Бактериофаги – одни из самых загадочных препаратов аптечного ассортимента. Сейчас они переживают второе рождение – и в нашей стране, и за рубежом снова возник к ним интерес, в журналах появляется не только пересмотр старых результатов, но и масса новых публикаций. Что можно рассказать покупателю, который заинтересовался именно этими средствами?

Вехи истории

Ученые обнаруживали следы жизнедеятельности бактериофагов задолго до того, как возникла вирусология. Британский бактериолог Эрнест Ханкин еще в 1896 году обратил внимание, что некий агент, способный проходить через очень тонкий фарфоровый фильтр, убивает возбудителя холеры. Развитию науки в новом направлении помешала Первая мировая, поскольку финансирование было перенаправлено разработчикам боевых газов, взрывчатых веществ и других более актуальных вещей.

Первооткрывателями бактериофагов считаются два исследователя – британский бактериолог Фредерик Творт, описавший странный фильтрующийся агент в 1915 году, и канадский микробиолог французского происхождения Феликс Д’Эрелль, независимо от Творта сообщивший о точно такой же находке в 1917-м.

За рубежом бактериофагами интересовались в первую очередь микробиологи, так что их находки не имели прикладного значения. Очень долгое время, например, фаг считался не вирусом, а ферментом. В СССР работы изначально велись медиками, в Грузии в 1923 году был создан будущий Всесоюзный центр фаготерапии, собравший на пике своего расцвета коллекцию из более чем 3 тыс. образцов. Однако затем и у нас, и за рубежом дело фаготерапии было практически уничтожено появившимися антибиотиками. Их массовое распространение после Второй мировой создавало впечатление, что изобретена панацея против инфекций и остальные направления исследований – тупиковые.

О бактериофагах ученые вспомнили, когда перед ними в полный рост встала проблема антибиотикорезистентности. Вирусы снова стали объектом экспериментов, в них увидели реальную альтернативу морально и иногда даже физически устаревшим противомикробным препаратам.

Натуральный враг

Бактериофаг, как следует хотя бы из названия, – вирус, пожирающий бактерии. По сути, это такой «грипп бактерий», только летальные исходы случаются куда чаще, чем в человеческом варианте.

Фаги гораздо разнообразнее, чем какие-либо другие известные вирусы, нельзя сказать, что они выглядят однотипно. Чаще всего в качестве иллюстрации используется изображение вирусов группы А по классификации Бредли, она же – группа V по классификации Тихоненко. Такие вирусы устроены сложнее всего, в них имеется головка и отросток с множеством дополнительных элементов (рис. 1). Всего групп выделяют шесть, только в одной из них геном фага представлен одноцепочечной РНК, во всех остальных случаях – это одна- или двухцепочечная ДНК.

Бактериофаги нельзя назвать гигантами, но по своим размерам они, скорее, относятся к крупным и занимают промежуточное положение между самыми большими вирусами табачной мозаики и вирусом иммунодефицита человека 1-го типа (рис. 2).

Вирусы группы А (V) вводят свою ДНК в клетку-мишень очень красиво, процесс чем-то напоминает посадку исследовательского модуля на поверхность Луны или Марса – точно так же он сначала «присаживается» на «опоры», а затем прижимается к мембране бактерии своей базальной пластиной, «пробуравливает» оболочку жертвы и впрыскивает в цитоплазму свой геном. После этого бактериофаг можно считать мертвым, если так вообще можно сказать о вирусах.

Быстро или помучиться?

По механизму действия все бактериофаги можно разделить на две большие группы. Первая – литические, или вирулентные фаги, которые в 100% случаев убивают инфицированную клетку сразу. В случае, показанном на рисунке 3, вирус сразу же уничтожает геном бактерии, используя его исключительно для целей собственной репликации. После наработки максимально возможного числа новых вирусных частиц микроб либо сразу гибнет в момент их выхода, просто разрываясь на части, либо погибает в ближайшее время из-за того, что все критически важные внутренние механизмы физически уничтожены.

Вторая группа – лизогенные, или умеренные фаги. Их геном встраивается в геном носителя и может существовать там в стелс-режиме долгое время, передаваясь из поколения в поколение. Активируется эта «бомба с замедленным действием» под влиянием различных неблагоприятных внешних факторов вроде дефицита питательных веществ. Единичные фаги умеют сочетать оба варианта, отпочковываясь и не разрушая бактериальную клетку сразу, лишь используя часть ее мембраны в качестве оболочки, одновременно оставляя «закладку» в ее геноме. На одного микроба могут напасть сразу несколько фагов с разными механизмами взаимодействия.

Плюсы и минусы

К несомненным достоинствам фагов можно отнести их прицельность, они специализируются на конкретных видах бактерий, так что можно отобрать именно те вирусы, которые уничтожают только патогенную флору, в отличие от антибиотиков, «бьющих по площадям», не разбирая при этом, свой или чужой попадает под обстрел.

По той же причине у фагов либо меньше побочных эффектов, либо их совсем нет. С резистентностью история схожая, она если и развивается, то только у конкретной бактерии-мишени. С помощью генной инженерии реально перепрограммировать вирус и натравить его на какого-нибудь другого возбудителя, еще не знакомого с вирусом.

Немаловажным фактором в пользу бактериофагов можно считать дешевизну и простоту их производства, особенно по сравнению с новыми перспективными антибиотиками. Действительно получается не менее, а иногда и более эффективная альтернатива с кратно меньшими вложениями.

Недостатки тоже есть, и они тесно связаны с вирусной природой фагов. Прежде всего, их сложно хранить и перевозить, они весьма требовательны к условиям содержания. Кроме того, фаги способны нападать только на свободно плавающие бактерии, внутрь человеческих клеток их никто не пустит. Агрессивная среда желудка уничтожает многие вирусы, не разбирая, кто пришел с миром, а кто нет. И главное, для достижения максимального эффекта терапии бактерию­-возбудителя нужно фаготипировать, то есть выделить и в лабораторных условиях доказать, что против нее может быть применен вот этот конкретный вирус.

Тем не менее фаги остаются перспективным направлением разработок, особенно после открытия канадского биолога Джозефа Бонди-Деноми, работающего в Калифорнийском университете. Он обнаружил новый вирус, прицельно уничтожающий синегнойную палочку, к которому устойчивость не развивалась. Изучая феномен, ученый выяснил, что ДНК этого фага защищена белковой оболочкой, с которой не справляется иммунитет бактерии. Если такой «чехол» надевать на все остальные ДНК и РНК бактериофагов, они могут стать еще более грозным оружием для своих естественных врагов. Главное, чтобы на человека не переключились.

Факты

В СССР активно изучали медицинское применение бактериофагов, но публикации были либо на русском, либо на грузинском языках, поэтому мировая наука о них не знала и с удивлением изучает и цитирует их уже в наше время.

Работы по бактериофагам удостоены Нобелевской премии. В 1969 году она была присуждена американским исследователям Максу Дельбрюку, Альфреду Херши и Сальвадору Лурия за открытия, касающиеся механизма репликации и генетической структуры вирусов.

В ГРЛС зарегистрированы и обращаются на российском рынке следующие разновидности бактериофагов: брюшнотифозный, дизентерийный, против клебсиелл и отдельно – против клебсиеллы пневмонии, против кишечной палочки, протейный, сальмонеллезный, стафилококковый и против синегнойной палочки. Самый часто используемый в амбулаторной практике препарат – стафилококковый фаг.

1. Keen E.C. Phage Therapy: Concept to Cure // Frontiers in Microbiology. 2012. 3: 238. doi: 10.3389/fmicb.2012.00238. 2. Keen E.C. Tradeoffs in bacteriophage life histories // Bacteriophage. 2014. 4 (1): e28365. doi: 10.4161/bact.28365. 3. Kutter Elizabeth et al. (2010). Phage Therapy in Clinical Practice: Treatment of Human Infections // Current Pharmaceutical Biotechnology. 11 (1): 69–86. doi: 10.2174/138920110790725401. 4. McGrath S. and van Sinderen D. (editors). Bacteriophage: Genetics and Molecular Biology (1st ed.). Caister Academic Press. 2007. ISBN 978-1-904455-14-1. 5. Stineke van Houte et al. The diversity-generating benefits of a prokaryotic adaptive immune system // Nature. 2016. DOI: 10.1038/nature17436. 6. Поздеев О.К., Федорова Е.Р., Валеева Ю.В. Микробиология. Бактериофаги/Учебно-методическое пособие для студентов медицинских вузов. Казань, 2012.

Алексей Водовозов

Журнал "Российские аптеки" №1-2, 2020