Что такое бактериофагов и полезных бактерий

Бактериофаги – кто они и откуда?

Жизнь – это бесконечная война. Даже пока вы спите, где-то проводят боевые действия. 

Только речь пойдет не о горячих точках на планете Земля, а о наших с вами организмах.

Внутри нас живут бактериофаги – самые смертоносные существа на свете, потому что разрушение чужой клетки у них занимает не более пары минут. Они круче, чем коронавирус, оспа и даже чума.

Кто такие эти бактериофаги и почему о них раньше ничего не было известно? Обо всем по порядку.

Бактериофаг – это фаг бактерий. Ничего не понятно, поэтому объясню на примере.

Корень «фаг» означает «пожирать». То есть, любой фаг – это существо, которое постоянно что-то подъедает. Прямо как мы во время ночного дожора у холодильника. Только фаги –  существа более разумные и волевые: они поглощают то, что несёт им потенциальную угрозу.

И если о бактериофагах вы могли ничего не знать, то о похожих на них клетках в организме человека вы слышали наверняка. О макрофагах. Макрофаг – пожиратель чужеродных микроорганизмов, он же их утилизирует. Открытие подвижных клеток, ответственных за человеческий иммунитет, принадлежит Илье Ильичу Мечникову. Он тыкал в тело полупрозрачной личинки морской звезды шип, оставляя в ее теле занозу, и смотрел под микроскопом, что будет дальше. А дальше было вот что: чужеродное тело, если оно небольшое, окружала стайка крупных клеток, похожих на амебу (потому что подвижные и есть ножки). Эти клетки были способны поглощать занозу и избавляться от неё. Процесс получил название «фагоцитоз» и перевернул несколько жизней: жизнь той самой личинки морской звезды, жизнь ученого мира и их представления об иммунитете и жизнь самого Мечникова – ученый превратился в Нобелевского лауреата.

Какой вывод напрашивается из этой истории? А такой: в организмах живых существ есть некие системы, которые активируются мгновенно и приходят на помощь (как Чип и Дейл) при угрозе вторжения в тело чужеродных организмов.

Но вернёмся к бактериофагу. Представьте себе русскую матрешку: большая матрешка – человек, поменьше – бактерии внутри него, самая маленькая – бактериофаги внутри бактерий. Таких крошечных бактериофагов – миллиарды, если не больше. Больше, чем людей, животных и даже бактерий. И живут они везде, где существует жизнь. На наших руках, на слизистой глаза, внутри кишечника есть бактериофаги, но на нас они не действуют. Бактериофаг является, грубо говоря, макрофагом БАКТЕРИЙ.

Как устроен бактериофаг и чем он занимается?

Бактериофаг – это вирус. Он не совсем живой, но и не мёртвый. Да и выглядит как пришелец из космоса. Все, что создано природой, обычно имеет обтекаемые линии и никаких грубых углов. Бактериофаг другой: у него есть голова, хвост и хвостовые волокна. Голова представляет собой ИКОСАЭДР. Чувствую, как закипает ваша голова, руки тянутся вписать слово в поисковик: икосаэдр – геометрическая фигура с 20 гранями и 30 рёбрами. В голове содержатся гены вируса, его сила и мощь – там. 

Обеспокоены наличием такой страшной зверушки внутри себя? Don’t worry, be happy: бактериофаги несут смерть и разрушение покруче любых мировых войн, это правда, но атака направлена ТОЛЬКО на бактерии. 

Значит, бактериофаги, как и макрофаги Мечникова, несут пользу?

Да, если научиться управлять этими организмами.

Бактериофаги обладают специфичностью, то есть атакуют бактерию определенного вида и ее ближайших родственников с похожим генетическим материалом. 

Атака происходит так: фаг находит свою жертву, цепляется к ней, прикрепляясь ножками, и делает прокол в стенку бактерий с помощью своего шприца на противоположном от головы конце. Сокращая хвост, фаг внедряет свою генетическую информацию в бактерию. Через несколько минут бактерия капитулирует. И теперь ее задача – производить новые части фагов внутри себя, пока она совсем ими не заполнится. Вместо «спасибо» бактериофаг награждает свою жертву ферментом – эндолизином – и выжидает пару мгновений. Этот фермент быстро дырявит стенку бактерии, нагнетает в нее давления побольше и, бац!, убивает ее красивым взрывом изнутри. Вот такая грустная, но поучительная история о доверии и лжи, о жизни и смерти бактерии.

К этой способности бактериофагов – убивать бактерии, перед этим хорошенько размножившись внутри нее, стали присматриваться ученые. Они стали изучать возможность применить бактериофаги в благое дело: вводить их непосредственно в организм человека, чтобы спасти от бактерий.

Бактериофаги – потенциальная замена антибиотикотерапии?

Именно так. Антибиотики больше не справляются со своей задачей – лечить людей. И виноваты в этом лишь мы сами. 

Мы облажались, когда бесконтрольно лечили простуду и больное горло очередной порцией антибактериального средства. Облажались, потому что не учли: бактерии не глупые существа, им тоже известно, что такое эволюция и приспособление к новым условиям. Вот они и перестали быть восприимчивыми к нашим, казалось бы, непобедимым лекарствам. 

Они превратились в СУПЕРБАКТЕРИИ, лечения от которых на данный момент НЕ СУЩЕСТВУЕТ. Точнее, это лечение ещё не прошло все этапы проверок перед выходом на мировой рынок. А ускоряться жизненно необходимо: по данным исследований, к 2050 году супербактерии могут убивать больше людей в год, чем онкологические заболевания. По последним данным, в США за 2017 год умерло около 23 тысяч человек от банальных инфекций, которые стали устойчивыми ко всем антибактериальным препаратам.

И бактериофаги реально могут решить все проблемы. С глобальной устойчивостью к антибиотикам можно будет справиться. Крошечные организмы, похожие на робота Валли, при введении в организм человека справятся даже с супербактерией. Только они способны внедриться в тело мощной бактерии, чтобы разрушить ее без остатка, при этом не причиняя вред человеку.

Погодите: а это точно ОК – лечить человека, вводя ему миллион вирусов внутрь? 

Да! Потому что фаги, повторимся, СПЕЦИФИЧНЫ. И наши клетки им абсолютно не интересны, им только бактерии подавай. Мы слишком разные, и ведём себя друг с другом, как жители Туманного Альбиона: сталкиваемся лицом к лицу каждый день и просто вежливо друг друга игнорируем.

Преимущество смеси бактериофагов перед антибактериальными препаратами очевидно: специфичность позволяет избежать неприятные побочные эффекты, известные при приеме антибиотиков. АБ ведь убивают все, даже хорошие бактерии, которым мы не хотим навредить, поэтому осложнения в виде кишечных расстройств, поражения почек и печени, кандидоза нередки. Бактериофаги атакуют бактерии прицельно: побочные эффекты, по данным исследований, до сих пор выявлены не были.

А если мы будем пользоваться бактериофагами так же часто и без причины, как антибиотиками, антибиотики смогут придумать себе новый способ защиты и от них? 

Маловероятно. Сколько длится эпоха антибиотиков? С момента открытия пенициллина Флемингом прошло чуть больше 90 лет. Сколько существуют бактериофаги на Земле? По всей видимости столько же, сколько и бактерии размножаются на планете – вечность. И до сих пор бактериофаги чудесно живут и не дают сбоя в своей работе. Они искусные киллеры бактерий, и в искусстве своем эволюционируют.

И даже если произойдёт катастрофа, бактерии станут невосприимчивы к нашим друзьям-фагам, мы все равно можем победить. Оказывается, чтобы стать устойчивыми к бактериофагам, перед бактериями встанет дилемма: отказаться от устойчивость к фагам или от устойчивости к антибиотиками? Уловка природы такова, что выбор можно сделать только в пользу одной суперспособности. 

Где доказательства успешного лечения бактериофагами?

Текст выше – всего лишь теория. Но практика применения бактериофагов существует, а ее результаты – положительны.

Американскому пациенту, чью грудную клетку густо заселили колонии синегнойной палочки и довели до нескольких лет жизни в реанимации, ввели суспензию из бактериофага и антибиотика, получив разрешение от FDA (US Food and Drug Administration).. Занимались этим врачи и ученые из Йельского университета. Отбирая бактериофаги один за другим, они обнаружили, что фаг ОМКО1 нарушает стабильность оболочки бактерии. Без целостной пленки синегнойная палочка теряет свою мощь, и тем легче антибиотику подобраться к ней и убить в привычной нам дозе. Так и сделали врачи: сначала ввели пациенту суспензию бактериофага, затем – порцию антибиотика со спектром активности в отношении синегнойной палочки.

Процедура прошла успешно: человек, который несколько лет не покидал отделение реанимации, вот уже 18 месяцев живет вне стен больницы. Рецидивы его не беспокоят: и это при том, что пациенту на момент поступления в госпиталь было 76 лет!

К сожалению, это лечение было проведено в рамках эксперимента, одобренного Йельским университетом, где наблюдался пациент. Фармацевтические компании пока неохотно финансируют научные исследования, аргументируя свою жадность тем, что официального одобрения терапии фагами не было.

Чтобы стимулировать их вкладываться в производство, в 2016 году началось «фаговое исследование», которое получило свое развитие в феврале 2019: американское FDA (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов) одобрила проведение первого клинического испытания с введение смеси бактериофагов внутривенно.

Но в аптеках РФ продают бактериофаги от самых разных бактерий в растворах за тысячу рублей. Это возможно?

Действительно, в России зарегистрировано единственное в стране НПО “Микроген”. Это научное производственное объединение, которое выпускает только фаговые смеси. На сайте производителя можно ознакомиться с составами каждого продукта, а также с ссылками на публикации в научных журналах об успешном лечении смесями фагов. Публикации в журнале можно назвать научно-популярными: в них подробно пишут об успешном лечении пациентов препаратами, налаженном производстве и дальнейших перспективах, но ничего – о результатах в ходе двойных плацебо-контролируемых исследований. В центре исследований Нестле в Швейцарии (а есть и такой), проводили эксперименты с “коктейлями” отечественного производства. Вреда не нашли: состав безопасен, почти все фаги соответствуют заявленным в составе. Есть ли эффект от лечениями этими препаратами? Доказательств тому нет, но и опровержений тоже. Поэтому пока повременим с покупкой бактериофага MADE IN USSR.

Но пока доказательная медицина не спешит делать громкие заявления. Надеемся, с каждым годом ученым удастся подобрать к каждой инфекции свой набор эффективных фагов, чтобы справляться с банальными инфекциями легко и просто, как прежде. Человечеству выпал еще один шанс жить здоровыми, и им необходимо воспользоваться с умом.

Вот такой парадокс: самое смертоносное существо на Земле может нести свет и жизнь без инфекций человечеству.

Заключение:

человечество нерационально использует те блага, которые нам дарит научный мир, например, использует антибиотики не по прямому назначению. Но лучшие его представители – ученые – каждый раз находят новое решение или лечение. Так на смену антибиотикам, к которым человек стал устойчив, придут в будущем бактериофаги – перспективные препараты с меньшими побочными эффектами и более прицельным действием на мишень-бактерию.