Віруси бактерій можуть стати ефективною заміною антибіотикам — спектр бактеріальних патогенів, що можуть бути мішенями фагів, досить широкий.
Неконтрольоване та невиправдане застосування протимікробних препаратів призвело до появи антибіотикорезистентності бактерій. Нині ця проблема набула світового масштабу. Міжнародні організації запроваджують моніторингові програми, намагаючись контролювати появу резистентних до протимікробних препаратів популяцій, таких як ванкоміцин-резистентні ентерококи, метіцилін-резистентні золотисті стафілококи тощо. Із погляду мікробіології нічого дивного не відбувається, адже всесвіт має свої закони, що допомагають йому існувати вже багато мільйонів років. Це один із механізмів адаптації бактерій задля виживання.
Різного роду механізми виживання є й в інших форм життя — вірусів. Майже кожний відомий нині вид бактерій є хазяїном для одного або кількох вірусів (бактеріофагів). Перша згадка про терапевтичне застосування фагів у ветеринарії пов’язане з ім’ям Фелікса д’Ерелля. Навесні 1919 року у Франції був спалах пташиного тифу в курей. Він оглянув декілька мертвих тушок, виділив й ідентифікував збудника хвороби — Salmonella gallinarum. Також він виділив бактеріофаги із загиблих курей і випробував їх ефективність у попередженні та лікуванні хвороби, спричиненої Salmonella gallinarum у шести експериментально заражених птиць. У результаті застосування фагів попередило загибель птиці від бактеріальної інфекції, у той час коли дві контрольні курки (що не отримували бактеріофаг) загинули від одноразової ін’єкції збудника. Результати цього тесту стали підґрунтям для проведення масштабних досліджень.
Таким чином, першою біологічною моделлю, яку застосували для вивчення терапевтичної дії бактеріофагів, був сальмонельоз та кури, у подальшому наукові дослідження було розширено на такі хвороби, як пастерельоз, ешеріхіоз, вібріоз, стрепто- та стафілококози тощо.
Застосування бактеріофагів
Фаги бактерій поширено майже у всіх екосистемах: у ґрунті, воді, повітрі, фекаліях людей і тварин, промислових і побутових стоках тощо. Вони є одним із елементів цих систем, відповідно, спектр бактеріальних патогенів, що можуть бути мішенями фагів, досить широкий. Це робить їх вагомою альтернативою антибіотикам й ідеальною «зброєю» проти мікробів.
Наукова дискусія щодо ефективності фагової терапії розгорнулася відразу після заяви про можливість профілактики та лікування бактеріальних інфекцій за допомогою вірусів бактерій. Деякі вчені вважали бактеріофаги неживими ферментами, деякі стверджували про наявність у фаголізатах антибактеріальних речовин тощо. Дійсно, перші препарати були дещо недоопрацьованими, тому що містили залишки поживних середовищ, продуктів метаболізму та рештки бактеріальних клітин. Продукти метаболізму можуть містити антимікробні речовини, а уламки лізованих бактеріальних клітин — ліпополісахариди, шо активізують імунну систему, чим згладжують ефект фаготерапії. Тому було розроблено технології отримання високо очищених фагових препаратів. Фагопрепарати поділяють на видоспецифічні (впливають лише на певний вид мікроорганізмів) і фаги, що впливають на декілька видів мікроорганізмів.
Визначення ефективності
Дискусії щодо ефективності цих препаратів тривають і досі. Саме тому було випробувано один із найпоширеніших універсальних фагових препаратів, який, відповідно до інструкції із застосування, має діяти проти мікроорганізмів семи родів. Обрали чотири з них і підібрали еталонних представників цих родів. Паспортизовані еталонні тест-штами отримали з Національного центру штамів мікроорганізмів: Enterococcus faecalis ATCC 19433, Staphylococcus aureus ATCC 25923, Salmonella typhimurium 144 та Escherichia coli O 55. Випробування проводили шляхом спільного культивування експотенціально бульйонних культур, що ростуть, вище названих штамів і досліджуваного фагового препарату. Як контроль брали експотенціально бульйонні культури, що ростуть, тих самих штамів без додавання препарату, що досліджували. Як негативний контроль брали стерильний поживний бульйон. Очікувалося, що в разі взаємодії фагу з бактеріями відбуватиметься лізис останніх із подальшим просвітлінням рідкого середовища. Просвітління середовища вирішили вимірювати в одиницях МакФарланда на DensiLaMeter. Додатково було проведено маніпуляції з метою унеможливити дію консервантів (якщо такі містилися в препараті) на дослідні тест-культури.
У результаті проведених досліджень установлено, що у всіх випадках у середовищах із додаванням універсального фагового препарату концентрація бактеріальних клітин була значно меншою, але повної загибелі мікроорганізмів і просвітління середовища не відбувалося.
Отже, досліджуваний препарат не виявив стовідсоткової ефективності з тестовими мікроорганізмами. Однак, цей дослід потребує подальших досліджень, оскільки за необхідне вважається вивчення механізму дії фагу на молекулярно-генетичному рівні — спостереження за заміною фагом бактеріального геному та виключення можливості утворення лізогенних популяцій бактерій, оброблених універсальним фаговим препаратом.
У будь-якому разі цей дослід лише підтверджує можливість послуговуватися бактеріофагами як альтернативою антибіотикам і дає підґрунтя для застосування їх у харчовій і переробній промисловості для попередження контамінації продуктів збудниками харчових токсикоінфекцій. Адже контамінація продуктів птахівництва сальмонелами, лістеріями, кампілобактеріями, ієрсиніями та ешеріхіями є проблемою не лише в Україні, а й у світі.
Необхідно зазначити, що відповідно до наукових публікацій, вітчизняні вчені вже проводили дослідження, що були спрямовані на вивчення можливості деконтамінації продуктів птахівництва від Salmonella gallinarum pullorum за допомогою бактеріофагів. У результаті досліджень установлено, що м’ясо, яке оброблено розчином фагу, уже через 12 годин було на 92,3% менш контаміноване сальмонелами (порівняно з контролем), а через 24 години — на 97,4%, що було майже в 90,9 раза менше за рівень контамінації м’яса контрольної групи.
Такі результати є досить обнадійливими, але, на жаль, поки що немає змоги відтворити цей дослід, адже дослідники не депонували застосовуваний ними фаг у жодному з депозитаріїв України.
Механізм дії бактеріофагів
Звісно, необхідно чітке розуміння, що бактеріофаги не є заміною антибіотиків, а є альтернативою. Оскільки мають дещо різний механізм дії та впливу на мікробний біоценоз. Насамперед варто підкреслити високу специфічність бактеріофагів: їх дія націлена проти певного виду мікроорганізмів — інші види залишаються незмінними. У той час коли дія антибіотиків поширюється як на патогенні, так і на облігатні (нормофлора) мікроорганізми, що неминуче спричиняє дисбіоз. Адже в разі «винищення» певного виду мікроорганізмів виникає вільна екологічна ніша, що потенційно може стати «місцем проживання» для інших, більш суворих, мікроорганізмів. Саме тому лікарю ветеринарної медицини необхідно чітко розуміти мікробіологічні процеси, що відбуваються в кишківнику птиці та застосування пробіотичних препаратів після курсу антибіотиків. Феномен видоспецифічності бактеріофагів дозволяє мінімізувати розмір екологічної ніші, що утворюється після їх застосування і, відповідно, швидше поновити тйа стабілізувати популяції облігатних бактерій.
Розвиток вторинної резистентності для бактеріофагів є не характерним, оскільки механізм їх дії полягає у включенні своєї (вірусної) ДНК до геному бактерії з подальшим її лізисом (дія вірулентних фагів). За застосування антибіотиків й інших хіміотерапевтичних препаратів розвиток резистентності до них є досить поширеним явищем і коливається в межах 60–90% випадків.
Здатність антибактеріальних препаратів проникати в тканини організму коливається від високої до дуже низької, у той час як у бактеріофагів ця здатність дуже висока. Це сприяє високій концентрації фагів саме в місці інфекційного процесу, їх кількість збільшується шляхом саморозмноження, а елімінуються вони з макроорганізму після повної ліквідації інфекційного агенту. Концентрація антибіотиків у вогнищах інфекції залежить від багатьох факторів: біодоступності препарату, виду мікроорганізму та його локалізації в макроорганізмі, тривалості інфекційного процесу тощо.
У разі призначення антибіотикотерапії раціональне комбінування препаратів залежить від їх класу та може проходити по типу сумації, потенціонуванню тощо залежно від механізму дії на бактеріальну клітину. У разі з фагами — комбінування завжди проходить по типу потенціонування незалежно від класу препарату.
Побічна дія хіміотерапевтичних засобів здебільшого відома та проявляється у вигляді алергічних реакцій, токсичної дії на тканини й органи макроорганізму, а також спричиняє дисбіотичні явища. У той же час єдиною нині відомою побічною дією бактеріофаготерапії в поодиноких випадках є алергічні реакції, що виникають за масивного руйнування бактеріальних клітин і вивільненні фагових часток.
Профілактичне застосування антибіотиків, з погляду мікробіології, є не раціональним. Проте це не стосується застосування фагів.
Процес створення нових антибактеріальних препаратів потребує від кількох до декількох десятків років. Препарат на основі бактеріофагів можна створити й випробувати протягом року за умови наявності активного та специфічного вірулентного фагу.
Отже, ера антибіотиків поступово згасає, науковці всього світу перебувають в активному пошуку адекватної й ефективної їх заміни, і віруси бактерій є одним із таких засобів, що можуть із успіхом справитися із цією задачею. Через певні обставини цей напрям тривалий час кволо розвивався, але нині ветеринарна медицина постала перед необхідністю інтенсифікувати дослідження.
Олександр Мачуський, канд. вет. наук
Вікторія Ковтун, канд. вет. наук
Державний науково-контрольний інститут біотехнології і штамів мікроорганізмів
журнал “Наше Птахівництво”, вересень 2014 року
Наше Птахівництво
