Bakteriofaagid: rakenduse kaasaegsed aspektid, tulevikuväljavaated
Arstide seas üha enam fänne kogumas, antibiootikumid tagaplaanile tõrjudes. Kunagi muutis antibiootikumide tulek täielikult arstide suhtumist ravisse. Varem hakkasid lootusetud patsiendid paranema, ravialgoritmid olid äärmiselt lihtsustatud, suremus langes järsult ... Imed! Maagilised ravimid! Kuid entusiastlik suhtumine ei kestnud kaua. Liiga palju probleeme hakkas tekkima.
Minu vaenlase vaenlane on mu sõber
Nüüd on antibiootikumravi "libedad" küsimused kõigile teada. Antibiootikumide toimega kaasneb:
Vajaliku, "kasuliku" soole mikrofloora ja limaskestade hävitamine;
Nende suhtes resistentsete uute bakteritüvede aktiivne kasv;
tekkimine kõrvalmõjud arvelt süsteemne tegevus ravimid.
Sellega seoses otsitakse raviks põhimõtteliselt erinevaid ravimeid bakteriaalsed infektsioonid. Ja siis tulid esiplaanile bakteriofaagid.
Bakteriofaagid on viirused, mis nakatavad selektiivselt bakterirakke. Viirus kinnitub bakteri rakuseinale ja süstib rakku oma geneetilise materjali. Selle tulemusena algab uute viiruste süntees ja seejärel toimub lüüs. bakterirakk ja 200-1000 uue faagi vabanemine, mis nakatavad teisi baktereid. Kui kõik patogeense tüve bakterid on hävitatud, eemaldatakse bakteriofaagid kehast jäljetult. Paljud bakteriofaagid on väga spetsiifilised ja iga viiruse tüvi nakatab ainult teatud tüüpi baktereid, mõjutamata teisi mikroorganisme ja keharakke. See vähendab oluliselt kõrvaltoimete arvu.
Seega vaieldamatute eeliste juurde bakteriofaagide kasutamine võib omistada:
Kõrge ohutusprofiil, mis võimaldab neid kasutada igas vanuses patsientidel vastsündinutest kuni väga vanadeni;
Resistentsete bakteritüvede tekke riski vähendamine;
Võimalus neid kombineerida teiste ravimitega, sealhulgas antibiootikumidega.
Võib-olla ainus asi, mis bakteriofaagide kasutamist piirab, on nende selektiivsus, mille tõttu on enne ravi vaja selgitada patogeeni olemust ja tundlikkust selle suhtes. erinevat tüüpi bakteriofaagid. Sellist analüüsi ei tehta sugugi igal pool ja võtab kindel aeg, kuid diagnostikasüsteemide täiustamine lubab loota, et see probleem saab peagi lahendatud.
Teooriast praktikasse
Olemas erinevad tüübid bakteriofaagid: monofaagid, mis on suunatud ainult ühte tüüpi bakterite hävitamisele, ja polüfaagid, mis toimivad samaaegselt mitut tüüpi patogeensetele bakteritele. Kuna bakteriofaagid on äärmiselt nõutud peaaegu kõigis meditsiinivaldkondades, alates kirurgiast ja günekoloogiast kuni neonatoloogia ja kõrva-nina-kurgu praktikani, on bakteriofaagide vabanemine erinevaid vorme. Neid kasutatakse suukaudseks manustamiseks reg os, klistiiri, aplikatsioonide, loputustena, haavaõõnde, vagiina, emaka, nina, põskkoopaõõnde sisseviimiseks, samuti kuivendatud õõnsustesse - kõhu-, pleura-, Põis, neeruvaagen. Kursuse kestus sõltub kliinilised näidustused ja võib olla 7-20 päeva. Ohutud, tõhusad ja usaldusväärsed bakteriofaagid on just see relv, mis on patogeensete bakterite vastu võitlemisel nii vajalik.
Mitte ainult meditsiin
Molekulaarbioloogia ja biotehnoloogia areng on võimaldanud bakteriofaage kasutada mitte ainult raviks, vaid ka muudel eesmärkidel. Näiteks USA-s kasutatakse bakteriofaage ohutu säilitusainena toiduained. Toidule lisatud bakteriofaagid takistavad soovimatute bakterite kasvu.
Huvitavaid fakte
Bakteriofaagide avastamine toimus 1894. aastal, kui Briti bakterioloog Ernest Hankin märkas, et India jõgedel Ganges ja Jumna on märkimisväärne antibakteriaalne toime, mis pärast keetmist kadus täielikult. Ta pakkus, et vees on mingi aine, mis tapab baktereid. Nime "bakteriofaag" ("bakterite sööja") said need viirused 1917. aastal prantsuse teadlaselt Felix d'Herelle'ilt, kes avastas "nähtamatu mikroobi, mis nakatab düsenteeriabatsilli". Selle "nähtamatuse" olemuse selgitamine sai võimalikuks alles pärast elektronmikroskoopia tulekut.
№ 10-2013
Foto tehtud koos elektronmikroskoop,
näitab bakteriofaagide (kolifaagide T1) fikseerimise protsessi E. coli bakteri pinnal.
20. sajandi lõpus sai selgeks, et Maa biosfääris domineerivad kahtlemata bakterid, mis moodustavad enam kui 90% selle biomassist. Igal liigil on palju spetsiifilisi viiruste tüüpe. Esialgsetel hinnangutel on bakteriofaagiliikide arv umbes 10 15 . Selle joonise ulatuse mõistmiseks võime öelda, et kui iga inimene Maal avastab iga päev ühe uue bakteriofaagi, kulub nende kõigi kirjeldamiseks 30 aastat.
Seega on bakteriofaagid meie biosfääris kõige vähem uuritud olendid. Enamik tänapäeval tuntud bakteriofaagid kuuluvad seltsi Caudovirales – sabaviirused. Nende osakeste suurus on 50–200 nm. Saba erinevad pikkused ja vorm tagab viiruse kinnitumise peremeesbakteri pinnale, pea (kapsiid) toimib genoomi hoidlana. Genoomne DNA kodeerib struktuurseid valke, mis moodustavad bakteriofaagi "keha", ja valke, mis tagavad faagi paljunemise rakus nakatumise ajal.
Võime öelda, et bakteriofaag on looduslik kõrgtehnoloogiline nanoobjekt. Näiteks faagi sabad on "molekulaarne süstal", mis läbistab bakteri seina ja süstib selle DNA rakku, kui see kokku tõmbub. Sellest hetkest algab nakkustsükkel. Selle edasised etapid hõlmavad bakteriaalsete elumehhanismide lülitamist bakteriofaagi teenindamiseks, selle genoomi paljundamist, viiruse ümbriste mitme koopia ehitamist, viiruse DNA pakkimist neisse ja lõpuks peremeesraku hävitamist (lüüsi).
Bakteriofaag ei ole elusolend, vaid looduse poolt loodud molekulaarne nanomehhanism.
Bakteriofaagi saba on süstal, mis läbistab bakteri seina ja süstib viiruse DNA-d,
mida hoitakse peas (kapsiidis), raku sees.
Lisaks bakterite kaitsemehhanismide pidevale evolutsioonilisele konkurentsile ja viiruste rünnakule võib praeguse tasakaalu põhjuseks pidada asjaolu, et bakteriofaagid on spetsialiseerunud oma nakkuslikule toimele. Kui see on olemas suur koloonia bakterid, kus oma ohvrid leiavad järgmised faagipõlved, siis toimub bakterite hävitamine lüütiliste (tapmise, sõna otseses mõttes - lahustavate) faagide abil kiiresti ja pidevalt.
Kui potentsiaalseid ohvreid pole piisavalt või välised tingimused ei ole eriti sobivad faagide efektiivseks paljundamiseks, siis saavad eelise lüsogeense arengutsükliga faagid. Sel juhul ei käivita see pärast faagi DNA viimist bakterisse kohe nakkuse mehhanismi, vaid esialgu eksisteerib see raku sees passiivses olekus, tungides sageli bakteri genoomi.
Sellises profaagi seisundis võib viirus eksisteerida pikka aega, läbides raku jagunemise tsüklid koos bakteri kromosoomiga. Ja alles siis, kui bakter satub paljunemiseks soodsasse keskkonda, aktiveerub infektsiooni lüütiline tsükkel. Samal ajal, kui faagi DNA vabaneb bakterikromosoomist, püütakse sageli kinni bakterigenoomi naaberpiirkonnad, mille sisu saab hiljem üle kanda järgmisele bakterile, mille bakteriofaag nakatab. Seda protsessi (geeniülekannet) käsitletakse kõige olulisem vahend info ülekanne prokarüootide – rakutuumadeta organismide vahel.
Kuidas bakteriofaag töötab
Kõiki neid molekulaarseid peensusi ei tuntud 20. sajandi teisel kümnendil, kui avastati "nähtamatud nakkusetekitajad, mis hävitavad baktereid". Kuid isegi ilma elektronmikroskoobita, mida kasutati esimest korda 1940. aastate lõpus bakteriofaagide kujutiste saamiseks, oli selge, et need on võimelised hävitama baktereid, sealhulgas patogeene. Seda vara nõudis kohe ka meditsiin.
Esimesed katsed ravida düsenteeriat faagidega, haavainfektsioonid, koolera, tüüfus ja isegi katk viidi läbi piisavalt hoolikalt ning edu tundus üsna veenev. Kuid pärast masstootmise algust ja faagipreparaatide kasutamist muutus eufooria pettumuseks. Sellest, mis on bakteriofaagid, kuidas neid toota, puhastada ja kasutada annustamisvormid teati väga vähe. Piisab, kui öelda, et Ameerika Ühendriikides 1920. aastate lõpus tehtud testi tulemuste kohaselt ei leitud paljudes tööstuslikes faagipreparaatides tõelisi bakteriofaage.
Probleem antibiootikumidega
Kahekümnenda sajandi teist poolt võib meditsiinis nimetada "antibiootikumide ajastuks". Penitsilliini avastaja Alexander Fleming hoiatas aga oma Nobeli loengus, et mikroobide resistentsus penitsilliini suhtes tekib üsna kiiresti. Praeguseks on antibiootikumiresistentsust kompenseerinud uut tüüpi antimikroobsete ravimite väljatöötamine. Kuid alates 1990. aastatest on saanud selgeks, et inimkond on kaotamas võidurelvastumist mikroobide vastu.
Süüdi esiteks kontrollimatu kasutamine antibiootikumid mitte ainult terapeutilistel, vaid ka ennetuslikel eesmärkidel ja mitte ainult meditsiinis, vaid ka meditsiinis põllumajandus, Toidutööstus ja elu. Selle tulemusena hakkas resistentsus nende ravimite suhtes arenema mitte ainult aastal patogeensed bakterid, aga ka kõige tavalisemates mullas ja vees elavates mikroorganismides, muutes need "tingimuslikeks patogeenideks".
Need bakterid vohavad raviasutused, asustada torustikku, mööblit, meditsiinitehnikat, mõnikord isegi desinfitseerivaid lahuseid. Nõrgenenud immuunsüsteemiga inimestel, keda haiglates on enamus, põhjustavad need tõsiseid tüsistusi.
Pole ime, et meditsiiniringkond lööb häirekella. 2012. aastal tegi WHO peadirektor Margaret Chan avalduse, milles ennustas antibiootikumide ajastu lõppu ja inimkonna kaitsetust nakkushaiguste vastu. Kuid, praktilisi võimalusi Kombinatoorne keemia – farmakoloogiateaduse alused – pole kaugeltki ammendatud. Teine asi on see, et areng antimikroobsed ained- väga kallis protsess, mis ei too sellist kasumit kui paljud teised ravimid. Seega on hirmujutud “superbugidest” pigem hoiatus, mis julgustab inimesi otsima alternatiivseid lahendusi.
Bakteriofaagid ja immuunsus
Kuna looduses leidub lugematul hulgal bakteriofaage ja need satuvad inimkehasse pidevalt koos vee, õhu ja toiduga, siis immuunsüsteem lihtsalt ignoreerib neid. On isegi hüpotees bakteriofaagide sümbioosi kohta soolestikus, mis reguleerib soolestiku mikrofloora. Mingit tüüpi immuunreaktsiooni on võimalik saavutada ainult pikaajalise manustamise korral kehasse. suured annused faagid.
Kuid sel viisil võite saavutada allergia peaaegu iga aine suhtes. Lõpuks on väga oluline, et bakteriofaagid oleksid odavad. Täpselt valitud täielikult dekodeeritud genoomidega bakteriofaagidest koosneva ravimi väljatöötamine ja tootmine, mida kasvatatakse vastavalt kaasaegsetele biotehnoloogilistele standarditele teatud bakteritüvedel keemiliselt puhtas söötmes ja kõrgelt puhastatud, on suurusjärgus odavam kui tänapäevased kompleksantibiootikumid.
See võimaldab kiiresti kohandada faagi terapeutilisi preparaate muutuvate patogeensete bakterite komplektidega ja kasutada bakteriofaage veterinaarmeditsiinis, kus kallid ravimid ei ole majanduslikult põhjendatud.
Meditsiiniteenistuses
Huvi taaselustamine bakteriofaagide kasutamise vastu tundub üsna loogiline - looduslikud vaenlased bakterid infektsioonide raviks. Tõepoolest, "antibiootikumide ajastu" aastakümnete jooksul teenisid bakteriofaagid aktiivselt teadust, mitte meditsiini, vaid fundamentaalset molekulaarbioloogiat. Piisab, kui mainida "kolmikute" dekodeerimist geneetiline kood ja DNA rekombinatsiooniprotsess. Praegu on bakteriofaagide kohta piisavalt teada, et mõistlikult valida terapeutilistel eesmärkidel sobivad faagid.
Bakteriofaagidel on potentsiaalsete ravimitena palju eeliseid. Esiteks on neid lugematu arv. Kuigi ka bakteriofaagi geneetilise aparaadi muutmine on palju lihtsam kui bakteri oma, ja veelgi enam kõrgemad organismid, See pole vajalik. Loodusest leiab alati midagi sobivat. See on umbes pigem valiku, nõutavate omaduste fikseerimise ja vajalike bakteriofaagide taastootmise kohta.
Seda võib võrrelda koeratõugude aretusega - kelgutamine, valvur, jaht, hagijad, võitlus, dekoratiiv ... Kõik nad jäävad koerteks, kuid on optimeeritud teatud tüüpi tegevuseks, inimesele vajalik. Teiseks on bakteriofaagid rangelt spetsiifilised, see tähendab, et nad hävitavad ainult teatud tüüpi mikroobe, inhibeerimata normaalne mikrofloora isik.
Kolmandaks, kui bakteriofaag leiab bakteri, mille ta peab hävitama, siis see eluring hakkab paljunema. Seega ei muutu annustamise küsimus nii teravaks. Neljandaks ei põhjusta bakteriofaagid kõrvaltoimeid. Kõik juhtumid allergilised reaktsioonid terapeutiliste ravimite kasutamisel põhjustasid bakteriofaagid kas lisanditest, millest ravim ei olnud piisavalt puhastatud, või toksiinidest, mis vabanesid massiline surm bakterid. Viimast nähtust, "Herxheimeri efekti", täheldatakse sageli antibiootikumide kasutamisel.
Mündi kaks külge
Kahjuks on meditsiinilistel bakteriofaagidel ka palju puudusi. Kõige olulisem probleem tuleneb faagide kõrge spetsiifilisuse eelisest. Iga bakteriofaag nakatab rangelt määratletud bakteritüüpi, isegi mitte taksonoomilist liiki, vaid mitmeid kitsamaid sorte, tüvesid. Suhteliselt öeldes nagu valvekoer ta hakkas haukuma vaid kahemeetriste mustadesse vihmamantlitesse riietatud pättide peale ega reageerinud üldse lühikestes pükstes teismelise majja ronimisele.
Seetõttu ei ole harvad juhud, kui praegused faagipreparaadid ebaõnnestuvad. tõhus rakendus. Ravim, mis on valmistatud teatud tüüpi tüvede vastu ja on täiuslikult kõvenev streptokoki tonsilliit Smolenskis, võib olla jõuetu kõigi samasuguse kurguvalu tunnuste vastu Kemerovos. Haigus on sama, põhjustatud sama mikroobi poolt ja streptokoki tüved erinevates piirkondades on erinevad.
Bakteriofaagi kõige tõhusamaks kasutamiseks on see vajalik täpne diagnoos patogeenne mikroob, kuni pingeni. Praegu kõige levinum diagnostiline meetod – külvi pookimine – võtab palju aega ega taga vajalikku täpsust. Kiired meetodid- polümeraasiga tippimine ahelreaktsioon või massispektromeetria – võetakse kasutusele aeglaselt, kuna seadmed on kallid ja laborantide kvalifikatsioonile esitatakse kõrgemaid nõudeid. Ideaalis võiks ravimi faagikomponentide valiku teha iga üksiku patsiendi nakatumise vastu, kuid see on kallis ja praktikas vastuvõetamatu.
Teine oluline puudus faagid – nende bioloogiline olemus. Lisaks sellele, et bakteriofaagid nõuavad eritingimused ladustamine ja transportimine, avab selline ravimeetod palju spekulatsioone teemal "võõr-DNA inimeses". Ja kuigi on teada, et bakteriofaag ei saa põhimõtteliselt inimrakku nakatada ja oma DNA-d sinna viia, muutub avalik arvamus ei ole lihtne.
Bioloogilisest olemusest ja üsna suurest, võrreldes madala molekulmassiga ravimitega (sama antibiootikumidega), järgib suurus kolmandat piirangut - bakteriofaagi kehasse viimise probleemi. Kui a mikroobne infektsioon areneb seal, kus bakteriofaagi saab kanda otse tilkade, pihusti või klistiiri kujul - nahale, lahtised haavad, põletused, ninaneelu limaskestad, kõrvad, silmad, jämesool – siis pole probleeme.
Aga kui infektsioon tekib siseorganites, on olukord keerulisem. Neerude või põrna infektsioonide eduka ravi juhtumid tavalisega suukaudne tarbimine bakteriofaagipreparaadid on tuntud. Suhteliselt suurte (100 nm) faagiosakeste maost vereringesse ja siseorganitesse tungimise mehhanism on aga halvasti mõistetav ja on patsienditi väga erinev. Bakteriofaagid on võimetud ka nende mikroobide vastu, mis arenevad rakkude sees, nagu tuberkuloos ja pidalitõbi. Läbi seina inimese rakk bakteriofaag ei pääse läbi.
Tuleb märkida, et bakteriofaagide ja antibiootikumide kasutamise vastu meditsiinilistel eesmärkidel sellest ei järgne. Nende ühise tegevusega täheldatakse antibakteriaalse toime vastastikust tugevnemist. See võimaldab näiteks vähendada antibiootikumide annuseid väärtusteni, mis ei põhjusta väljendunud kõrvaltoimeid. Seega on bakterite resistentsuse tekkemehhanism mõlema komponendi suhtes kombineeritud ravim peaaegu võimatu.
Arsenali laienemine antimikroobsed ained annab rohkem vabadust ravimeetodite valikul. Seega on bakteriofaagide kasutamise kontseptsiooni teaduslikult põhjendatud väljatöötamine antimikroobses ravis. paljutõotav suund. Bakteriofaagid ei toimi mitte niivõrd alternatiivina, kuivõrd täiendusena ja tõhustajana võitluses infektsioonide vastu.
Praktiline kasutamine faagid. Bakteriofaage kasutatakse infektsioonide laboratoorsel diagnoosimisel bakterite spetsiifilisel tuvastamisel, st fagovari (faagi tüübi) määramisel. Selleks kasutatakse faagide tüpiseerimise meetodit, mis põhineb faagide toime rangel spetsiifilisusel: erinevate diagnostiliste tüübispetsiifiliste faagide tilgad kantakse tassile tiheda toitesöötmega, millele on külvatud puhaskultuuri "muru". patogeenist. Bakteri faagifaag määratakse selle lüüsi põhjustanud faagi tüübi järgi (steriilse laigu, "naastu" või "negatiivse koloonia", faagi moodustumine). Faagi tüpiseerimise tehnikat kasutatakse nakkuse allika ja levikuviiside tuvastamiseks (epidemioloogiline märgistus). Sama fagovari bakterite eraldamine erinevatest patsientidest viitab nende ühisele nakkusallikale.
Faage kasutatakse ka mitmete bakteriaalsete infektsioonide raviks ja ennetamiseks. Nad toodavad tüüfuse, salmonella, düsenteeria, pseudomonase, stafülokoki, streptokoki faage ja kombineeritud preparaadid(koliproteiin, püobakteriofaagid jne). Bakteriofaagid määratakse vastavalt näidustustele suukaudselt, parenteraalselt või paikselt vedelate, tablettide, suposiitide või aerosoolide kujul.
Bakteriofaage kasutatakse laialdaselt geenitehnoloogia ja biotehnoloogia kui vektorid rekombinantse DNA saamiseks.
Praktikas kasutatavad bakteriofaagipreparaadid on faagi poolt lüüsitud vastavate mikroobide puljongikultuuri filtraat, mis sisaldab elusfaagi osakesi, aga ka nende lüüsimise käigus bakterirakkudest vabanevaid lahustunud bakteriaalseid antigeene. Saadud preparaat - vedel bakteriofaag peaks välja nägema täielikult selge vedelik kollast värvi suurema või väiksema intensiivsusega.
Terapeutilistel ja profülaktilistel eesmärkidel võib faage valmistada happekindla kattega tablettidena. Tabletitud kuivfaag on ladustamise ajal stabiilsem ja mugavam kasutada. Üks tablett kuiva bakteriofaagi vastab 20-25 ml-le vedel preparaat. Kuiva ja vedela preparaadi säilivusaeg on 1 aasta. Vedelat bakteriofaagi tuleb hoida temperatuuril + 2 +10 C, kuivas - mitte kõrgemal kui +1 ° C, kuid seda võib hoida külmkapis ka negatiivsel temperatuuril.
Suukaudselt manustatud bakteriofaag püsib organismis 5-7 päeva. Reeglina ei kaasne bakteriofaagi võtmisega mingeid reaktsioone ega tüsistusi. Vastunäidustused vastuvõtmiseks puuduvad. Neid kasutatakse niisutamise, loputamise, losjoonide, tampoonide, süstide kujul ning süstitakse ka õõnsustesse - kõhu-, pleura-, liigese- ja põieõõnde, olenevalt patogeeni asukohast.
Diagnostilisi faage toodetakse nii vedelal kui ka kuival kujul ampullides Enne töö alustamist lahjendatakse kuiv bakteriofaag. Kui ampullidele on märgitud tiiter, tr, DRT (working titer dose), kasutatakse seda faagi lisability testis (Otto meetod) bakterite tuvastamiseks, kui on näidatud faagi tüüp, siis faagi tüpiseerimisel - allika määramiseks. infektsioonist.
Bakteriofaagi toime mikroobikultuurile vedelas keskkonnas ja tihedal söötmel
Otto meetod (kukkuv tilk)
Tehke uuritavast kultuurist tihe külvimuru. 5-10 minutit pärast külvi kantakse toitekeskkonna kuivatatud pinnale vedel diagnostiline faag. Nõu kallutatakse veidi, nii et faagi tilk levib agari pinnale. Tass asetatakse 18-24 tunniks termostaadi. Tulemust arvestatakse täielik puudumine kultuuri kasv faagi tilkade pealekandmise kohas.
Katsetage vedelal toitainekeskkonnal
Tehke uuritud kultuuri külvamine vedela söötmega kahte katseklaasi. Diagnostiline bakteriofaag lisatakse silmusena ühte katseklaasi (“O”). Pärast 18–20 tundi katseklaasis, kuhu bakteriofaagi ei lisatud (“K”), täheldatakse puljongi tugevat hägustumist - külvatud kultuur on kasvanud. Katseklaasis olnud puljong, kuhu bakteriofaag lisati, jäi selle mõju all oleva kultuuri lüüsi tõttu läbipaistvaks.
Bakterite faagitüüpimine
Toimespektri järgi eristatakse järgmisi bakteriofaage: polüvalentsed, lüüsiga seotud bakteritüübid; monovalentsed, lüüsivad bakterid teatud liiki; tüüpilised, lüüsivad bakterite üksikud tüübid (variandid).
Näiteks võib ühte patogeense stafülokoki tüve lüüsida mitut tüüpi faagide poolt, seetõttu on kõik tüüpilised faagid (24) ja patogeensete stafülokokkide tüved ühendatud 4 rühma.
Faagide tüpiseerimise meetodil on suur tähtsus epidemioloogilisteks uuringuteks, kuna see võimaldab kindlaks teha patogeenide allika ja leviku viise. Sel eesmärgil määratakse patoloogilisest materjalist eraldatud fagovar. puhas kultuur tihedal toitainekeskkonnal, kasutades standardseid diagnostilisi faage.
Mikroorganismikultuuri fagovar määratakse selle lüüsi põhjustanud faagi tüübi järgi.Sama fagovari bakterite eraldamine erinevatest subjektidest näitab nakkusallikat.
Tänu nende hävitavale (lüütilisele) toimele bakteritele saab faage kasutada ravieesmärkidel. ennetav eesmärk juures mitmesugused haigused(düsenteeria, koolera, mitmesugused mädased-põletikulised haigused jne). Standardsete faagide komplekte, sealhulgas rahvusvahelisi, kasutatakse mitmete haiguste patogeenide faagide tüpiseerimiseks (koolera, kõhutüüfus, salmonelloos, difteeria, stafülokokk ja muud haigused). Bakteriofaage kasutatakse ka geenitehnoloogias DNA segmente ülekandvate vektoritena, võimalik on ka loomulik geenide ülekandmine bakterite vahel teatud faagide kaudu (transduktsioon). Reeglina määratakse sellistele patsientidele antibiootikumid. Kuid kuna pidevalt muteeruvad bakterid omandavad resistentsuse antibiootikumide suhtes, on nende tõhusus viimased aastad nõrgenenud. Teadlaste tähelepanu köitsid bakteriofaagid – bakterid õgivad viirused. Erinevalt antibiootikumidest, mis hävitavad nii kahjulikke kui tervislik mikrofloora organism, bakteriofaagid on selektiivsed, ainult patogeensed bakterid. Kuidas bakteriofaagid kehas töötavad? Nad tungivad ainult teatud rakkudesse ja interakteeruvad nende DNA-ga, luues lüsogeense või lüütilise efekti. Lüütilist tüüpi mikroobidele toimides hävitavad bakteriofaagid need, mis võimaldab neil kiiresti paljuneda. Lüsogeenne tüüp on faagi genoomi tungimine bakteri genoomi, nende süntees ja edasine üleminek ühelt põlvkonnalt teisele. Ilmus teave bakteriofaagide kohta rohkem kui sajand tagasi, kui kasutate neid staphylococcus aureus'e raviks. Praegu kasutatakse neid laialdaselt soole-, stafülokoki-, streptokoki-, kõhutüüfuse ja paljude teiste infektsioonide ennetamiseks ja raviks. kaasaegne meditsiin otsib meetodeid, mis ei kasuta elusaid bakteriofaage, vaid ensüüme, mis toimivad lüüsimise teel patogeensetele bakteritele. Neid võib kasutada nina- või suusprei, hambapasta, toidu, toidulisandid. Bakteriofaagide kasutamise efektiivsus seisneb vastunäidustuste ja tüsistuste puudumises, ühilduvuses teiste ravimitega, aktiivses toimes antibiootikumiresistentsetele mikroobidele. Nende omaduste tõttu hinnatakse bakteriofaage kui tulevikuravimeid edukaks nakkustõrjeks.
Faagiteraapia kõige olulisemad eelised on kõrge tundlikkus patogeenne mikrofloora bakteriofaagile, bakteriofaagi väikeste annuste esmase kasutamise võimalus, sobivus igat tüüpi traditsioonilise antibiootikumraviga, faagi profülaktika ja faagiteraapia vastunäidustuste puudumine. On kindlaks tehtud, et looduses pole bakteriofaagide suhtes absoluutselt resistentseid mikroorganisme. On oluline, et bakteriofaagide paljunemine oleks võimalik ainult selle suhtes tundlike bakterite juuresolekul. Pärast viimase mikroobiraku surma nakkuskahjustuse fookuses peatab see selle jõuline tegevus ja see eemaldatakse kehast täielikult.
Täheldatud vähenemise tõttu terapeutiline toime kasutatakse bakteriofaagide antibiootikume kliiniline praktika alternatiivina antibiootikumidele ja kombinatsioonis viimastega. Bakteriofaagipreparaadid ei ole efektiivsuse poolest halvemad kui antibakteriaalsed ravimid, stimuleerivad spetsiifilise ja mittespetsiifilise immuunsuse kohalikke tegureid ega põhjusta kõrvaltoksilisi ega allergilisi reaktsioone. Bakteriofaage manustatakse suu kaudu ja neid kasutatakse ka haavade niisutamiseks, süstimiseks kuivendatud õõnsustesse - kõhu-, pleura-, põsekoopa-, keskkõrva-, abstsessi-, haava-, emaka-, põieõõnde. Suukaudsel ja aerosoolil manustamisel, samuti limaskestade pinnale kandmisel tungivad bakteriofaagid verre ja lümfi ning erituvad neerude kaudu, desinfitseerides kuseteede.
Praeguseks on huvi faagiteraapia vastu taastunud kirurgias, uroloogias, oftalmoloogias ja traumatoloogias.
Bakteriofaagide terapeutilised ja profülaktilised preparaadid koosnevad laia toimespektriga polüklonaalsetest virulentsetest bakteriofaagidest, mis on aktiivsed ka antibiootikumide suhtes resistentsete bakterite vastu. Neid toodetakse vedelal kujul, happekindla kattega tablettidena, suposiitide, salvide, linimentide kujul.
Bakteriofaagipreparaadid on bakteriaalsete fagolüsaatide steriilne filtraat, neid manustatakse suu kaudu, paikselt haavade ja limaskestade loputamiseks, emakaõõnde, põie, kõrva, paranasaalsed siinused, samuti kuivendatud õõnsustes - kõhu-, pleura- ja ka abstsesside õõnsuses pärast eksudaadi eemaldamist.
Bakteriofaagid suudavad kiiresti tungida verre ja lümfi ning erituvad neerude kaudu uriiniga. Nagu on näidatud meie uuringutes, leitakse faagiosakesed pärast 30 ml bakteriofaagi allaneelamist uriinis 2 tunni pärast ja nende maksimaalne kontsentratsioon uriinis saavutatakse 6-8 tundi pärast allaneelamist.
Terapeutiliste ja profülaktiliste bakteriofaagide aktiivsus mädaste-septiliste ja enteraalsete haiguste patogeenide vastu on üsna kõrge - 72% kuni 90%, sealhulgas haiglast pärit tüvede vastu, mida iseloomustab mitmekordne resistentsus antibiootikumide suhtes. Bakteriofaagipreparaatide vastavus patogeenide kaasaegsele atioloogilisele struktuurile saavutatakse nende pideva kohanemisega ringlevate tüvedega, mis on tingitud faagirasside uuenemisest ja bakterite templite tootmisest. See omadus eristab faage soodsalt teistest antimikroobsetest preparaatidest – antibiootikumidest, eubiootikumidest või vaktsiinidest, kus tootmistüvesid või tootjatüvesid või sünteesitavat ainet ei modifitseerita. Bakteriofaagipreparaatide selline plastilisus tagab patogeenide esmase faagiresistentsuse jätkumise.
Bakteriofaagipreparaatide eelised
Bakteriofaagipreparaatide eeliste hulka kuulub kitsas toime spetsiifilisus, mis erinevalt antibiootikumidest ei põhjusta normaalse mikrofloora pärssimist. Tõestatud stimuleeriv toime stafülokoki bakteriofaag bifidobakterite kohta - oluline komponent soolestiku mikrobiotsenoos. Bakteriofaagide kasutamine raviks nakkushaigused stimuleerib spetsiifilise ja mittespetsiifilise immuunsuse tegureid, mis on eriti efektiivne krooniliste haiguste raviks põletikulised haigused immunosupressiivsete seisundite taustal, bakterikandja.
Eksperimentaalne töö ja pikk kliinilised vaatlused On tõestatud, et bakteriofaagide terapeutiliste ja profülaktiliste preparaatide abil on võimatu üle kanda antibiootikumidele resistentseid ja toksigeenseid plasmiide, kuna need on virulentsete bakteriofaagide polüklonaalsed kompleksid.
Venemaal, SRÜ riikides, Poolas, Prantsusmaal, Hispaanias kasutatakse bakteriofaage laialdaselt meditsiinis ja veterinaarmeditsiinis. Bakteriofaagide kasutamisest ravis on kogunenud laialdased kogemused sooleinfektsioonid: faagiteraapia kõrge kliiniline efektiivsus ägeda ja krooniline düsenteeria, salmonelloos, millega kaasneb kandjate kanalisatsioon. Tõestatud on düsenteeria, tüüfuse ja salmonella bakteriofaagide profülaktilise kasutamise kõrge epidemioloogiline efektiivsus. Bakteriofaagide kasutamine on andnud häid tulemusi oportunistlike bakterite põhjustatud haiguste, düsbakterioosi, mädased kahjustused nahk, ENT - elundid, luu-lihassüsteem, Urogenitaalsüsteem, vereringe- ja hingamiselundite süsteemid, sealhulgas vastsündinutel ja esimese eluaasta lastel.
Oluline tingimus, mis tagab faagipreparaatidega ravi efektiivsuse, on patogeeni teatav faagitundlikkus.
Uroloogia uurimisinstituudi faagiteraapia pikaajaline kogemus on selge; Kaubanduslike bakteriofaagide kohandamise tulemusena NPO Biofagi uroloogiakliinikus ringlevate haiglatüvedega suurenes tüvede faagitundlikkus 15% ja oli kaasaegseimate välismaiste antibiootikumide suhtes tundlikkuse tasemel või üle selle. Bakteriofaagide pikaajalise kasutamise taustal haiglas ei täheldatud haiglatüvede seas faagiresistentsuse teket, samas kui resistentsus antibiootikumide suhtes vähenes. Faagiteraapia kliinilist efektiivsust täheldati 92% juhtudest, ületades sageli antibiootikumravi tulemusi. Vastunäidustuste ja tüsistuste puudumine bakteriofaagipreparaatide kasutamisel, nende kasutamise võimalus koos teiste ravimitega. ravimid, sealhulgas antibiootikumidega, aktiivsus antibiootikumiresistentsete tüvede vastu ja bakteriofaagide kohanemine tänapäevaste patogeenidega – kõik see võimaldab hinnata bakteriofaagipreparaate kui väga tõhusat ja paljutõotavat vahendit mädaste-septiliste ja sooleinfektsioonide erakorraliseks raviks. Kuid faage, neid "looduslikke korrastajaid", saab kasutada mitte ainult raviks, vaid ka nakkushaiguste ennetamiseks. Neid võib määrata rasedatele, imetavatele emadele ja igas vanuses lastele, sealhulgas enneaegsetele imikutele. Nende eduka kasutamise peamine tingimus on isoleeritud kultuuri tundlikkuse testimine vastava faagi suhtes. Täheldati hämmastavat mustrit: erinevalt antibiootikumidest on mikroorganismide kliiniliste tüvede tundlikkus bakteriofaagide suhtes stabiilne ja kipub suurenema, mis on seletatav rikastamisega meditsiinilised preparaadid uued faagide rassid. Lisaks meditsiinilistele rakendustele kasutatakse bakteriofaage laialdaselt veterinaarmeditsiinis; eriti efektiivne stafülokoki bakteriofaag lehmade mastiidi ravis. Bakteriofaagipreparaadid määratakse haiguste korral suu kaudu siseorganid või lokaalselt, otse kahjustusele. Faagi toime avaldub juba 2-4 tundi pärast selle kasutuselevõttu (mis on eriti oluline intensiivravis). Bakteriofaagid tungivad verre, lümfi ja erituvad neerude kaudu, desinfitseerides kuseteede.
Seega kasutavad bakteriofaagid:
Veterinaarmeditsiinis:
ennetamine ja ravi bakteriaalsed haigused linnud ja loomad;
silma limaskestade, suuõõne mädaste-põletikuliste haiguste ravi;
mädaste-põletikuliste tüsistuste ennetamine põletuste, haavade, kirurgiliste sekkumiste korral;
Geenitehnoloogias:
transduktsiooniks - geenide loomulik ülekandmine bakterite vahel;
vektoritena, mis edastavad DNA sektsioone;
faagide abil on võimalik konstrueerida suunatud muutusi peremees-DNA genoomis;
Toiduainetööstuses:
massilised faagi sisaldavad ained töötlevad juba valmis liha- ja linnulihatooteid;
bakteriofaage kasutatakse toiduainete tootmisel lihast, linnulihast, juustudest, taimsetest saadustest jne;
Bakteriofaagid, kasutamine meditsiinis.
Bakteriofaagid. Rakendus meditsiinipraktikas.
Bakteriofaagid on bakteriaalsed viirused, mis on võimelised spetsiifiliselt tungima bakterirakkudesse, paljundama neid ja põhjustama lüüsi.
Neid leidub kõikjal, kus bakterid eksisteerivad – pinnases, vees, sooletrakt isik. Kõik on faagile omased bioloogilised omadused mis on iseloomulikud viirustele.
Faagi morfoloogia:
Faagid erinevad kuju poolest - niitjad, sfäärilised, kuubikujulised, pea ja sabaga faagid (meenutavad spermatosoidi).
Suurused on väikesed, keskmised ja suured.
Suured faagid, mis koosnevad peast ja sabast, on kõige keerulisemad. Pea on ikosaeedri kujuga. Pea ühendatakse protsessiga krae ja vihmavarju abil. Protsessi sees on õõnes silindriline varras, mis suhtleb peaga, väljastpoolt on protsessil kokkutõmbumisvõimeline proteiintupp, kaudaalne protsess lõpeb kuusnurkse lühikeste naeludega basaalplaadiga, millest ulatuvad välja niitjad fibrillstruktuurid. Plaat ja naelu sisaldavad lüsosüümi. Protsessis on 6 villi, mis pakuvad tihe kinnitus faagist bakterirakku. Võib esineda mittekahaneva kestaga faage, lühikeste protsessidega faage, protsessi analoogiga faage ja protsessita faage.
Faagikindlus: Faagid taluvad 50-60°C temperatuure. Talub külmumist, hävib temperatuuril 70 ° C. Neid ei mõjuta sellised mürgid nagu tsüaniid, fluoriid, samuti kloroform ja fenool. Faagid säilivad hästi suletud ampullides, kuid neid võib hävitada keetmine, hapete toime ja UV-kiirgus.
Faagide ja mikroobirakkude interaktsiooni mehhanism:
Interaktsiooni järgi eristatakse virulentseid ja parasvöötme faage.
Virulentsed faagid – sisenevad bakterirakku, paljunevad ja põhjustavad bakterite lüüsi.
Protsessi ja kokkutõmbuva ümbrisega faagidel on mitmeid funktsioone:
Need faagid adsorbeeritakse bakteriraku pinnale protsessi fibrillide abil vastavate retseptorite juuresolekul. Seejärel aktiveeritakse ATP-aasi ensüüm, mis viib sabaprotsessi kesta kokkutõmbumiseni ja õõnsa varda sisestamiseni rakku. Ensüüm, lüsosüüm, osaleb rakuseinte läbistamise protsessis.
Faagi DNA läbib väljakasvu õõnsa varre ja süstitakse rakku. Kapsiid ja protsess jäävad raku pinnale. Seejärel reprodutseeritakse rakus faagi valk ja nukleiinhape. Järgmine etapp on küpsete faagiosakeste kokkupanek ja moodustumine. Viimane etapp: rakkude lüüs ja küpsete faagiosakeste vabanemine sellest. Lüüs võib toimuda nii seestpoolt - toimub rakuseina purunemine ja küpsete faagide vabanemine väliskeskkonda kui ka väljastpoolt - faagid teevad rakuseinasse palju auke, mille kaudu rakusu välja voolab , sellise lüüsiga faag ei paljune.
Parasvöötme faagid - ärge lüüsige kõiki populatsiooni rakke, astuge osa rakkudega sümbioosi, mille tulemusena integreerub faagi DNA raku kromosoomi. Sel juhul nimetatakse faagi genoomi profaagiks.
Profaag muutub rakukromosoomi osaks ja paljunemise käigus replitseerub sünkroonselt raku genoomiga, põhjustamata selle lüüsi ning kandub edasi järglastele.
Mikroobiraku sümbioosi nähtust profaagiga nimetatakse lüsogeeniks.
Ja profaagi sisaldavate bakterite kultuur on lüsogeenne, see nimi peegeldab profaagi võimet spontaanselt või tegurite mõjul keskkond liiguvad tsütoplasmasse ja käituvad nagu virulentne faagi lüüsiv bakter. Virulentsele vormile üleminekul võib parasvöötme faag haarata osa bakteriraku kromosoomist ja lüüsil kanduda teise.
Toimespektri järgi jagunevad faagid järgmisteks osadeks:
1. Polüvalentsed – lüüsiga seotud bakterid (Salmonella faag lüüsib ainult Salmonellat).
2. Liigid (monofaagid) – lüüsivad ainult ühe liigi bakterid.
3. Tüübispetsiifiline - lüüsib valikuliselt liigisiseseid bakterite üksikuid variante (patogeen Staphylococcus aureus - 33 komplekti).
Praktiline kasutamine:
Faagipreparaate kasutatakse infektsioonide raviks ja ennetamiseks ning nende diagnoosimiseks. Faagide toime põhineb nende rangel spetsiifilisusel, faagipreparaadi saamiseks kasutatakse tootmistüvesid ja vastavaid bakterikultuure.
Vabanemisvormid: vedel, kuiv, tablettide, aerosoolide, suposiitide kujul. Sisestatakse kehasse parenteraalselt, enteraalselt ja lokaalselt. Kasutatakse ravi- ja profülaktilistel eesmärkidel erinevate haiguste korral (düsenteeria, koolera, mitmesugused mädased-põletikulised haigused).
Faagidiagnostika: diagnostika põhimõte põhineb katsekultuuride ühisel kultiveerimisel tuntud ja tundmatute faagidega, positiivseks tulemuseks loetakse bakterirakkude lüüsi olemasolu. Lüüsi võib täheldada vedelal ja tahkel toitainekeskkonnal. Vedelal toitainekeskkonnal ilmneb bakterisuspensiooni selginemine ja tihedatel moodustuvad kasvupuudused.
Faagitüüpimine: liigi tüübivariandi määramine tüübifaagide komplekti abil. Tekivad tüüfuse faagid, koolera diagnostilised faagid, salmonellafaagid ja düsenteeriafaagid. Faagide tüpiseerimine on vajalik haiguse epidemioloogilise analüüsi läbiviimisel ning leviku allika ja viiside kindlakstegemiseks. Faagi tuvastamisega hinnatakse vastavate mikroorganismide sisaldust.
