Przez wiele lat antybiotyki uważane były za idealne substancje pozwalające na zabicie bakterii. Koncerny farmaceutyczne prześcigały się w tworzeniu kolejnych ich wariantów biorąc pod uwagę zdolność bakterii do zmienności mutacyjnej oraz rekombinacyjnej w celu dostosowania systemów obrony do nowej niekorzystnie działającej substancji [1]. W obecnych czasach coraz częściej są izolowane bakterie wykazujące rozszerzoną oporność na antybiotyki (XDR – extensively drug resistance), dla których lista działających na nie antybiotyków jest coraz krótsza. Dlatego poszukuje się alternatywnych metod ich zwalczania, jedną z nich jest fagoterapia.
Bakteriofagi to wirusy bakteryjne, zdolne do lizy konkretnej komórki bakteryjnej. Są one najprawdopodobniej jednymi z najbardziej rozpowszechnionych form życia na naszej planecie. Bakteriofagi składają się z główki, którą wypełnia materiał genetyczny (DNA lub RNA). Do główki przytwierdzony jest ogonek zakończony płytką podstawową , często działający jak igła. Do płytki podstawowej przymocowane są włókna umożliwiające połączenie bakteriofaga z powierzchnią komórki bakteryjnej [2].
Bakteriofagi posiadają dwa podstawowe cykle rozwojowe cykl lityczny oraz lizogenny. Oba cykle zaczynają się od wykrycia komórki bakteryjnej przez faga. Następnie dochodzi do absorbcji – fag łączy się ze swoistym receptorem na powierzchni komórki, przebija ją za pomocą białek znajdujących się w ogonku (penetracja) i wprowadza swój materiał genetyczny (iniekcja). W trakcie cyklu litycznego materiał genetyczny faga jest namnażany, dochodzi do ekspresji jego genów i produkcji białek fagowych. Z wyprodukowanych białek składane są nowe cząsteczki wirusów bakteryjnych, proces ten trwa do momentu, w którym komórka przepełniona fagami zostaje rozerwana od środka. W drugim ze wspomnianych cyklów – lizogennym materiał genetyczny faga nie jest replikowany ani transkryptowany. Włącza się on do genomu gospodarza i jest nieaktywny – przyjmuje stadium profaga. Komórka bakteryjna prowadzi normalny cykl komórkowy – replikuje swój materiał genetyczny wraz z wbudowanym materiałem profaga. Dopiero pod wpływem czynników fizycznych takich jak światło UV lub konkretnych dla danego faga związków chemicznych dochodzi do aktywacji profaga i wejścia w cykl lityczny [2].
Opracowano kilka potencjalnych strategii fagoterapii. Tradycyjnie wykorzystuje się fagi lityczne, swoiste dla konkretnego gatunku bakterii. Obecnie odchodzi się od tej strategii w obawie wytworzenia oporności bakteryjnej na danego bakteriofaga. Kolejna strategia to synergia pomiędzy fagami, a antybiotykami. Fagi lizogenne mogą osłabiać bakterie czyniąc je bardziej podatnymi na działanie antybiotyków np. poprzez blokowanie systemu naprawy uszkodzeń DNA. Najnowszym z podejść jest manipulacja mikrobiomem człowieka, w tym przypadku bakteriofagi mają wspomagać korzystne dla człowieka bakterie tworzące jego mikrobiom. Wirusy mogą mieć wszczepione geny zaangażowane w biosyntezę substancji odżywczych, które mogą przechwycić bakterie [3].
Fagoterapia wydaje się być bardzo ciekawą i obiecującą alternatywą dla antybiotykoterapii. Mimo wielu zalet terapii fagowej takich jak: bardzo wąska swoistość bakteriofagów względem swoich gospodarzy, replikacja w miejscu zakażenia, prosta budowa (białka i kwasy nukleinowe) istnieje wciąż wiele niewiadomych oraz przeszkód, które naukowcy muszą ominąć (możliwe wytworzenie mechanizmów oporności przez bakterie, wysoki koszt produkcji preparatu fagowego czy usuwanie fagów przez układ immunologiczny gospodarza), aby była to metoda w pełni skuteczna i bezpieczna dla człowieka. Jeśli uda się rozwiązać te problemy, może być ona doskonałą metodą do zwalczania szczepów o rozszerzonej oporności na antybiotyki.
Autor:
Michał Karpeta – podinspektor w Dziale Biobankingu i Badań Naukowych
Źródło:
- Lu T. K., Koeris M. S., The next generation of bacteriophage therapy, Current Opinion In Microbiology 2011, nr 14, s. 1-8
- Haq I. i in., Bacteriophages and their implications on future biotechnology: a review, Virology Journal 2012, nr 9
- Reyes A., Semenkovich N. P., Whiteson K. i wsp., Going viral: next-generation sequencing applied to phage populations in the human gut, Nature Reviews Microbiology 2012, nr 10, s. 607-617