• Wednesday July 17,2019

Fágy zabíjajúce baktérie by mohli byť alternatívou k antibiotikám

Anonim

Fág je typ vírusu, ktorý napada a infiltruje baktérie. V tomto digitálnom renderingu sú T-bakteriofágy na útoku a injekciou ich genetického materiálu do baktérií.

Karsten Schneider / Zdroj vedy

Bol to partizánsky útok, ktorý zaslúžil vylúčenie Osama bin Ládina. Avšak v tomto prípade boli vrahovia neohrozené vírusové útočníci. V laboratóriu molekulárnej biológie Andrewa Camilliho v Tuftsovej univerzite v Bostone našli vedci oznamujúce stopy úžasného útoku proti cholere, smrteľnej bakteriálnej chorobe. Analyzovali DNA sekvencie malých vírusov nazývané bakteriofágy (doslovne "baktérií jedlíci"), ktoré čítali vo vzorkách stolice u pacientov s cholerou. Fágová DNA obsahovala niektoré z génov z iného baktériového imunitného systému. Niekedy sa malé fágy vkradli a prehnali oveľa väčšie bunky cholery, pričom použili veľkú časť tohto ukradnutého imunitného systému.

"Boli sme prekvapení, pretože je to prvý známy príklad vírusu, ktorý zachytil a ovládal imunitný systém, " hovorí Camilli. "Fágovia si jasne získali hornú ruku a štúdium toho, ako to urobia, môže nakoniec otvoriť dvere na liečbu cholery fágmi."

Camilliho výskum je súčasťou vedeckej renesancie na fágovú terapiu, ktorá na Západe prakticky neslýchaná. Začiatkom 20. storočia lekári na celom svete používali tieto vírusy na konzumáciu baktérií na boj proti úplavici a iným nebezpečným patogénom, len aby sa zriekli po tom, ako sa objavili účinnejšie antibiotiká. Dnes sa však vedci obrátia na fágy, pretože antibiotiká strácajú úder.

Návrat infekcií rezistentných na antibiotiká "by dramaticky zmenil prax v medicíne, " hovorí mikrobiológ Alexander Sulakvelidze, odborník na fág v Inštitúte vznikajúcich patogénov na univerzite na Floride v Gainesville.

Bez spôsobu, ako zvládnuť infekcie, operácie od jednoduchých postupov po komplexné transplantácie orgánov by sa stali riskantnými, vysvetľuje: "Máte veľmi reálnu a alarmujúcu možnosť, že pacienti buď zomrú, alebo sa rozvinú komplikácie." Mnohí vedci veria, že je to čas, aby sme sa pozreli nad rámec antibiotík.

Skromný pôvod

Bakteriofágy, asi 100-krát menšie ako baktérie, sú najrozšírenejšie formy života na Zemi, obývajúce vodu, rastliny, odpadové vody a náš tráviaci trakt. Robia svoju špinavú prácu infiltrovaním baktérií, vrátane baktérií spôsobujúcich choroby a ich ničením zvnútra: Po zablokovaní baktérií sa fágy niesli vnútri a unesli genetický stroj baktérií a premenili ich na fágové továrne, ktoré nakoniec robia toľko kopíruje, že bunky prasknú a zablokujú hostiteľa.

Malý fág napadol bunku E. coli v tomto falošnom farebnom obrázku z transmisného elektrónového mikroskopu.

Oko vedy / Zdroj vedy

Fágy však môžu byť fiktívne a nepredvídateľné. Každý kmeň fágu je vysoko zacielený a vyvinul sa doma na špecifických baktériách, čo znamená, že presná zhoda medzi korisťou a predátorom je nevyhnutná na to, aby bola akákoľvek liečba na báze fágu účinná. Spočiatku, v dvadsiatych a dvadsiatych rokoch 20. storočia, lekári nevedeli o tejto špecifikácii, takže niekedy prípravy fungovali, a niekedy aj oni. Tiež sa ľudia príležitostne stali chorými po požití malých mikróbov, pretože ošetrenie nebolo správne vyčistené. Západní lekári ich zlikvidovali, keď sa po druhej svetovej vojne rozšírili spoľahlivejšie antibiotiká.

Sovietsky vedci však zistili, ako robiť fágy efektívnejšie - pokroky v technikách molekulárnej biológie umožnili biológom identifikovať lepšie súhry medzi fágami a ich zamýšľanou korisťou - hoci ich menej rigorózne štúdie v ruských časopisoch boli ignorované studenými bojovníkmi na Západe.

Fágy sa stále bežne používajú vo východnej Európe av nedávnej dobe aj v Ázii. Bláznivé sérum sa často predáva cez pult v sklenených fľaštičkách a je tampónované na rany alebo perorálne. Hrst zúfalých Američanov - bojujúcich s infekciami, ktoré sú odolné voči liečbe, s diabetickými vredmi alebo inými chronickými ranami - prešli na kliniku v Tbilisi v Gruzínsku za "liečbu fágového zázraku".

"Použil som fágy - takmer každý, koho viem, používal fágy, " hovorí Sulakvelidze, ktorý bol rastúcou vedeckou hviezdou v rodnom Gruzínsku a stal sa riaditeľom verzie Centra pre kontrolu a prevenciu chorôb vo veku 27 rokov. Viedol fágový výskum až do kolapsu Sovietskeho zväzu v roku 1991. Pred dvadsiatimi rokmi, keď prišiel do USA ako postdoctorálny kolega na Marylandskej univerzite, bol šokovaný, že táto terapia je prakticky neznáma. Ale obrovský pokrok vo výskume fágov za posledných desať rokov a naliehavosť nájsť alternatívy k antibiotikám spôsobili, že lekári sú ochotní pozerať sa na fágy, hovorí.

Uvádzanie fágov do práce

V roku 1998 Sulakvelidze pomohla založiť biotechnologickú spoločnosť Intralytix, ktorá úspešne navrhla celý rad výrobkov na ochranu potravín, vrátane sprejov, ktoré používajú fágy na likvidáciu Listeria, Salmonely a E. coli v potravinách pred tým, ako sa dostanú do obchodov. "Keď sme sa prvýkrát vytvorili, ľudia sa na nás jednoducho zasmáli a povedali nám, že nie je možné obchodovať s nimi, " hovorí Sulakvelidze. "Trvalo to dlho - viac ako štyri roky, kým sme získali prvý produkt schválený - ale stalo sa to."

Spolu s ďalšími vedcami sa teraz zameriava na liečbu ľudí. V súčasnosti pracuje s Výskumným úradom americkej armády na projekte boja proti šibelóze, ktorá je formou úplavice, ktorá zabíja takmer milión ľudí ročne, väčšinou malé deti.

Predbežné štúdie ukazujú, že fágy sú účinné v boji proti infekciám uší a chronickým vredom rezistentným na antibiotiká a niektorí vedci majú podozrenie, že môžu pracovať na výskyte akné. Fágy dokonca neutralizovali smrteľné MRSA (methicilín rezistentné Staphylococcus aureus ), ktoré sú odolné voči väčšine antibiotík a stali sa vážnym problémom v nemocniciach, opatrovateľských domoch a jednotkách intenzívnej starostlivosti. "Prípravy na bezpečnosť potravín, možná liečba akné, sú všetci potenciálni ľadoborec - prírastkové kroky k prijatiu fágového lieku, " hovorí profesor biológie Graham Hatfull a koordinátor univerzity v Pittsburghu Bacteriophage Institute.

Na ostatných frontoch Camilliho laboratórium zvyčajne zisťuje, ako fágové bojujúce proti cholere - tzv. ICP1 - urobili svoj genetický rušivý efekt. Výskumníci nie sú istí, ako tieto maličké vírusy získali kúsok DNA z imunitného systému baktérie, ale skúmajú, ako vírusy transformovali tento adaptívny imunitný systém na zbraň proti smrteľným patogénom. "Nevieme, ako sa to deje, aj keď máme nejaké stopy, " hovorí Camilli. Odhalenie základného mechanizmu by mohlo pomôcť pripraviť cestu k tomu, aby sa fágom stala cielená liečba chorôb, ako je cholera.

Napriek tomu zostáva početné prekážky predtým, ako sa fágy stali súčasťou nášho arzenálu infekčnej choroby. Na získanie regulačného súhlasu sa liek zvyčajne testuje v nákladných rozsiahlych skúškach zahŕňajúcich veľké množstvo ľudí - približne polovica dostala placebo alebo falošnú pilulku - aby dokázala, že liečba skutočne funguje. Pretože fágy musia byť zamerané na špecifické baktérie, aby boli účinné, miešanie a zosúladenie fágových prípravkov na boj proti epidémiám infekčných chorôb nie je optimálne pre prístup, ktorý regulačné agentúry ako FDA vyžadujú pre schválenie na trhu. Na rozdiel od toho, antibiotiká zabíjajú široké spektrum baktérií, čo im umožňuje jednoduché testovanie v štandardných klinických štúdiách.

Fágovia by vyžadovali menej tradičný prístup na získanie oficiálneho súhlasu, ako napríklad ročný proces očkovania proti chrípke, v ktorom výrobcovia zabezpečujú schválenie nových vzorcov na základe chrípkovej chyby, ktorá sa deje okolo toho roka, namiesto toho, aby vykonávali veľké klinické skúšky zakaždým. Big Pharma je takisto zbytočné, že investuje milióny do zmrzačených mikróbov. Kľúčová otázka, hovorí Hatfull, je, kedy narazíme na bod obratu?

"Ako zlé sa musí stať antibiotická rezistencia, že iniciuje celosvetovú iniciatívu a relaxujeme regulačné postupy? Ešte sme tam ešte neboli dosiahnuteľní - no keď to urobíme, fágy čakajú na krídlach. "

Fág napadol bunku E. coli v tomto snímku transmisného elektrónového mikroskopu.

Oko vedy / Zdroj vedy

Fágov a bezpečnosť potravín

Široké používanie fágov na zabíjanie potravinových patogénov môže pomôcť prekonať regulačnú reluctanciu fágovej terapie. Z takmer 48 miliónov prípadov ochorení súvisiacich s potravinami ročne, 128 000 osôb vedie k hospitalizácii a viac ako 3 000 vedie k úmrtiam v USA, podľa Centrov pre kontrolu a prevenciu chorôb. V roku 2006 spoločnosť Intralytix zaistila schválenie FDA pre ListShield, koktail šiestich fágov, ktorý je sprejovaný na mäso a hydinu na priamu spotrebu (ako by ste našli na lahôdke) na kontrolu Listeria, ktorá môže spôsobiť vážnu infekciu ( Listerióza), ktorá má 20% úmrtnosť.

V roku 2011 spoločnosť dostala povolenie na aplikáciu EcoShield, sprej na červené mäso na boj proti Escherichia coli O157: H7 (páchateľ za takmer 62 000 výživa) a v roku 2013 pre SalmoFresh, ktorý sa zameriava na potraviny s vysokým rizikom salmonely, červené mäso a hydina. V štúdii z roku 2009 výskumníci z ministerstva poľnohospodárstva USA použili EcoShield na čerstvý šalát a melón a zistili, že znižuje hladinu E. coli na 100-krát menej v priebehu jedného dňa.

"Ako nástroj na bezpečnosť potravín majú fágy veľký potenciál na zníženie kontaminácie baktériami, " hovorí spoluautor štúdie Manan Sharma, mikrobiológ s USDA v Beltsville, MD. "Pretože fágovia sú tak prítomní v životnom prostredí, nie je to Zdá sa, že je to úsek, v ktorom by sme mohli vziať niečo, čo je už v potravinách, a opätovne ich aplikovať cielenejšie a získať prospech z bezpečnosti potravín. "


[Tento článok sa pôvodne objavil v tlači ako "infikované infekcie."]


Zaujímavé Články

Ľudské kmeňové bunky opravia strata sluchu v Gerbils

Ľudské kmeňové bunky opravia strata sluchu v Gerbils

Výskumníci našli spôsob, ako používať ľudské embryonálne kmeňové bunky na obnovenie počúvania na gerbily. Konkrétne boli schopní napraviť poškodenie nervu, ktorý spája vnútorné ucho s mozgom, ako to uviedli v prírode tento týždeň. Tento typ straty sluchu, ktorý postihuje mnoho ľudí, je v súčasnosti neliečiteľný; to nie je pomôcť načúvacími pomôckami alebo kochleárnymi implantátmi, z ktorých obe závisia od sluchového nervu, aby poslal konečné signály do mozgu. Aplikovaná na ľudí by mohol tento výskum pomôc

Veľké explózie v Sakurajima prach Kagoshima s Ash

Veľké explózie v Sakurajima prach Kagoshima s Ash

[HTML1] Sakurajima je jedným z najaktívnejších sopiek na svete - každý rok produkuje stovky explózií s popolom. Tieto výbuchy sú zvyčajne malé a dosahujú len pár stoviek metrov nad nekontrolovaným kráterom Showa. Príležitostne sa vyskytujú veľké výbuchy a tento víkend Sakurajima produkoval jednu z najväčších výbuchov v desaťročiach (možno najväčší od erupcie VEI 4 v roku 1914, pozri video vyššie). Výbuchová erupcia (pozri nižšie) z

Prečo ľudia na mobilných telefónoch sú najhoršie

Prečo ľudia na mobilných telefónoch sú najhoršie

Ak by to bolo naliehavé, možno by sme mohli byť viac odpúšťajúci. Ale predmet tohto telefónu zavolá jednu stôl v Starbucks nikdy sa zdá byť životne dôležité. Rekonštrukcia kúpeľne, možno. Alebo rozpoznávanie rozhovorov s textovými správami s ex. Ak máte podozrenie, že ste počúvali telefonické rozhovory, sú prirodzene oveľa hrozivejšie než ľudia, ktorí hovoria tvárou v tvár, máte pravdu: výskumy ukazujú, že tieto rozhovory sa dotýkajú našich šálok espresa, upútajú pozornosť a nepúšťajú. Psychológ Veronica Galván študoval tento problém n

Tieto borovicové stromy vždy smerujú k rovníku, ale prečo?

Tieto borovicové stromy vždy smerujú k rovníku, ale prečo?

Vo svete vzpriamených stromov sa jeden druh odvažuje byť iným. Cookove borovice, typ vysokého štíhleho stálezeleného domorodého na vzdialený ostrov v južnom Tichom oceáne, na prvý pohľad sa zdajú byť prepadnuté. Mnohé sa nakláňajú neisto na stranu, ako keby boli zachytené v silnom vetre, hoci ich lístia nehromadí žiadny vánok. Aj keď sa to môže zdať ak

Dehydrované morské hady: Smäd je skutočný

Dehydrované morské hady: Smäd je skutočný

Je to škoda, že hady môžu oceniť iróniu. Ak by to mohli, morské hadi v Austrálii by mohli nájsť nejaký humor vo svojej situácii. Napriek tomu, že žijú vo vode, zdá sa, že trávia veľa svojho času zúfalo dehydrovaným. Skutoční morské hadi alebo Hydrophiini zahŕňajú viac ako 60 druhov takmer desivých dobre prispôsobených plazov. Plávajú s pôvabným, stužkovým

Maskovací materiál vytvára objekty, ktoré sa nedajú dotknúť

Maskovací materiál vytvára objekty, ktoré sa nedajú dotknúť

V populárnej ľudovej fantázii "Princess and the Pea", mladá dievčina dokáže svoju citlivú princeznú, keď hrášok, vložený pod 20 matracov a 20 perličiek, ničí spánok. Ale keby spala na vrchole tenký list vedcov, nový nanomateriál na zakrytie dotykov, spala by ako skala. Výskumní pracovníci Karlsruheho technologického inštitútu vytvorili materiál, ktorý znie ako niečo z fiktívneho príbehu: elasto-mechanický plášť, ktorý sa nedá oddeliť. Štruktúrna štruktúra založená na poly