na primjer, smanjenje doza antibiotika na vrijednosti koje ne izazivaju izražene nuspojave. Shodno tome, mehanizam razvoja rezistencije bakterija na obje komponente kombinovani lek skoro nemoguće.
Proširenje Arsenala antimikrobna sredstva daje više stepena slobode u izboru metoda lečenja. Dakle, naučno utemeljen razvoj koncepta upotrebe bakteriofaga u antimikrobnoj terapiji je obećavajući pravac. Bakteriofagi ne služe toliko kao alternativa, već kao dopuna i pojačanje u borbi protiv infekcija.
Praktična upotreba fagi. Bakteriofagi se koriste u laboratorijskoj dijagnostici infekcija prilikom intraspecifične identifikacije bakterija, odnosno određivanja fagovara (faga). Da bi se to postiglo, koristi se metoda tipizacije faga, zasnovana na strogoj specifičnosti djelovanja faga: kapi različitih dijagnostičkih faga specifičnih za tip nanose se na čašu s gustim hranjivim podlogom zasijanim "travnjakom" čiste kulture. patogena. Fag faga bakterije određen je tipom faga koji je uzrokovao njenu lizu (formiranje sterilne mrlje, "plaka" ili "negativne kolonije", faga). Tehnika fagotipizacije koristi se za identifikaciju izvora i načina širenja infekcije (epidemiološko obilježavanje). Izolacija bakterija istog fagovara od različitih pacijenata ukazuje na zajednički izvor njihove infekcije.
Fagi se također koriste za liječenje i prevenciju brojnih bakterijskih infekcija. Proizvode tifus, salmonelu, dizenteriju, pseudomonas, stafilokok, streptokokne fage i kombinovani preparati(koliproteični, piobakteriofagi, itd.). Bakteriofagi se propisuju prema indikacijama oralno, parenteralno ili lokalno u obliku tečnosti, tableta, supozitorija ili aerosola.
Bakteriofagi se široko koriste u genetski inženjering i biotehnologija kao vektori za dobijanje rekombinantne DNK.
Preparati bakteriofaga koji se koriste u praksi su filtrat bujonske kulture odgovarajućih mikroba liziranih fagom, koji sadrži žive čestice faga, kao i otopljene bakterijske antigene oslobođene iz bakterijskih stanica tokom njihove lize. Dobiveni pripravak - tekući bakteriofag trebao bi izgledati potpuno bistra tečnost žuta boja većeg ili manjeg intenziteta.
Za terapeutske i profilaktičke svrhe, fagi se mogu proizvoditi u obliku tableta sa premazom otpornim na kiseline. Tabletirani suvi fag je stabilniji tokom skladištenja i pogodan za upotrebu. Jedna tableta suvog bakteriofaga odgovara 20-25 ml tečna priprema. Rok trajanja suvog i tečnog preparata je 1 godina. Tečni bakteriofag treba čuvati na temperaturi od + 2 +10 C, suvi - ne više od +1 ° C, ali se može čuvati u frižideru na negativnoj temperaturi.
Bakteriofag koji se uzima oralno ostaje u tijelu 5-7 dana. U pravilu, uzimanje bakteriofaga ne prati nikakve reakcije ili komplikacije. Ne postoje kontraindikacije za prijem. Koriste se u obliku navodnjavanja, ispiranja, losiona, tampona, injekcija, a ubrizgavaju se i u šupljine - trbušne, pleuralne, zglobne i mjehur, ovisno o lokaciji patogena.
Dijagnostički fagi se proizvode u tečnom i suvom obliku u ampulama.Pre početka rada suvi bakteriofag se razblaži. Ako je na ampulama naznačen titar, tr, DRT (radna titarska doza), koristi se u testu fagizacije (Otto metoda) za identifikaciju bakterija, ako je naznačen tip faga, zatim za tipizaciju faga - za određivanje izvora infekcije.
Djelovanje bakteriofaga na mikrobnu kulturu u tečnom mediju i na gustom mediju
Ottoova metoda (padajući kap)
Napravite gust travnjak za sjetvu ispitivane kulture. 5-10 minuta nakon sjetve, tečni dijagnostički fag se nanosi na osušenu površinu hranljive podloge. Posuda se lagano nagne tako da se kapljica faga proširi po površini agara. Čaša se stavlja u termostat na 18-24 sata. Rezultat se uzima u obzir totalno odsustvo rast kulture na mjestu primjene kapljica faga.
Eksperimentirajte na tečnom hranljivom mediju
Izvršiti setvu proučavane kulture u dve epruvete sa tečnom podlogom. Dijagnostički bakteriofag se dodaje u petlji u jednu epruvetu („O“). Nakon 18-20 sati u epruveti u koju nije dodan bakteriofag („K“), uočava se snažno zamućenje bujona - zasijana kultura je izrasla. Bujon u epruveti, u koju je dodat bakteriofag, ostao je providan zbog lize kulture pod njenim uticajem.
Fagotipizacija bakterija
Prema spektru djelovanja razlikuju se sljedeći bakteriofagi: polivalentne, lizirajuće srodne vrste bakterija; monovalentne, lizirajuće bakterije određene vrste; tipične, lizirajuće pojedinačne vrste (varijante) bakterija.
Na primjer, jedan soj patogenog stafilokoka može se lizirati sa nekoliko tipova faga, pa se svi tipični fagi (24) i sojevi patogenih stafilokoka kombiniraju u 4 grupe.
Metoda tipizacije faga ima veliki značaj za epidemiološka istraživanja, jer omogućava identifikaciju izvora i načina širenja patogena. U tu svrhu se određuje fagovar izoliran iz patološkog materijala. čista kultura na gustim hranjivim podlogama koristeći standardne dijagnostičke fage.
Fagovar kulture mikroorganizama određuje se prema vrsti faga koji je uzrokovao njegovu lizu.Izolacija bakterija istog fagovara od različitih subjekata ukazuje na izvor infekcije.
Zbog svog destruktivnog (litičkog) djelovanja na bakterije, fagi se mogu koristiti u terapeutske svrhe. preventivne svrhe at razne bolesti(dizenterija, kolera, razne gnojno-upalne bolesti itd.). Setovi standardnih faga, uključujući i međunarodne, koriste se za fagotipizaciju uzročnika niza bolesti (kolera, tifusne groznice, salmoneloze, difterije, stafilokoka i drugih bolesti). Bakteriofagi se također koriste u genetskom inženjeringu kao vektori koji prenose DNK segmente, a moguć je i prirodni prijenos gena između bakterija putem određenih faga (transdukcija). Takvim pacijentima se po pravilu propisuju antibiotici. Ali zbog činjenice da bakterije koje stalno mutiraju stiču otpornost na antibiotike, njihova efikasnost je veća poslednjih godina oslabljen. Pažnju istraživača privukli su bakteriofagi - virusi koji proždiru bakterije. Za razliku od antibiotika, koji uništavaju i štetne i zdrava mikroflora organizma, bakteriofagi su samo selektivni patogene bakterije. Kako bakteriofagi djeluju u tijelu? Oni prodiru samo u određene ćelije i stupaju u interakciju sa njihovom DNK, stvarajući lizogeni ili litički efekat. Djelujući na mikrobe litičkog tipa, bakteriofagi ih uništavaju, što im omogućava da se brzo razmnožavaju. Lizogeni tip je prodiranje genoma faga u genom bakterije, njihova sinteza i daljnji prijelaz s jedne generacije na drugu. Pojavile su se informacije o bakteriofagima više od jednog veka natrag kada se koriste za liječenje stafilokoka aureusa. Trenutno se široko koriste za prevenciju i liječenje crijevnih, stafilokoknih, streptokoknih, tifusnih i mnogih drugih infekcija. moderne medicine traži metode koje ne koriste žive bakteriofage, već enzime koji djeluju na patogene bakterije liziranjem. Njihova primjena može biti u obliku nazalnog ili oralnog spreja, paste za zube, hrane, aditivi za hranu. Učinkovitost primjene bakteriofaga sastoji se u odsustvu kontraindikacija i komplikacija, kompatibilnosti s drugim lijekovima, aktivnom djelovanju na mikrobe otporne na antibiotike. Zbog ovih svojstava, bakteriofagi se ocjenjuju kao lijekovi budućnosti za uspješnu kontrolu infekcija.
Najvažnije prednosti fagoterapije su visoka osjetljivost patogene mikroflore do bakteriofaga, mogućnost početne upotrebe malih doza bakteriofaga, kompatibilnost sa svim vrstama tradicionalne antibiotske terapije, odsutnost kontraindikacija za profilaksu faga i terapiju fagom. Utvrđeno je da u prirodi ne postoje mikroorganizmi koji su apsolutno otporni na bakteriofage. Važno je da je reprodukcija bakteriofaga moguća samo u prisustvu bakterija osjetljivih na njega. Nakon smrti posljednje mikrobne ćelije u žarištu infektivne lezije, ona je zaustavlja energična aktivnost i potpuno se eliminiše iz organizma.
Zbog uočenog smanjenja terapijsko djelovanje koriste se antibiotski preparati bakteriofaga kliničku praksu kao alternativa antibioticima iu kombinaciji sa ovim poslednjim. Pripravci bakteriofaga nisu inferiorni u odnosu na antibakterijske lijekove u pogledu efikasnosti, stimuliraju lokalne faktore specifičnog i nespecifičnog imuniteta i ne izazivaju nuspojave toksične i alergijske reakcije. Bakteriofagi se daju oralno, a koriste se i za irigaciju rana, za injekcije u drenirane šupljine - trbušne, pleuralne, sinusne, srednje uho, apscese, rane, matericu, bešiku. Uz oralnu i aerosolnu primjenu, kao i kada se nanese na površinu sluzokože, bakteriofagi prodiru u krv i limfu i izlučuju se kroz bubrege, sanirajući urinarni trakt.
Trenutno je obnovljeno interesovanje za terapiju fagom u hirurgiji, urologiji, oftalmologiji i traumatologiji.
Terapeutski i profilaktički preparati bakteriofaga sastoje se od poliklonalnih virulentnih bakteriofaga širokog spektra delovanja, koji su aktivni i protiv bakterija otpornih na antibiotike. Proizvode se u tekućem obliku, u tabletama s premazom otpornim na kiseline, u obliku supozitorija, masti, linimenata.
Preparati bakteriofaga su sterilni filtrat bakterijskih fagolizata, daju se oralno, lokalno za irigaciju rana i sluzokože, uvođenje u šupljinu materice, bešike, uha, paranazalnih sinusa, kao i u dreniranim šupljinama - trbušnoj, pleuralnoj, kao iu šupljini apscesa nakon uklanjanja eksudata.
Bakteriofagi mogu brzo prodrijeti u krv i limfu i izlučuju se kroz bubrege s urinom. Kako su pokazala naša istraživanja, nakon uzimanja 30 ml bakteriofaga, čestice faga se nalaze u urinu nakon 2 sata, a njihova maksimalna koncentracija u urinu se postiže 6-8 sati nakon ingestije.
Aktivnost terapijskih i profilaktičkih bakteriofaga protiv uzročnika gnojno-septičkih i enteričnih bolesti je prilično visoka - od 72% do 90%, uključujući i sojeve bolničkog porijekla, koje karakterizira višestruka rezistencija na antibiotike. Usklađenost preparata bakteriofaga sa savremenom atiološkom strukturom patogena postiže se njihovom stalnom adaptacijom na cirkulirajuće sojeve zbog obnavljanja rasa faga i proizvodnje bakterijskih pečata. Ova osobina povoljno razlikuje fage od drugih antimikrobnih preparata - antibiotika, eubiotika ili vakcina, kod kojih proizvodni sojevi ili sojevi proizvođači, ili sintetizovana supstanca nisu podložni modifikacijama. Takva plastičnost preparata bakteriofaga osigurava nastavak primarne fagne rezistencije patogena.
Prednosti preparata bakteriofaga
Prednosti pripravaka bakteriofaga uključuju usku specifičnost djelovanja, koja, za razliku od antibiotika, ne uzrokuje inhibiciju normalne mikroflore. Dokazano stimulativno dejstvo stafilokokni bakteriofag na bifidobakterije - bitna komponenta crijevna mikrobiocenoza. Upotreba bakteriofaga za liječenje zarazne bolesti stimuliše faktore specifičnog i nespecifičnog imuniteta, što je posebno efikasno za lečenje hroničnih inflamatorne bolesti na pozadini imunosupresivnih stanja, bakterionosac.
Eksperimentalni rad i dug klinička zapažanja dokazana je nemogućnost prenošenja plazmida rezistencije na antibiotike i toksičnosti terapijskim i profilaktičkim preparatima bakteriofaga, jer su poliklonalni kompleksi virulentnih bakteriofaga.
U Rusiji, zemljama ZND, Poljskoj, Francuskoj, Španiji, bakteriofagi se široko koriste u medicini i veterini. Sakupljeno je veliko iskustvo u upotrebi bakteriofaga u liječenju crijevne infekcije: visoka klinička efikasnost terapije fagom za akutne i hronična dizenterija, salmoneloze, praćene sanitacijom nosilaca. Dokazana je visoka epidemiološka efikasnost profilaktičke upotrebe bakteriofaga dizenterije, tifusa i salmonele. Upotreba bakteriofaga pokazala je dobre rezultate u liječenju bolesti uzrokovanih oportunističkim bakterijama, disbakterioze, gnojne lezije koža, ORL - organi, mišićno-koštani sistem, genitourinarnog sistema, sistema cirkulacijskih i respiratornih organa, uključujući novorođenčad i djecu prve godine života.
Važan uslov koji osigurava efikasnost liječenja preparatima faga je određena fagna osjetljivost patogena.
Dugogodišnje iskustvo terapije fagom na Istraživačkom institutu za urologiju je jasno; Kao rezultat adaptacije komercijalnih bakteriofaga na bolničke sojeve koji kruže u urološkoj klinici NPO Biofag, fagna osjetljivost sojeva porasla je za 15% i bila je na ili iznad razine osjetljivosti na najsavremenije strane antibiotike. Na pozadini dugotrajne primjene bakteriofaga u bolnici, kod bolničkih sojeva nije uočeno formiranje fagne rezistencije, dok je rezistencija na antibiotike smanjena. Klinička efikasnost terapije fagom uočena je u 92% slučajeva, često nadmašujući rezultate antibiotske terapije. Odsutnost kontraindikacija i komplikacija u primjeni pripravaka bakteriofaga, mogućnost njihove primjene u kombinaciji s drugim lijekovi, uključujući i antibiotike, aktivnost protiv sojeva otpornih na antibiotike i prilagođavanje bakteriofaga modernim patogenima - sve to omogućava procjenu preparata bakteriofaga kao visoko učinkovitih i obećavajućih sredstava za hitno liječenje gnojno-septičkih i enteričnih infekcija. Međutim, fagi, ovi "prirodni bolničari", mogu se koristiti ne samo za liječenje, već i za prevenciju zaraznih bolesti. Mogu se prepisivati trudnicama, dojiljama i djeci bilo koje dobi, uključujući i prijevremeno rođene bebe. Glavni uslov za njihovu uspješnu primjenu je testiranje izolirane kulture na osjetljivost na odgovarajući fag. Zapažen je nevjerovatan obrazac: za razliku od antibiotika, osjetljivost kliničkih sojeva mikroorganizama na bakteriofage je stabilna i ima tendenciju povećanja, što se može objasniti obogaćivanjem medicinski preparati nove rase faga. Pored medicinske primjene, bakteriofagi se široko koriste u veterinarskoj medicini; posebno efikasan stafilokokni bakteriofag u liječenju mastitisa kod krava. Preparati bakteriofaga se propisuju oralno za bolesti unutrašnje organe ili lokalno, direktno na leziju. Djelovanje faga se manifestira već 2-4 sata nakon njegovog unošenja (što je posebno važno u intenzivnoj njezi). Bakteriofagi prodiru u krv, limfu i izlučuju se kroz bubrege, sanirajući urinarni trakt.
Dakle, bakteriofagi koriste:
U veterinarskoj medicini za:
prevencija i liječenje bakterijske bolesti ptice i životinje;
liječenje gnojno-upalnih bolesti sluznice očiju, usne šupljine;
prevencija gnojno-upalnih komplikacija kod opekotina, rana, hirurških intervencija;
U genetskom inženjeringu:
za transdukciju - prirodni prijenos gena između bakterija;
kao vektori koji prenose delove DNK;
korišćenjem faga moguće je konstruisati usmerene promene u genomu DNK domaćina;
U prehrambenoj industriji:
masovni agensi koji sadrže fage već prerađuju gotove proizvode od mesa i peradi;
bakteriofagi se koriste u proizvodnji prehrambenih proizvoda od mesa, peradi, sireva, biljnih proizvoda itd.;
Bakteriofagi, primjena u medicini.
Bakteriofagi. Primjena u medicinskoj praksi.
Bakteriofagi su bakterijski virusi koji mogu specifično prodrijeti u bakterijske stanice, reproducirati ih i uzrokovati lizu.
Nalaze se svuda gde postoje bakterije - u zemljištu, vodi, crevni trakt osoba. Svi su inherentni fagu biološke karakteristike koji su karakteristični za viruse.
Morfologija faga:
Fagi se razlikuju po obliku - filamentozni, sferični, kubični, fagi koji imaju glavu i rep (podsjećaju na spermatozoid).
Veličine su male, srednje i velike.
Najsloženiji su veliki fagi, koji se sastoje od glave i repa. Glava je u obliku ikosaedra. Glava je povezana s procesom uz pomoć ogrlice i kišobrana. Unutar nastavka nalazi se šuplja cilindrična šipka koja komunicira sa glavom, sa vanjske strane proces ima proteinski omotač sposoban za kontrakciju, kaudalni nastavak završava heksagonalnom bazalnom pločom sa kratkim šiljcima iz koje se protežu filamentozne fibrilne strukture. Ploča i šiljci sadrže lizozim. Proces ima 6 resica koje obezbeđuju čvrsto pričvršćivanje faga u bakterijsku ćeliju. Mogu postojati fagi sa omotačem koji se ne skuplja, fagi sa kratkim procesima, fagi sa analogom procesa i fagi bez procesa.
Otpornost na fage: Fagi tolerišu temperature od 50-60°C. Izdržati smrzavanje, propasti na temperaturi od 70°C. Na njih ne utiču otrovi kao što su cijanid, fluor, kao ni hloroform i fenol. Fagi su dobro očuvani u zatvorenim ampulama, ali se mogu uništiti kuhanjem, djelovanjem kiselina i UV zračenjem.
Mehanizam interakcije faga sa mikrobnom ćelijom:
Prema interakciji razlikuju se virulentni i umjereni fagi.
Virulentni fagi - ulaze u bakterijsku ćeliju, razmnožavaju se i uzrokuju lizu bakterije.
Postoje brojne karakteristike za fage sa procesom i kontrakcijom ovojnice:
Ovi fagi se adsorbuju na površini bakterijske ćelije uz pomoć fibrila procesa u prisustvu odgovarajućih receptora. Tada se aktivira enzim ATP-aze, što dovodi do kontrakcije ovojnice kaudatnog nastavka i uvođenja šuplje šipke u ćeliju. Enzim, lizozim, je uključen u proces probijanja ćelijskih zidova.
DNK faga prolazi kroz šuplju stabljiku izrasline i ubrizgava se u ćeliju. Kapsid i proces ostaju na površini ćelije. Zatim se protein faga i nukleinska kiselina reproduciraju unutar ćelije. Sljedeća faza je sastavljanje i formiranje zrelih čestica faga. Završna faza: liza ćelije i oslobađanje zrelih čestica faga iz nje. Liza se može odvijati kako iznutra – dolazi do pucanja ćelijskog zida i oslobađanja zrelih faga u vanjsku sredinu, tako i izvana – fagi prave mnoge rupe u ćelijskom zidu kroz koje istječe sadržaj stanice. , sa takvom lizom fag se ne razmnožava.
Umjereni fagi - ne liziraju sve stanice u populaciji, ulaze u simbiozu s nekim od stanica, uslijed čega se DNK faga integrira u ćelijski kromosom. U ovom slučaju, genom faga se naziva profagom.
Profag postaje dio ćelijskog hromozoma i tokom svoje reprodukcije sinhrono se replicira sa genomom ćelije bez izazivanja njegove lize i prenosi se na potomstvo.
Fenomen simbioze mikrobne ćelije sa profagom naziva se lizogenija.
A kultura bakterija koja sadrži profag je lizogena, ovo ime odražava sposobnost profaga da spontano ili pod uticajem faktora okruženje kreću u citoplazmu i ponašaju se kao virulentna bakterija koja lizira fag. Nakon prijelaza u virulentni oblik, umjereni fag može uhvatiti dio hromozoma bakterijske ćelije i, nakon lize, biti prebačen u drugu.
Prema spektru djelovanja, fagi se dijele na:
1. Polivalentne - lizirane bakterije (salmonela fag lizira samo salmonelu).
2. Vrste (monofagi) - liziraju bakterije samo jedne vrste.
3. Specifično za tip - selektivno lizirati pojedinačne varijante bakterija unutar vrste (patogen Staphylococcus aureus - 33 seta).
Praktična upotreba:
Preparati faga koriste se za liječenje i prevenciju infekcija i njihovu dijagnostiku. Djelovanje faga temelji se na njihovoj strogoj specifičnosti, za dobivanje preparata faga koriste se proizvodni sojevi i odgovarajuće bakterijske kulture.
Oblici oslobađanja: tečni, suhi, u obliku tableta, aerosola, supozitorija. Unosi se u organizam parenteralno, enteralno i lokalno. Koristi se u terapeutske i profilaktičke svrhe kod raznih bolesti (dizenterija, kolera, razne gnojno – upalne bolesti).
Dijagnostika faga: princip dijagnostike se zasniva na zajedničkoj kultivaciji test kultura sa poznatim i nepoznatim fagima, pozitivnim rezultatom se smatra u prisustvu lize bakterijskih ćelija. Liza se može posmatrati na tečnim i čvrstim hranljivim podlogama. Na tekućim hranjivim podlogama pojavljuje se bistrenje bakterijske suspenzije, a na gustim se formiraju područja nedostatka rasta.
Tipizacija faga: određivanje tipske varijante vrste pomoću skupa tipskih faga. Proizvode se fagi tifusa, fagi za dijagnostiku kolere, fagi salmonele i dizenterični fagi. Fagotipizacija je neophodna prilikom sprovođenja epidemiološke analize bolesti i radi utvrđivanja izvora i puteva prenošenja. Detekcijom faga procjenjuje se sadržaj odgovarajućih mikroorganizama.
