Бактериофаги способны проходить два жизненных цикла: литический (лизируют бактериального хозяина в процессе репликации) или лизогенный (интегрируются в геном бактериального хозяина).
Таким образом, при рассмотрении их для терапевтического применения отбор должен быть ограничен использованием литических фагов, чтобы минимизировать возможность передачи генов вирулентности или резистентности. Впервые они были описаны и продемонстрировали литическую активность в начале 1910-х годов микробиологами Фредериком У. Твортом и Феликсом д'Эрелле, но, несмотря на первоначальный успех, они вскоре были оттеснены на второй план после появления антибиотиков.
Антибиотики считались дешевым и безопасным способом лечения бактериальных инфекций, и их оценка обычно сопровождалась хорошо документированными исследованиями, демонстрирующими их благотворное влияние. Хотя резистентность к пенициллину возникла почти сразу после его внедрения, открытие новых антибиотиков сохранило их основное применение в западном мире. В странах восточного блока, где доступ к ним был ограничен, фаговая терапия продвинулась до клинического применения. Такие учреждения, как Элиавский институт бактериофагов, микробиологии и вирусологии (EIBMV) в Грузии и отделение фаговой терапии в Институте иммунологии и экспериментальной терапии имени Хиршфельда в Польше, до сих пор функционируют, и пациентам предоставляется персонализированная фаговая терапия при хронических инфекциях.
На Западе нерешительность в отношении перевода фаговой терапии на человеческий уровень лечения была обусловлена в первую очередь отсутствием опубликованных научных отчетов и строгих данных о безопасности. Однако за последние 5 лет фаговая терапия у человека получила значительное развитие и прошла клинические испытания. После нескольких новаторских исследований фаговая терапия успешно применялась для лечения пациентов с различными инфекциями с множественной лекарственной устойчивостью (MDR) (Chan et al., 2018; Dedrick et al., 2019). Недавнее австралийское исследование показало перспективность применения фаговой терапии в клинической практике для лечения нескольких пациентов, страдающих тяжелой бактериемией золотистого стафилококка (S. aureus) (Petrovic Fabijan et al., 2020b). Хотя это конкретное исследование поддержало фаговую терапию при диссеминированной бактериальной инфекции, менее ясно, применима ли она для пациентов, страдающих от хронической инфекции мягких тканей, вызванной бактериями, продуцирующими биопленки.
Пациенты с муковисцидозом (МВ) получают противомикробные препараты в качестве профилактики бактериальной легочной инфекции, что способствует росту числа выделенных патогенов с MDR. Такие патогены, как Pseudomonas aeruginosa, которые обычно выделяют у людей с МВ, вооружены целым арсеналом защитных механизмов и механизмов вирулентности, что усложняет стратегии их искоренения и лечения. Несмотря на то, что внедрение фаговой терапии в стандартное лечение МВ было изучено, существуют проблемы, такие как отсутствие подходящей животной модели, демонстрирующей безопасность in vivo.
Хотя сообщалось об успешном применении фаговой терапии при МВ, она была одобрена по соображениям сострадания, и ее перевод в стандартную клиническую практику по-прежнему требует дополнительного тщательного, систематического и детального изучения. В то время как P. aeruginosa, S. aureus и Burkholderia cepacia complex являются широко распространенными патогенами, выделенными от людей с МВ, все чаще встречаются микобактерии и другие инфекции. Одной из идеальных терапевтических мишеней является Mycobacterium abscessus (Mab), новый патоген, выделенный из легких людей с МВ (Bernut et al., 2019). Mab способен образовывать биопленки (Qvist et al., 2015; Fennelly et al., 2016) и обладает резистентностью ко многим противотуберкулезным препаратам, что требует длительного применения как минимум трех противомикробных препаратов в течение 2 лет (Floto et al., 2016).
Хотя имеются клинические данные, указывающие на связь инфекции Mab со снижением функции легких, является ли бактерия возбудителем заболевания, неизвестно (Sanguinetti et al., 2001; Esther et al., 2010; Qvist et al., 2016). Первое сообщение о применении фаговой терапии в МВ поступило в связи историей болезни 15-летнего пациента с диссеминированной инфекцией Mab в других локализациях, помимо легких, после двусторонней трансплантации легких (Dedrick et al., 2019; рис. 1). Несмотря на применение дополнительных антимикробных препаратов, Mab инфицировал другие участки тела, помимо места операции. Был использован коктейль из трех фагов, биоинженерно созданных на основе мутантных производных, которые продемонстрировали оптимальный лизис Mab, выделенных непосредственно от пациента.
Второй случай использования фаговой терапии в МВ был зарегистрирован для 26-летнего пациента с тяжелой острой хронической дыхательной недостаточностью, которая привела к механической вентиляции легких (Law et al., 2019). Пациент был инфицирован двумя штаммами MDR P. aeruginosa и получал многократные курсы высокодозных антибиотиков, которые затем спровоцировали почечную недостаточность. Было получено разрешение на применение AP-PA01, коктейля из четырех бактериофагов, производимых компанией Armata Pharmaceuticals, и фаги были введены внутривенно.
После 8 недель лечения пациент успешно очистился от колонизации P. aeruginosa без побочных эффектов, был достаточно амбулаторным и стабильным, чтобы его снова включили в лист ожидания трансплантации легких. Среди других патогенов, против которых применялась фаговая терапия при МВ, были Achromobacter xylosoxidans и Burkholderia dolosa в связи с участившимися случаями множественной лекарственной устойчивости (Kalish et al., 2006; Jeukens et al., 2017). Фаговая терапия также была применена для сострадательного использования при различных локализациях, помимо легких (не связанных с МВ), что позволяет предположить, что ряд других патогенов, связанных с МВ, включая S. aureus, A. baumanii и Klebsiella pneumoniae, также могут быть клиническими целями фаговой терапии.
Также предпринимались попытки оценить фаговую терапию как часть потенциального стандартного клинического лечения, однако результаты проведенных клинических испытаний публикуются редко. Закрытые результаты только препятствуют прогрессу, и для того, чтобы эта терапия вошла в стандартную клиническую практику, необходима большая прозрачность.
Другая проблема заключается в том, что большинство опубликованных исследований эффективности фаговой терапии в отношении возбудителей МВ были проведены с использованием патогенов в планктонном состоянии. Однако бактериальные патогены часто существуют в состоянии биопленки в дыхательных путях МВ. Такие значительные различия между экспериментальной моделью in vitro и условиями в дыхательных путях МВ in vivo делают сомнительным перевод результатов лабораторных исследований в клинические. Биопленки состоят из чистой популяции или консорциума микроорганизмов, формируя уникальный образ жизни бактерий и нишу обитания, усиливая защиту от антимикробных препаратов, и способны образовываться в условиях потока жидкости и формируя классические башнеподобные структуры (Flemming and Wingender, 2010; Flemming et al., 2016).
Таким образом, фаги с эффективными возможностями рассеивания биопленки являются крайне желательными. Современная оценка активности фагов на биопленке обычно проводится на абиотических поверхностях, которые, как правило, не учитывают силу биологического потока, а также свойства тканей, в которых обычно обитают биопленки, а именно (в случае МВ) эпителия дыхательных путей. Системы проточной цитометрии и флуоресцентная микроскопия считаются "золотым стандартом" для наблюдения пространственно-временных изменений гетерогенности биопленки в режиме реального времени (Crusz et al., 2012; Tolker-Nielsen and Sternberg, 2014; Haagensen et al., 2015). Наличие биологически релевантной модели МВ поможет нам понять не только формирование биопленок, но и механизмы уклонения бактерий от врожденного и адаптивного иммунного ответа хозяина.
Будущее фаговой терапии не обязательно заключается в том, чтобы заменить существующие методы лечения, скорее существует потенциал для клинического применения в качестве дополнения и альтернативного лечения инфекций. Поскольку в ближайшем будущем прогнозируется переход к персонализированной фаговой терапии, исследования в этой области, вероятно, будут развиваться по экспоненте (Pirnay, 2020). Однако полный потенциал фаговой терапии может быть реализован только при условии прозрачности и готовности делиться знаниями и ресурсами.
В идеале библиотеки фагов должны быть свободно доступны через сеть сотрудничества, а информация о методах подготовки и доставки фагов, предназначенных для клинического использования, должна быть хорошо документирована. Формула и доставка фагов также являются критически важными аспектами, чтобы направить активность на целевые области и максимизировать эффективность. Фактически, использование фаговой терапии уже координируется в различных странах в соответствии с национальными правилами и основными институтами здравоохранения, такими как Администрация по терапевтическим товарам (TGA) (Австралия) (Donovan, 2017; Lin et al., 2019), Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) (Соединенные Штаты Америки) (Jarow et al., 2017; Puthumana et al., 2018) и Европейское агентство по лекарственным средствам (EMA) (Европа) (Balasubramanian et al., 2016; Debarbieux et al., 2016).
Важно, чтобы был создан универсальный этический кодекс, а регулирующие органы достигли консенсуса по обмену информацией, использованию фагов в качестве лечения и отчетности о результатах лечения. В связи с критическим характером роста MDR, повышающим срочность внедрения фаговой терапии в качестве стандартного лечения, необходимо ускорить перевод альтернативных методов лечения в клиническое применение. Согласованные усилия с местными и глобальными партнерами могут привести к тому, что в ближайшие 5 лет фаговая терапия станет стандартным методом лечения.
