W poprzedniej części wspomniałem o ogromnej liczbie bakterii żyjącej praktycznie wszędzie na naszej planecie. Człowiek często stwierdza jakim to nie jest panem planety ale prawda jest taka, że żyjemy w świecie bakterii. Nawet nasze własne ciała składają się z 10% naszych komórek i reszty bakteryjnych. Jeżeli chodzi o bogactwo genetyczne tego konglomeratu zwanego człowiekiem, jest jeszcze gorzej, tylko 1% genów, jakie można wyizolować z człowieka jest naszych. Reszta należy do naszych symbiontów.
Ofiary sukcesu
Sukces bakterii wiąże się oczywiście z zagrożeniami. Bogactwo jednokomórkowego życia robi z nich smakowity kąsek dla innych organizmów. Jeżeli weźmiemy pod uwagę, że w każdej kropli wody z jeziora mamy miliony drobnoustrojów, że każde ziarenko gleby to kolejne miliony osobników, nie powinno nikogo dziwić, że istnieją wirusy atakujące bakterie. Trochę ich jest. Szacuje się ich liczbę na 10^ 31 egzemplarzy. Dla porównania, Polska ma 3*10^29 nanometrów kwadratowych. Wirusy atakujące drobnoustroje, inaczej bakteriofagi (dalej fagi), wywołują każdej sekundy 10^25 infekcji. Pozostawię czytelnikowi rozważania nad ogromem tej liczby i powoli przejdę do meritum.
Koń trojański
Fagi przyłączają się do komórki bakteryjnej, przez jeden z setek receptorów na jej powierzchni i wnikają do wnętrza. Tam, "porywają" mechanizmy transkrypcji. To znaczy mniej więcej tyle, że bakteria zamiast produkować swoje białka, przeznacza całą swoją energię i maszynerię wewnątrzkomórkową na produkowanie nowych wirusów. W zależności od rodzaju, fag produkuje kilka do kilkuset kopii samego siebie i koniec końców rozrywa komórkę bakterii a potomne fagi infekują nowe komórki. Dzięki takiemu mechanizmowi infekcje są Bardzo gwałtowne - w ekstremalnych przypadkach z jednego faga po zaledwie 4 pokoleniach mamy go 125 mln.
Rys. 1. Góra lewo: schemat typowego bakteriofaga. omniałem, że wyglądają jak z innej planety? Głowa to dwudziestościan foremny złożony z trójkątnych białkowych podjednostek (niewiarygodnie te skomplikowane struktury same się składają). W środku główki - kwas nukleinowy wirusa. Trzonek to rodzaj strzykawki, którą wirus wstrzykuje się do wnętrza komórki. "Nóżki" wspomagają przyczepianie się do bakterii. Góra prawo: Fagi na powierzchni bakterii pod mikroskopem. źródło obydwóch - http://rickwilsondmd.typepad.com/rick_wilson_dmds_blog/2009/07/phage-therapy-look-whos-coming-to-dinner.html Polecam przy okazji - bardzo przystępnie opisane w perspektywie leczenia próchnicy. Dół lewo: Namnożone fagi zniszczyły komórkę E. coli i z radością przystępują do dalszej eksterminacji. (za SciencePhotolibrary). Dół prawo: Czerwony dywan bakterii na szalce Petriego. Okrągłe odbarwienia to łysinki - tam fagi całkowicie wybiły bakterie. Ponieważ wszystko odbywa się na stałej pożywce, rozprzestrzenianie się wirusów jest ograniczone do lokalnych infekcji. (za: http://sp.uconn.edu/~terry/229sp03/lectures/viruses.html) Gdzie mogą państwo znaleźć opis działania różnych wirusów i fagów a także podstawowy przegląd technik z nim związanych.
Wykorzystajmy bogactwo natury?
Skoro istnieją wirusy atakujące bakterie, dlaczego nie wykorzystujemy ich w walce z infekcjami? Czy to możliwe, że nikt nie wpadł na to rozwiązanie? Niedoczekanie. Fagi odkryto w trakcie I Wojny Światowej. Już kilka lat później odkrywca bakteriofagów, Francuz Felix d'Herelle a także Gruzin George Eliava wpadli na pomysł zastosowania fagów jako lekarstwa na infekcje. Prace ruszyły z kopyta i w kolejnych latach powstały koktajle fagów, które dawały zadowalające wyniki. Niestety prace utknęły w miejscu po odkryciu penicyliny. Antybiotyki były szybsze i początkowo takie skuteczne, że fagi odeszły w zapomnienie. Nie w Gruzji gdzie do dzisiaj są używane w leczeniu infekcji. Eliava został co prawda skutecznie wyczyszczony przez Stalina w 1937 roku jako element wywrotowy (być może wywrotem było w tym wypadku poderwanie kochanki Berii), ale jego następcy kontynuowali badania. Dzisiaj wysyp trudnych w leczeniu infekcji spowodował renesans zainteresowania tego typu terapią. Wystarczy wspomnieć, że do 1992 roku było na ten temat ok. 500 publikacji, tyle samo co od początku 2010 do dzisiaj.
Plusy dodatnie, plusy ujemne
Jakie są zalety terapii fagami? Jest ich kilka. Fagi są bardzo specyficzne, w odróżnieniu od generalnego działania antybiotyków, które wybijają wszystko jak leci. To daje wiele przewag takiej terapii. Po pierwsze, zabija tylko winnych infekcji a nie całą florę bakteryjną. To, w połączeniu z tym, że fagi same się replikują, powoduje, że wystarczy mała dawka. Bakterie oczywiście mogą stać się odporne, ale w odróżnieniu od antybiotyków, które raz podane nie zmieniają się, fagi ewoluują razem z bakterią, co pozwala ominąć odporność.
Oczywiście terapia fagami ma swoje wady. Przykładowo potrzeba najpierw wyselekcjonować odpowiednie wirusy. Są dwa podejścia do tego problemu. W jednym tworzy się koktajle fagów na dany typ infekcji. Ryzyko tego podejścia - można nie trafić z wyborem koktajlu, co jest niebezpieczne dla pacjenta. Poza tym stały skład zwiększa ryzyko powstania odpornych szczepów. Inną strategią jest izolacja bakterii od pacjenta i znalezienie odpowiednich fagów w środowisku. Wystarczy podlać gęstą kulturę bakterii zwykłą wodą ze ścieków (przefiltrowaną, tak, żeby nie było w niej bakterii) w kilku rozcieńczeniach. W niektórych miejscach powstaną tzw. łysinki (jak na obrazku). Łysinka oznacza, że w tym miejscu nastąpiła infekcja. Każda łysinka zawiera fagi, które możemy pobrać, namnożyć i użyć na pacjencie. Ta metoda jest dużo lepsza, bo trudno o pomyłkę ale wymaga czasu. Trzeba wyhodować bakterie, namnożyć fagi a to trwa kilka dni. Nie każda infekcja daje nam aż tyle czasu. Z drugiej strony, w wypadku przewlekłych infekcji ta strategia może dać rewelacyjne rezultaty.
Fagi nie są też idealnymi zabójcami. Nie wybiją nigdy 100% populacji, gdyby tak było wybijałyby się same... Antybiotyki nie mają żadnego interesu w utrzymaniu kogokolwiek przy życiu. Fagi owszem. To spora wada dla terapii. Na szczęście tą wadę możemy wykorzystać in plus. Odporność na antybiotyki daje gigantyczną przewagę. Odporna bakteria staje się jedynym organizmem w bardzo bogatym w żywność środowisku, stąd ogromna promocja takiej odporności. Bakteria odporna na fagi po prostu przeżywa ale musi konkurować z lokalną florą, której wirusy nie dotyczą. Poza tym odporność na bakteriofagi często jest spowodowana zmianami otoczki błony komórkowej i receptorów w tej błonie. Te same fragmenty bakterii są odpowiedzialne za chorobotwórczość. Wiele badań wskazuje na to, że bakterie odporne na fagi zyskują odporność kosztem chorobotwórczości (zależnie od rodzaju). Kolejnym obejściem małej skuteczności fagów jest stosowanie ich równolegle z lekkim antybiotykiem, gdzie obydwie terapie działają synergistycznie.
Fagi to spora szansa dla medycyny. Szczególnie w krajach rozwijających się, gdzie antybiotyki to luksus. Ale do pełni szczęścia potrzebne jest jeszcze wiele badań. Potrzebne są też procedury nieco odmienne od konwencjonalnej medycyny. Bo terapia fagami stoi przed poważnym problemem natury prawnej, o czym w kolejnej części.
* Ten tekst jest tylko powierzchowną analizą tematu. Nie wszystko się zmieściło (nie chcę straszyć czytelnika pięciostronicową kobyłą). Na szczęście jest miejsce na dyskusję. Do której serdecznie zapraszam. PS. Problemy legalne i z firmami farmaceutycznymi będą poruszone w kolejnej notce - dlatego apeluję o pominięcie tej tematyki:)
