Неочевидные полезные эффекты бактериофагов

Слово «бактериофаг» произошло от греческого словосочетания, которое переводится как «пожиратель бактерий». Оно в полной мере отражает суть действия фагов. В организм человека вводят специальные вирусы, они уничтожают болезнетворные микроорганизмы, и инфекция проходит.

А есть ли у фагопрепаратов другие полезные свойства? Оказывается, есть. Только прежде чем о них говорить, нужно сделать важную оговорку. Все остальные терапевтические эффекты бактериофагов ученым удалось наблюдать только на культурах клеток в «пробирке» или, в лучшем случае, на лабораторных животных. Как всё это работает в организме человека и может ли пригодиться в медицине – пока для всех (в том числе для ученых) большой секрет.

Противовоспалительное и иммуномодулирующее действие

Сторонники фаготерапии часто говорят, что бактериофаги атакуют только бактерии, а с организмом человека не взаимодействуют. На самом деле это не так. Хотя вирусы бактерий и не опасны для людей, наша иммунная система распознаёт их как чужеродные частицы и пытается уничтожить. Еще интереснее эффекты, которые сами фаги могут оказывать на иммунитет и воспаление:

• Некоторые исследования показали, что фагопрепараты способствуют снижению маркеров воспаления в крови: уровня лейкоцитов, C-реактивного белка, скорости оседания эритроцитов.
• В организме человека вырабатывается множество цитокинов – сигнальных молекул, с помощью которых клетки, в том числе иммунные, «общаются» между собой (смотри рисунок). Цитокины бывают провоспалительными и противовоспалительными. Фаги способны повышать уровни тех и других, но преобладают противовоспалительные эффекты.
• Некоторые бактериофаги улучшают работу фагоцитов – «клеток-пожирателей».
• Одно из оружий иммунной системы против инфекций – активные формы кислорода (АФК). Иммунные клетки вырабатывают их в ответ на патогены, и те уничтожают возбудителей. Но когда АФК очень много, это оружие обращается против самого организма: оно убивает и его собственные клетки. Доказано, что бактериофаги снижают выработку АФК, спровоцированную бактериями и токсинами.
• По результатам некоторых исследований ученые обнаружили, что фагопрепараты способны подавлять чрезмерный иммунный ответ и тем самым поддерживать равновесие в иммунной системе.

«Цитокиновая сеть» лимфоцитов. Иммунные клетки вырабатывают множество сигнальных молекул, и бактериофаги способны влиять на их уровни.© enzolifesciences.com

Еще один противовоспалительный эффект бактериофагов связан с их основным механизмом действия. Уничтожая патогенные микроорганизмы, они снижают бактериальную нагрузку. Организм «понимает», что опасность уменьшилась, и начинает сдерживать защитные реакции.

Гибель бактерий без инфекции

То, как обычно описывают действие бактериофагов, называется продуктивной инфекцией. Вирус проникает в бактерию, штампует свои многочисленные копии, те разрушают клетку и отправляются искать новых жертв. Но бактерии могут погибать и другими путями. Новых фаговых частиц при этом не образуется, однако, полезный эффект есть:

• Некоторые бактерии умеют «понимать», что они заражены, и совершать альтруистичное «самоубийство», тем самым защищая от заражения соседей (смотри рисунок). Это называется абортивной инфекцией.
• Когда бактериофаг атакует бактерию, он, грубо говоря, проделывает в ее стенке дырку. Когда дырка одна или их мало, микроорганизм успевает «залечиться». Но если в атаку устремляется сразу множество бактериофагов, то бактерия становится похожа на дуршлаг и погибает. Фаги – вместе с ней, потому что атаковать они могут только один раз.
• Зараженная и ослабленная бактерия может погибнуть из-за внешних факторов. Например, в организме человека ее может убить фермент лизоцим. Это явление называется лизисом извне.

Один из примеров самопожертвования в микромире. a – обычная фаговая инфекция. Вирус заражает клетку, плодит многочисленное потомство, и оно расправляется со всеми остальными. b – «бактериальный суицид». Зараженная бактерия совершает самоубийство до того, как фаг в ней размножится. Она погибает вместе с вирусом, а ее соседи остаются незараженными.© semanticscholar.org

Подпишитесь на Здоровьесберегающий видеоканал

«Фаговая настройка» бактерий

В мире бактерий естественный отбор и эволюция происходят очень быстро. Микроорганизмы способны довольно быстро мутировать и становиться устойчивыми к антибиотикам, бактериофагам (но бактериофаги тоже быстро приспосабливаются). В этой суперспособности есть один изъян: она не «бесплатная». ДНК бактерий не резиновая, и в ней не могут поместиться сразу все полезные гены. Всегда нужно чем-то жертвовать. Когда бактерия становится устойчивой к бактериофагам, это может сделать ее слабой в чем-то другом:

• Микроорганизм может стать менее патогенным и, то есть менее опасным для человека. Инфекция будет протекать легче. Типичный пример: чтобы защититься от вирусов, бактерия меняет структуру белка-рецептора на своей поверхности, но этот же белок может одновременно оказаться важным фактором вирулентности – способности вызывать инфекционное заболевание. Возможно, именно с этим связаны случаи, когда больной человек принимает фаги, выздоравливает, а анализы показывают, что в его организме по-прежнему присутствуют бактерии, вызвавшее заболевание. Не исключено, что вирусы их «перевоспитали», вместо того чтобы уничтожить.
• Бактерия может стать более чувствительной к антибиотикам. Защищаясь от одной опасности, она открывает спину для другой. Подробнее о синергии между антибактериальными препаратами и фагами можно почитать в статье «Бактериофаги плюс антибиотики: убойная комбинация против бактерий».

Фаги против рака

Казалось бы, где вирусы бактерий и где онкологические заболевания? Но эксперименты показывают, что некоторые бактериофаги обладают противоопухолевым действием. Отчасти известны механизмы такого эффекта. Например, фаги влияют на работу иммунной системы (а она в том числе борется с раковыми клетками), опухолевое микроокружение.

В последние годы ученые всё больше внимания уделяют связке «фаги – микрофлора – ткани человека». Огромное сообщество бактерий – дополнительный «орган» человека. Они влияют на многие процессы в организме, в том числе развитие и рост злокачественных опухолей, работу противораковых иммунопрепаратов. Модулируя фагами микробиоту, теоретически можно бороться с различными заболеваниями.

Заболевания, которые можно лечить, воздействуя фагами на микрофлору. К сожалению, пока только в теории.© sciencedirect.com

Специалисты в области биотехнологий пошли еще дальше. В онкологии уже применяют онколитические вирусы. Это вирусы, которые прицельно уничтожают раковые клетки и активируют противоопухолевый иммунитет. Например, для клинического применения одобрен препарат Талимоген Лагерпервек (T-VEC). Это генетически модифицированные вирусы герпеса.

В 2020 году ученые представили онколитический вирус, созданный на основе бактериофага T7. Авторы разработки утверждают, что он эффективно уничтожает клетки меланомы у мышей, и что это безопаснее, чем применением вирусов, изначально заражающих клетки человека.

Фаги как пробиотики

Еще одно возможное применение бактериофагов – восстановление нормальной микрофлоры, нарушенной, например, из-за инфекции или антибиотиков. Человеку можно ввести бактериофаги, которые уничтожат «лишние» бактерии и дадут возможность размножиться полезным. В этой сфере тоже пытаются применять генетически модифицированные вирусы.

Все эти направления фаготерапии весьма интересны, но пока они не пошли дальше лабораторных пробирок и вивариев. Возможно, когда-нибудь официальные показания к применению фаготерапии и расширяться. А пока нам остается лишь читать о новых увлекательных исследованиях.