»V Rusiji, Gruziji in na Poljskem lahko določene kulture bakteriofagov v ampulah za domače zdravljenje kupimo v lekarni, medtem ko se bakteriofagna terapija v Evropi in Ameriki intenzivneje preizkuša šele v zadnjem času. Trenutno lahko govorimo o eksperimentalni ravni, njihovo preučevanje in možnost uporabe pa stalno naraščata,« pojasni dr. Aleš Podgornik s Fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo.
Ker je učinkovitih antibiotikov čedalje manj, bi lahko bili bakteriofagi dobrodošla alternativa za zdravljenje nekaterih bakterijskih okužb.
So v odpadnih vodah
Bakteriofagi so virusi, ki uničujejo bakterije. Prvi raziskovalec, ki je opisal njihovo delovanje – našemu očesu so postali »vidni« šele z razvojem elektronskega mikroskopa sredi 20. stoletja – je bil angleški bakteriolog Ernest Hanbury Hankin. Leta 1896 je v Indiji opazil, da ljudje, ki so med epidemijo kolere pili vodo iz rek Ganges in Yamuna, niso zboleli, kar je bilo glede na vso umazanijo v vodi presenetljivo.
Ko je to vodo filtriral skozi porcelanski filter, je pridobil kulturo bakteriofagov, ki so nato v epruveti uničili kulturo bakterije kolere. »Tudi novejše raziskave potrjujejo, da je v Gangesu veliko različnih mikroorganizmov, vključno seveda z bakteriofagi,« pristavi dr. Podgornik.
Čeprav običajno virusi, ki so v okolju, niso naši zavezniki, je pri bakteriofagih to drugače. »Posamezne lahko izoliramo iz narave. Za izolacijo bakteriofagov pridejo v poštev čistilne naprave, kanalizacija, odpadne vode iz bolnišnic, torej povsod tam, kjer je prisotnih veliko bakterij, med katerimi so tudi take, ki so odporne proti mnogim zdravilom. Seveda pa bakteriofage najdemo praktično povsod, tudi v zemlji, morju in ne nazadnje tudi v našem črevesju,« še doda.
Slika: Prvi raziskovalec, ki je opisal delovanje bakteriofagov, je bil angleški bakteriolog Ernest Hanbury Hankin. Leta 1896 je v Indiji opazil, da ljudje, ki so med epidemijo kolere pili vodo iz rek Ganges in Yamuna, niso zboleli, kar je bilo glede na umazanijo presenetljivo. Ko je to vodo filtriral skozi porcelanski filter, je pridobil kulturo bakteriofagov, ki so nato v epruveti uničili kulturo bakterije kolere.
Bakteriofagi pomeni požiralci bakterij – to ime pa so dobili precej let po prvem opisu njihovega delovanja. Francosko-kanadski mikrobiolog Félix d'Hérelle je prvi znanstvenik, ki jih je tako poimenoval in tudi natančno opisal. Četudi je bil kar desetkrat nominiran za Nobelovo nagrado in bi si jo zagotovo zaslužil, je ni dobil, za njegov prispevek k odkritju bakteriofagov mu je bilo izrečeno le posthumno priznanje.
D'Herelle je s pomočjo bakteriofagov zdravil francoske vojake med prvo svetovno vojno, ko je izbruhnila epidemija griže. Kanadčan, ki je prostovoljno delal na Pasteurjevem inštitutu v Parizu, je začel gojiti kulturo bakterije, ki je povzročila to črevesno bolezen. Opazil je, da včasih izgine, kar ga je navedlo na misel, da nekaj uničuje bakterije. Odločil se je, da bo izoliral ta »nekaj« in poskusil zdraviti obolele.
Vsak dan je bolnikom jemal vzorce blata in jih filtriral skozi fin porcelanski filter, s čimer je odstranil bakterije. Ostanek je pomešal s kulturo gojenih bakterij in opazoval, kaj se zgodi. Četrti dan je opazil spremembo, bakterije so bile uničene. V nekaj mesecih je v Indiji zaustavil epidemijo kolere s tem, da je kulturo bakteriofagov dodajal v vodnjake po indijskem podeželju.
Félix d'Hérelle je predstavil prvo zdravilo proti bakterijskim okužbam. Kasneje ga je pot vodila v Tbilisi v tedanji Sovjetski zvezi (danes Gruzija), kjer je na tamkajšnji univerzi nadaljeval raziskovalno delo. Pred drugo svetovno vojno je bilo gojenje in razmnoževanje bakteriofagov močno razširjeno tako v Ameriki kot v Evropi ter v državah nekdanje Sovjetske zveze. Z odkritjem antibiotikov pa je raziskovanje uporabe bakteriofagov za zdravljenje okužb precej zamrlo predvsem zato, ker je težje nadzorovati njihovo proizvodnjo. V Sovjetski zvezi so te raziskave še naprej potekale, v Tbilisiju pa deluje najbolj znan svetovni inštitut za raziskovanje bakteriofagov Eliava.
V nekdanji Sovjetski zvezi so se vse od druge svetovne vojne zelo posvečali raziskovanju bakteriofagov in jih tudi uporabljali.
Sodobna zahodna medicina je na d'Herellova odkritja postala pozorna šele v zadnjem času zaradi vedno manj učinkovitih antibiotikov. Številne bakterije so namreč postale odporne proti antibiotikom, kar pomeni potencialno nevarnost za mnoge, še pred nedavnim relativno lahko ozdravljive bolezni.
Ne povzročajo imunskega odziva
Bakteriofagi so naravna alternativa antibiotikom, so virusi, ki selektivno napadajo bakterije in tako vzdržujejo ravnovesje v organizmu. Več ko je bakterij, več je tudi bakterijskih virusov, ki žrejo bakterije. Virusi niso živa bitja, nimajo možnosti razmnoževanja na podlagi lastnega metabolizma, zato napadajo bakterije ali celice na sploh in preusmerijo metabolizem celice, da te sintetizirajo nove viruse. Bakteriofagi se zato lahko razmnožujejo zgolj s pomočjo bakterij, če ni bakterij, sčasoma razpadejo tudi bakteriofagi.
Ker je imunski sistem stalno izpostavljen njihovemu delovanju, zdravljenje z bakteriofagi za telo ni problematično in ne povzroča imunskega odziva. To je izjemna prednost, kot je prednost tudi, da lahko bakteriofagi selektivno napadajo določene vrste bakterij. Bakteriofagi pa za raziskovalce pomenijo tudi precejšnjo uganko. »Mislili bi, da bodo tem bolj učinkoviti pri šibkejših bakterijah, vendar ni tako, saj za svoje učinkovanje potrebujejo energijo bakterijskih celic, ker lastne nimajo. Tu naletimo na navidezen paradoks, ki je zelo zanimiv za proučevanje, saj pripomore k boljšemu razumevanju uporabe bakteriofagov za zdravljenje,« pripomni dr. Podgornik.
Zdravljenje z njimi ima veliko prednosti pred antibiotiki, saj slednji uničujejo tudi mnoge človeku koristne bakterije. »Bakteriofagi nasprotno razpoznavajo specifične bakterije in v tem je njihova prednost pred antibiotiki, ki tipično delujejo na številne bakterije. Sposobni so uničevati točno določene seve bakterij in s tem lahko pri zdravljenju opredelimo tarčne cilje,« razloži dr. Podgornik.
Že majhne količine bakteriofagov lahko pobijejo veliko bakterijskih celic. »Čeprav je bakteriofag v telesu dejansko tujek, je v naših telesih več bakteriofagov kot celic, ki tvorijo naš organizem. Njihovo število je nepredstavljivo, veljajo namreč za najštevilnejše organizme (če viruse štejemo mednje zaradi odsotnosti lastnega metabolizma) na našem planetu,« doda dr. Podgornik.
Učinkoviti na mestu površinskih ran
Težava pri njihovem delovanju pa je to, da so tako kot bakterije podvrženi evoluciji, se razmnožujejo, kar pomeni, da se lahko tudi spreminjajo. Tako kot govorimo o bakterijski rezistenci, ki pomeni spremembo genskega materiala bakterije, ki postane odporna proti antibiotikom, se to dogaja tudi z bakteriofagi, ki lahko spreminjajo svoje lastnosti. Podobno kot proti antibiotikom lahko bakterije postajajo odporne tudi proti posamezni vrsti bakteriofaga.
»To je kompleksen sistem, ki pomeni tekmovanje med napadalcem in žrtvijo, v katerem vsak želi zmagati. V tej luči moramo biti res pozorni, kaj z bakteriofagi lahko dosežemo. Dejstvo je, da so varni, ne škodijo in ob pametni uporabi lahko pozdravijo okužbe, ki jih običajni antibiotiki ne morejo, vendar imajo tudi svoje omejitve,« poudari dr. Podgornik.
»V našem laboratoriju proučujemo, kako bakteriofagi delujejo na določene bakterije glede na to, v kakšnem fiziološkem stanju te bakterije so. Zanje namreč velja podobno kot za ljudi, tako kot mi včasih prekipevamo od energije in dobre volje, drugič pa smo brezvoljni in potrti, so tudi bakterije lahko šibke zaradi stradanja ali drugih stresov.«
Kako učinkovito se bodo bakteriofagi v celicah množili ali uničevali tiste bakterije, ki so v fazi dolgotrajnega stradanja, določa učinkovitost njihovega delovanja, če jih uporabljamo za zdravljenje. »Njihovo obnašanje bo drugačno kot takrat, ko celice prekipevajo od energije, in to je tisto, kar poskušamo raziskovalci bolj natančno razumeti,« pripomni dr. Podgornik.
Bakterijske okužbe so različne, nekatere so zelo hitre, druge latentne. »Prednost bakteriofagov je, da jih lahko nanesemo na konkretno ciljno mesto okužbe, na mesta s slabo prekrvavitvijo, kot so npr. vnetja kosti, na površinske rane, za zdravljenje vnetja srčne mišice itd. To so tarčna mesta, ki se intenzivno proučujejo, seveda pa jih lahko uporabimo tudi splošneje za zdravljenje okužb z bakterijami, odpornimi proti antibiotikom,« izpostavi Podgornik.
»Pri tovrstnih raziskavah seveda sodelujemo z drugimi raziskovalnimi organizacijami, kot so COBIK, Jafral in druge. V okviru sodelovanja z ortopedsko bolnišnico Valdoltra, pri čemer sodelujejo tudi raziskovalci iz tujine, proučujemo uporabo bakteriofagov za zdravljenje implantatov, kot so umetni kolki in kolena, če po njihovi vstavitvi pride do okužbe. Bakterijskih celic v teh primerih ni dovolj in tudi ne moremo govoriti o infekcijski bolezni, ampak delujejo zelo počasi v t. i. biofilmih na površini. Gre za okužbe, ki povzročijo, da ne pride do pravilnega vraščanja sklepa, kar na dolgi rok povzroča zavrnitve in veliko težav,« razloži dr. Podgornik.
Način zdravljenja z bakteriofagi se uporablja tudi za prebavne infekcije. »Običajno za širši spekter bakterijskih okužb uporabimo t. i. koktejl oziroma mešanico določenih vrst bakteriofagov, ki je zaradi tega bolj učinkovit, razen če se seveda pojavi bakterijska okužba, ki je bakteriofagi v koktejlu ne napadajo,« pojasni dr. Podgornik.
Pojav mutacij je lahko nadzorovati
Bakteriofagi so kot zdravilo, ki bi ga lahko široko uporabljali na trgu, precejšen izziv, ravno zaradi svoje nagnjenosti k spreminjanju, ki ni lastnost večine zdravil. »To pomeni, da moramo definirati sistem regulative, s katerim bo določeno, kdaj je neki bakteriofag primeren kot zdravilo za ljudi, torej katere pogoje mora izpolnjevati. Za zdaj na humanem področju še ni registriranih takšnih zdravil, medtem ko so različni bakteriofagni preparati za zdravljenje živalskih in rastlinskih okužb že na trgu,« nadaljuje dr. Podgornik.
Bakteriofagi v obliki aerosolov se denimo uporabljajo za razkuževanje delovnih površin. Pri nas imamo podjetja, kot je Jafral, ki proizvajajo bakteriofage ob upoštevanju dobre proizvodne prakse (ang. Good Manufacturing Practice – GMP), kar je predpogoj, da se jih lahko uporabi kot zdravilo.
»To je še posebej pomembno, če razpoložljivi antibiotiki odpovejo. Če se pacient strinja, ga lahko na njegovo odgovornost zdravimo z bakteriofagi, ki so že v fazi kliničnega testiranja. O uspešnih primerih takšnega zdravljenja za zdaj lahko govorimo predvsem na ortopedskem področju, pri zdravljenju opeklin, pljučnih infekcijah, pri vnetjih srčne mišice in infekcijah pri sladkornih bolnikih z diabetičnem stopalom,« pojasni dr. Podgornik. »Kratkoročno lahko rečemo, da je delovanje bakteriofagov na ciljni tarči zanesljivo, na dolgi rok pa lahko pride do mutacij. A pojav mutacij in istovetnost fagov lahko danes zelo natančno nadzorujemo. Verjamem, da bomo bakteriofage vedno bolj uporabljali za zdravljenje bakterijskih okužb, predvsem ciljnih, vprašanje pa je, ali jih bomo kdaj res tako široko uporabljali kot antibiotike.«
Članek je bil objavljen v reviji Gea (avgust 2020)
