Новое исследование приближает использование вирусов для борьбы с бактериями и снижения применения антибиотиков

Новое исследование приблизило возможность использования вирусов (бактериофагов) для борьбы с бактериальными инфекциями, что может снизить угрозу антибиотикорезистентности.

Растущее число инфекций (пневмония, туберкулез, гонорея, сальмонеллез) становится устойчивым к антибиотикам, что усложняет лечение, повышает смертность, длительность госпитализации и затраты.

Фаговая терапия — это использование безвредных для человека вирусов (фагов) для уничтожения бактерий. Её можно применять в комбинации с антибиотиками для более эффективного лечения и снижения вероятности развития у бактерий устойчивости к антибиотикам. Однако бактерии также могут эволюционировать, становясь устойчивыми к фагам.

Новое исследование Университета Эксетера, опубликованное в Cell Host Microbe, пролило свет на оптимальные способы комбинирования антибиотиков и фаговой терапии. В лабораторных экспериментах на бактерии Pseudomonas aeruginosa (вызывает заболевания у пациентов с иммунодефицитом и муковисцидозом) учёные изучили её реакцию на восемь типов антибиотиков.

Были обнаружены различия в механизмах, с помощью которых бактерии развивают устойчивость к фагам, что влияет на их патогенность.

Два основных механизма резистентности бактерий к фагам:

1. CRISPR-Cas иммунная система (аналогична адаптивному иммунитету): бактерия "запоминает" фаг и атакует его при повторной встрече.
2. Изменение клеточной поверхности: бактерия теряет рецептор, к которому прикрепляется фаг. Этот путь имеет "цену" — бактерии становятся менее вирулентными (менее опасными) или вообще перестают вызывать заболевание.

Ключевой результат: четыре из восьми протестированных антибиотиков вызвали резкое увеличение уровня CRISPR-иммунитета. Эти антибиотики являются бактериостатическими — они не убивают клетки напрямую, а замедляют их рост.

"Мы обнаружили, что, изменяя тип антибиотиков, используемых в комбинации с фагом, мы можем управлять тем, как бактерии развивают устойчивость к фагам, увеличивая шансы на эффективность лечения", — говорит профессор Эдзе Вестра.

Исследование показывает, что бактериостатические антибиотики способствуют CRISPR-Cas иммунитету, потому что замедленная репликация фага внутри клетки даёт системе больше времени для "обучения" и уничтожения инфекции. Таким образом, скорость репликации фага является решающим фактором для эффективности CRISPR-Cas защиты.

"Это исследование даёт фундаментальное понимание ограничений CRISPR иммунных систем перед лицом вирусов", — отмечает ведущий автор доктор Татьяна Димитриу.

Исторический контекст: Фаговая терапия была впервые применена в 1919 году, но её развитие остановилось с широким внедрением антибиотиков в 194-х годах. Сейчас интерес к ней возрождается как к части решения проблемы антибиотикорезистентности.

Статья: "Bacteriostatic antibiotics promote CRISPR-Cas adaptive immunity by enabling increased spacer acquisition," Tatiana Dimitriu et al., Cell Host Microbe.