ГМ-бактериофаги впервые использовали для лечения антибиотикорезистентной инфекции
Ученые впервые применили бактериофаги для лечения микобактериальной инфекции у человека. В статье, опубликованной в Nature, говорится, что это первый случай медицинского использования генно-модифицированных бактериофагов. В описанном клиническом случае состояние пятнадцатилетней пациентки, больной муковисцидозом и хронически инфицированной Mycobacterium abscessus, существенно улучшилось после новаторского лечения.
Устойчивость патогенов к противомикробным препаратам уносит не менее 700000 жизней в год, без эффективной борьбы с этой проблемой к 2050 году эта цифра может вырасти до миллиона смертей ежегодно. Микобактериальные инфекции вносят существенный вклад в инфекционную заболеваемость и смертность: например, от полирезистентного туберкулеза умирает около 230000 человек в год. Антибиотикорезистентные нетуберкулезные микобактериальные болезни также широко распространены, в частности, от них часто страдают больные муковисцидозом. Хронические инфекции могут быть причиной осложнений и смерти после трансплантации легких, которая часто требуется таким пациентам.
Бактериофаги (вирусы, поражающие бактерии) – могут стать альтернативой антибиотикам, однако они ранее не применялись для лечения микобактериальных инфекций у людей. В то же время, персонализированная внутривенная фаговая терапия для других инфекций уже была описана (1, 2).
Ребека Дедрик (Rebekah M. Dedrick) и Карлос Гуерреро-Бустаманте (Carlos A. Guerrero-Bustamante) из Питтсбургского университета вместе с коллегами описали клинический случай пятнадцатилетней девушки, больной муковисцидозом и хронически инфицированной антибиотикорезистентным штаммом Mycobacterium abscessus подвида massiliense. Болезнь сопровождалась несколькими сопутствующими патологиями, включая недостаточность поджелудочной железы, инсулинозавизимый сахарный диабет и поражения печени, связанные с основным заболеванием.
Пациентке была проведена успешная двухсторонняя трансплантация легких. В течение восьми лет до этой операции она получала специфическую терапию против нетуберкулезной микобактериальной инфекции. Трансплантация прошла без осложнений, после нее девушка получала иммуносупрессивную терапию и антибиотики. После трансплантации в мокроте обнаружилась M.abscessus, печень была увеличена, функциональные печеночные пробы были патологическими. Послеоперационная рана через неделю после завершения курса внутривенного введения антибиотиков была воспалена, на предплечье появились поражения кожи.
Пациентка был выписана из больницы через семь месяцев с диагнозом диссеминированной микобактериальной инфекции. Несмотря на продолжение протвомикробного лечения, на разных частях тела продолжали появляться поражения кожи в виде узелков, состояние хирургической раны ухудшилось.
Поскольку лечение антибиотиками не давало эффекта, ученые решили провести лечение бактериофагами. Чтобы подобрать потенциально подходящие фаги, они использовали культуру штамма GD01 M.Abscessus, выделенную у пациентки через месяц после операции. Они обратились к коллекции, которая включала более 10000 фагов, геном 1800 из которых был известен. Был обнаружен только один бактериофаг, Muddy, который мог эффективно убивать микобактерии штамма GD01. Эффективность второго выбранного бактериофага, ZoeJ, была низкой, поэтому ученые использовали метод генной инженерии Bacteriophage Recombineeringof Electroporated DNA (BRED), чтобы увеличить его терапевтическую силу. Для третьего выбранного фага, BPs, который изначально слабо инфицировал M.Abscessus, авторы выделили мутантов с измененным спектром литического действия (HRM1 и HRM10).
Все три фага относятся к сифовирусам (Siphoviridae). В лабораторных экспериментах ZoeJ и BPs были менее эффективны, чем Muddy, но смесь из трех бактериофагов in vitro не оставляла в живых ни одной M.Abscessus даже при ее высоких концентрациях.
Ученые вводили пациентке приготовленную смесь из трех фагов (109 бляшкообразующих единиц каждого фага) внутривенно каждые 12 часов, лечение было назначено ориентировочно на 32 недели. Больная была выписана из больницы через девять дней, лечение продолжалось дома. Во время первых двух часов лечения у пациентки отмечалась потливость, она испытывала приливы жара, но в остальном лечение переносилось хорошо: другие побочные эффекты зафиксированы не были. Через месяц терапии было добавлено местное лечение бактериофагами в местах поражений кожи.
В течение шести месяцев (к моменту написания статьи) состояние пациентки постепенно улучшалось: послеоперационная рана заживала, улучшались функции легких и печени, она начала набирать вес, хотя рана на грудине затянулась не полностью. Позитронно-эмиссионная томография показала улучшения со стороны внутренних органов и кожных узелков. M.abscessus не обнаруживалась в мокроте и крови начиная с первого дня лечения, но все еще выделялась из кожных узелков.
Ученые отмечают, что обнаруженные и модифицированные ими фаги не являются универсальным средством терапии против M.Abscessus. Так, они не были эффективны для штамма GD02, который был выделен у другого пациента.
Авторы пишут, что, согласно их информации, это был первый случай терапевтического использования бактериофагов при микобактериальной инфекции у человека, а также первый случай использования генно-инженерных фагов. Хотя лечение фагами было связано с улучшением состояния пациентки, ученые не исключают возможности, что аналогичные эффекты могли произойти без него: один клинический случай не позволяет делать выводы. Но они указывают, что обычно среди пациентов с аналогичными состояниями отмечается высокая заболеваемость и смертность. Кроме того, улучшение состояния их пациентки не было связано с началом или завершением других видов терапии.
Ранее ученые обнаружили, что у бактериофагов есть «средства связи», при помощи которых они «договариваются», уничтожать ли инфицированную бактерию. Также ученые нашили вдохновение для разработки потенциальных методов лечения муковисцидоза, изучая движение хламидомонад в ньютоновских и вязкоупругих жидкостях.
Андрей Украинский
За это оказался ответственен фактор транскрипции BACH1
Шведские и китайские ученые выяснили, что экспрессия генов, ответственных за образование новых сосудов — ангиогенез — в клетках рака легкого существенно повышается после обработки их антиоксидантами — витаминами С и Е и N-ацетилцистеином. Наиболее чувствительным к их антиоксидантным эффектам оказался фактор транскрипции BACH1, который непосредственно активировал гены ангиогенеза. Исследование опубликовано в Journal of Clinical Investigation. Рост опухоли легкого непосредственно связан с ангиогенезом — образованием новых кровеносных сосудов, — который обычно запускается гипоксией. Она опосредует транскрипцию генов факторов роста эндотелия сосудов, их рецепторов, эпидермальных факторов роста и ангиопоэтинов. Существуют препараты, которые направлены на снижение активности ангиогенеза (в том числе, за счет воздействия на перечисленные факторы), однако их эффективность остается неоднозначной. При этом появляется все больше свидетельств того, что ангиогенез в опухолях может контролироваться транскрипционными механизмами, не связанными с гипоксией. В основном эти механизмы основаны на реакции факторов транскрипции, чувствительных к изменениям окислительно-восстановительного баланса (редокс-чувствительные), на колебания уровней активных форм кислорода. К таким факторам относится, например, BACH1. Коллаборация шведских и китайских ученых под руководством Мартина Берго (Martin Bergo) из Каролинского института изучили, как антиоксиданты, влияющие на окислительно-восстановительный баланс, опосредуют процессы ангиогенеза. Они выяснили, что редокс-чувствительный фактор транскрипции BACH1 в линиях человеческих клеток рака легкого и экспериментальных опухолях у мышей контролирует васкуляризацию опухоли за счет ангиогенеза (воздействуя на гены, ответственные за него) и делает опухоль чувствительной к антиангиогенной терапии. Кроме того, BACH1 активируется в опухолевых клетках во время гипоксии и в ответ на введение антиоксидантов — витамина C, аналога витамина E и ацетилцистеина, — причем эта активация происходит как за счет транскрипционных, так и посттрансляционных механизмов. В частности, посттрансляционная стабилизация BACH1 в условиях гипоксии, вероятно, опосредуется снижением деградации, зависящей от пролилгидроксилирования, а его в восстановительных условиях — после введения антиоксиданта — опосредуется снижением гемозависимой деградации. По словам ученых, открытие того, что BACH1 стимулирует ангиогенез опухоли легкого и коррелирует с экспрессией генов ангиогенеза и белков в опухолях легких человека, делает его потенциальным биомаркером для оценки антиангиогенной терапии: в исследовании такая терапия останавливала рост опухолей с высокой экспрессией BACH1, но не рост опухолей с низкой экспрессией BACH1. Будущие исследования должны оценить связь этого биомаркера с другими опухолями — раком молочной железы и почек. Недавно мы рассказывали про то, что потеря Y-хромосомы по-разному повлияла на исходы рака. Так, в случае с колоректальным раком исходы улучшились, а в случае с раком мочевого пузыря — ухудшились.