Впервые ученые разработали комбинированную фаговую терапию, которая может точно воздействовать на бактерии кишечника, ассоциированные с воспалительными заболеваниями кишечника (ВЗК), подавляя их.
Все чаще предполагается, что комменсалы кишечника человека влияют на развитие неинфекционных заболеваний, таких как ВЗК, однако их целенаправленное подавление остается сложнейшей нерешенной задачей. Работа, представленная 4 августа в журнале Cell, демонстрирует возможность использования фагов для лечения заболеваний, связанных с микробиотой кишечника.
"Самая большая проблема применения фаговой терапии заключается в том, что между бактериями и фагами идет постоянная гонка вооружений", - говорит Эран Элинав, директор отделения системной иммунологии Института науки Вейцмана и отдела микробиома и рака Немецкого национального онкологического центра (DKFZ) и автор-корреспондент исследования. "Если воздействовать на бактерию одним фагом, то бактерия, скорее всего, очень быстро выработает механизмы сопротивления. Насколько нам известно, мы первыми применили комбинированную фаговую терапию с пероральным введением против комменсала кишечника, способствующего развитию заболевания, одновременно решая огромную проблему устойчивости фагов и леча неинфекционное заболевание".
ВЗК включает в себя группу хронических воспалительных заболеваний кишечника, от которых страдают миллионы людей в мире. Хотя причины ВЗК остаются неясными, предыдущие исследования показали, что определенные бактерии в кишечнике могут быть связаны с этим заболеванием. Исследователи пытались использовать антибиотики для лечения ВЗК, но эти методы лечения недостаточно специфичны и эффективны. Антибиотики убивают дружественные бактерии кишечника наряду с патогенными, могут вызвать побочные эффекты и привести к появлению резистентных к антибиотикам бактерий.
"В этом доказательном исследовании фаги используются как высокоточное оружие для подавления группы комменсальных штаммов, способствующих развитию ВЗК", - объясняет Элинав. "Но мы считаем, что этот новый метод потенциально может быть разработан и применен против ряда других микроорганизмов, ассоциированных с ВЗК, а также против комменсалов, которые вовлечены в другие заболевания, включая ожирение, диабет, рак, нейродегенеративные заболевания и другие".
Группа Элинава, в сотрудничестве с группой международных ученых и компанией BiomX Ltd, занимающейся фаговой терапией, сравнила состав микробиоты кишечника 537 пациентов с ВЗК и здоровых людей, включенных в когортные исследования во Франции, Израиле, США и Германии. Команда обнаружила, что пациенты с ВЗК, несмотря на различия в географии, этнической принадлежности и диете, имеют тенденцию к обогащению кишечника группой штаммов Klebsiella pneumoniae (Kp), особенно у тех, кто переживает обострения заболевания. При трансплантации Kp мышам авторы обнаружили, что у мышей развивается сильное воспаление кишечника и повреждение тканей, что позволяет предположить, что эти штаммы Kp могут способствовать обострению ВЗК.
Далее Элинав и его коллеги просмотрели и выделили около 40 бактериофагов, которые оказались эффективными против штаммов Kp, вызывающих ВЗК, включая штаммы, которые уже выработали устойчивость к бактериофагам. Исследователи протестировали фаги в различных комбинациях в качестве потенциального коктейля для лечения штаммов Kp, вызывающих ВЗК. В этих комбинациях фагов каждый из них использует различные рецепторы для проникновения в бактерии и убивает их с помощью различных механизмов. Даже если бактерии мутируют, сделав один из своих рецепторов устойчивым, у них будут запасные варианты, говорит Элинав. Эффективная разработка коктейля может предотвратить образование и распространение бактерий, устойчивых к фагам, добавляет он.
Элинав и его сотрудники обнаружили наиболее эффективную комбинацию фагов, содержащую пять фагов, для подавления штаммов Kp в лабораторных условиях, а также в мышиных моделях ВЗК, где фаговый коктейль ослаблял воспаление и повреждение тканей. Поэтапное создание комбинации из пяти литических фагов, направленных на чувствительных и устойчивых членов клады Kp, ассоциированных с ВЗК, позволило эффективно подавлять Kp у мышей, подверженных колиту, что приводило к ослаблению воспаления и тяжести заболевания.
Далее команда протестировала два репрезентативных фага из этого коктейля в клиническом испытании I фазы, в котором приняли участие 18 здоровых добровольцев. Эксперимент показал, что фаги могут выживать в высоких концентрациях и сохранять активность в желудочно-кишечном тракте при приеме антацидов, не влияя при этом на окружающую микробиоту. У участников не было серьезных побочных явлений, связанных с терапией.
Команда планирует продолжить тестирование коктейля из 5 фагов в последующем испытании фазы II, охватывающем пациентов с ВЗК, которые являются носителями штаммов Kp, способствующих развитию заболевания. Кроме того, Элинав и его группа работают над выявлением бактерий, связанных с другими заболеваниями, и разработкой эффективных комбинированных фаговых препаратов против них.
"Мы продемонстрировали целесообразность перорального применения комбинированной фаговой терапии для предотвращения резистентности и эффективного подавления патобионтов, вызывающих неинфекционные заболевания. В дальнейшем, мы планируем создать конвейер точной медицины", - говорит Элинав. "С его помощью мы сможем охарактеризовать патогенные бактерии человека, страдающего от заболевания, связанного с микробиотой кишечника, а затем применить фаговую терапию, подобранную индивидуально для данного человека, чтобы подавить бактерии".
